Ahorro al utilizar el sistema de monitoreo de bombas de agua industrial

Las bombas y las válvulas son vitales para que muchas industrias mantengan en funcionamiento sus valiosos procesos lucrativos. En primer lugar, examinemos el bombeo industrial. En muchas industrias de todo el mundo, las bombas de agua industrial son piezas dinámicas vitales de los equipos de proceso. Sin las bombas de agua industrial, el proceso se detiene. Me sorprende la poca atención que se presta a las bombas de agua industrial y a su monitoreo. En general, las bombas de agua industrial son de las menos monitoreadas, pero son vitales para el rendimiento de la planta, independientemente de la industria. La producción de fertilizantes no es única en esta situación. Es muy frecuente que la bomba de agua industrial funcione hasta que falle por completo y luego se repara, desecha y se sustituye.

Hay nuevas tendencias en las que las plantas de proceso están empezando a utilizar el sistema de monitoreo de rodamientos para determinar cuándo se intensifican las vibraciones y así programar las actividades para reparar un activo valioso y vital. Sin embargo, ¿es el sistema de monitoreo industrial de rodamientos la solución completa? En muchos casos, las bombas de agua industrial se compran y se supone que son un activo que puede durar de 5 a 10 años o más. En algunos casos, esas valiosas bombas se sustituyen cada 1 ó 2 años. ¿Cómo puede ser eso cuando la vida útil normal de una bomba de agua es de unos 7 años?.

La respuesta es sencilla. ¿Las bombas funcionan en su mejor punto de rendimiento (BEP)? Si las bombas de agua funcionan constantemente fuera del rango BEP, las cargas en el eje de la bomba y los rodamientos aumentan el esfuerzo de la bomba el 100% del tiempo que está en funcionamiento, fatigando así la bomba a un ritmo acelerado. El BEP suele estar relacionado con el MTBF (Mean Time Between Failures) de la bomba, es decir el número medio de unidades de vida útil durante el cual todas las partes del elemento funcionan dentro de sus límites especificados, durante un intervalo de mediciones determinado en condiciones establecidas, que está representado por una curva de campana en la que el BEP es el punto superior de la curva MTBF que representa el 100% de la vida útil esperada.

Sistemas de monitoreo digital de bombas de agua industrial

En muchas situaciones hay información valiosa que puede captarse sobre el estado, la carga y el rendimiento de una bomba. La información procedente de los medidores de caudal, transmisores de presión, sensores de vibración, datos del variador de velocidad y temperatura del motor y del rodamiento pueden proporcionar información muy valiosa. La tendencia de las bombas de agua industrial es controlar el estado de los rodamientos. Esto es muy valioso y ayuda a prevenir daños importantes y tiempos de inactividad de la misma. Pero esto es sólo la punta del iceberg del monitoreo de bombas de agua industrial. El sistema PLC o SCADA normal proporciona muchos datos para el monitoreo y el rendimiento de la bomba de agua. Sin embargo, en la actualidad existen herramientas con un nivel de análisis superior.

A continuación se muestra un ejemplo de cómo los análisis de alto nivel pueden ayudar a mejorar el rendimiento general de la bomba de agua industrial. En primer lugar, a través de la historia de estas bombas. El usuario deseaba conocer el estado de los rodamientos, pero también deseaba monitorear el funcionamiento de la bomba de agua industrial en comparación con la curva de éste último. Las bombas de agua industrial que están utilizando deberían tener normalmente una vida útil de 5 a 10 años. Este usuario sustituye sus bombas de agua industrial anualmente. Estas bombas de agua no son baratas, suelen costar entre 60 y 80 mil dólares cada bomba. Este usuario tiene unas 250 bombas de agua industrial de diseño similar.

La figura anterior muestra una imagen digital de la bomba A y diversas variables monitoreadas. En el gráfico anterior se monitorean gráficamente temperatura, vibración, presión, diferencia de presión, caudal y la corriente. Las bombas industriales A, B y C se monitorean para este cliente.

