Energía

¿Cómo colabora el mantenimiento en las mejoras de eficiencia energética en los procesos? ¿Qué avances propone?

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N. Guerra, Jefe de Fiabilidad Dinámica

Repsol Puertollano

RESUMEN

Aplicación de las mejores prácticas en labores de mantenimiento haciendo uso de nuevas técnicas que mejoran la eficiencia energética de los equipos e instalaciones (alineación láser, instalación de vespel, recubrimientos poliméricos, pinturas aislantes térmicamente, sellado de entradas parásitas de aire, etc)

Definición y despliegue de estrategias orientadas no solo al incremento de la fiabilidad de las instalaciones, sino también a optimizar su rendimiento. Renovación vs reparación incluyendo no solo el coste de la actuación de mantenimiento sino los ahorros que actuar de una u otra manera nos puede generar para ciclos de vida equivalentes.

1.    INTRODUCCIÓN

Durante los últimos años, el gestor de mantenimiento ha sufrido una evolución en la cual cada vez se incrementa el número de objetivos transversales a la organización en los cuales se ve involucrado.

Desde el concepto de conseguir reparar un equipo, se han ido añadiendo requisitos adicionales procedentes tanto de la propia optimización como de la sociedad y el mercado (calidad, fiabilidad, medio ambiente, seguridad, etc…). Entre estos requisitos se encuentra la eficiencia energética.

Figura 1. La evolución en los objetivos del mantenimiento

Figura 1. La evolución en los objetivos del mantenimiento

Viendo el interés de las empresas industriales en reducir su factura energética, las normativas de fabricación y las especificaciones se enfocan en el mismo sentido.

De la misma manera, los fabricantes de equipos y empresas de servicios reciben estos requerimientos y vuelcan sus nuevos productos y su innovación hacia el objetivo de obtener una mayor eficiencia. Conseguir mantener bajo condiciones de diseño dicho coste energético o incluso mejorarlo es un desafío al que actualmente nos enfrentamos quienes nos dedicamos al mantenimiento.

2. LA ORGANIZACIÓN DE MANTENIMIENTO Y LA GESTIÓN ENERGÉTICA

Ante el requerimiento de contribuir al objetivo de ahorro energético, la organización de mantenimiento puede tener dos reacciones:

  • Respuesta reactiva: la organización de mantenimiento rechaza o es reacia al nuevo objetivo de contribuir a la eficiencia energética, argumentando que no es puramente su especialidad, que no disponen de la información necesaria para proponer mejoras, que la carga de trabajo es muy elevada, etc…
  • Respuesta activa: la organización de mantenimiento interioriza el nuevo objetivo, tomándolo como una oportunidad de mejora.

Para conseguir una respuesta activa, es conveniente por un lado exponer las ventajas que tiene Mantenimiento frente al resto de la organización y por otro analizar las oportunidades de Mantenimiento en el ciclo de vida de los activos para considerar aspectos de eficiencia energética.

2.1. Las Ventajas de Mantenimiento en Gestión Energética

Una cuestión que puede surgir en la organización de Mantenimiento es si puede aportar algo que otros departamentos no pueden y si su trabajo en eficiencia energética va a ser realmente rentable para la organización. Estas son algunas de las ventajas de Mantenimiento que hacen que sea productivo involucrar a este departamento en la estrategia de gestión energética:

  • El conocimiento Técnico: mientras que Procesos u Operación pueden conocer desde el punto de vista macroscópico cómo funciona su sistema, es mantenimiento el que conoce su funcionamiento interno, sus componentes y que mejoras pueden ser implementadas en su mecánica interna.
  • El contacto con fabricantes: mantenimiento suele tener contacto con el fabricante de los equipos a través del servicio postventa, la compra de repuestos, las asistencias técnicas o el asesoramiento a Ingeniería en la compra de nuevos equipos. Estos fabricantes suelen proponer mejoras tecnológicas asociadas al ahorro energético, entre otras cuestiones.
Figura 2. Contacto de mantenimiento con el fabricante del equipo
  • Conocimiento del impacto de las reparaciones: la gestión de una reparación teniendo en cuenta la eficiencia energética puede redundar en una mayor rentabilidad global de la instalación, mientras que si se contemplan sólo aspectos de rapidez o fiabilidad, se puede obviar el impacto en el consumo energético.

