Medición de KPIs para el control de compresores aire en plantas industriales

Los KPI son un buen indicador de rendimiento y ayudan a evaluar el éxito de una instalación de aire comprimido. A menudo el éxito es simplemente la consecución repetida y periódica de algunos niveles de objetivos operativos de los equipos de compresión y se define en términos de progreso hacia objetivos estratégicos.

En consecuencia, la elección de los KPI para el control de compresores adecuados depende de un buen entendimiento de lo que es verdaderamente importante. Lo que se considera importante suele depender del departamento responsable de medir el rendimiento. Las evaluaciones de los KPI de instalaciones de aire comprimido suelen conducir a la identificación de posibles mejoras, por lo que los indicadores de rendimiento se asocian habitualmente a las iniciativas de mejora que se impulsan en la empresa.

Uno de los aspectos más importantes, pero que a menudo se pasa por alto, de los KPI de fabricación industrial es que son una forma de comunicación. Como tal, se rigen por las mismas reglas y buenas prácticas que cualquier otra forma de comunicación. Es mucho más probable que la información relevante sea asimilada y puesta en práctica.

Revisemos los siguientes puntos para la correcta medición de KPIs en el trabajo de control de compresores e instalaciones de aire comprimido:

1. ¿Qué KPIs para el control de equipos de compresión de aire son más importantes?
2. Cómo llevar a cabo la medición del rendimiento de la presión en compresores de aire
3. Cuáles son los retos que se pueden encontrar al momento de monitorizar los KPIs de la instalación
4. Conclusiones en el uso de KPIs para el control de compresores de aire

La medición del rendimiento clave es importante para los sistemas de aire comprimido debido al alto coste de su funcionamiento. La norma del sector es medir muy poco el rendimiento de estos sistemas, pero sabemos por experiencia que un número significativo de sistemas de aire comprimido funcionan de forma muy ineficiente y con altos niveles de desperdicio. También sabemos que los propietarios y operadores de estos sistemas a menudo no son conscientes de los problemas. La medición de rendimiento y OEE de estos sistemas hace que se tome conciencia de los problemas y que éstos salgan a la luz. Así, un buen sistema de medición y evaluación de los indicadores clave de rendimiento para el monitoreo de sistemas de aire comprimido ayudarán a incrementar el rendimiento y conducir a mejoras sustanciales en el coste de funcionamiento, la fiabilidad y la calidad del aire comprimido.

¿Qué KPIs para el control de equipos de compresión de aire son más importantes?

Los KPIs para el control de compresores de aire son importantes, sobre todo la presión del aire. De hecho, es tan importante que muchos usuarios sacrificarán la eficiencia energética por una buena presión del sistema. En un sistema típico suele haber cientos de dispositivos de medición de la presión en toda la instalación que muestran el estado de la presión del aire, lo que también es una indicación de su importancia.

Y lo que es más importante, los productores de aire comprimido deben asegurarse de tener un flujo de aire comprimido limpio, seco y estable, suministrado a la presión adecuada, de forma rentable. Además, los propietarios y operadores de los sistemas deben minimizar los residuos causados por las fugas, la demanda artificial y el uso inadecuado del aire comprimido.

Pero, ¿cómo sabemos que estamos logrando estos objetivos? Aquí es donde entra en juego la medición, como sabe cualquier auditor de sistemas de aire comprimido. Sin algún tipo de medición, el sistema no puede gestionarse adecuadamente. Al medir los sistemas de aire comprimido y compararlos con los puntos de referencia típicos, un buen auditor de aire comprimido (o gestor energético) puede determinar muy rápidamente si un sistema concreto tiene potencial de mejora. A menudo, esto implica la colocación de medidores temporales en los compresores de aire, pero es más valioso un buen sistema permanente de monitorización que permita a los operadores asegurarse de que su sistema funciona correctamente, y se mantiene así a largo plazo.

Medición del rendimiento de la presión en compresores de aire

Veamos algunos ejemplos de formas de medir el rendimiento de la presión. La forma más sencilla es que los operarios del sistema comprueben periódicamente el manómetro de su maquinaria de producción.

Si la aguja del manómetro se encuentra entre las marcas alta y baja, todo está bien. Pero si el operario no mira siempre el manómetro, puede pasar por alto momentos en los que este parámetro clave está fuera del rango normal. Una mejor manera de controlar el rendimiento de la presión es registrar los datos y trazar la presión a lo largo del tiempo. El siguiente gráfico de presión muestra una semana típica en la planta de procesamiento y montaje de metales.

El objetivo de la planta era tener siempre la presión en las herramientas de ensamblaje críticas por encima de 90 psi, que es el valor nominal de las herramientas. Podemos ver en el gráfico que parece que este objetivo se cumplió durante este periodo de medición. Sin embargo, durante este tiempo, la planta informó de problemas en las herramientas. Si indagamos un poco más, descubriremos que esta presión medida se encuentra en la descarga del compresor de aire, no en las herramientas.

