patrocinadoEficiencia en la ingeniería de procesos Tecnología de fluidos para una mayor eficiencia energética

La protección del clima, la conservación de los recursos y los precios de la energía obligan a la industria de procesos a tener en cuenta aspectos económicos y ecológicos. El lema es: «No menos, sino mejor». Los componentes y sistemas de fluídica, así como los sensores y los sistemas de control, tienen una influencia decisiva en esta intensificación de los procesos.

Un negocio costoso: según la Oficina Federal de Estadística, solo el sector químico fue responsable del 27,9 % de la demanda energética de toda la industria alemana. Esto supone un gasto considerable —y no solo como consecuencia de las crisis del precio del petróleo y la eliminación gradual del carbón— y se nota en el balance de sostenibilidad. Por lo tanto, ahorrar es la prioridad del momento, a ser posible sin tener que reducir la producción. No es nada fácil, ya que las instalaciones y los procesos modernos ya están optimizados en gran medida para la eficiencia. Y, sin embargo, siguen existiendo: los consumidores ocultos de energía y el potencial sin aprovechar; por lo tanto, merece la pena examinarlo más de cerca, también y sobre todo en procesos aparentemente secundarios como la fluidica.

Así, gracias a la elección acertada de los componentes adecuados permite ahorrar rápidamente cantidades de cinco cifras en euros: Así, las válvulas electroneumáticas, que combinan un control electrónico con un accionamiento neumático, aprovechan sus ventajas —como la seguridad operativa, los tiempos de conmutación rápidos y la fácil integración en redes— en numerosas aplicaciones, desde la industria de procesos hasta la automatización. Pero no todo son ventajas: los componentes habituales siempre necesitan una cierta cantidad de aire comprimido para, por así decirlo, mantener la válvula en el estado de control.

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Los expertos en fluídica de Bürkert demuestran que hay otras alternativas con los controladores de posición y de proceso SideCONTROL. Se montan fácilmente en actuadores lineales y rotativos habituales y se pueden controlar a través de IO-Link, ASI, Profinet, Profibus, Modbus TCP o Ethernet. Y eso no es todo: las válvulas equipadas de este modo solo necesitan aire comprimido cuando realmente se produce una acción de regulación, es decir, un movimiento del actuador. «Con el uso de SideCONTROL, los operadores ahorran desde el primer segundo, incluso en instalaciones ya existentes», afirma con total seguridad Daniel Jakob, experto en válvulas de Bürkert. Esto sale a cuenta: con un consumo típico de aire comprimido del orden de los cien litros, se pueden ahorrar por válvula cantidades de tres o cuatro cifras, explica el especialista en fluídica. Dado que en una instalación industrial típica rara vez hay una sola válvula, estas cifras se traducen en cantidades considerables.

Con el uso de SideCONTROL, los operadores ahorran desde el primer segundo. Con un consumo típico de aire comprimido del orden de los cientos de litros, se pueden ahorrar cantidades de tres o cuatro cifras por válvula, incluso en instalaciones ya existentes.

Daniel Jakob, experto en válvulas de Bürkert

Para ello ni siquiera es necesario instalar un nuevo sistema: los reguladores de posición SideCONTROL pueden montarse en prácticamente todos los actuadores lineales y rotativos, y todo ello sin tener que intervenir en el sistema hidráulico. La carcasa de la válvula existente y las piezas en contacto con el fluido pueden permanecer intactas durante una modernización, y el control mediante IO-Link, Profibus, Modbus TCP o Ethernet garantiza la integración en el sistema de control de la planta. Funciones como X.TUNE o P.TUNE ajustan perfectamente el regulador de posición o de proceso a la válvula correspondiente con solo pulsar un botón, explican los desarrolladores. Además, gracias a la función de diagnóstico integrada, también se ha tenido en cuenta la seguridad del proceso.

La carcasa de la válvula, líder en ahorro energético

Por eso, merece la pena fijarse en los componentes pequeños. Incluso los componentes más anodinos, como las carcasas de las válvulas, pueden mejorar su eficiencia. Así es, incluso la carcasa rígida consume energía: por un lado, cuando los componentes se fabrican a partir de metal macizo, pero también cuando hay que calentarlos, por ejemplo, en los procesos de esterilización: Así, durante el proceso SIP (esterilización in situ), se necesita una gran cantidad de vapor ultrapuro para llevar los cuerpos de válvula, de gran masa, a la temperatura de esterilización. Al mismo tiempo, esto alarga el tiempo de cambio de lote, ya que las carcasas de paredes gruesas se calientan y se enfrían lentamente.

