Ahorro energético en sistemas de vapor y condensado
La fábrica de papel más antigua de Alemania que sigue en activo utiliza tecnología digital de pruebas por ultrasonidos para detectar purgadores de vapor defectuosos
Dos aprendices de la fábrica de papel más antigua que sigue en funcionamiento en Alemania recibieron un premio por su proyecto «Las trampas de vapor como componente importante para la eficiencia energética» en un concurso patrocinado por la iniciativa «Transición Energética y Protección del Clima» para empresas medianas de Sajonia.
¿Qué purgadores están defectuosos y a cuánto ascienden los costes provocados por los purgadores de vapor defectuosos? Los aprendices utilizaron tecnología de la empresa SONOTEC para ayudarles a responder a estas preguntas. El dispositivo digital de inspección por ultrasonidos les proporcionó respuestas que impresionaron a todos.
Los aprendices Franz Weber y Martin Becher descubrieron posibles formas de ahorrar energía mediante la comprobación periódica de las trampas de vapor. En 2018, ambos recibieron un premio por su proyecto titulado «Las trampas de vapor como componente importante de la eficiencia energética».
Martin Becher, mecánico industrial en su tercer año de formación, explica: «Tras completar varios módulos sobre eficiencia energética, trabajo en proyectos y manejo de instrumentos de medición en la Cámara de Industria y Comercio (IHK) de Dresde, se nos encomendó la tarea de llevar a cabo un proyecto práctico de eficiencia energética en nuestra empresa.
Tras investigar y consultar con el responsable de energía, los dos aprendices decidieron examinar minuciosamente las purgadoras de vapor de la central eléctrica.
«Las purgas de vapor defectuosas pueden provocar paradas no programadas y un mayor consumo energético. Al comprobar periódicamente las purgas, se pueden planificar mejor las reparaciones y sustituciones. Los costes energéticos de la producción de vapor también pueden reducirse significativamente, tal y como demostramos en nuestro proyecto», explica Franz Weber, técnico en electrónica en su cuarto año de formación profesional.
La fábrica de papel necesita vapor principalmente durante el proceso de secado, en el que se evapora el agua residual del papel. La banda de papel decorativo recorre el laberinto de 30 cilindros de secado de la máquina de papel. Al final del proceso, el papel acabado contiene entre un 7 % y un 8 % de humedad residual.
Los aprendices Franz Weber (izquierda) y Martin Becher (derecha), de Peniger Papierfabrik, recibieron un premio por su proyecto «Las trampas de vapor como componente importante para la eficiencia energética».
Los expertos estiman que entre el 15 y el 20 % del vapor producido se pierde debido a fugas en las trampas de vapor. Este cálculo es un ejemplo que ilustra los costes: una fuga con un diámetro de tan solo 5 mm provoca una pérdida de 5 bar de presión y 65 kg de vapor por hora, lo que supone una pérdida aproximada de 550 t al año (a razón de 8.400 horas de funcionamiento anuales). Con unos costes de producción de 20 €/t, esta pérdida puede ascender a casi 11 000 € al año.
Pruebas combinadas de ultrasonidos y temperatura
Martin Becher explica: «Hasta ahora, no teníamos mucha experiencia con sistemas de vapor y condensado. Al principio, tuvimos que familiarizarnos con el tema y asistimos a una sesión de formación de un día en SONOTEC».
Durante la sesión, los dos «exploradores energéticos» aprendieron, entre otras cosas, a distinguir entre purgadores intactos y defectuosos mediante muestras de audio. Dependiendo de su diseño, un purgador que funciona correctamente se abre y se cierra de forma continua o discontinua y, durante este proceso, emite señales ultrasónicas características. Estas señales pueden grabarse y analizarse con el dispositivo digital de pruebas ultrasónicas SONAPHONE®, la aplicación LevelMeter® y el sensor ultrasónico y de temperatura de banda ancha BS20. A continuación, la teoría se puso en práctica de vuelta en Penig.
Se debía analizar un tramo con 28 purgadores térmicos y de flotador. Se registraron todas las trampas de vapor del dispositivo y se configuraron como puntos de prueba con una imagen, un número y un tipo. A continuación, los «exploradores energéticos» conectaron el sensor BS20 al dispositivo y comenzaron las pruebas.
En un primer momento, se midió la temperatura de la purgadora en la entrada y en la salida. La temperatura permite determinar, por ejemplo, si la purgadora de vapor se encuentra a la temperatura de funcionamiento esperada o si tiende a estar demasiado fría (acumulación de condensado) o demasiado caliente (fuga), en función de la presión del sistema. La diferencia de temperatura se evalúa en la entrada y la salida, dependiendo del principio de funcionamiento de la purgadora.
