evaluación y optimización del sistema de aire comprimido
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INTRODUCCION
En una economía globalizada como la que existe en el mundo
actualmente, las empresas tienen la necesidad imperiosa de aumentar su
eficiencia para obtener una posición competitiva frente a las demás
organizaciones del mercado. Es por esta razón que Empresas Polar ha
tomado como premisa la optimización de sus procesos, apuntando hacia el
ahorro de energía.
La operación de cada planta de las Empresas Polar es medida según
índices de eficiencia, que comparan parámetros de consumo, vs parámetros
de producción. Basándose en estos índices, se califica el funcionamiento de
un sistema y, en consecuencia se asumen las decisiones que correspondan.
En el sistema de aire comprimido de La Planta Los Cortijos de
Cervecería Polar se detectó, analizando sus índices, un exceso de consumo
de este servicio comparado con la cantidad de hectolitros envasados
mensualmente. Debido a esto, se tomó la decisión de realizar un estudio cuya
finalidad fuese ofrecer mejores condiciones de operación que apuntasen
hacia un aumento de la eficiencia en este sistema. En este orden se propuso
este proyecto y se procedió a la investigación, análisis y oferta de soluciones
que a continuación se presentan.
El trabajo está estructurado de manera tal que el lector obtenga, en los
primeros capítulos, toda la base teórica necesaria para comprender el sistema
y su funcionamiento y en las secciones siguientes se describe el análisis y las
soluciones tanto propuestas como efectuadas.
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CAPITULO ICAPITULO I
DESCRIPICION DE LA EMPRESADESCRIPICION DE LA EMPRESA
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I.1 RESEÑA HISTORICA
En el año de 1.939, en terrenos de la parroquia Antímano, se levantó
la primera planta cervecera del Grupo Polar: “La Planta de Antímano”. Pero
fue en el año de 1941 que esta empresa empezó a funcionar dirigida por sus
fundadores Lorenzo Mendoza Fleury, Rafael E. Luján y Karl Eggers.
La planta de Antímano comenzó a funcionar con instalaciones muy
modestas alcanzando para ese momento una producción mensual de 30.000
litros de cerveza, lo que hoy en día una planta es capaz de producir en unas
pocas horas. Al no satisfacer la creciente demanda del producto en el país,
se creó una segunda planta: Cervecería de Oriente C.A, ubicada en
Barcelona, Estado Anzoátegui, a orillas del Río Neverí. Esta segunda planta
fue fundada en el año de 1950, con una producción inicial de 1.200.000 litros
mensuales de cerveza. Esta planta venía a satisfacer la demanda de los
estados orientales.
En el año siguiente a la construcción de la Cervecería de Oriente C.A; se
inició la construcción de la tercera planta Polar: Cervecería Polar C.A,
ubicada en Los Cortijos de Lourdes en Caracas. Comenzó con una
producción de 1.200.000 litros mensuales de cerveza, aunque su crecimiento
físico se ha visto limitado por estar ubicada en una zona que se ha poblado
densamente. Actualmente Cervecería Polar C.A. cuenta con una fuerza
laboral constituida por aproximadamente mil trabajadores del más alto nivel.
Para 1960 la situación imperante en el mercado era la siguiente:
Cervecería de Oriente C.A; despachaba productos para los estados del
oriente del país. La planta de Antímano, que aún funcionaba y siguió
haciéndolo hasta el año de 1.978, y Cervecería Polar C.A; despachaban
productos para el centro y occidente del país. Debido a la gran importancia
económica que cobra el estado Zulia y los estados andinos, se decide
construir una nueva planta ubicada en esa zona, y es cuando nace la
Cervecería Modelo C.A, ubicada en Maracaibo, Estado Zulia, con una
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producción inicial de 2.000.000 de litros mensuales de cerveza.
Al igual que las otras plantas cerveceras del Grupo Polar, el desarrollo de
la Cervecería Modelo C.A, puede medirse mediante los índices de
producción, a través de lo avanzado de los sistemas técnicos, pero sobre
todo, a través del alcance de las condiciones laborales que la empresa ha
logrado para sus trabajadores.
En el año de 1975, el Grupo Polar dio su más reciente e importante paso
hacia la expansión con la creación de Cervecería del Centro C.A, ubicada en
San Joaquín, Estado Carabobo. Siguiendo la política establecida por los
fundadores de Polar, Cervecería del Centro constituye para la región y para
el país un factor de progreso y desarrollo. No sólo está dotada de magníficos
recursos técnicos y humanos, sino que su diseño responde en forma estricta
a las más modernas normas establecidas por la arquitectura industrial en lo
que se refiere a seguridad, perfilándose de este modo como el más moderno
complejo cervecero de Latinoamérica.
El sabor característico de la Cerveza Polar, su óptima calidad y el
riguroso cumplimiento de las normas establecidas para su elaboración y
control, son algunos de los factores en los cuales Polar basa su éxito
indiscutible entre los venezolanos.
I.2 OBJETIVOS DE LA EMPRESA
Los objetivos principales que tiene como finalidad cumplir la Cervecería
Polar son los siguientes:
• Elaboración de cerveza y malta de óptima calidad.
• Mantener y mejorar el rendimiento del personal que en ella labora, a
través del adiestramiento, innovación de normas y políticas que
satisfagan sus necesidades.
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• Lograr una optimización de los procesos de producción y una
productividad a un mínimo costo.
• Velar por el cumplimiento de las normas de higiene y seguridad industrial.
• Cumplir con las exigencias del mercado para así satisfacer a los
consumidores de sus productos.
I.3 ESTRUCTURA ORGANIZATIVA DE LA EMPRESA
La empresa Cervecería Polar C.A, posee la siguiente estructura
organizativa:
• Gerencia General de la Planta:
Es la responsable del perfecto funcionamiento de la Empresa. Controla y
coordina las diversas dependencias de la empresa, además de formular y
velar por el cumplimiento de las metas y objetivos de la planta con el fin de
lograr la mayor eficiencia de la Empresa.
• Gerencia de Relaciones Industriales:
Se encarga de controlar y coordinar todos los sistemas utilizados para la
comunicación e interacción entre la empresa y el trabajador, buscando un
excelente ambiente de trabajo.
• Gerencia de Materiales:
Es la encargada de adquirir, mantener y distribuir los insumos, tales como las
materias primas, partes y repuestos, necesarios para el funcionamiento de la
planta. Realiza las planificaciones de recuperación de repuestos y
materiales, para evitar el desperdicio o perdida del mismo.
• Gerencia de Envasado:
Tiene la función de dirigir el proceso de llenado y envasado de los productos,
siguiendo las más estrictas normas de higiene y control de calidad para su
posterior distribución. Además se encarga de realizar los controles
necesarios para que el producto mantenga su calidad, cuando éste se
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encuentre en las manos del distribuidor.
• Gerencia de Elaboración:
Es la encargada de planear y ordenar todos los procesos de producción de
cerveza o malta, realizando a su vez todos los procesos de control de calidad
al nivel de producto y proceso.
• Gerencia de Administración:
Se encarga de diseñar los sistemas de comunicación y procesamiento de
datos de los diversos departamentos de la empresa para su adecuado
funcionamiento.
• Gerencia de Servicios de Planta:
Esta gerencia tiene como función desarrollar y administrar los proyectos que
la empresa requiera para su mejor desenvolvimiento, igualmente lleva a cabo
el mantenimiento programado de toda la planta y equipos con que cuenta la
empresa.
A continuación se describe la estructura organizativa de la Gerencia de
Servicios de Planta:
• Superintendencia de Planificación:
Se encarga de programar todos aquellos proyectos o trabajos de
mantenimiento mayor que garanticen una mejor producción, tomando en
consideración todos aquellos elementos, condiciones o factores que
influyan en su realización.
• Superintendencia de Construcción y Montaje:
Es la responsable de la ejecución y puesta en marcha de todos los
proyectos de la planta.
• Superintendencia de Mantenimiento:
Es la encargada de ejecutar todos los programas de mantenimiento que
garanticen en la producción y prolongación de la vida útil de los equipos.
• Departamento de servicios:
Es el encargado de suministrar el mantenimiento a los vehículos,
montacargas, comedores, sistema de comunicación y al sistema contra
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incendio.
• Departamento de Sala de Máquinas, Refrigeración y Aire
Acondicionado:
Es el encargado de proporcionar mantenimiento a toda el área de Sala de
Máquinas, la cual dota a toda la empresa de servicios tales como: vapor,
CO2, amoníaco, aire, electricidad, etc.
• Departamento de Mantenimiento de Planta de Tratamiento de Aguas
Blancas y la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales:
Es el responsable de suministrar el mantenimiento a las áreas de la
Planta de Tratamiento de Aguas Blancas, donde se mejora la calidad del
agua que se emplea en la elaboración de la malta y la cerveza; y en la
Planta de Tratamiento de Aguas Residuales se encarga del tratamiento
de las aguas servidas por la empresa antes de ser devueltas al medio
ambiente para evitar la contaminación del mismo.
• Departamento de Mantenimiento de Elaboración I y II:
Es el encargado de suministrar los servicios de mantenimiento a los
sistemas y equipos pertenecientes a las áreas de Elaboración I y II; que
comprenden desde la recepción de malta y los adjuntos hasta los tanques
de gobierno donde la cerveza es almacenada para ser posteriormente
envasada.
I.4 PROCESO PRODUCTIVO
En la elaboración de la cerveza intervienen varios elementos básicos, que
son:
I.4.1 MATERIAS PRIMAS
• El agua:
El agua es una de las materias primas fundamentales utilizadas en la
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preparación de la cerveza. Su pureza biológica y estricta composición
química son sometidas a un riguroso análisis en los laboratorios de control
de calidad de las plantas Polar, bajo la supervisión de los maestros
cerveceros. Esta agua proviene de la planta de tratamiento de aguas blancas
(P.T.A.B) que la obtiene de diversas fuentes (Hidrocapital, pozos profundos,
etc.).
