Acerca del cliente
DuPont de Nemours Inc., líder mundial en productos químicos especializados y materiales avanzados, cuenta con varias plantas de fabricación en EE. UU. donde se procesan productos a base de polímeros utilizando pigmentos y otros polvos finos. Estas operaciones requieren una manipulación precisa de los materiales, una dispersión de alto rendimiento y un control estricto de la calidad y la uniformidad del producto. En el sector de los pigmentos, DuPont destaca por su innovación técnica y su experiencia en procesos, lo que permite desarrollar recubrimientos avanzados, colorantes y compuestos poliméricos que se usan en aplicaciones de automoción, industriales y de consumo.
Desafío
Uno de los principales retos a los que se enfrentaba la planta de DuPont en EE. UU. era gestionar los elevados niveles de polvo fino de pigmento que se generaban durante la alimentación, la extrusión y la manipulación de materiales, sin que se produjeran pérdidas excesivas de producto ni riesgos operativos. Entre las principales preocupaciones estaban la seguridad medioambiental, la de los operarios y la de los equipos, así como minimizar las pérdidas económicas evitando que las valiosas partículas de pigmento se extrajeran en exceso y se perdieran en el sistema de filtración.
Rendimiento del producto: Las pérdidas de producto (pigmento) debidas a una extracción descontrolada o excesiva (sobreextracción*) provocaron pérdidas económicas directas (~300 000 $ al año).
Seguridad ante explosiones: Las pérdidas de producto (pigmento) debidas a una extracción descontrolada o excesiva provocaban pérdidas económicas directas (unos 300 000 dólares al año).
Sistema desequilibrado: La extracción desequilibrada provocó procesos inestables, pérdida de rendimiento, más paradas y más mantenimiento.
Emisiones en el interior: Las emisiones excesivas de polvo afectaron a la calidad del aire y aumentaron la acumulación de suciedad y el trabajo de limpieza.
¿Qué es la sobreextracción?
La sobreextracción se refiere a la eliminación involuntaria de partículas de pigmento valiosas o polvos finos de un entorno de producción debido a un flujo de aire o una succión excesivos dentro del sistema de extracción. En la fabricación y el procesamiento de pigmentos, esto ocurre cuando corrientes de aire a alta velocidad procedentes de campanas extractoras, conductos o unidades de filtración arrastran el producto fuera del flujo de proceso previsto, lo que provoca una pérdida cuantificable de producto, un rendimiento reducido y un aumento de los costes operativos. La sobreextracción suele deberse a un diseño de ventilación mal equilibrado o a ajustes de control de polvo demasiado agresivos, y puede afectar negativamente tanto a la eficiencia como a la calidad del producto.
Enfoque
Cuando se elige un sistema de captación de polvo estándar, los fabricantes se arriesgan a que el rendimiento no sea el esperado. Como el sistema de extracción que tenía DuPont no funcionaba bien, se enfrentaban a procesos inestables, paradas imprevistas, mayores costes de mantenimiento y pérdida de rendimiento. Por eso se pusieron en contacto con JOA, que les ofreció su enfoque de probada eficacia:
Estudio de preingeniería:
Para empezar, JOA llevó a cabo un estudio de preingeniería, en estrecha colaboración con el equipo de DuPont EE. UU., para evaluar los problemas de emisión de polvo en las instalaciones. El objetivo era identificar las causas fundamentales, evaluar las opciones tecnológicas y definir el alcance del proyecto.
- Modelización de cada punto de extracción potencial en las dos líneas de producción mediante el modelo técnico de aire propio de JOA, ajustado específicamente para el comportamiento de los pigmentos finos.
- Simular los requisitos de flujo de aire para garantizar una captación eficaz del polvo sin provocar una extracción excesiva.
- Las exhaustivas pruebas de validación y las iteraciones realizadas durante la fase de preingeniería (o FEED) y la puesta en marcha garantizaron que se perdieran muy pocos recursos valiosos de pigmentos en el sistema de desempolvado, lo que se tradujo directamente en un ahorro anual cuantificable de recursos.
Diseño e ingeniería:
El sistema se diseñó a partir de datos de preingeniería para lograr un equilibrio entre el control del polvo, la continuidad del proceso y la retención del producto, con un flujo de aire preciso y un diseño seguro que garantiza el rendimiento sin sacrificar el rendimiento de producción.
- El estudio previo de ingeniería identificó puntos de sobreextracción de alto riesgo. Estos se abordaron mediante una combinación de:
- Geometría del capó
- Ajuste del restrictor
- Control de automatización inteligente
- Puntos de extracción combinados, como los que hay cerca de las bandejas vibratorias y las tolvas, para evitar que un flujo de aire concentrado arrastre el pigmento fuera del proceso.
- Campanas de extracción con deflectores diseñadas a medida para etapas críticas del proceso, como la alimentación y el pesaje. Estas campanas garantizaban una contención del polvo de alta eficiencia con un arrastre mínimo del material pigmentario.