Para comprobar el funcionamiento de la purga de vapor, los «exploradores de energía» utilizaron tecnología de la empresa SONOTEC como ayuda. ¿Funciona correctamente la purga de vapor o está defectuosa? El dispositivo digital de comprobación por ultrasonidos SONAPHONE dio la respuesta a esta pregunta.
La evaluación del estado requiere experiencia
A continuación, los dos aprendices registraron la señal ultrasónica con un sensor de sonido transmitido por la estructura de banda ancha, utilizando un rango de frecuencias de entre 20 y 100 kilohercios. No se produjeron problemas durante las pruebas y, además, fue posible realizarlas mientras el equipo estaba en funcionamiento. Seleccionaron los intervalos de medición de tal forma que la purgadora de vapor hubiera circulado y drenado al menos una vez.
Se utilizó un intervalo de aproximadamente un minuto para el purgador de condensado de flotador y otro de unos tres minutos para el purgador térmico. La emisión de una señal acústica en la pantalla en forma de espectrograma resultó ser de gran ayuda para su posterior evaluación.
Los cambios característicos en el sonido de las trampas de vapor defectuosas se pueden distinguir inmediatamente de los sonidos característicos de las trampas en buen estado.
«En un primer momento, grabamos la señal de una trampa nueva que, con toda probabilidad, funcionaba correctamente. A continuación, pudimos comparar la grabación con las demás y sacar algunas conclusiones sobre qué trampas estaban defectuosas. Para ello también es necesario tener un poco de experiencia».
Franz Weber, Schoeller Technocell GmbH & Co. KG Werk Penig
Durante el proceso de prueba, los dos aprendices utilizaron la aplicación LevelMeter®. Tras registrar la temperatura y los ultrasonidos, pudieron añadir fotos, notas de voz y comentarios sobre cada punto de prueba. Franz Weber afirma: «El manejo del SONAPHONE® es realmente muy intuitivo y sencillo; es similar al de un smartphone. Una vez que terminamos, pudimos crear un informe con solo unos pocos clics».
Medición de la temperatura con un sensor combinado de ruido estructural y temperatura BS20
Registro de la señal ultrasónica en un rango de frecuencias de entre 20 y 100 kilohercios mediante un sensor de sonido transmitido por la estructura de banda ancha. Los cambios característicos en el sonido de los purgadores de vapor defectuosos se pueden distinguir inmediatamente de los sonidos característicos de los purgadores en buen estado.
El 50 % de las trampas estaban defectuosas
Al final del estudio de caso, todos se quedaron sorprendidos por los resultados de las pruebas. El 50 %, es decir, 14 de las 28 trampas, resultaron estar defectuosas.
Rico Eidam afirma: «Si partimos de la base de que una trampa defectuosa nos cuesta unos 4.000 euros al año, podemos ahorrar unos 48.000 euros solo en esta sección sustituyendo las trampas». Las últimas trampas defectuosas se sustituirán durante la próxima parada de la planta. El responsable de energía informa: «La temperatura del condensado ha descendido considerablemente desde que cambiamos las primeras purgadoras».
En el futuro, todas las purgas de vapor de la fábrica de Peniger se registrarán y se someterán a pruebas periódicas. El mantenimiento preventivo programado incluirá la supervisión del estado de las purgas cada seis meses. Además, el equipo también tiene previsto utilizar el SONAPHONE para otras tareas de mantenimiento.
Por ejemplo, pueden utilizar el dispositivo de prueba digital para detectar fugas en los sistemas de aire comprimido y para supervisar el estado de los rodamientos de rodillos y de bolas. Además, el dispositivo de prueba es adecuado para inspeccionar descargas parciales en equipos eléctricos. En lo que respecta al ahorro energético, Peniger ha tomado la iniciativa.
Los «exploradores energéticos» recibieron un premio por su proyecto «Las purgas de vapor como componente importante para la eficiencia energética» en un concurso patrocinado por la iniciativa «Transición Energética y Protección del Clima» para empresas medianas de Sajonia. «Por supuesto, estamos orgullosos de este logro. Hasta ahora, hemos conseguido superar nuestro objetivo de ahorro energético cada año. Este tipo de proyectos es un componente importante para alcanzar nuestro objetivo y sensibiliza a toda nuestra plantilla sobre esta cuestión».
Una vez tomada la temperatura y grabada la ecografía, se pueden añadir fotos, notas de voz y comentarios sobre cada punto de la exploración.
La evaluación de la purgadora de vapor puede realizarse in situ o posteriormente en el ordenador mediante el software DataViewer. El informe puede exportarse como archivo CSV o PDF para fines de documentación.
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