• Cebada malteada:
La materia prima por excelencia de la cerveza es la cebada malteada, la cual
se obtiene a partir de variedades de cebada cervecera especialmente
cultivada, a través de un complejo proceso de germinación controlada, la
cebada se convierte en cebada malteada. Existen vastos cultivos de cebada
malteada en los Estados Unidos, Canadá, Inglaterra, Alemania, España,
Francia, Checoslovaquia, Australia, Bélgica y Argentina. Sin embargo, en
países con climas fuertemente tropicales como Venezuela, el cultivo de
cebada malteada no se ha logrado industrialmente.
• Los adjuntos:
El arroz y el maíz son dos de los cereales más difundidos y de mayor
consumo en la alimentación humana de las poblaciones de la región tropical.
A nivel mundial, el arroz y el maíz han sido los cereales clásicamente
aceptados para sustituir parte de los carbohidratos aportados por la cebada
malteada en el proceso cervecero.
Los carbohidratos provenientes de estos cereales son transformados en
azúcares fermentables, por acción de las enzimas de la cebada malteada,
durante el proceso de maduración.
La incorporación de una determinada fracción de arroz o maíz al proceso
de elaboración, le imparte a la cerveza un toque de frescura y cuerpo
balanceados, adecuado a las condiciones del clima tropical.
• El lúpulo:
Es una planta del grupo de las urticarias, que crece en estado silvestre.
Cuando se usa para la elaboración de la cerveza, sólo se emplea la variedad
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cultivada, y de ésta, sólo las flores de las plantas femeninas, a la que se le
denomina “cono”. Al lúpulo debe la cerveza su sabor amargo y fresco. Las
áreas más importantes de procedencia son Alemania, Estados Unidos,
Checoslovaquia, Polonia, Yugoslavia, Inglaterra y Bélgica.
Al igual que con la cebada, las condiciones climáticas tropicales no han
permitido, hasta los momentos, obtener cultivos productivos de una planta
tan delicada como el lúpulo.
• La levadura:
La levadura utilizada en todas las plantas Polar es del género
Saccharomyces Uvarum.
El cultivo y la propagación de esta levadura, usada desde hace muchas
décadas en las Cervecerías Polar, se llevan acabo en los laboratorios
propios de la planta, lo cual garantiza una calidad uniforme y continua de la
levadura y por ende, de la cervecera.
Durante la fermentación, la levadura convierte los azúcares producidos en
la maceración en alcohol etílico y gas carbónico.
El buen cuidado y manejo de la levadura es esencial para la alta y
uniforme calidad de Cervecería Polar.
I.4.2 EL COCIMIENTO
Esta primera etapa de la elaboración de la cerveza comienza con la
trituración de la cebada malteada. Seguidamente se mezclan la malta
molida, el arroz o el maíz, con agua purísima, en la paila de maceración,
formando una espesa mezcla.
Bajo constante agitación y a temperaturas entre 50ºC y 75°C, las
proteínas de la cebada malteada son convertidas en aminoácidos. El
almidón, tanto de la cebada malteada como del arroz o del maíz, es
transformado en azúcar fermentable. Además se extraen las vitaminas y
minerales provenientes de la cebada malteada.
Seguidamente se bombea la mezcla hacia la cuba de filtración, a fin de
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separar el líquido denominado mosto, de la fracción insoluble conocida como
afrecho.
El afrecho, subproducto rico en proteínas y fibras, tiene aplicación
industrial como valioso aditivo en la fabricación de alimentos para animales.
El mosto obtenido es transferido a una paila donde es hervido con una
cantidad determinada de lúpulo, durante hora y media aproximadamente.
La cocción del mosto tiene las siguientes finalidades:
• Extraer las sustancias aromáticas y amargas típicas del lúpulo.
• Desactivar las enzimas de la malta una vez cumplidas sus funciones.
• Evaporar una parte del agua para llevar el mosto a la concentración
requerida.
• Esterilizar el mosto.
A continuación se procede a enfriar el mosto a una temperatura entre
10ºC y 15°C por medio de enfriadores especiales. El mosto enfriado se
enriquece con aire estéril para ofrecer el oxígeno necesario en el proceso de
reproducción de la levadura, que es agregada seguidamente.
I.4.3 LA FERMENTACION Y MADURACION
Una vez agregada la levadura al mosto, comienza el proceso más
complejo en la elaboración de la cerveza: la fermentación, la cual en
Cervecería Polar se lleva a cabo en gigantescos tanques cilindro-cónicos de
acero inoxidable con capacidad de hasta 750.000 litros cada uno.
Durante la fermentación, cuya duración normal es de siete días, la
levadura transforma los azúcares del mosto en alcohol etílico, gas carbónico
y un gran número de compuestos aromáticos adicionales, proporcionándole
el carácter típico de la cerveza.
Una vez concluida la fermentación, se inicia el proceso de maduración y
ya no se habla de mosto sino de cerveza joven o verde. Este proceso es
realizado a temperaturas de entre cero y un grado celsius bajo cero, durante
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dos semanas aproximadamente. Este proceso favorece la precipitación de
sustancias insolubles y la sedimentación de levadura aun en suspensión.
Además, esta cerveza joven se madura alcanzando el agradable aroma y el
noble sabor característico de una cerveza de óptima calidad.
I.4.4 LA FILTRACION
A pesar de que durante el proceso de maduración se ha producido una
clarificación natural, no se consigue la brillantez total de la cerveza, por lo
que se hace necesario el proceso de filtración.
En los filtros se clarifica la cerveza por medio de tierra infusoria
eliminando las ultimas células de levadura y partículas mínimas de proteínas
precipitadas, dando a la cerveza su brillantez y estabilidad físico-química.
Durante la filtración se agrega el volumen necesario de gas carbónico,
producido y recuperado durante la fermentación. El gas carbónico da
frescura a la cerveza, la hace apetecible y promueve la formación de
espuma.
I.4.5 EL LLENADO
El envasado de los diferentes tipos de botellas, latas y barriles es un
proceso sumamente tecnificado en Cervecería Polar, y requiere de un
personal altamente calificado para garantizar la óptima operación de las
complejas maquinarias de la sala de llenado.
Los equipos por los cuales pasan los diferentes envases se denominan
tren de envasado. El llenado de botellas, por ejemplo, consta de las
siguientes secciones:
• La desembaladora:
Maquinaria diseñada para tomar por succión las botellas sucias provenientes
de las cajas devueltas por la clientela, colocando los envases en sistemas
transportadores.
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• La lavadora:
Maquinaria en la cual los envases se lavan con soda cáustica a
temperaturas de 80°C, y luego se enjuagan con agua pura, previamente
tratada.
Estas botellas abandonan la lavadora perfectamente limpias y
microbiológicamente aptas para ser llenadas.
• Sistema electrónico de envases vacíos:
Equipo capaz de detectar y rechazar cualquier anomalía dentro o fuera de
las botellas antes del llenado.
• La llenadora:
Maquinaria giratoria que mediante bombas de vacío, disminuye el oxígeno
de los envases, el cual es perjudicial para la estabilidad del sabor de la
cerveza.
Seguidamente, bajo contra presión de gas carbónico, libre de oxígeno y
altamente compatible con la cerveza, se llenan envases hasta el nivel
adecuado, sin provocar turbulencias.
• La Tapadora:
Equipo integrado a la llenadora en el cual los envases son cerrados
herméticamente a velocidades que oscilan entre 1000 y 2000 unidades por
minuto.
• Sistema de inspección del nivel de llenado:
Equipo con una elevada precisión que rechaza cualquier envase que no
cumpla con los niveles de llenado exigidos por el consumidor.
• La Pasteurización:
Antes de abandonar el tren de llenado, los envases son sometidos a un
proceso de pasteurización para proporcionarle al cliente no solamente una
cerveza brillante y exquisita, sino también un producto microbiológicamente
impecable. Estas máquinas están hechas en forma de túnel a través del cual
tienen que pasar las botellas o latas. Allí son calentadas lentamente por
medio de agua, hasta alcanzar la temperatura de 60°C.
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Luego los envases son enfriados y salen de las pasteurizadoras en
óptimas condiciones para ser distribuidos a todas las regiones del país y al
exterior.
La última etapa del proceso de llenado es el empacado, realizado por
maquinarias automatizadas que permiten colocar los envases en cajas o
bandejas, para facilitar el paletizado, almacenamiento y distribución.
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CAPITULO IICAPITULO II
MARCO TEORICOMARCO TEORICO
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II.1 TEORIA SOBRE AIRE COMPRIMIDO
Aire Atmosférico
El aire es un gas incoloro, inodoro e insípido formado básicamente por
la mezcla de tres gases con el siguiente porcentaje volumétrico:
Nitrógeno 78%
Oxígeno 21%
Hidrógeno 1%
También contiene humedad en forma de vapor de agua cuya cantidad
dependerá de las condiciones climatológicas.
Aire Estándar o Aire a condiciones Normales
El aire estándar se define como aire atmosférico a una temperatura de
298 K y una presión de 100 Kpa.
Aire Comprimido
Es el aire cuya densidad aumenta al estar sujeto a una presión superior
a la atmosférica.
Humedad Absoluta
Es el peso de agua (en forma de vapor) existente en un kilogramo de
aire seco, en cualquier condición de presión y temperatura.
Humedad Relativa
Es la relación entre la humedad absoluta existente en el aire y la
humedad absoluta máxima que podría contener si estuviera saturado a la
misma temperatura.
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Presión
La presión en un fluido en reposo en un punto dado es la misma en
todas las direcciones y se define como la componente normal de la fuerza
ejercida por unidad de área.
Presión Atmosférica
Es el resultado del peso que la capa de aire ejerce sobre la superficie
de la tierra.
Presión Manométrica
Es la presión medida por encima de la presión atmosférica.
Presión Absoluta
Es la suma de la presión manométrica más la atmosférica.
Propiedades Físicas de los Gases
• Compresibilidad:
El aire, así como todos los gases, tiene la propiedad de ocupar todo el
volumen de cualquier recipiente adquiriendo su forma. De esta manera se
puede encerrar aire en un recipiente con un volumen determinado y
posteriormente provocarle una reducción de volumen usando una de sus
propiedades, la compresibilidad.
• Elasticidad:
Propiedad que permite que los gases vuelvan a su volumen inicial una vez
extinto el efecto responsable de la reducción del volumen.
