Planta de motores de Toyota reduce costes energéticos con nuevos controles de compresores de aire

La eliminación de emisiones

Indudablemente que habrá oído hablar de vehículos sin emisiones. ¿Pero ha oído hablar de la producción automotriz sin emisiones?

Esta es la visión de Toyota, uno de los fabricantes de automóviles más grandes del mundo. Su meta ambiental para 2050 apunta a que la empresa elimine las emisiones de CO2 de sus plantas de producción globales para el año 2050.

Para lograr esta ambiciosa meta, Toyota está dando los pasos necesarios para reducir su consumo de energía y adoptar procesos que permitan la reutilización de la energía. Como demuestra su planta en Huntsville, Alabama, estos pasos ayudan a Toyota a reducir su impacto ambiental a la vez que la empresa aumenta su rentabilidad.

Costes energéticos elevados

La planta en Huntsville fabrica motores para los vehículos populares de Toyota, tales como Tacoma, Tundra y Highlander. Los trabajadores de la planta reciben componentes de motores que han sido moldeados en otras instalaciones, y su tarea consiste en maquinar y montar estos componentes en los motores que a su vez se instalarán en vehículos en otras instalaciones.

El sistema de compresión de aire es vital para el proceso de producción. El sistema consiste principalmente en cinco grandes compresores de aire centrífugos y suministra aire a través de una planta de 111 mil metros cuadrados para diversos procesos de máquinas, así como para componentes de automatización y secado de motores.

Los sistemas de aire comprimido son por su naturaleza intensivos en el consumo de energía. El sistema de la planta en Huntsville no constituye una excepción: consume el 25% de los costes energéticos anuales de la planta.

Los controles de tecnologías anteriores ocasionaban un consumo de energía mayor del que realmente se necesitaba. Los controles anticuados arrancaban los compresores de modo muy lento y no permitían que funcionaran conjuntamente como un sistema integrado. Es más, no contaban con suficiente aire comprimido almacenado durante los períodos pico de alta demanda de aire.

Debido a estas limitaciones, los miembros del equipo estaban obligados a mantener los compresores en línea más tiempo del necesario durante la mayor parte del día a fin de garantizar suficiente capacidad de aire para poder cubrir los breves picos ocasionales en la demanda de la planta.

“Necesitamos un mínimo de 81 PSI para que las máquinas funcionen sin parar”, comentó Eddy Kiggen, especialista de la planta de Toyota. “Pero ya que los compresores tardaban tanto tiempo en arrancarse, teníamos que mantener 91 PSI solo para garantizar que no se produjera un fallo debido a una caída de la presión de aire comprimido por debajo de 81 PSI”.

El contrato eléctrico de la planta presentaba aún más desafíos. El contrato cobra más por el consumo de energía durante las horas pico. Cuando los miembros del equipo necesitaban arrancar uno de los grandes compresores durante estas horas pico para que la planta funcionara al nivel necesario, el arranque de una sola máquina podía aumentar la cuenta por consumo eléctrico de la planta en hasta un 100% de los cargos de energía de un día.

Actualizaciones locales y en toda la planta

Para ayudar a reducir los costes energéticos y apoyar su iniciativa de energía de 2050, Toyota Motor Manufacturing, Alabama (TMMAL), decidió actualizar los sistemas de control de los compresores de aire de la planta.

Para ello, contrató a IZ Systems y Case Engineering, un socio fabricante de máquinas del programa PartnerNetwork de Rockwell Automation. La empresa proporcionó una solución compuesta de dos partes que abarcó los controles locales y en toda la planta.

Localmente, Case migró los controladores en los cinco grandes compresores a su solución de control AirLogix. La solución se basa en la plataforma de control CompactLogix e incluye una interface de operador PanelView Plus 7 para brindarles a los trabajadores datos de rendimiento y diagnósticos provenientes de cada compresor.