Las bombas de agua industrial A, B y C indicadas anteriormente están monitoreadas. Debido a las temperaturas invernales, la bomba A funciona principalmente ya que puede cubrir todo el caudal necesario. Si se requiere un caudal adicional, la bomba B se activa y completa el caudal restante. La bomba C es una bomba de reserva en caso de que ocurra algo con las bombas A y B. En la curva anterior se ve que la bomba A está funcionando. Además, esta bomba de agua está funcionando muy cerca del BEP o punto de máximo rendimiento de la bomba. Antes de la instalación del sistema de monitoreo digital de las bombas, los dueños hacían funcionar las bombas A y B simultáneamente y ambas funcionaban muy por debajo de sus curvas de bombeo y también muy lejos del BEP. Por lo tanto, estas dos bombas de agua industrial estaban constantemente en condiciones de estrés mientras funcionaban. Ahora, ya que solo funciona la bomba A y está operando casi en el BEP, la bomba B no tiene que funcionar en absoluto. Cuando vuelvan las condiciones de verano se necesitarán las dos bombas para producir el caudal necesario, pero se optimizarán para producir el mejor resultado en la curva de bombeo y el BEP.

La comprensión de la carga real del sistema, del consumo de energía y del rendimiento de las distintas bombas permite al usuario comprender y optimizar sus bombas y el consumo de energía.

Si analiza lo que se ha compartido hasta ahora, los beneficios son los siguientes:

  • Diferentes bombas de agua industrial funcionan de forma más eficiente que otras. Saber qué bomba funciona de forma más eficiente permite al dueño hacer funcionar la bomba que produce el caudal deseado al menor costo
  • Se pueden analizar las bombas de diferentes fabricantes para determinar cuál es la que mejor funciona con el menor costo.
  • El hecho de que las bombas funcionen a un nivel inferior al normal puede indicar que hay que revisarlas. Obviamente, el aumento de las vibraciones de los rodamientos indica la necesidad de cambio. Sin embargo, una bomba de agua industrial que consume más energía y produce caudales menores que otras bombas puede indicar que el rotor está desgastado y es necesario cambiarlo. O simplemente, la bomba de un fabricante puede no tener un rendimiento similar al de otra marca.
  • La indicación visual del rendimiento de la bomba de agua en comparación con la curva de bombeo y el BEP permite a los usuarios ajustar el rendimiento de la bomba para prolongar su vida útil, disminuir el desgaste, reducir el mantenimiento y el tiempo de inactividad.
  • El funcionamiento de la bomba de agua industrial más eficiente puede suponer un impresionante ahorro de energía para el usuario. Pueden realmente monitorear los costos de bombeo y optimizar el proceso. Y, de nuevo, pueden comparar el rendimiento de bombas de agua industrial de una marca de con las de otra marca. El usuario puede estudiar y entender el verdadero costo de contar con una bomba adecuada.

Sistema de monitoreo digital de válvulas

La digitalización también puede aplicarse a las válvulas. Muchos pueden pensar que el sistema de monitoreo de las válvulas no es tan vital, pero cuando las válvulas son tan grandes como las representadas en la figura 4, el sistema de monitoreo tiene ventajas. Por ejemplo, al supervisar la vibración del movimiento de la válvula, se pueden detectar los primeros signos de fatiga o desgaste de la misma. También se pueden instalar monitores de fugas para detectar daños tempranos en el sellado. Por último, se puede monitorear la presión hidráulica y los sellos de los cilindros hidráulicos para detectar fatiga de material y fallas. Al igual que el sistema de monitoreo de las bombas, estas válvulas de gran diámetro son caras y vitales para la producción. Monitorear a tiempo el desgaste puede ayudar a minimizar el tiempo de inactividad en la planta, reducir los gastos de mantenimiento y aumentar la rentabilidad.