• Difusibilidad:
Propiedad de los gases que les permite mezclarse homogéneamente con
cualquier otro medio gaseoso que no esté saturado.
• Expansibilidad:
Propiedad de los gases que les permite ocupar totalmente el volumen de
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cualquier recipiente, adquiriendo su forma.
Propiedades físicas de los fluidos
• Viscosidad:
La viscosidad expresa la facilidad que tiene la sustancia para fluir cuando
se le aplica una fuerza externa. El coeficiente de viscosidad absoluta, o
simplemente la viscosidad absoluta de un fluido es una medida de su
resistencia al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas.
• Densidad:
La densidad de una sustancia es su masa por unidad de volumen.
Compresores
Los compresores son máquinas que aspiran aire del ambiente a la
presión atmosférica y aumentan su presión hasta el valor deseado.
Compresores de Tornillo Helicoidal
La compresión en estas máquinas es efectuada por dos rotores
helicoidales, uno macho y el otro hembra que son prácticamente dos tornillos
engranados entre sí y contenidos en una carcasa dentro de la cual giran. En
su rotación los lóbulos macho se introducen en las ranuras de la hembra
desplazando el aire axialmente, disminuyendo su volumen y por consiguiente
aumentando su presión. Los lóbulos toman el aire por un lado y lo descargan
por el otro en sentido axial.
Placas Orificio
Una placa Orifico, es un diafragma de pared delgada, de
aproximadamente 1,5 mm de espesor, en cuyo centro existe un orificio
circular, entre dos bridas consecutivas de una tubería. El centro del orificio se
hace coincidir con el eje de la tubería.
Para medir la diferencia de presión que existe entre las dos caras del
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diafragma, se disponen sendas tubuladuras en las paredes de la tubería a
cada lado de dicho diafragma, en donde se colocan los indicadores de presión
o manómetros. Esta diferencia de presión se utiliza para medir el caudal.
II.2 SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO
El sistema de aire comprimido de la Planta Los Cortijos de Cervecería
Polar atiende los requerimientos de varios sectores, dentro de los cuales se
encuentran: el accionamiento de válvulas, transporte de algunos semi-sólidos,
sistemas hidroneumáticos, entre otros. Este servicio es generado en la
Superintendencia de Sala de Máquinas, perteneciente a la Gerencia de
Servicios de Planta y de aquí distribuido el resto de las áreas.
II.2.1 EQUIPOS DEL SISTEMA
1. Cinco Compresores de Aire.
2. Un tanque Buffer principal.
3. Dos secadores de aire.
4. Un manifold de distribución.
5. Ocho Buffers auxiliares.
1. Compresores de Aire:
La sala de máquinas de la planta Los Cortijos de Cervecería Polar cuenta
con 5 compresores de aire del tipo tornillo, marca Atlas Copco, cuya función
es tomar el aire a condiciones atmosféricas y comprimirlo hasta alcanzar una
presión en la línea de descarga que varía entre 565 Kpa (82 psi) y 662 Kpa
(96 psi). Para obtener la presión y el caudal deseado en el sistema se trabaja
con diferentes combinaciones de compresores, por lo general se satisfacen
todas las necesidades operando con un compresor de gran capacidad en
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condición de carga continua y un compresor de baja capacidad en condición
alterna de carga y vacío. A continuación se presentan los datos de placa de
los compresores y de sus respectivos motores:
Compresor # 5 Motor
Marca Atlas Copco Marca SIEMENS
Modelo ZR5-63 Modelo 1LL1 352
Presión max. 860 Kpa Potencia 410Kw
Capacidad max. 1.015 Nm³/s RPM 1775
Potencia 410 Kw Voltaje 4800 V
RPM 1800 Frecuencia 60 Hz
Año 1994 Cosγ 0.86
Compresor # 6 Motor
Marca Atlas Copco Marca SIEMENS
Modelo ZR-5 BE Modelo 1RA 6315
Presión max. 860 Kpa Potencia 370 Kw
Capacidad max. 0.94 Nm³/s RPM 1775
Voltaje 440 V Voltaje 440 V
RPM 1760 Frecuencia 60 Hz
Frecuencia 60 Hz Cosγ 0.88
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Compresor # 7 Motor
Marca Atlas Copco Marca SIEMENS
Modelo ZR-400 Modelo 1LL3 350
Presión max. 862 Kpa Potencia 410 Kw
Capacidad max. 0.90 Nm³/s RPM 1775
Potencia 353 Kw Voltaje 4800 V
RPM 1780 Frecuencia 60 Hz
Año 1997 Cosγ 0.86
Compresor # 9 Y # 10 Motor
Marca Atlas Copco Marca SIEMENS
Modelo ZR4-C Modelo 1RA 7351
Presión max. 850 Kpa Potencia 240 Kw
Capacidad max. 0.48 Nm³/s RPM 1772
Potencia 240 Kw Voltaje 4800 V
RPM 1760 Frecuencia 60 Hz
Año 1988 Cosγ 0.83
2. Tanque Buffer:
Este tanque fue fabricado por el Taller Industrial Suizo C.A., tiene una
capacidad de 25 m³ y fue diseñado para una presión máxima de 1250 Kpa
(182 psig). Su función principal es la de mantener una presión constante en el
sistema además de amortiguar los requerimientos bruscos de aire comprimido
para evitar los llamados picos de carga y, por ende, de potencia tan
perjudiciales para los compresores.
3. Secadores:
Existen dos unidades secadoras de aire cuyo principio de funcionamiento
es básicamente el de un intercambiador de calor de carcaza y tubo dividido en
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dos partes. En la primera, la transferencia ocurre por el contraflujo de aire-aire
y en la segunda por el intercambio de aire-alcohol. La función de estos
equipos es la de reducir la humedad relativa del aire hasta un valor
aproximado al 9%. Los secadores de aire, cuentan con las siguientes
características:
Fabricante: Fabrimonca.
Capacidad de aire: 3000 Nm³/h cada uno.
Temperatura de entrada del aire: 298 K (25 ºC).
Temperatura de salida del aire: 293 K (20 ºC).
Temperatura de entrada de alcohol: 268 K (-5 ºC).
Temperatura de salida del alcohol: 273 K (0 ºC).
4. Manifold de distribución:
El manifold de distribución del sistema de aire comprimido es un
arreglo de tuberías cuya única función es diferenciar la alimentación de
aire seco hacia cada una de las áreas consumidoras. Está situado en la
tubería de descarga de los secadores y cuenta con siete sali das hacia las
siguientes zonas:
• California Sur y caldera # 8.
• P.T.A.B.
• Calderas, taller de sala de máquinas y sala de máquinas.
• Envasado.
• Planta Piloto.
• Reserva.
• Elaboración I y II, cava de barriles y P.T.A.R.
5. Buffers Auxiliares:
En la planta existen ocho Buffers auxiliares con la finalidad de asegurar un
flujo de presión de aire constante en situaciones de alta demanda. Estos
tanques, por lo general, están conectados a la tubería de suministro principal
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de cada área y cuentan con un manómetro, una válvula de seguridad, una
válvula de alivio, además de contar con un by-pass en caso de requerir
realizar algún mantenimiento al tanque. Los Buffers auxiliares se identifican
según la zona que alimentan:
• Buffer de Silos.
• Buffer de Cocimiento.
• Buffer de Filtración.
• Buffer de Envasado I.
• Buffer de Envasado II (video-jets, y detector de botellas llenas).
• Buffer de P.T.A.B.
• Buffer de P.T.A.R.
• Buffer de California Sur.
II.2.2 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
El sistema de aire comprimido de la Planta Los Cortijos de Cervecería
Polar, se compone de tres procesos, a saber: Generación, distribución y
utilización. En este capítulo describiremos el proceso de generación y
distribución, quedando la utilización para ser tratada en el próximo.
1. Generación:
El proceso de generación comienza cuando el aire es succionado de la
atmósfera a una temperatura promedio de 298 K (25 ºC) y una presión de 100
Kpa (1 bar), mediante dos grandes ductos conectados a la succión de los
cinco (5) compresores, a continuación el aire es comprimido hasta alcanzar
una presión en la tubería de descarga, que varía entre los 565.3 Kpa (5.7 bar)
y los 662 Kpa (6.6 bar), pero manteniendo la misma temperatura debido al
sistema de enfriamiento que poseen los compresores.
La tubería de descarga de los compresores dirige el aire hacia el
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tanque Buffer principal, en donde es separada una parte de la humedad
gracias a una trampa de condensado ubicada en la parte inferior del tanque. A
dicho Buffer se encuentran conectadas dos tuberías de descarga; la primera
(línea de aire húmedo) se destina directamente al empuje de Nepe, secadora
de Nepe y empuje de Trub y la otra se dirige hacia los secadores para retirar
el exceso de humedad antes de ser distribuido desde el manifold hacia las
diferentes áreas.
El secado del ai re se realiza de la siguiente manera: Inicialmente el aire
comprimido proveniente del buffer principal, a una temperatura de 298 K (25
ºC), pasa a través del primer intercambiador de calor de carcaza y tubo donde
la transferencia de calor ocurre en contraflujo entre el aire que entra y el aire
seco proveniente del segundo intercambiador de calor aire-alcohol. En esta
primera etapa la temperatura del aire desciende hasta 286 K (13 ºC) y luego
se encuentra con la primera trampa de condensado donde se extrae la
primera parte de humedad para luego seguir hacia el segundo intercambiador
donde el aire y el alcohol fluyen en sentidos opuestos y la temperatura del aire
baja hasta aproximadamente 278 K (5 ºC), dando lugar a un estado de
saturación a menor temperatura. Es en este momento en el que el aire pasa a
través del segundo separador de condensado, de donde sale prácticamente
seco y posteriormente se dirige hacia el primer intercambiador donde el aire
seco funciona como refrigerante para restarle calor al aire proveniente del
tanque Buffer y finalmente el aire seco sale con una temperatura de 293 K (20
ºC) y una humedad relativa de 9%.