En el nivel de la planta, Case implementó su solución de distribución de cargas para crear un sistema maestro de control de aire. Esta solución está basada en la plataforma ControlLogix y aprovecha el software FactoryTalk View SE para recolectar y visualizar datos. Case colaboró con IZ Systems, que también instaló un tanque de almacenamiento de 19.000 litros para proporcionar aire comprimido reforzado de 500 PSI a fin de permitir que el sistema se recupere antes de entrar en fallo.

Una válvula moduladora suministra aire durante los períodos pico de demanda de aire. Este aire almacenado permite una transición sin interrupciones cuando se requiere una máquina centrífuga adicional a fin de satisfacer la demanda de aire de la planta.

Mayores ahorros

Los nuevos y más eficientes controles de compresores de aire han permitido que la planta de Huntsville reduzca el consumo de energía anual en casi 1 millón de kilovatios-hora cada año. Esto excluye los ahorros obtenidos por no efectuar arranques durante las horas pico de uso.

Como resultado, la planta logró recuperar la inversión en nuevos controles antes de su meta que eran dos años.

“Pudimos reducir nuestro punto de ajuste del sistema de 91 a 85 PSI”, dice Kiggen. “De ahí es que provienen la mayoría de los ahorros de este proyecto”.

Los controles locales actualizados permiten que los compresores funcionen de una manera más eficiente que los controles de tecnologías anteriores, puesto que aumentan la capacidad de aceleración de cada máquina. El nuevo controlador maestro monitoriza la presión y el flujo de aire arranca o para los compresores según la demanda. Consume aire comprimido del tanque de almacenamiento de alta presión cuando un compresor entra en línea, cubre el déficit durante los picos de demanda y protege contra posibles problemas.

“La configuración actual siempre garantiza que haya suficiente presión en el tanque de almacenamiento en caso de caídas o fallos del compresor”, señaló Kiggen. “Incluso si fallara el siguiente compresor que intentemos arrancar, podremos arrancar otro compresor sin que el personal de la planta se dé cuenta de lo que pasó”.

El nuevo sistema proporciona a los trabajadores información sobre tendencias para monitorizar la presión y el flujo de aire, el consumo de energía y los datos críticos de cada máquina, incluyendo las vibraciones. Puesto que esta información está disponible casi en tiempo real –cosa a la que no tenía acceso el personal anteriormente–, ayuda a analizar el sistema de aire comprimido y a resolver problemas.

Los miembros del equipo pueden ver la información de forma local en cada máquina como parte de su rutina de monitorización de operaciones. Toyota y Case Engineering pueden ver esta información en cualquier lugar mediante el acceso remoto.

“Aparte de la electricidad, el aire es el servicio más importante para nosotros; por eso, lo vigilamos muy de cerca”, añadió Kiggen. “Observo los datos cada día para conocer el rendimiento del sistema y para controlar la eficiencia. Recibo un mensaje de texto si tenemos un problema, como por ejemplo, una caída de presión o un descenso por debajo de un nivel determinado en el tanque de almacenamiento. También nos gusta que Case esté a nuestra disposición y que podamos informarle de un problema para que entre en línea y lo resuelva de inmediato”.

Toyota piensa reproducir este proyecto en otros sitios para lograr ahorros energéticos similares a la vez que persigue su meta de cero emisiones de CO2.

“La meta de cero emisiones de CO2 durante el proceso de fabricación de vehículos representa una inmensa tarea”, expresó Kiggen. “Ahora estamos tratando de ahorrar tanta energía como sea posible antes de abordar el tema de la energía renovable. En el caso de esta planta, las actualizaciones de control que hemos realizado constituyen los proyectos en el área energética de mayor éxito que hemos ejecutado desde hace mucho tiempo”.

Los resultados antes citados son específicos del uso por parte de Toyota de los productos y servicios de Rockwell Automation en combinación con otros productos. Los resultados específicos obtenidos por otros clientes podrían variar.