Así pues, el cálculo es sencillo: cuanto más macizo y pesado sea el cuerpo de la válvula, más laborosos resultan su fabricación y limpieza. Motivo más que suficiente para que los desarrolladores de Bürkert incorporaran a su gama una carcasa de construcción ligera, en la que el cuerpo de la válvula no se fresa a partir de un bloque macizo ni se conforma mediante forja mecánica. El Tube Valve Body se fabrica a partir de un tubo liso, y no mediante forja, sino mediante hidroconformado. En este proceso, el tubo de acero inoxidable se coloca directamente en la matriz y se deforma bajo una elevada presión interna. Mediante una distribución selectiva de la presión y un tratamiento térmico controlado, se obtiene así una carcasa de válvula con una forma precisa, que no presenta cordones de soldadura en la zona en contacto con el fluido. Y no solo eso: dado que el cuerpo se moldea a partir de una sola pieza de tubo, tiene el mismo espesor de pared en toda su longitud y, por lo tanto, es muy robusto.

Una válvula típica de 2 pulgadas es hasta un 75 % más ligera que una pieza forjada equivalente, lo que supone un ahorro de material y energía tanto durante la fabricación como durante el funcionamiento: al haber menos metal, no es necesario calentar ni enfriar tanta masa. Un ejemplo de cálculo lo ilustra claramente: si durante el proceso de esterilización la temperatura se eleva en 100°, se pueden obtener ahorros energéticos de más del 50 % por ciclo SIP. Además, los operadores ahorran tiempo en cada cambio de lote y aumentan la productividad de su instalación, al tiempo que se protegen las membranas de las válvulas, sensibles a la temperatura. En algunas aplicaciones, esto permite duplicar la vida útil de la membrana, lo que alarga considerablemente los ciclos de mantenimiento necesarios.

Desde la producción hasta el funcionamiento y el final de la vida útil de un componente, el cuerpo de válvula tubular demuestra de forma eficiente cómo puede ser una fluídica sostenible en su conjunto, y qué papel desempeñan los componentes en ella.

Sin embargo, es raro que una válvula esté sola, ni siquiera en la producción farmacéutica y biotecnológica, donde las tuberías y los manguitos se conectan entre sí para formar sistemas de circuito cerrado. De este modo, se pueden transportar de forma continua y en bucle medios como el agua para inyección (WFI), el agua ultrapura o los medios estériles, minimizando así la entrada de gérmenes. En lugar de transportar los medios a través de ramales hasta los distintos puntos de toma (grifos), el líquido circula permanentemente en bucle. La extracción se realiza mediante válvulas de membrana en Y y en T especializadas, situadas directamente en el flujo, para evitar el agua estancada y, con ello, la formación de biopelículas.

Menos espacios muertos: ahorro en la limpieza

Este tipo de sistemas de anillos para entre cuatro y diez fluidos son la tecnología más avanzada desde aproximadamente los años 80. En ellos se utilizan tradicionalmente válvulas de membrana estándar, lo que, sin embargo, conlleva una serie de inconvenientes, como un gran volumen interior e innumerables puntos de soldadura. El cambio de fluido también resulta complicado: dependiendo de la posición de montaje, no siempre es posible vaciar completamente los residuos, lo que puede provocar la contaminación cruzada; por ello, los operadores deben determinar si son necesarias limpiezas intermedias y en qué momento. La posición de montaje en el anillo también es decisiva para el esfuerzo de limpieza, que puede requerir mucho material, energía y tiempo. En las construcciones de gran masa, el calentamiento lento prolonga la esterilización, aumenta el consumo de energía y somete a las membranas a una carga térmica. Estas se desgastan más rápidamente, lo que conlleva paradas de la instalación, gastos adicionales de mantenimiento y una nueva esterilización.

Pero lo que era lo último en tecnología en la época del synth-pop y el corte «vokuhila», hoy en día ya no tiene por qué serlo: Las válvulas multipuerto, como el sistema Robolux de Bürkert, combinan funciones de conmutación independientes para dos procesos en una sola carcasa con una única membrana y un único accionamiento doble. De este modo, se pueden realizar nodos complejos con un gran número de participantes y funciones que, sin embargo, ocupan relativamente poco espacio y presentan mejores propiedades fluidodinámicas, explican los desarrolladores. Una válvula multipuerto de este tipo ocupa aproximadamente un 40 % menos de espacio y, por lo tanto, requiere menos esfuerzo de limpieza y menos energía de calefacción. Además, los tiempos de esterilización más cortos que esto permite se traducen en una mayor vida útil de las membranas y en una reducción de las necesidades de mantenimiento. También en otros ámbitos, como la separación de medios para procesos cromatográficos, los usuarios se benefician de estas ventajas de las válvulas de membrana multipuerto.