- Seguridad ATEX gracias a las características opcionales de protección contra explosiones:
- Conductos conductores y conectados a tierra, fabricados con acero galvanizado o sin recubrimiento
- Cartuchos filtrantes antiestáticos
- Válvulas rotativas con certificación ATEX, discos de ruptura y sistemas de purga sin llama
- Medidas de puesta a tierra y antiestáticas
Implementación del sistema:
Durante la fase de ejecución, JOA instaló y puso a punto un sistema de extracción a medida, diseñado específicamente para adaptarse a las necesidades del proceso de DuPont en distintas condiciones operativas.
- Un sistema equilibrado de 21 puntos de extracción, con 20 reguladores instalados para ajustar con precisión el flujo de aire en cada punto, lo que permite alcanzar un equilibrio de presión con una tolerancia de 1 pascal.
- Las válvulas automáticas y los controles VFD (variador de frecuencia) de los ventiladores de extracción principales permitían ajustar el caudal de aire en tiempo real en función del funcionamiento de la línea (por ejemplo, al cambiar entre los modos de una sola línea y de dos líneas).
- Esto garantizó un funcionamiento energéticamente eficiente, al tiempo que se evitaba una succión excesiva que pudiera provocar una extracción excesiva de pigmento.
- Salidas de aire integradas y salidas deflectoras para ajustar con precisión el flujo de aire local y reducir el riesgo de sobreextracción.
*Verificado: las velocidades de transporte se mantuvieron dentro del rango seguro de V₀Crit™, lo que permitió extraer el polvo en suspensión y, al mismo tiempo, evitar la eliminación involuntaria de pigmento.
Resultado
Seguridad, eficiencia y un gran ahorro en los productos.
- El nuevo sistema central de eliminación de polvo permitió a DuPont cumplir con sus estrictos límites de exposición al polvo en el lugar de trabajo (<, 5 mg/m³, media ponderada en el tiempo de 8 horas) y reducir drásticamente la limpieza manual.
- Se ha eliminado la sobreextracción del polvo fino de pigmento, que antes suponía un coste de hasta 300 000 dólares al año. Gracias al equilibrio técnico del aire del diseño, a las campanas deflectoras y a la tasa de extracción regulable, las emisiones de polvo y pigmento se captaban solo donde era necesario, y no donde se llevaban el valioso producto.
- La productividad de los operarios y el tiempo de funcionamiento de los equipos aumentaron gracias a la mejora del entorno de trabajo y a la reducción de las paradas y las acumulaciones de residuos.
- El sistema está preparado para el futuro en cuanto al cumplimiento de las normas de seguridad contra explosiones, los cambios en los procesos y la flexibilidad operativa, y permite ajustar fácilmente los caudales de extracción y la velocidad del ventilador según sea necesario.
- El equilibrado del sistema y la automatización de los ventiladores con variadores de frecuencia redujeron el consumo de energía y el ruido al mínimo necesario para garantizar la seguridad del proceso y la gestión del polvo.
- Los requisitos de limpieza general y de eliminación rutinaria de residuos de polvo se redujeron considerablemente, lo que mejoró aún más los gastos operativos y la seguridad.
Aspectos técnicos más destacados
- 21 puntos de extracción, 20 restrictores para un equilibrio de 1 Pa.
- Modelización técnica precisa de la circulación del aire para todas las fuentes de polvo (sobre todo los pigmentos).
- Cubiertas deflectoras y conductos de purga, diseñadas a medida para cada aplicación.
- El sistema de doble cabezal permite que cada línea funcione con caudales de extracción personalizados y paradas independientes.
- Las válvulas automáticas y el ventilador con variador de frecuencia permiten un control dinámico y optimizado.
- Selección de materiales y equipos optimizada para la seguridad frente a explosiones.
- Flexibilidad integrada para futuras mejoras en la capacidad del proceso o en la seguridad.
- Con el respaldo de modelos de Air Technical Modeling validados
Conclusión
Gracias a un enfoque integrado y a la combinación de modelos de flujo de aire para validar el diseño, JOA pudo ofrecer una solución optimizada que incluía: el diseño de la campana y el restrictor, la automatización del ventilador y una rigurosa ingeniería de seguridad contra explosiones. De este modo, se resolvieron los problemas de extracción de polvo de pigmentos de DuPont en su planta de EE. UU.
Esta solución, muy bien pensada, equilibró con precisión las velocidades del aire, protegió a los operarios, controló los riesgos relacionados con el polvo combustible y permitió un ahorro anual de hasta 300 000 dólares al evitar la pérdida de un valioso pigmento que se extraía en exceso. La flexibilidad del sistema garantiza que DuPont pueda adaptarse rápidamente a los cambios en la producción o a futuros requisitos normativos, y el proyecto se erige como un referente en materia de desempolvado industrial de alto rendimiento y con la seguridad como prioridad en la industria química y, especialmente, en el sector de los pigmentos y los polímeros.