2.2. Las Oportunidades de Mantenimiento en Gestión Energética

Realmente no es necesario que el gestor de mantenimiento varíe su forma de trabajo sensiblemente. Si la concienciación es positiva, es posible aprovechar cualquiera de las siguientes oportunidades que se producen a lo largo de la labor de mantenimiento de los equipos:

  • Aprovechar propuestas de fabricantes de equipos. Viendo la preocupación por el consumo energético que existe entre las empresas productoras, los proveedores se han ido enfocando a ofertar equipos cada vez más eficientes o modificaciones de equipos existentes que reducen el consumo.
  • Tener en cuenta la eficiencia energética en las reparaciones. Por ejemplo, verificar antes de una intervención el desempeño energético, valorando económicamente el cambio de laberintos de una turbina o compresor frente a la pérdida energética. También realizando un control y seguimiento del número de fugas, valorándolas desde el punto de vista de rentabilidad energética. Otra acción es asegurar la correcta instalación del aislamiento térmico tras las reparaciones.
  • Valorar la reparación de un equipo frente a la compra de uno nuevo con mayor eficiencia. Es habitual que con la evolución de la tecnología los equipos tengan un menor consumo energético que aquellos con mayor antigüedad o puedan lograrla mediante la sustitución o modificación de sus componentes. También se puede producir este efecto cuando cambian las condiciones operativas respecto a las de origen, como en el ejemplo 3.1 del siguiente apartado.
  • Asesorar en compra de equipos nuevos teniendo en cuenta el coste energético y la fiabilidad de los equipos. En muchas industrias mantenimiento y/o fiabilidad asesoran en la compra de nuevos equipos en proyectos de instalación de nuevos equipos. Considerar el aspecto energético es un factor importante para facilitar la rentabilidad.

3. CASOS DE MEJORA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

3.1. Sustitución de Multiplicador de Tren de Compresión

Tras una intervención de mantenimiento, se sustituye por el de repuesto el multiplicador de un tren de compresores, por lo que es necesario repararlo para devolverlo a almacén.

Los compresores habían sufrido una modificación para reducir su capacidad, por lo que la potencia de arrastre requerida por el multiplicador se reduce de 7600 a 3800 kw.

Se solicita presupuesto a un fabricante de multiplicadores, comparando el precio de la reparación con uno nuevo adaptando su tamaño a las dimensiones de los nuevos compresores.

Como resultado se obtiene que es más rentable la sustitución, porque supone un ahorro considerable en gasto energético por menor tamaño de los engranajes.

Figura 3. Sustitución de multiplicador por uno más eficiente

3.2. Instalación de Soplante de Levitación Magnética

En la planta de Tratamiento de Aguas (TAR) se dispone de una planta de tratamiento biológico en el cual se inyecta aire a unas balsas.

La compresión de aire se realizaba a través de 10 soplantes de lóbulos de velocidad fija. La regulación del caudal de aire se realiza de forma manual, en función de la concentración de Oxígeno en la salida, se encienden y se apagan soplantes por lo que la regulación de aire se realiza por escalones.

Figura 4. Regulación de aire a las balsas con soplantes de lóbulos

El departamento de Fiabilidad Dinámica mantiene contacto frecuente con empresas suministradoras de equipos para la planta de tratamiento de aguas. En una visita de una de estas empresas, presentan un soplante de alta eficiencia con un variador de frecuencia, lo cual permite una regulación precisa del caudal de aire inyectado y, por lo tanto, un menor consumo energético. El soplante consume menos energía, puesto que levita magnéticamente y, por tanto, sin rozamiento ni consumo de aceite. Se obtiene una oferta y se valora con el departamento de Procesos, obteniendo una alta rentabilidad por su instalación. Una vez finalizado el proyecto, se constata la mejor regulación y la reducción de consumo energético.

Figura 5. Soplante de levitación magnética y concentración comparativa de O2

3.3. Alineación de precisión de Equipos Dinámicos

Tras encontrar varios artículos sobre las mejoras de eficiencia energética obtenidas mediante una alineación con precisión, se decide realizar una prueba piloto, con la finalidad de contrastar los resultados y tener una referencia en una planta petroquímica.

Figura 6. Consumo comparativo en función de la desalineación Fuente PRÜFTECHNIK LTD.

Hasta ahora la práctica habitual era alinear con relojes comparadores, mientras que en el piloto se emplea un alineador láser.

Los resultados obtenidos muestran un ahorro en todos los equipos del estudio, por lo que se estima conveniente extrapolar a todas las alineaciones que realiza mantenimiento.

Figura 7. Datos del ahorro obtenido con la alineación láse

3.4. Utilización de material polimérico en bombas centrífugas

En el campo de los productos poliméricos se ha progresado mucho en obtener propiedades específicas. Es el caso de una empresa que comercializa un producto que presenta una expansión térmica orientada que permiten reducir la holgura radial entre los aros de roce de bombas centrífugas. Esto reduce las recirculaciones y, por lo tanto, se reduce también el consumo energético.

Figura 8. Instalación de material polimérico en aros de roce

En el Complejo se tenía una larga experiencia de instalación de este material en bombas con un objetivo de mejora de fiabilidad, sobre todo en bombas con problemas de bajo NPSH, flujo irregular, etc…

Sin embargo, en esta ocasión cambió el enfoque para proponer la instalación en grandes bombas multietapa con una justificación de ahorro energético.

En la Figura 9 se puede observar la ganancia en eficiencia observada en una bomba multietapa de gasoil tras instalarse el vespel.

Figura 9. Evolución de la eficiencia de una bomba con la instalación de material polimérico

3.5. Sellado de entradas parásitas en hornos

Uno de los puntos a mejorar en los hornos son las entradas parásitas de aire. Una empresa especialista en fabricación de collares para evitar entradas parásitas visitó el complejo y se decide realizar una aplicación en un horno de la planta de Vacío.

