Un plan de ahorro de energía y mejora del confort para nuestra factoría IMI Hydronic en Erwitte, Alemania.

Como parte de su programa de sostenibilidad, IMI Hydronic Engineering investiga continuamente formas de reducir su huella de carbono y limitar el consumo de energía en estas volátiles circunstancias del mercado. La empresa ha invertido mucho en la mejora del uso de la energía en la planta de Erwitte (Alemania), mediante la instalación y el uso de células fotovoltaicas y parque eólico. Pero para la mejora continua, el equipo directivo de Erwitte necesita entender con detalle dónde y cómo se distribuye la energía. Para mejorar todo el sistema del centro de producción, se instaló una solución hidrónica piloto optimizada que se ha puesto a prueba durante un mes; los resultados positivos han permitido extender su implantación en todo el centro.
IMI Hydronic colaboró con Enerbrain para identificar la mejor solución que garantizara el mínimo consumo de energía y la optimización del confort; se ahorró ≈45% de energía durante el mes de prueba y se mejoró la valoración de confort de los usuarios del 43% al 67%.

La calefacción del edificio se produce en una sala de calderas central; dos intercambiadores de calor garantizan la distribución de los circuitos primarios a los secundarios. En los circuitos terciarios hay seis consumidores con diferentes perfiles de carga y demanda. El consumidor primario, una unidad de tratamiento de aire (UTA), ha sido identificado y tratado de forma especial, dado que con sus 600 kW representa el 80% de la carga térmica. Esta UTA también es responsable de la calefacción y la recirculación de aire de toda la nave.

El equipo se enfrentó a cuatro retos principales:

1. Falta de datos sobre demanda del sistema:  Los técnicos no podían estimar cuánta energía circulaba y se consumía en todo el el sistema. Es decir, no podían arreglar lo que no sabían cómo estaba funcionando.
2. Baja capacidad de control del caudal: El tren de ventilación y baterías intercambiadoras de calor estaban inicialmente sobredimensionados. En la mayoría de los casos, la demanda era tan pequeña que la válvula de control apenas estaba abierta, lo que complicaba la controlar la potencia emitida con precisión.
3. Gran variabilidad de la carga: Durante el confinamiento por la pandemia de COVID, la producción del centro se ha ajustado continuamente para adaptarse a la demanda y a la disponibilidad del equipo de producción. Esto provocó complicaciones a la hora de establecer los ciclos de calentamiento correctos, ya que la ocupación y las necesidades cambiaban continuamente.
4. Disponibilidad del sistema durante las reformas: La actualización del sistema y de las tuberías tuvo que realizarse en un corto periodo de tiempo para garantizar que la producción no se viera perturbada durante la duración de los trabajos de reforma. 

La solución consistió en dos actualizaciones críticas del sistema:

1. 1. Se instaló una válvula de control inteligente TA-Smart DN80 en lugar de la válvula mezcladora de 3 vías y se cerró el by-pass, como se muestra en la figura 2. La válvula mide continuamente la energía que fluye a través del intercambiador de calor y controla el caudal en el circuito de inyección. Los datos de caudal de agua, potencia, temperaturas y energía se transmiten cada 15 segundos a la nube HyCloud mediante una pasarela 4G.  La válvula TA-Smart hace visibles garn cantidad de datos del sistema y permite experimentar en tiempo real nuevos puntos de consigna, garantizando una excelente capacidad de control del caudal. Su longitud entre bridas normalizada F1 también permite una instalación rápida sin perturbar el trazado existente, garantizando el retorno inmediato a la actividad normal.

   2. En colaboración con Enerbrain, se han instalado en la nave de producción cuatro sensores que miden la humedad relativa, la temperatura y los niveles de CO2. El sistema de control también se ha actualizado para incluir una solución de control y visualización en la nube. Este sistema ajusta dinámicamente los valores de consigna de la válvula, los ventiladores y las compuertas en función de las medidas de los sensores y de los datos históricos, aprovechando algoritmos analíticos avanzados. Esta actualización ha contribuido a romper la opacidad del sistema al permitir que los datos estén disponibles de forma consolidada. El sistema también ajustará dinámicamente el punto de consigna atendiendo a la variabilidad de la carga del sistema.

Para garantizar el buen funcionamiento de la solución, el proceso de instalación y puesta en marcha fue vital:

• Instalación: La válvula de tres vías fue reemplazado por la nueva TA-Smart, transformando el circuito de 3 vías en un circuito de inyección de 2 vías. Se ha elegido una válvula DN80 PN16 que se adapta a las tuberías existentes. Esto fue posible gracias a las extraordinarias capacidades de control de la válvula: el caudal de diseño representa el 28% del caudal nominal de la válvula. El TA-Smart se alimenta con una fuente de 24VAC y se controla mediante una señal de 10VDC. La fuente de alimentación y las señales de entrada del actuador de la válvula de 3 vías se mantuvieron como se instalaron originalmente. Los sensores de temperatura ambiente, que funcionan con baterías, se han colocado en lugares estratégicos de la sala. La actualización del sistema de control consistió en 3 componentes principales colocados entre el panel de control original y el dispositivo de campo. La instalación completa duró un día y fue realizada por el equipo de mantenimiento de la fábrica.

• Puesta en marcha: La válvula se ha parametrizado mediante la aplicación HyTune sin necesidad de dispositivos adicionales. El modo de control se ha ajustado a control automático de caudal con curva caractersítica isoporcentual EQM. El caudal de diseño se ha ajustado a 13.500 l/h. Una nueva pasarela 4G se usa para transmitir los datos a HyCloud, ya que no se disponía de bus ni de redes internas in situ.

Para evaluar el impacto de la solución recién instalada, se han definido dos fases: una que reproduce el sistema antiguo y otra para el nuevo sistema; estas dos fases se han activado/desactivado durante dos semanas:

• Fase 1: Tras la instalación de la solución, la válvula TA-Smart se ha configurado en modo control de posición para replicar el comportamiento de la antigua válvula de 3 vías, desconectando el nuevo sistema de control.

• Fase 2: Se reconfigura de nuevo la válvula TA-Smart en modo de control de caudal, activando además el resto de algoritmos de control. De esta forma, es posible evaluar el ahorro de energía térmica , obteniendose un valor alrededor del 50%, como se muestra en la figura 3.

  

  Es de esperar que el ahorro de energía sea menor durante el verano y el invierno. Además, cabe destacar que el porcentaje de tiempo en confort ha aumentado del 43% al 67% durante el periodo piloto.