2. Distribución:
La red de distribución del aire comprimido en la planta esta dividida en dos
partes: aire húmedo y aire seco. El aire húmedo sale directamente del tanque
Buffer principal y alimenta únicamente, como ya se dijo anteriormente, el
empuje de Nepe, la secadora de Nepe y el empuje de Trub. Este aire húmedo
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posee una temperatura de 298 K (25 ºC) y la presión varía entre 565.3 Kpa
(82 psi) y 662 Kpa (96 ºC), es una línea única que parte del Buffer principal
para luego dividirse hacia los tres consumidores, encontrándose en cada uno
con una placa orificio cuyo fin es disminuir la presión ya que estos
consumidores no requieren la alta presión de aire que se les suministra.
El aire seco es manejado por el manifold de distribución que se encuentra
en la salida de los secadores, allí se dividen las tuberías hacia las distintas
zonas de la planta, este aire se encuentra, como ya lo dijimos, a una
temperatura promedio de 293 K (20 ºC) y su presión, al igual que el aire
húmedo, varía entre 565.3 Kpa (82 psi) y 662 Kpa (96 ºC). Este aire se utiliza,
en su mayoría, para los actuadores neumáticos, por lo que en la entrada de
cada cajetín de válvulas se ha instalado un filtro de aceite y de humedad, ya
que es muy importante que el aire suministrado a estos actuadores sea del
todo limpio y seco. También esta red de aire cuenta con tanques Buffers
auxiliares en algunas de las áreas, donde por experiencia, en la práctica se
han detectado deficiencias en el suministro de aire comprimido cuando la
demanda sufre un incremento brusco, problema que se ha visto resuelto con
la instalación de estos tanques auxiliares, ya que ellos proveen un colchón de
aire por lapso de algunos segundos mientras el sistema repone la falla creada
por el aumento inesperado de carga.
II.2.3 CONSUMIDORES
Los consumidores de aire comprimido en la planta los podemos
diferenciar por áreas:
1. Elaboración I:
El aire comprimido llega al Buffer auxiliar # 1 ubicado en el edificio de silos
y de allí se distribuye a cada uno de los equipos. Principalmente, los clientes
25
de aire en esta área son: actuadores neumáticos, filtros de equipos
Mikropulsaires, despacho de levadura y enriquecimiento del mosto con la
finalidad de oxigenarlo para el proceso de fermentación de la levadura.
2. Elaboración II:
En esta área el aire llega directamente del manifold de distribución, con
excepción de la zona de filtración que cuenta con un Buffer para la
alimentación de las válvulas doble asiento que allí se encuentran. La
utilización del aire comprimido en el sector de elaboración II es básicamente
para el transporte de la cerveza hacia las cavas de maduración, la
pasteurización de las cavas de maduración, el trasiego del maltín, la limpieza
de los filtros y actuadores neumáticos. Como se explicó anteriormente, uno de
los procesos dentro de elaboración II es la filtración y en ella se requieren
válvulas doble asiento que permitan el paso de dos fluidos a la vez en lugares
concurrentes sin que estos se comuniquen y estas válvulas requieren de una
alta presión de aire para mantenerse en una posición determinada, por esto
ellas cuentan con un Buffer que les garantiza esa presión de aire aún en
momentos de alta demanda en la planta, ya que por razones de seguridad
estos fluidos que concurren no deben mezclarse.
3. P.T.A.B.:
La planta de tratamiento de aguas blancas se encuentra a gran distancia
de la sala de máquinas de la planta, por esto existe un tanque Buffer en la
tubería de alimentación de aire comprimido hacia P.T.A.B., cuya finalidad es
suministrar aire con las características deseadas a los siguientes equipos:
Actuadores neumáticos, fluidización del lecho de carbón en el proceso de
esterilización de los filtros, el contralavado de las resinas y los tanques
hidroneumáticos.
4. P.T.A.R:
En la Planta de tratamiento de aguas residuales el aire se utiliza
26
principalmente para actuadores neumáticos y para airear el sulfuro en los
tanques. Este aire sale del manifold de sala de máquinas y llega a un buffer
auxiliar ubicado en P.T.A.R. y de allí se distribuye según las necesidades.
5. Planta Piloto:
En este sector el aire se utiliza para el manejo de válvulas de
instrumentación, aireación del mosto en refrigeración y la llenadora. Todos
estos equipos trabajan a muy pequeña escala, así que el requerimiento de
aire es bastante bajo.
6. Barriles:
En el sistema de barriles el aire comprimido es utilizado para mover
pistones y actuadores neumáticos y para el lavado interno del barril.
7. Envasado:
El área de envasado es el consumidor de aire comprimido más grande que
tiene la planta, ya que casi todos los equipos que conforman este sector
trabajan con aire. Entre ellos tenemos: Pistones neumáticos, sopladores que
secan las tapas de las botellas, diafragmas de goma que al inyectarles aire
aprisionan el cuello de la botella para embalarla o desembalarla en las
gaveras y el codificador Video-Jet, que mediante inyección de tinta, imprime la
fecha de vencimiento del producto.
8. California Sur:
En el caso de este consumidor, el aire llega primero a un tanque Buffer y
de allí se distribuye a pistones neumáticos y puntos de mantenimiento a los
que se conectan mangueras para realizar la limpieza interna de los equipos
(paletizadoras).
27
9. Sala de Máquinas:
En esta área el aire comprimido se utiliza para el sistema de las calderas,
la instrumentación de la planta de grado plato y Taylors de sala de control.
Existen en la planta otros consumidores como: Los talleres de
mantenimiento, instrumentación y montacargas de las distintas áreas, y el
sistema automatizado para la limpieza de las tuberías(C.I.P.). El requerimiento
de aire, en cuanto a caudal, de estos sectores no es significativo, razón por la
cual no se describe su uso.
II.3 CONSUMO DE ENERGIA
El consumo de energía eléctrica en el sistema de aire comprimido de la
planta Los Cortijos de Cervecería Polar es calculado en base a la potencia en
el eje de los motores de los compresores, medida en Kw y registrada en
contadores ubicados en la sala de alta tensión. Cuando se decide realizar un
estudio para reducir el consumo energético en el sistema de aire el enfoque
es hacia disminuir el trabajo de los compresores y, para esto hay que tener en
cuenta dos aspectos: la generación del aire y su utilización. En la generación
el objetivo es producir la misma cantidad de m³ de aire con menos consumo
de energía, mientras que al analizar la utilización de este servicio, el objetivo
es identificar las oportunidades de ahorro en aquellos consumidores que no
requieran o bien tan alta presión de aire, o bien el caudal que se le está
suministrando, ya que una reducción del consumo de aire comprimido se
traduce en menos trabajo para las máquinas.
El consumo de energía eléctrica mensual de los compresores es
proporcional a la producción, es decir; que aumenta o disminuye con ésta, sin
embargo la proporción en la que aumenta o disminuye también se ve afectada
28
por la cantidad de horas que haya trabajado cada máquina, ya que no todos
los compresores generan el mismo gasto de kilovatios en relación con los m³
de aire comprimido que producen, por ejemplo; si un mes se decidió trabajar
durante un largo periodo de tiempo con una máquina con una alta relación de
Kw consumido por m³ producido, es probable que el gasto de electricidad de
este mes se halla elevado considerablemente, caso contrario ocurriría si se
hubiese operado con un compresor con una relación más favorable de Kw/m³.
Lamentablemente no siempre se puede trabajar con los equipos más
eficientes en cuanto a consumo eléctrico, ya que ellos requieren de un
mantenimiento durante el cual deben estar parados, además de que todos
deben cumplir con una vida útil y es basándose en estos factores, en los que
el Jefe de operaciones planifica trabajar con ciertos equipos cada mes.
Generalmente se alternan los compresores grandes cada semana.
El cálculo de los kilovatios consumidos por cada compresor se realiza de
la siguiente manera:
1. El último día de cada mes, a las 12:00 de la noche, el supervisor de turno
toma la lectura de los contadores conectados a los motores eléctricos de
los compresores en la sala de alta tensión.
2. El jefe de operaciones resta las lecturas finales del mes anterior a las de
este mes y luego cada uno de estos valores debe ser multiplicado por un
factor de corrección previamente calculado. Este factor de corrección se
debe a la corriente de alimentación de cada compresor y a la relación de
amperaje y voltaje de cada contador.
3. Finalmente, luego de haber efectuado la multiplicación el resultado es el
consumo de kilovatios de cada compresor en ese mes y se suman todos
para totalizar la energía consumida por el sistema de aire comprimido.
29
II.4 INDICES DE EFICIENCIA
Los índices de eficiencia se utilizan, como su nombre lo indica, para medir
la eficiencia de procesos, sistemas, equipos, etc. En La Planta Los Cortijos de
Cervecería Polar, se controla el rendimiento de cada sistema en base a estos
índices y específicamente el sistema de aire comprimido se evalúa mes a
mes estudiando tres índices, a saber:
Tabla 1
Indices de Eficiencia
INDICE DESCRIPCION VALOR
OPTIMO
VALOR
ACTUAL
KW/HL Electricidad consumida en el sistema de
aire, medida en Kw por hectolitro
envasado.
0.70 0.8
M³/HL Volumen de aire producido y consumido
medido en m³ por hectolitro envasado.
5.00 7.08
KW/M³ Electricidad consumida en el sistema
de aire, medida en Kw por volumen
de aire consumido, medido en m³.
0.14 0.12
• KW/HL: Este índice evalúa el consumo de electricidad en los compresores
de aire para envasar un hectolitro de producto, es decir, que mientras más
bajo este dicho valor, reflejará mayor eficiencia en el uso de la energía
eléctrica por parte del sistema de aire comprimido.
• M³/HL: Este valor refleja cuan acertado es el uso del aire comprimido para
envasar un hectolitro de producto. Para una industria cervecera este
indicador debería rondar los 5 m³/hl, en el caso de Cervecería Polar, en la
actualidad se encuentra aproximadamente entre 8 y 9, por lo que se
30
deduce que existe una excesiva utilización del recurso.
• KW/M³: Este factor indica la eficiencia de la generación del recurso ya que
expresa la cantidad de energía consumida para producir un m³ de aire
comprimido, en consecuencia, el proceso de generación del servicio será
más eficiente cuanto más pequeño sea y se acerque a 0.14 que es el valor
óptimo para una planta cervecera.