El horno de vacío tiene un importante consumo de combustible y en el que el pasatubo de los crossover estaba claramente permitiendo la entrada de aire. Estimando el consumo anual de este horno, el ahorro potencial sería de 660 tCO2 anuales (considerando un 1% de ahorro sólo con colocar este sellado).

Se realizaron unos collares a medida y se instalaron. Tras varios ajustes se observó la ausencia de entradas parásitas en el área.

Figura 10. Instalación de collares para evitar entradas parásitas en horno de vacío

3.6. Seguimiento de Fugas de Vapor

Un ejemplo del impacto de la labor de mantenimiento sobre el consumo energético es el tiempo que tarda en solucionar las fugas, como por ejemplo las de vapor.

Un correcto seguimiento del número de fugas y una valoración económica son una herramienta que permite dimensionar los recursos de forma rentable, además de concienciar a la organización de la importancia de reportar cuanto antes las fugas para acelerar su reparación.

Figura 11. Cuadro de seguimiento de fugas de vapor

3.7. Sustitución de Empaquetaduras por Cierre Mecánico

La instalación de empaquetaduras en bombas centrífugas es una práctica cada vez menor pero muchos equipos no han sido actualizados a cierre mecánico por no ser rentable sólo desde el punto de vista de coste de mantenimiento.

Sin embargo, la empaquetadura ofrece un roce superior contra el eje comparado con un cierre mecánico, que en la bibliografía se reporta como un 5% superior.

Figura 12. Sustitución de empaquetadura por cierre mecánico partido

Se lleva a cabo la sustitución de empaquetaduras por cierres mecánicos en varias bombas de agua de refrigeración, comprobando la reducción del consumo energético. Se seleccionan cierres partidos por su facilidad de instalación en bombas de doble apoyo. Los cierres han estado instalados 5 años sin ninguna avería.

Figura 13. Evolución del amperaje del motor de una bomba de agua de refrigeració

3.8. Renovación del parque de Motores Eléctricos. Análisis Sustitución vs Reparación

La avería de un motor puede ser una ocasión de oportunidad para plantear su sustitución. Si se añade el factor energético (mejora de eficiencia de motores nuevos vs. existentes) debido a la mejora tecnológica, se puede decantar la decisión hacia el lado de la sustitución.

En el caso de los motores de torres de refrigeración, se añade el factor de que se puede eliminar la transmisión y el reductor por un motor de accionamiento directo.

Adicionalmente este motor se puede instalar con un variador de velocidad, lo cual permite adaptarse a la carga necesaria en cada momento.

Tras realizar la instalación en una torre de dos celdas, se confirma una reducción del consumo eléctrico mayor del 5%.

Figura 14. Sustitución de motor de torre de refrigeración por un motor de accionamiento directo con variador de velocidad

3.9. Aplicación de Pintura Aislante Térmica en Calderas

La pintura aislante se muestra como una oportunidad para evitar pérdidas energéticas y maximizar la capacidad de las calderas.

Tras la aplicación en una caldera se comprobó mediante termografía un descenso en la temperatura de superficie de hasta 30ºC, que conlleva un incremento de capacidad de generación de vapor aprovechando la misma cantidad de humos.

Figura 15. Aplicación de pintura aislante en conducto de caldera
Figura 16. Comparativa de termografías antes y después de la instalación

3.10.  Sustitución de hormigón refractario por fibra cerámica en Hornos

Figura 17. Aplicación de fibra cerámica

Esta aplicación ha sido realizada en varios hornos de la empresa con gran éxito. A través del portal de comunicación de buenas prácticas se pone en conocimiento del complejo y se instala en un horno de destilación.

El resultado como se puede ver en las termografías es una mejora significativa de las temperaturas externas lo cual redunda en una menor fuga de calor hacia el exterior.

Figura 18. Comparativa de termografías antes y después de la instalación de fibracerámica en Horno

4. CONCLUSIONES

En el entorno competitivo actual, la gestión energética de las empresas industriales se vuelve un factor imprescindible para su supervivencia.

En este ambiente, no se debe despreciar la aportación que puede realizar el departamento de mantenimiento a la reducción de la factura energética.

El departamento de mantenimiento parte con las siguientes ventajas:

  • El conocimiento técnico del funcionamiento interno de los equipos y por lo tantos de sus posibles mejoras.
  • El contacto con los fabricantes y proveedores de servicios que cada vez más se orientan a suministrar soluciones de eficiencia energética.
  • Conocimiento del impacto de las reparaciones, pudiendo analizar la rentabilidad global del coste de la intervención en función del impacto energético.

Las organizaciones de Mantenimiento tienen oportunidades a través de su actividad para realizar ahorros energéticos, aprovechando las propuestas de fabricantes de equipos, considerando el impacto de sus intervenciones en materia de eficiencia energética, pudiendo valorar las alternativas de reparación vs. sustitución o asesorando en la compra de nuevos equipos más eficientes.

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