La planta de motores de Toyota reduce los costos de energía con los nuevos controles de los compresores de aire

Los nuevos controles están ahorrando 1 millón de kilovatios hora anuales y apoyan los objetivos de Toyota de cero emisiones.

Han oído hablar de los vehículos sin emisiones. ¿Pero qué hay de la producción de vehículos sin emisiones? Esa es la visión de Toyota, uno de los mayores fabricantes de automóviles del mundo. Su Desafío Ambiental Toyota 2050 exige que la compañía elimine las emisiones de CO2 de sus plantas de producción global para el 2050.

Para cumplir estos ambiciosos objetivos, Toyota está tomando medidas tanto para reducir su uso de energía como para pasar a la energía reutilizable. Y como se evidencia en la planta de la compañía en Huntsville, Alabama, estos esfuerzos están ayudando a Toyota no sólo a reducir su huella ambiental, sino que están beneficiando el resultado final.

Costos de energía inflados

La planta de Huntsville fabrica motores para los populares vehículos Toyota como el Tacoma, el Tundra y el Highlander. Los trabajadores de la planta reciben los componentes del motor que han sido fundidos en otras instalaciones para mecanizarlos y ensamblarlos en los motores que irán en los vehículos de otras instalaciones.

El sistema de compresión de aire de la planta es crucial para el proceso de producción. Compuesto principalmente por cinco grandes compresores de aire centrífugos, el sistema proporciona aire en toda la planta de 1,2 millones de pies cuadrados para varios procesos de máquinas, automatización y componentes de motores de secado.

Los sistemas de aire comprimido (CA) son intensivos en energía por naturaleza. El sistema de la planta de Huntsville no es una excepción; representa el 25% de los costos anuales de energía de la planta.

Los controles de legado hicieron del sistema un usuario de energía aún más grande de lo necesario. Los viejos controles eran lentos para poner en marcha los compresores y no les permitían trabajar juntos como un sistema integrado y no tenían suficiente almacenamiento de CA para extraer durante los altos picos de demanda de aire.

Debido a estas limitaciones, los miembros del equipo tuvieron que mantener los compresores en línea más de lo necesario durante la mayor parte del día para asegurar una capacidad de aire suficiente para atravesar los cortos y ocasionales aumentos de la demanda en la planta. Eddy Kiggen, un especialista en instalaciones de Toyota, explica,

"Necesitamos un mínimo de 81 PSI para que las máquinas funcionen sin paradas. Pero como los compresores tardaron tanto en arrancar, tuvimos que mantener 91 PSI para asegurarnos de que no fallaran a 81 PSI de baja presión de CA"

El contrato eléctrico de la planta creó más desafíos. El contrato cobra más por la energía consumida durante las horas de mayor uso. Cuando los miembros del equipo necesitaban poner en marcha uno de los grandes compresores durante estas horas para mantener la planta a su capacidad, la puesta en marcha de una sola máquina podía aumentar la factura de electricidad de la planta en un 100% de los cargos de energía de un día.

Mejoras locales y a nivel de toda la planta

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

Para el trabajo, recurrieron a IZ Systems y Case Engineering, un socio constructor de máquinas del programa PartnerNetwork de Rockwell Automation. La compañía entregó una solución de dos partes que incluía controles locales y de toda la planta.

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

A nivel de planta, Case utilizó su solución de reparto de carga AirMaster para crear un sistema maestro de control de aire. Esta solución se basa en la plataforma ControlLogix y utiliza el software FactoryTalk View SE para la recolección y visualización de datos. Case trabajó con IZ Systems, que también instaló un tanque de almacenamiento de 5.000 galones para CA potenciado de 500 PSI para permitir el tiempo de recuperación del sistema sin fallas.

Una válvula de modulación suministra aire durante los períodos de alta demanda de aire. Este aire almacenado proporciona una transición suave cuando se requiere una máquina centrífuga adicional para satisfacer la demanda de aire de la planta.

Revalorización de los ahorros

Los nuevos y más eficientes controles del compresor de aire han ayudado a la planta de Huntsville a reducir el uso de energía anual en casi 1 millón de kilovatios hora por año o unos 68.000 dólares anuales. Esto no incluye los ahorros obtenidos al evitar los arranques durante las horas de mayor consumo.

Como resultado, la planta recuperó su inversión en los nuevos controles más rápido que su objetivo de dos años. Kiggen dijo que,

"Hemos sido capaces de reducir nuestro punto de ajuste para el sistema de 91 a 85 PSI. Ahí es donde está la mayoría de los ahorros en este proyecto."

Los controles locales actualizados ayudan a que los compresores funcionen de manera más eficiente que los controles heredados, aumentando la capacidad del acelerador de cada máquina. El nuevo controlador maestro monitoriza la presión y el flujo de aire que arrancará o detendrá los compresores para adaptarse a la demanda. Extraerá CA del tanque de almacenamiento de alta presión mientras el compresor está en línea, atravesará los picos de demanda y lo protegerá contra posibles problemas.

"Tal como está configurado ahora, siempre tenemos suficiente presión en el tanque de almacenamiento para cualquier inmersión o fallo del compresor. Incluso si el siguiente compresor que intentemos arrancar falla, podemos arrancar otro compresor y la gente de la planta no sabrá que ha pasado nada"

El nuevo sistema ofrece a los trabajadores información de tendencias para controlar la presión y el flujo de aire, el uso de energía y los datos críticos de cada máquina, incluyendo la vibración. Y debido a que esta información está disponible casi en tiempo real - algo que los miembros del equipo no tenían anteriormente - ayuda a analizar el sistema de CA y ayuda en la resolución de problemas.

Los miembros del equipo pueden ver la información localmente en cada máquina como parte de la supervisión de sus operaciones rutinarias. Toyota e Ingeniería de Casos pueden verla desde cualquier lugar usando acceso remoto.

"Después de la electricidad, el aire es la utilidad más importante que tenemos, así que lo vigilamos de cerca. Miro los datos diariamente para ver cómo funciona el sistema y revisar su eficiencia. Recibo un mensaje de texto si tenemos un problema, como una caída de presión o que el tanque de almacenamiento caiga por debajo de un cierto nivel. También nos gusta tener a Case conectado y hacerles saber de un problema para que puedan conectarse y arreglar el problema de inmediato"

Toyota está buscando replicar este proyecto en otros lugares para un ahorro de energía similar, mientras continúa conduciendo hacia cero emisiones de CO2.

"Producir cero CO2 en el proceso de construcción de un vehículo es una tarea muy grande. En este momento, estamos tratando de ahorrar la mayor cantidad de energía posible antes de saltar a las energías renovables. Y para esta planta, estas mejoras de control son los proyectos de energía más exitosos que hemos hecho en mucho tiempo"

Los resultados mencionados anteriormente son específicos del uso que hace Toyota de los productos y servicios de Rockwell Automation en conjunto con otros productos