Filtración industrial para la producción de fertilizantes

La filtración puede utilizarse para maximizar la recuperación de metales preciosos, y se utiliza para la apilación en seco y los residuos. La producción de ácido fosfórico requiere la filtración para separar los líquidos valiosos de los sólidos residuales. El proceso puede ser muy ácido, de alta temperatura y tener propiedades de sarro. Por esta razón, el lavado de la torta y la limpieza de los sistemas de filtración es un requisito indispensable. Existen múltiples tipos de filtros industriales utilizados en la producción de fertilizantes. Pueden ser de filtración a presión, de filtración por cinta de vacío y filtros de torre vertical.

Digitalización del proceso de filtración

Los tres filtros de torre vertical que se reprodujeron por medios digitales anteriormente, tienen aproximadamente 100 entradas por filtro de torre que se analizan mediante soluciones digitales proporcionadas por Roxia. El dueño de estos filtros industriales de la mina de zinc asumió que estos filtros estaban muy bien aprovechados. Después de instalar el sistema de monitoreo digital se dio cuenta de que estos filtros estaban muy poco aprovechados. El PLC que controla estos dispositivos era incapaz de proporcionar un análisis para entender por qué y dónde estaban los problemas que obstaculizaban la producción. A los pocos meses de instalar el sistema de mantenimiento de monitoreo digital Roxia Malibu se analizaron las razones de la falta de producción y se facilitó la información a la dirección.

La hoja de KPI anterior se elaboró conjuntamente con el dueño de los tres filtros industriales. Se convirtió en una herramienta eficaz para entender que el filtro 2 estaba produciendo sistemáticamente más que los filtros 1 y 3. El filtro industrial 2 también proporcionaba una torta más seca y un mayor tonelaje con tiempos de ciclo más cortos. La digitalización detectó que las máquinas 1 y 3 estaban esperando hasta 4 horas diarias para rellenar el agua de prensado, el aire comprimido y el tanque de lodo. Si el cliente puede solucionar estos problemas, podrá aumentar la producción en aproximadamente 26 millones de kilogramos más por año. Otros problemas como los aumentos de presión en el sistema de aire comprimido y el sistema de agua a presión también ayudaron a informar a los dueños de que estos problemas pueden estar causando daños a las membranas y al marco de los filtros.

Conclusiones

En cuanto a las bombas de agua industrial que aparecen al principio de este artículo, este usuario tiene aproximadamente 250 de estas bombas instaladas en su planta. Con el ahorro que supone el aumento de la vida útil de las bombas, la reducción de los gastos de mantenimiento, la optimización del consumo de energía y un mayor tiempo de funcionamiento, este usuario de bombas de agua industrial puede ahorrar decenas de millones de dólares al año utilizando este tipo de sistema de monitoreo de bombas de agua.

En la filtración digitalizada mencionada anteriormente, el consumidor tenía la posibilidad de aumentar la producción en 26M de kilogramos más al año, siempre y cuando se pudieran solucionar los problemas que están dificultando el proceso de filtración. Esta cantidad de aumento de la producción podría suponer hasta 18 millones de dólares más de zinc vendible al año.

Los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition o DCS (Distributed Control System) son eficaces y lo han sido durante décadas como forma efectiva de hacer funcionar una planta. Actualmente, algunas empresas ofrecen soluciones a medida para el monitoreo completo de sistemas, activos o seguridad. Este tipo de monitoreo no sustituye al sistema DCS o SCADA, sino que es un nivel adicional de monitoreo industrial y optimización del rendimiento que no está disponible con los sistemas DCS o SCADA tradicionales. En todas las instalaciones hay ahorros que no se aprovechan y mayor rendimiento gracias a los servicios de digitalización. Encontrar el socio adecuado es vital para poder utilizar esta información de forma eficaz. Un socio que entregue recomendaciones profesionales y desarrolle KPIs (Key Performance Indicators) que se ajusten a sus necesidades puede ser su mejor socio.

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