Como se muestra en la siguiente figura un trazado adicional con una medición de la presión real en la entrada de las herramientas muestra que la presión está cayendo por debajo de 90 psi. Si los operarios tomaran una lectura puntual en el momento equivocado, se perderían los eventos de baja presión que se produjeron más tarde, durante un periodo de máxima producción. Es interesante observar que, a pesar de los cientos de puntos de medición en su edificio, y de la importancia de la presión del aire para las herramientas de montaje de la planta, la presión del aire comprimido no era un parámetro que se controlara.

La instalación de algunos medidores adicionales para el flujo y los amperios del compresor/secador de aire proporciona más información sobre este sistema. En esta figura podemos ver que los problemas de presión son causados por eventos transitorios de alto flujo, y que se produce una gran caída de presión en algunos componentes a alto flujo (se determinó que se trataba de un filtro del secador de aire).

El consumo de energía parece ser excesivo para el nivel de flujo, el sistema está consumiendo un promedio de 27 kW por 100 cfm mientras produce 500 cfm. Esto difiere de un valor óptimo de unos 20 kW por 100 cfm. Y es interesante observar que parece haber habido un cambio de paso en el flujo de bajo nivel durante las horas de no producción al principio y al final de la medición (flujo de fin de semana).

A pesar de contar con un amplio sistema de supervisión, este centro tenía problemas de presión, presentaba altos niveles de residuos en el sistema y una escasa eficiencia en la producción de aire comprimido. El sistema de gestión del aire comprimido no tenía unos indicadores clave de rendimiento claros y carecía de un buen sistema de comunicación con los gestores energéticos para que fueran conscientes de estos problemas.

Los retos inesperados añaden dificultad

Los sistemas de medición de KPIs para compresores suelen plantear problemas inesperados que pueden dificultar el cálculo y el análisis. Los más comunes:

• Picos de punto de rocío: A veces, el fallo de los secadores de aire, o un mal diseño del sistema, hacen que el agua llegue a los caudalímetros másicos térmicos. Como este tipo de caudalímetro no puede trabajar con aire comprimido húmedo, los cálculos de los KPI serán erróneos.

• Colocación del caudalímetro: A veces los caudalímetros no se instalan según las especificaciones del fabricante, lo que provoca errores de medición. La mayoría de los caudalímetros instalados en los sistemas de aire comprimido son dispositivos de masa térmica colocados en la salida del sistema después del secador.  Si el secador es una unidad de estilo desecante, esta colocación no capturará el flujo de purga hacia el secador, lo que hará que parezca que el compresor de aire está consumiendo más energía de la que debería.  Esta colocación no capturaría los flujos consumidos por las fugas o los residuos de drenaje en la sala de compresores. Por esta razón es importante utilizar tanto el flujo calculado (basado en el estado del compresor) como el flujo medido como comparación, y a veces instalar medidores de flujo que midan directamente en la descarga de cada compresor de aire.

• Caudales muy variables: Si se coloca un caudalímetro en la descarga de un compresor de aire con carga y descarga, y se trazan los datos, el resultado será una línea gruesa y difusa difícil de interpretar. En estos casos es necesario aplicar una media móvil a los datos para sacar a la luz las tendencias del sistema.

• Cambio en la dirección del flujo: A veces, dependiendo de la colocación de un caudalímetro, la dirección del flujo cambiará. Un ejemplo de esto podría ser el flujo de entrada y salida de un receptor que se coloca en la descarga de un compresor de aire que no está en funcionamiento. El caudalímetro captará el flujo de entrada y salida del receptor a medida que cambie la presión del sistema. La mayoría de los medidores de flujo másico térmico no tienen forma de indicar la dirección del flujo, por lo que el flujo negativo se registrará como flujo positivo, y esto desviará el cálculo de los KPI. Algo similar puede ocurrir si se instala un caudalímetro en un sistema de tuberías en bucle. Por este motivo, será necesario realizar cálculos especiales para procesar los datos. Existen interruptores de dirección de flujo que pueden utilizarse para corregir esta situación. También existen caudalímetros que pueden medir la dirección del flujo para resolver este problema.

Conclusiones en el uso de KPIs para el control de compresores de aire

Disponer de una herramienta para medir los KPIs para el control de compresores de aire es un activo valioso para los responsables de la gestión energética de las plantas, pero es importante que el resultado de este sistema sea claro y sencillo de utilizar. Una de las mejores prácticas es supervisar la potencia específica de un sistema para garantizar que la producción de aire comprimido es y sigue siendo eficiente.

El seguimiento del flujo y el consumo de energía a lo largo del tiempo y la comparación de los periodos de medición pueden indicar a los operarios de la planta la tendencia del sistema de aire comprimido en cuanto al uso adecuado o inadecuado del aire comprimido y los niveles de desperdicio. Es importante contar con un sistema que llame la atención del operario si los KPI empiezan a mostrar lecturas anormales. De este modo, se pueden realizar ajustes y mejoras a tiempo.