La energía eléctrica consumida por el sistema se calcula como se explicó
en la sección anterior. Los hectolitros envasados son un dato generado por la
Gerencia de Envasado y luego comunicado a la Gerencia de Servicios de
Planta. El volumen de aire comprimido producido por los compresores es
calculado de la siguiente manera:
1. El supervisor de turno, el último día del mes a las 12:00 de la noche, toma
la lectura de horas de servicio y horas de carga de cada compresor en
unos contadores que posee cada uno.
2. Este dato es comunicado al Jefe de Operaciones, quien se encarga de
restarle a estos valores los del mes anterior.
3. La cantidad de horas netas de carga de cada compresor se multiplica por
su capacidad y esto da como resultado la cantidad de m³ producidos por
cada máquina, que al sumarlas; se tiene el volumen total de aire producido
en el mes.
El cálculo de los índices de eficiencia es realizado por el grupo de
ingenieros que trabajan en el Centro Empresarial de Empresas Polar, donde
se reúne la información de las cuatro plantas cerveceras y se generan dichos
índices estableciendo comparaciones entre unas y otras con la idea de
realizar Benchmarking interno que permita aportar ideas de mejoras a
aquellos sistemas deficientes.
31
CAPITULO IIICAPITULO III
DESARROLLO DE LA INVESTIGACIONDESARROLLO DE LA INVESTIGACION
32
III.1 RECONOCIMIENTO DEL SISTEMA
El primer paso del proceso de investigación fue el estudio del sistema
completo, el funcionamiento de los equipos y las condiciones de operación,
desde la generación del servicio hasta su uso en cada uno de los
consumidores. Para lograr el dominio completo del sistema se estudiaron los
manuales de los equipos y se realizaron visitas en campo con los
especialistas de cada área.
III.1.1 EQUIPOS GENERADORES
Para conocer el funcionamiento de los equipos generadores,
inicialmente se estudiaron los manuales de operación del sistema de aire
comprimido de la sala de máquinas, luego se procedió a corroborar la
información teórica visitando la sala de máquina y realizando un recorrido
completo por el sistema.
Habiendo identificado cada uno de los equipos generadores se
procedió a determinar las condiciones de operación del sistema y para ello
se definieron algunas variables:
• Consumo de Energía Eléctrica de Cada Compresor
Los motores eléctricos de los compresores poseen datos de placa
donde se expresan unas características de potencia teórica, que
generalmente, no corresponden a los valore reales de consumo eléctrico.
Para determinar el gasto de Kw/hr de cada compresor se recurrió a los
contadores de Kw ubicados en la sala de alta tensión y conectados a los ejes
33
de los motores eléctricos. El procedimiento fue el siguiente:
1. Se tomó la lectura del contador de Kw del compresor, operando en
condición de carga.
2. Se dejaron pasar 30 minutos, para luego volver a tomar la lectura del
contador y efectuar la resta de la lectura final menos la inicial.
3. El resultado del paso anterior se multiplicó por su correspondiente factor
de corrección, obteniéndose así el consumo de Kw en condición de carga
en 30 minutos.
4. Finalmente, por simple regla de tres, se llevo el resultado anterior a Kw/hr.
Los pasos del 1 al 4 se repitieron tres veces para cada compresor
tanto en condición de carga como en vacío (véase la tabla A en el apéndice
A) y por último se promediaron los tres resultados para determinar el
consumo real de energía eléctrica de cada compresor. Los pasos descritos
anteriormente se demuestran en el siguiente ejemplo:
Experiencia # 1
Compresor 5
Condición Carga
Lectura Inicial 3300,7060 -
Lectura Final 3300,7757
Diferencia 0000,0697 *
Ftr. de Corrección 2400,0000
Sub-total 167,28 Kw /
Tiempo 0,5 hr
Total 334,56 Kw/hr
Experiencia # 2
Compresor 5
Condición Carga
34
Lectura Inicial 3301,4031 -
Lectura Final 3301,4782
Diferencia 0000,0751 *
Ftr. de Corrección 2400,0000
Sub-total 180,24 Kw /
Tiempo 0,5 hr
Total 360,48 Kw/hr
Experiencia # 3
Compresor 5
Condición Carga
Lectura Inicial 3303,5100 -
Lectura Final 3303,5802
Diferencia 0000,0702 *
Ftr. de Corrección 2400,0000
Sub-total 168,48 Kw /
Tiempo 0,5 hr
Total 336,96 Kw/hr
PROMEDIO = 334,56 + 360,48 + 336,96 = 344 344 Kw/hr
3
El compresor número seis no posee contador en la sala de alta tensión,
ya que su motor eléctrico trabaja con 440 voltios, por esta razón la única
manera de contabilizar el consumo real de Kw/hr es a través de un
amperímetro ubicado en la sala de baja tensión y conectado al motor
eléctrico. El procedimiento para calcular el consumo de energía fue el
siguiente:
1. Se observó el amperímetro y se tomaron lecturas.
2. Con los valores de amperaje y conociendo tanto el voltaje, 4800 V,
35
como el cosγ, 0.9, se calculó a través de la fórmula 2.A la potencia
en el eje del motor.
3. Los pasos 1 y 2 se repitieron tres veces tanto estando el
compresor en carga como en vacío.
(2.A)
Se obtuvo el siguiente resultado:
Tabla 2
Determinación de Potencia del Compresor 6
COMPRESOR CONDICION DE CORRIENTE POTENCIA 6 Carga 50.36 376.69 6 Carga 49.15 367.62 6 Carga 49.30 368.75 6 Vacío 25.36 189.69 6 Vacío 26.23 196.18 6 Vacío 28.22 211.1
4. Por último se promediaron los tres resultados tanto en condición de
carga como en vacío y se obtuvo la potencia real del compresor 6.
El resultado final del consumo eléctrico de los compresores de aire se
reúne en la tabla 3.
Tabla 3
Cuadro Resumen de Valores de Potencia Reales
Potencia Potencia Compressor Promedio en Promedio en
Carga (Kw) Vacío (Kw) 5 344 115 6 378 200 7 355,5 85 9 167 33 10 165 43
PotenciaIV
=31000
cosγ
36
• Volumen de Aire Producido Por Hora
Para determinar la producción por hora promedio de aire comprimido
se diseñó un formato (véase apéndice B) donde se tomaron diariamente las
lecturas de los horómetros de carga y servicio de cada compresor, para luego
multiplicarlas por sus capacidades y así obtener el volumen total de aire
producido y un promedio por hora. Adicionalmente en el formato se incluyeron
las lecturas de un medidor de flujo ubicado en la salida de los secadores,
antes del manifold de distribución, asumiendo que la diferencia entre el valor
registrado en el medidor y el calculado según las capacidades de los
compresores sería el porcentaje de aire húmedo.
La información fue recolectada durante 16 días, dentro de los cuales se
observaron varias cosas, una de ellas fue el hecho de que los días en que no
se utilizó aire húmedo, debido a que el área de cocimiento que es el único
consumidor de esta línea se encontraba parado, se registró cierta diferencia
entre el volumen calculado con las capacidades de los compresores y el valor
registrado en el medidor de flujo (véase la tabla 4), el primero valor excedía al
segundo en un 22% aproximadamente. Tabla 4
Producción de Aire Días de Parada de Cocimiento
02/03 02-03/03 PROMEDIO
TOTAL (Nm3) 29085,51 54675,03 CAUDAL (Nm3/hr) 3568,77 3464,83 3516,80
SECO (Nm3) 23047,62 41687,07 HUMEDO (Nm3) 6037,89 4088,16
% SECO 79,24 76,25 78 % HUMEDO 20,76 23,75 22
Este resultado generó la hipótesis de que los compresores no estaban
trabajando al 100 % de su capacidad. Para corroborar esta hipótesis se
planteó el siguiente experimento: Mediante una maniobra de válvulas, hacer
pasar todo el aire por el medidor de flujo y poner a funcionar un sólo
37
compresor a la vez con el fin de verificar su capacidad. Al terminar este
experimento se observó que las lecturas del instrumento de medición fueron
siempre menores a las capacidades nominales de los compresores, sin
embargo era muy difícil determinar el valor del caudal, ya que las cifras en el
instrumento variaban muy rápidamente.
Conociendo que el caudal producido por los compresores era menor
que su capacidad, se procedió a estimar el volumen de aire comprimido que
estaba generando cada máquina, mediante una regla de tres entre los valores
teóricos de potencia y capacidad, y las potencias reales encontradas
anteriormente, como se muestra a continuación:
Compresor # 5:
Cap. Teórica = 3654 Nm³/hr.
Pot. Teórica = 410 Kw/hr.
Pot. Real = 344 Kw/hr.
3654 Nm³/hr 410 Kw/hr
X 344 Kw/hr X = 3075 Nm³/hr.
Compresor # 6:
Cap. Teórica = 3376 Nm³/hr.
Pot. Teórica = 378 Kw/hr.
Pot. Real = 370 Kw/hr.
3376 Nm³/hr 378 Kw/hr
X 370 Kw/hr X = 3305 Nm³/hr.
Compresor # 7:
Cap. Teórica = 3230 Nm³/hr.
Pot. Teórica = 373 Kw/hr.
Pot. Real = 355.5 Kw/hr.
38
3230 Nm³/hr 373 Kw/hr
X 355.5 Kw/hr X = 3080 Nm³/hr.
Compresor # 9 y # 10:
Cap. Teórica = 1720 Nm³/hr.
Pot. Teórica = 240 Kw/hr.
Pot. Real = 167 Kw/hr.
1720 Nm³/hr 240 Kw/hr
X 167 Kw/hr X = 1200 Nm³/hr.
Los cálculos anteriores corroboraron que en efecto el volumen de aire
comprimido que estaban produciendo los compresores era cierto porcentaje
menor a sus capacidades teóricas. En promedio la producción disminuía en
un 17% (véase la tabla 5).