Ahorro energético gracias a una tecnología de válvulas eficiente: Descubra cómo reducir de forma específica las pérdidas de energía y modernizar de manera eficiente las instalaciones existentes, ¡sin interferir en los procesos en marcha!

Sistemas de eficiencia para la regulación de la presión del gas

Dado que casi ningún proceso es igual a otro, se necesitan soluciones adaptadas a cada aplicación para ahorrar energía y aumentar la eficiencia. No es de extrañar que Bürkert quiera apoyar a los usuarios tanto con soluciones estándar como con desarrollos personalizados, por ejemplo, con sistemas de regulación de la presión de gas. Y es que, independientemente de si se produce agua con gas, cerveza o vacunas, la atmósfera gaseosa de los depósitos requiere una supervisión precisa. Los sistemas de regulación de presión cumplen los requisitos higiénicos y regulan la presión del gas de forma precisa y segura para el proceso. Y no solo en aplicaciones con gas inerte, sino en todas las aplicaciones de presión y llenado.

Gracias a su regulación precisa, es posible, por ejemplo, reducir considerablemente el consumo de gas inerte. Dado que funcionan de forma totalmente autónoma —salvo por la configuración del valor de consigna—, los sistemas manuales e imprecisos utilizados hasta ahora pueden automatizarse con relativa facilidad. En una fase posterior, la integración en un sistema de monitorización puede dar lugar a nuevas optimizaciones del proceso. Su diseño robusto garantiza una larga vida útil y los elevados costes de mantenimiento debidos a la corrosión son cosa del pasado; por el contrario, la disponibilidad de las instalaciones y la productividad aumentan, mientras que los costes de explotación se reducen, ya que no se desperdician materiales.

No más energía de la necesaria

Cuando se trata de una conmutación rápida y automatizada, suelen utilizarse válvulas con actuadores electromagnéticos. Aunque estas conmutaciones son fiables y precisas, también requieren energía para mantener la válvula activamente «abierta». Para este tipo de aplicaciones, el especialista en fluídica Bürkert ofrece, con su gama de electroválvulas, soluciones de bajo consumo con bobina doble y la denominada electrónica «kick-and-drop»: En este sistema, la bobina se sobreexcita inicialmente mediante un impulso de alta tensión para generar la elevada fuerza de atracción necesaria para abrir la válvula. Tras unos pocos milisegundos, la electrónica integrada en la bobina moldeada por inyección cambia a un modo de mantenimiento de posición que ahorra energía. De este modo, se reduce drásticamente el consumo de potencia. Además, gracias al bajo consumo de energía, el calentamiento propio máximo de la válvula es menor, lo que reduce los depósitos y la calcificación, aumenta considerablemente la vida útil y evita las quemaduras. Por otra parte, las válvulas destacan por su funcionamiento silencioso y cumplen con los más exigentes requisitos de compatibilidad electromagnética (CEM).

Fijarse en la fluídica: merece la pena

En el ámbito de la fluídica se han producido importantes avances en las últimas décadas: ni siquiera el sector de los componentes, tan centrado en el hardware, puede escapar a las megatendencias de la digitalización, la conectividad y la eficiencia energética. Las válvulas conectadas y digitalizadas ya están difuminando los límites entre la fluídica y la automatización, mientras que las soluciones eficientes y detalladas ponen de manifiesto el potencial que encierran los ciclos de materiales. ¡Merece la pena prestar atención, tanto para el bolsillo como para el balance medioambiental!

La tecnología en primer plano:

Visibilidad del caudal

Medición sin contacto, incluso con baja conductividad: eso es lo que promete la tecnología FLOWave de Bürkert. Para ello, los expertos en fluídica no recurren a efectos magnético-inductivos ni a elementos integrados en la tubería, sino que utilizan ondas acústicas de superficie (Surface Acoustic Waves, SAW). Los sensores, situados en el exterior del tubo de medición, emiten un pulso hacia el fluido en movimiento desde ambos lados. El movimiento del fluido provoca diferencias en el tiempo de propagación, a partir de las cuales se puede calcular con precisión el caudal. Dado que ningún elemento de medición sobresale en el interior de la tubería y la geometría de esta no se ve alterada, el fluido circula libremente y sin espacios muertos ni turbulencias adicionales.

A diferencia de los medidores magnético-inductivos, FLOWave no requiere una conductividad mínima. Por lo tanto, también es adecuado para medios de baja conductividad, como el agua ultrapura. Dependiendo del modelo, el dispositivo mide además la temperatura y un factor de densidad, y puede ayudar a detectar cambios de producto o desviaciones en el proceso. Entre sus campos de aplicación típicos se encuentran la industria alimentaria y de bebidas, así como la industria farmacéutica y biotecnológica.