Tabla 5
Capacidades Teóricas Vs Producción Real
Capacidad Producción Porcentaje Compresor teórica real de
(Nm3/hr) (Nm3/hr) reducción
5 3654 3075 16 6 3377 3315 2 7 3255 3079 5 9 1721 1200 30 10 1721 1200 30
Promedio (%) 17
Otra situación que se presentó durante los 16 días que se recogió la
información, fue que los fines de semana el acumulador del medidor de flujo
sumaba muy poco volumen de aire en comparación con el que se había
producido, según las horas de trabajo de los compresores. Este hecho llevó a
un estudio detallado de las características de funcionamiento del equipo, así
39
como de las condiciones de operación en la planta en general durante los
fines de semana. Este estudio arrojó la siguiente información:
Medidor de Flujo:
Este instrumento está diseñado para trabajar dentro de un rango
de caudal máximo y mínimo, fuera de los cuales no es capaz de
funcionar adecuadamente (véase el apéndice C), por lo que es
bastante probable que la causa de que el instrumento de medición no
acumule durante el fin de semana sea que el caudal de aire que lo
atraviesa durante esos días sea inferior a su valor mínimo de
funcionamiento. A fin de verificar este hecho, se visitó la planta un
sábado y se monitoreó tanto el acumulador como el instantáneo del
medidor de flujo, observándose que la parte instantánea, se mantuvo
en cero por largos períodos de tiempo, y en consecuencia el
acumulador no sumaba volumen de aire. Estas observaciones
corroboraron la idea inicial de que el flujo de aire los fines de semana
era muy pequeño para ser cuantificado por un medidor de estas
dimensiones, sin embargo faltaba determinar que valor aproximado
tenía el caudal en estos días y por qué disminuía tanto.
Condiciones de Operación
De las condiciones de operación, se conoció que los Sábados a
las 5:00 de la mañana el área de envasado cesa sus actividades y las
reanuda el Lunes a la misma hora, por lo que esta área los fines de
semana no demanda el volumen de aire que requiere de Lunes a
Viernes, sólo utiliza una mínima cantidad en labores de limpieza y
mantenimiento. Con base en lo expresado anteriormente se formuló la
siguiente hipótesis: El área de Envasado debe ser el mayor consumidor
de aire seco, ya que al cesar sus operaciones los fines de semana la
40
producción de aire disminuye significativamente. Con objeto de verificar
la hipótesis anterior, se compararon los valores de producción de aire
de Lunes a Viernes, y la de los fines de semana, calculando ambos
valores con las capacidades estimadas anteriormente, notando que los
fines de semana la producción disminuía en un 42% aproximadamente,
porcentaje que se asumió como la carga de envasado.
Hasta este punto se han determinado todos y cada uno de los detalles
de la parte generadora del sistema, ahora es necesario conocer de igual
forma el sector de los consumidores.
III.1.2 EQUIPOS CONSUMIDORES
Con el objeto de conocer hasta el último uso que se le da al aire
comprimido se realizaron visitas a cada uno de los consumidores a fin de
obtener la mayor información posible acerca de requerimientos de presión y
caudal de los equipos localizados en las diferentes áreas. Los datos
solicitados se obtuvieron gracias a la experiencia de los especialistas de cada
área que compartieron sus conocimientos tanto de manera verbal como
facilitando material de apoyo como manuales, catálogos y folletos de los
equipos. Al finalizar el recorrido por todos los consumidores se logró
catalogarlos según sus necesidades en cuanto a servicio de aire se refiere.
Debido que al realizar el estudio de la generación del servicio de aire
comprimido, se logró identificar a los dos consumidores más importantes,
luego de visitar a todas las áreas y reconocer los equipos y su funcionamiento
a grandes rasgos, el estudio se centró en las dos áreas que suponían mayor
demanda del servicio. Estas dos áreas son Envasado y Cocimiento.
41
En Envasado que es el mayor consumidor pues absorbe un 42% de la
producción total y un 55% del aire seco, se revisaron en los manuales las
especificaciones de cada uno de los equipos que utilizaban aire en su
funcionamiento, encontrándose que la gran mayoría requerían presiones de
aire entre 300 Kpa y 500 Kpa, con excepción de los codificadores de chapas
Video-jet y los detectores de nivel de las botellas cuyo requerimiento de
presión es superior a los 517 Kpa, ocasionando graves fallas si llegasen a
recibir menor presión de la mencionada anteriormente.
El sector de Cocimiento es el área que utiliza la línea de aire húmedo,
específicamente par transportar el Nepe desde los tamborones hasta los silos
de Nepe húmedo y desde aquí a la secadora de Nepe. Este sistema de
transporte funcionaba con presiones que variaban, dependiendo del
tamborón, entre 200 Kpa y 400 Kpa, así que se decidió realizar un estudio
para determinar la mínima presión de trabajo y homologar todos los
tamborones a esta presión. El estudio consistió en realizar unas pruebas
estrangulando las válvulas mariposas en el suministro de aire hacia la tubería
de Nepe y observar cuál era la presión mínima a la que se podía suministrar
el aire para el transporte. Estas pruebas se realizaron de la siguiente manera:
1. Se contó con dos personas comunicadas a través de radios, una que
observara la llegada del pelet de Nepe al silo, y la otra que estrangulara la
válvula y observara la presión en el manómetro ubicado en la línea de
suministro de aire.
2. Inicialmente se observó el proceso en las condiciones iniciales y se
recogió información importante como intervalo de tiempo entre pelets,
número de los mismos, tiempo total de descarga del tamborón y presión a
la cual se encontraba trabajando.
3. Luego se procedió a estrangular la válvula con una medida de un diente y
se volvieron a tomar los datos mencionados en el paso 2, siempre
estableciendo comunicación entre las dos personas por si acaso ocurría
algún inconveniente.
42
4. Si todo iba bien hasta el paso 3 se procedía a estrangular otro diente y así
sucesivamente hasta observar que el pelet llegaba con dificultad al silo y
entonces se situaba la válvula en el diente anterior, registrando la presión
hasta la cual se había trabajado.
Este procedimiento se realizó en los tamborones de las cubas 3 y 4 y en la
secadora de Nepe nueva, ya que los tamborones 1 y 2 poseen reguladoras de
presión. De estas prácticas se obtuvo que el transporte podía realizarse con
una presión aproximada de 250 Kpa.
Al finalizar el estudio completo de los consumidores se les clasificó de la
siguiente manera:
• Consumidores de Alta Presión:
Son aquellos equipos cuyo requerimiento de aire es superior a los 517 Kpa
(75 psi), dentro de los cuales se encuentran:
1. Válvulas doble asiento del sótano del área de cocimiento.
2. Válvulas doble asiento del área de filtración.
3. Codificador de chapas Video-jet y detector de nivel de botellas, del
área de envasado.
• Consumidores de Presión Media:
Son aquellos equipos cuyo requerimiento de presión se encuentra entre
300 Kpa y 500 Kpa y son la gran mayoría de los equipos existentes en la
planta.
• Consumidores de Baja Presión:
Son aquellas operaciones cuyo requerimiento de presión de aire es inferior
a los 300 Kpa y es únicamente la línea de aire húmedo.
43
III.2 PLANTEAMIENTO DE HIPOTESIS
Luego de conocer el sistema completo desde la parte generadora hasta
la consumidora, se formuló la siguiente hipótesis:
“Ajustando la presión en la línea de aire comprimido a un valor por
debajo del que trabaja actualmente, se logrará un ahorro tanto en el consumo
de energía, como en la producción de m³ y esto apuntará hacia una reducción
en los índices de consumo energético”.
III.2.1 VERIFICACION DE HIPOTESIS
El rango de presión en el que se estaba trabajando era entre 717 Kpa y
586 Kpa, los compresores de aire estaban regulados para caer en vacío
cuando la presión llegase al valor superior y volver a la condición de carga en
el momento en el que la presión en la línea disminuyese hasta el límite
inferior. Al estudiar la utilización que se le daba al aire al nivel de los
consumidores las cifras de requerimientos de presión máxima en los equipos
era 517 Kpa, en consecuencia, era factible bajar el rango de presión de
trabajo en la línea siempre y cuando el suministro de aire en el equipo no
fuese inferior a ese valor.
Con base en lo anteriormente expuesto se procedió a estimar las
pérdidas en las tuberías para saber cuál tendría que ser la mínima presión de
generación de aire para asegurar en los equipos críticos el valor requerido.
Las pérdidas en la línea se estimaron gracias al diagrama de caída de
presión y a la tabla de caídas de presión en forma de longitud equivalente
para accesorios (véase apéndice D) que se aplicaron a los consumidores
críticos, encontrándose una caída máxima de presión de 20 Kpa desde el
tanque Buffer principal.
44
Conocida la caída máxima de presión, se decidió adoptar como nuevo
rango de presión de trabajo de 565 Kpa a 662 Kpa, sin embargo para
asegurar que no existiera ningún problema con los equipos críticos en casos
de alta demanda se instalaron tanques Buffer que amortigüen las caídas de
presión en la línea. Por otro lado estos valores nuevos de presión seguían
siendo demasiado altos para los consumidores de la línea de aire húmedo,
así que se diseñaron placas orificio para cada uno de los consumidores con el
objeto de suministrarle únicamente la presión de aire que necesitan.
• Tanques Buffer:
Como se expuso anteriormente los consumidores de alta presión son las
válvulas doble asiento tanto del área de filtración, como del área de
cocimiento, y los equipos codificador de chapas Video-Jet y detector de
nivel de botellas en el área de envasado. El sector de filtración ya contaba
con un tanque Buffer, así que sólo hacía falta instalar uno para cocimiento
y uno para los dos equipos de envasado. Las características de los
tanques se muestran a continuación:
1. Tanque Buffer de Envasado:
Peso 600 Kg
Material Acero
Alto 2.1 m
Diámetro 0.94 m
Diámetro Boca de visita 0.62 m
Diámetro de boca para tuberías 0.10 m (4”)
45
Accesorios:
Manómetro, válvula de seguridad ajustada en 105 psi, válvula de alivio,
válvula check y válvula mariposa en la tubería de entrada y válvula
mariposa en la tubería de salida.
2. Tanque Buffer de Cocimiento:
Peso 550 Kg
Material Acero
Alto 2.7 m
Diámetro 0.75 m
Diámetro Boca de visita 0.62 m
Diámetro de boca para tuberías 0.10 m (4”)
Accesorios:
Manómetro, válvula de seguridad ajustada en 105 psi, válvula de alivio,
válvula check en la tubería de entrada.
• Placas Orificio
Se diseñaron tres placas orificio, dos de ellas con las mismas
características para ser instaladas una en la línea de alimentación de aire
hacia los dos tamborones de las cubas 1 y 2, y la otra en la línea que
suministra el aire a los cuatro tamborones de las cubas 3 y 4. La tercera
placa se diseño con características particulares para trabajar en la tubería
de suministro de aire a la secadora de Nepe nueva.
Las tres placas orificio fueron calculadas con el softwear “Engineer´s
Aide, Epcon International, 1982-1993” (véase apéndice E), dando como
resultado las siguientes características:
46
1. Placas Orificio Para Tamborones
Flujo Volumétrico (Nm3/hr) 911
Diámetro del Orificio (mm) 21,77951
Diámetro de la Tubería (mm) 50,8
Relación de Diámetros 0,41483
Presión de la línea (Kpa) 620,5
Coeficiente de Flujo 0,6111176
Coeficiente de Descarga 0,601875
Número de Reynolds 527067,6
Caída de Presión (Kpa) 247,8469
Pérdida permanente de Kpa 182,6458
2. Placa Orificio Para Secadora de Nepe
Flujo Volumétrico (Nm3/hr) 911
Diámetro del Orificio (mm) 10,64691
Diámetro de la Tubería (mm) 50,8
Relación de Diámetros 0,2027916
Presión de la línea (Kpa) 620,5
Coeficiente de Flujo 0,5976225
Coeficiente de Descarga 0,5969155
Número de Reynolds 127035,3
Caída de Presión (Kpa) 204,4
Pérdida permanente de Kpa 231,30
47
CAPITULO IVCAPITULO IV
ANALISIS DE RESULTADOSANALISIS DE RESULTADOS
48
IV.1 RESULTADOS PRELIMINARES
En el desarrollo de la investigación se fueron generando resultados
preliminares que iban guiando el proyecto en varios sentidos, estos resultados
fueron brevemente expuestos en el capítulo anterior, sin embargo no se
realizó el análisis adecuado de los mismos. Por esto a continuación se
interpretará de una manera más profunda todos aquellos resultados que
permitieron la definición real de las condiciones de operación del sistema de
aire comprimido.
• Consumo de energía eléctrica de los compresores:
En la tabla 6 se muestra la comparación entre los datos de potencia
teóricos, y el consumo real de kilovatios por hora encontrados en la
práctica.
Tabla 6
Potencia Teórica vs Potencia Real
Compresor Potencia Potencia Teórica (Kw/hr) Real (Kw/hr) 5 410 344 6 378 370
7 410 355,5 9 240 167
10 240 165
Esta diferencia entre el consumo real de potencia y los datos de placa,
se debe a que los compresores tienen una presión máxima de descarga
de 860 Kpa, sin embargo en la planta la línea de descarga de aire tiene su
máximo en 662 Kpa y al tener una menor contrapresión que vencer el
motor del compresor disminuye su trabajo.
El conocer el consumo real de kilovatios por hora de cada compresor
49
es importante a la hora de estimar la producción de aire promedio de cada
máquina y también para saber cual compresor ofrece la mejor relación de
energía consumida por volumen de aire producido, sin embargo no tuvo
una influencia directa sobre los índices de eficiencia del sistema, ya que la
cifra de kilovatios consumidos mensualmente por el sistema de aire se
toma a partir de los medidores de potencia en la sala de alta tensión y se
hace de manera general, sin individualizar el gasto de cada equipo.
• Volumen de Aire Producido por Hora
Cuando se realizó el estudio para determinar la producción promedio
de aire comprimido por hora comenzaron a surgir variables que había que
definir para poder lograra el objetivo inicial. La primera de ellas fue el
caudal real que estaban generando los compresores de aire (véase la
tabla 7).
Tabla 7
Producción Estimada de Aire.
Producción Compresor Estimada
(Nm3/hr)
5 3075 6 3315 7 3079 9 1200
10 1200
Luego de haber calculado los valores expresados en la tabla anterior
se procedió a corroborar su validez comparando cómo variaban los
porcentajes de aire seco y húmedo los días en que no estaba trabajando
el área de cocimiento si estos porcentajes eran calculados con las
capacidades teóricas o con la producción estimada (véase las tablas 8 y
9).
50
Tabla 8
Capacidades Teóricas
02/03 02-03/03 PROMEDIO TOTAL (Nm3) 29085,51 54675,03
CAUDAL (Nm3/hr) 3568,77 3464,83 3516,80 SECO (Nm3) 23047,62 41687,07
HUMEDO (Nm3) 6037,89 12987,96 % SECO 79,24 76,25 78
% HUMEDO 20,76 23,75 22
Tabla 9
Producción Estimada
02/03 02-03/03 PROMEDIO TOTAL (Nm3) 24368,41 45775,24
CAUDAL (Nm3/hr) 2989,99 2900,84 2945,41 SECO (Nm3) 23047,62 41687,07
HUMEDO (Nm3) 1320,79 4088,16 % SECO 94,58 91,07 93
% HUMEDO 5,42 8,93 7
En las tablas anteriores se puede observar claramente que los
porcentajes obtenidos en la tabla 9 calculados con la producción estimada
se asemejan mucho más a la realidad, ya que de tomar las cifras
obtenidas en la tabla 8 tendría que asumirse que en la línea de aire
húmedo hay tal cantidad de fugas que significan un 22% de la producción
total, porcentaje que es sumamente alto para una tubería que es
prácticamente nueva, mientras que con los valores estimados sólo se
pierde un 7% que puede deberse por un lado a pequeñas fugas en la línea
de aire húmedo y por otro a errores cometidos en el cálculo del caudal
real.
A fin de realizar una prueba aún más confiable el día 16 de marzo, día
en que paro el área de cocimiento, se procedió a cerrar la válvula de
suministro de aire húmedo que está en la salida del tanque Buffer principal
para así eliminar la posibilidad de fugas. Este día se tomaron lecturas en
51
distintas horas y se realizaron gráficas comparativas entre los resultados
obtenidos al utilizar las capacidades teóricas y los resultados obtenidos
con los caudales estimados. Las tablas y gráficas se muestran a
continuación:
Tabla 10.A Prueba del 16 de Marzo
16/03/00 5 9 AIRE Carga Servicio Carga Servicio SECO
08:26 AM 4.419,29 12.765,68 2.532,43 3.696,24 2.847.799 09:47 AM 4.420,65 12.797,04 2.532,73 3.697,19 2.848.486 10:55 AM 4.421,77 12.798,16 2.532,73 3.697,45 2.849.005 12:17 PM 4.423,16 12.799,54 2.532,73 3.697,46 2.849.673 03:12 PM 4.426,04 12.802,45 2.532,84 3.698,24 2.851.056
Tabla 10.B Capacidades Teóricas
5 (Nm3) 9 (Nm3) TOT (Nm3) SEC (Nm3) % DIF 4.969,44 516,30 5.485,74 4.580,00 16,51 4.092,48 0,00 4.092,48 3.460,00 15,45 5.079,06 0,00 5.079,06 4.453,33 12,32 10.523,52 189,31 10.712,83 9.220,00 13,93
Figura 1. Gráfica Comparativa de Volumen de Aire Teórico
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
08:26 AM 09:47 AM 10:55 AM 12:17 PM
TEORICA CONTADOR
52
Tabla 10.C Producción Estimada
5 9 TOT SEC % DIF 4.182,00 360,00 4.542,00 4.580,00 0,83 3.444,00 0,00 3.444,00 3.460,00 0,46 4.274,25 0,00 4.274,25 4.453,33 4,02 8.856,00 132,00 8.988,00 9.220,00 2,52
. Figura 2. Gráfica Comparativa de Volumen de Aire Real
En la tabla 10.C y en la figura 2, se observa que el resultado del
volumen de aire producido, calculado con los valores estimados está
ligeramente por encima del volumen que pasó por los secadores, este
resultado indica que el caudal calculado por regla de tres es aún superior al
que en realidad se esta produciendo, sin embargo en la gráfica se observa
que es una buena aproximación.
Otro hallazgo que arrojó el estudio de la producción promedio de aire
comprimido, fue el porcentaje de carga que absorbe cada consumidor de la
producción total (Véase las tablas 11, 12 y 13).
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
08:26 AM 09:47 AM 10:55 AM 12:17 PM
REALES CONTADOR
53
Tabla 11 Producción de Aire Los Días de Semana
29/02 01/03 03/03 08/03 09/03 TOTAL (Nm3) 103744,7 84073,2 25036,8 88475,9 84472,2
CAUDAL (Nm3/hr) 4340,8 3455,5 3272,8 3744,2 3544,8 SECO (Nm3) 73108,9 68802,7 18918,4 62455,8 65911,6
HUMEDO (Nm3) 30635,9 15270,5 6118,4 26020,1 18560,7 % SECO 70,5 81,8 75,6 70,6 78,0
% HUMEDO 29,5 18,2 24,4 29,4 22,0
10/03 13/03 14/03 15/03 PROMEDIO TOTAL (Nm3) 101604,8 98988,4 109633,0 85115,9
CAUDAL (Nm3/hr) 3857,4 4095,5 4506,1 3648,3 3830 SECO (Nm3) 62823,1 74238,1 79319,7 64251,7
HUMEDO (Nm3) 38781,7 24750,3 30313,3 20864,2 % SECO 61,8 75,0 72,4 75,5 74
% HUMEDO 38,2 25,0 27,6 24,5 26
Tabla 12 Producción de Aire los Fines de Semana
03-08/03 11-13/03 PROMEDIO TOTAL (Nm3) 250808,30 94418,33
CAUDAL (Nm3/hr) 2233,78 2193,22 2213,50 SECO (Nm3) 31612,24 2544,22
HUMEDO (Nm3) 219196,05 91874,11
Tabla 13 Producción de Aire los Días de Parada de Cocimiento
02/03 02-03/03 PROMEDIO TOTAL (Nm3) 24368,41 45775,24
CAUDAL (Nm3/hr) 2989,99 2900,84 2945,41 SECO (Nm3) 23047,62 41687,07
HUMEDO (Nm3) 1320,79 4088,16 % SECO 94,58 91,07 93
% HUMEDO 5,42 8,93 7
De las cuatro tablas anteriores podemos resumir, que la producción
promedio por hora de aire comprimido es 3830 Nm3/hr, de ese total,
54
aproximadamente el 24% se destina a la línea de aire húmedo y un 76% al
aire seco. También se puede observar que la carga del área de envasado es
aproximadamente un 42% ya que es el porcentaje de reducción que se
registra los fines de semana cuando este sector se encuentra parado. Lo
anteriormente expuesto se encuentra resumido en las siguientes tablas y
gráficos:
Tabla 14
Distribución de la Producción Total de Aire
Producción Total Promedio (Nm3/hr) 3830 100% Envasado (Nm3/hr) 1609 42% Consumidores Menores (Nm3/hr) 1302 34% Aire Húmedo (Nm3/hr) 919 24%
Figura 3. Distribución de la Producción Total de Aire
Tabla 15 Distribución del Aire en Seco y Húmedo
Producción Total Promedio (Nm3/hr) 3830 100% Aire Seco (Nm3/hr) 2911 76% Aire Húmedo (Nm3/hr) 919 24%
CONSUMIDORES
42%
34%
24%
Envasado Cons. Menores Húmedo
55
Figura 4. Distribución del Aire en Seco y Húmedo
Tabla 16
Distribución del Aire Seco Aire Seco (Nm3/hr) 2911 100% Envasado (Nm3/hr) 1609 55% Consumidores Menores (Nm3/hr) 1302 45%
Figura 5. Distribución del Aire Seco
AIRE SECO VS HUMEDO
76%
24%
SECO HUMEDO
DISTRIBUCION DEL AIRE SECO
55% 45%
ENVASADO CONS. MENORES
56
IV.2 RESULTADOS FINALES
Luego de haber determinado las condiciones de operación del sistema
completo, se planteó la hipótesis de disminuir la presión en la línea y para
esto se instalaron dos tanques Buffer y tres placas orificio. El resultado de
haber bajado el rango de presión de trabajo, sobre los índices de eficiencia
del sistema de aire comprimido se muestran a continuación:
Tabla 17
Indices del Primer Semestre de 2000 INDICES VARIABLES Kw/m3 m3/hl Kw/hl m3 hl kw
ENE-00 0,1341 8,01 1,00 1.901.997 237.522,00 254.969,00 FEB-00 0,1176 6,89 0,81 2.280.096 331.000,00 268.110,00 MAR-00 0,1165 7,38 0,86 2.424.239 328.306,71 282.485,52 ABR-00 0,1252 7,42 0,93 2.012.505 271.084,66 252.065,28
MAY-00 0,1208 7,48 0,90 2.687.048 359.447,58 324.604,20 JUN-00 0,1168 7,08 0,83 2.311.064 326.454,94 269.997,52
Figura 6. Indice de KW/M3
INDICE DE KW/M3
0,1050
0,1100
0,1150
0,1200
0,1250
0,1300
0,1350
0,1400
ENE-00 FEB-00 MAR-00 ABR-00 MAY-00 JUN-00
MESES
IND
ICE
S
57
Figura 7. Indice de M3/HL
Figura 8. Indice de KW/HL
INDICE DE M3/HL
6,00
6,40
6,80
7,20
7,60
8,00
8,40
ENE-00 FEB-00 MAR-00 ABR-00 MAY-00 JUN-00
M E S E S
IND
ICE
S
INDICE DE KW/HL
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
ENE-00 FEB-00 MAR-00 ABR-00 MAY-00 JUN-00
M E S E S
IND
ICE
S
58
En las tablas y gráficos anteriores se observa cómo se registró un
descenso en los valores de los índices de eficiencia a partir del mes de abril,
fecha en la cual se cambiaron los parámetros de trabajo de los compresores
en cuanto a rango de presión se refiere. El efecto de disminución en los
índices que se aprecia en los gráficos anteriores se debe a que al existir una
presión menor en la línea de descarga de los compresores, se producen dos
fenómenos importantes; el primero de ellos es una reducción de potencia en
el eje del motor eléctrico, debido a que el trabajo realizado para descargar el
aire comprimido disminuye a medida que lo hace la contrapresión en la línea.
El segundo efecto se produce gracias a que el compresor es capaz de
producir un mayor volumen de aire comprimido por unidad de tiempo, cuando
se trabaja con una menor presión en el sistema.
Gracias a las dos situaciones expuestas anteriormente, al trabajar a
una menor presión la relación de kilovatio consumido por volumen de aire
comprimido producido de cada máquina, disminuye, lo que quiere decir que
los equipos compresores son capaces de generar mayor caudal del servicio
con un gasto menor de energía eléctrica. Todo lo anteriormente expuesto
puede resumirse como un aumento en la eficiencia del sistema.
Es importante destacar que al observar el gráfico de m3/hl se nota un
descenso pronunciado a partir del mes de mayo, esto es debido a que fue en
ese mes durante el cual se comenzaron a instalar las placas orificio en la
línea de aire húmedo. Estos dispositivos ubicados en el sistema de
transporte de Nepe conllevan un efecto importante en la producción de aire
comprimido, debido a que restringen el paso del aire en la tubería de tal
manera que disminuyen su caudal y ocasionan una importante caída de
presión aguas debajo de la misma, alimentando así al consumidor con un
menor caudal y una baja presión y al bajar el consumo de aire en un punto,
disminuye automáticamente la producción del servicio.
59
CONCLUSIONES
1. El medidor de flujo marca BAILEY FISCHER & PORTER modelo SWIRL-
SM de 150 mm, ubicado en la tubería de salida de los secadores de aire,
no cuantifica todo el aire que circula por él, debido a que el caudal mínimo
que él acepta es muy alto para la poca demanda de aire seco que existe
en la planta los fines de semana, por lo tanto se concluyó que el equipo
está sobredimensionado para la línea donde se encuentra operando.
2. De las pruebas realizadas para conocer el consumo real de energía
eléctrica de los compresores de aire se concluyó que el gasto de
kilovatios por hora de estos equipos, es inferior a los datos de potencia
teóricos.
3. Los compresores de aire no están trabajando al 100% de su capacidad, el
caudal de aire comprimido que produce cada uno es inferior a su
capacidad nominal, por lo tanto la producción real de aire mensual es
inferior a la calculada con los valores teóricos.
4. Las áreas que absorben el mayor porcentaje de la producción de aire
comprimido son Envasado consumiendo el 42% y Cocimiento que
requiere el 25% de la generación del servicio.
5. Debido a que los días en que el área de cocimiento cesaba sus
actividades se seguía registrando un consumo de aire comprimido en esa
línea, se concluyó que existe un porcentaje de fugas en el sector del aire
húmedo, de 5% de la producción total aproximadamente.
60
6. El sistema de empuje de Nepe puede trabajar con una presión
aproximada de 250 Kpa, suministrarle una presión superior a esta es un
desperdicio del servicio y por lo tanto de energía.
7. Al disminuir la presión en la línea de descarga de los compresores, los
motores eléctricos de los mismos consumen menos energía y producen
mayor volumen de aire comprimido por unidad de tiempo, por esto el
sistema se hace más eficiente. Es decir que si se quiere apuntar hacia un
ahorro de energía cada día mayor, se debe tratar de mantener la presión
en la línea lo más bajo posible.
61
RECOMENDACIONES
1. Se recomienda la reubicación del medidor de flujo marca BAILEY
FISCHER & PORTER modelo SWIRL-SM de 150 mm ubicado en la
salida de los secadores de aire hacia la tubería de descarga de los
compresores a fin de cuantificar el volumen total de aire comprimido
producido por los compresores y tomar este valor para el cálculo de los
índices de eficiencia, ya que el resto de las plantas utilizan este sistema
para el cálculo de los suyos.
2. A fin de regular el consumo de aire comprimido en la planta, se
recomienda instalar medidores de flujo en las áreas más significativas.
Sin embargo se podría comenzar por colocar uno marca BAILEY
FISCHER & PORTER modelo SWIRL-SM de 50 mm en la línea de
suministro del servicio de aire hacia Envasado, ya que es el consumidor
más grande y si se logra controlar este consumo, esto repercutirá
notablemente en la producción mensual de aire comprimido.
3. Debido a que las fugas son una fuente de pérdidas importante (véase
apéndice F), para el óptimo funcionamiento del sistema se debe hacer
revisión de fugas semanalmente, reparar las que se identifiquen y
monitorear su operación durante un tiempo para verificar que halla
quedado bien sellada.
4. Es importante mantener vigiladas las trampas de condensado de los
secadores de aire y del Buffer principal, ya que un mal funcionamiento de
estas ocasiona un exceso de trabajo por parte de los secadores, el
peligro de enviar aire con un mayor grado de humedad a los
consumidores y perjudicar el funcionamiento de los mismos.
62
5. Debido a que a las placas orificio que se instalaron se les colocó un by-
pass para casos de emergencia, es aconsejable revisar periódicamente
que la válvula del by-pass permanezca cerrada mientras no ocurra nada
especial, ya que de lo contrario se estaría desperdiciando un caudal
importante de aire.
6. A fin operar de una manera más eficiente se recomienda tratar de
mantener la presión de la línea lo más bajo posible, y cuando esto ya no
sea posible, se aconseja reestructurar el sistema para que operen dos
líneas simultáneas, una de alta presión, que alimente los consumidores
críticos y la otra de baja presión que suministre el servicio al resto de la
planta.
63
BIBLIOGRAFIA
Carnicer Royo. (1980). Aire Comprimido: Neumática Convencional.
Barcelona, España, Gustavo Gele.
Crane. (1983). Manual de Flujo de Fluidos, Accesorios y Tuberías.
Mexico, McGraw Hill.
Greene R.W. (1983). Válvulas, selección, uso y mantenimiento.
México, McGraw Hill.
Mott R. Mecánica de Fluidos Aplicada. Prentice-Hall
Hispanoamericana.
Van Wylen, Sontag. Fundamentos de Termodinámica. Limusa Noriega
Editores.
64
APENDICE A