Suministro de vacío centralizado para conseguir una producción rentable de palas de rotor

Magdeburg-Rothensee, Alemania Groß-Rotorblattfertigung GmbH consiguió un importante ahorro energético de al menos el 50% en el suministro de vacío para la producción de palas de rotor gracias al uso de un nuevo sistema de vacío centralizado. La planta, que pertenece al grupo ENERCON, también consiguió eliminar el ruido y las emisiones de calor en la nave de producción al centralizar la generación de vacío para el procedimiento de infusión de resina. El suministro de vacío fue diseñado e implementado por Dr.-Ing. K. Busch GmbH y se encuentra en una habitación separada, desde donde proporciona vacío para toda la planta de Groß-Rotorblattfertigung.
Fig 1: Construcción de palas de rotor en Groß-Rotorblattfertigung GmbH
Fig 1: Construcción de palas de rotor en Groß-Rotorblattfertigung GmbH

ENERCON fabrica palas de rotor para aerogeneradores en las instalaciones de una antigua fundición de acero en Magdeburg-Rothensee desde 2001. En la actualidad, existen seis empresas diferentes del grupo ENERCON situadas allí, con un total de 2500 empleados, que trabajan en el sector de la construcción de piezas para los aerogeneradores. Groß-Rotorblattfertigung fabrica diferentes tipos de palas de rotor con longitudes que llegan hasta los 45 metros, mediante un funcionamiento en tres turnos. Los componentes individuales se fabrican mediante un proceso de infusión de vacío y se montan posteriormente. Las capas de fibra de vidrio y otros materiales se insertan manualmente en una construcción tipo sándwich. En una fase posterior, se cubren con capas de plástico que se aplican para conseguir un cierre hermético en los lados del molde. Por razones de seguridad, se aplica una segunda capa de plástico encima que también sella herméticamente para evitar cualquier problema durante el proceso o para evitar que la calidad de la pieza fabricada se vea afectada debido a posibles fugas. A continuación, se introduce vacío para eliminar o extraer el aire que haya entre el molde y las capas de plástico. Después de comprobar que no hay fugas, comienza la infusión de la resina en las piezas. El vacío permite que la resina llegue a todos los rincones de la pieza y la satura por completo. Cuando la resina se templa y endurece, el molde se puede airear para que vuelva a la presión atmosférica y la pieza se puede retirar.

Anteriormente se utilizaban unidades de vacío descentralizadas con bombas de vacío de paletas rotativas lubricadas con aceite y muchas veces, dichas bombas estaban instaladas de forma permanente o se utilizaban como unidades móviles en diferentes moldes para suministrarles vacío mediante tubos. En total, en Groß-Rotorblattfertigung, se utilizaban 36 bombas de vacío de paletas rotativas para evacuar los moldes e infundir los componentes. Esto se llevaba a cabo en una operación de funcionamiento en tres turnos y el vacío se controlaba manualmente a través de válvulas.


Fig. 2: Suministro de vacío centralizado con bombas de vacío de tornillo COBRA NX en módulos de vacío individuales

En 2016, Thomas Giesecke, como responsable del departamento de planificación de procesos, se propuso encontrar una solución técnica que optimizara el proceso. Una de las desventajas del suministro de vacío existente era el hecho de que el calor residual de las bombas de vacío de paletas rotativas se emitía directamente a la nave de producción. Las emisiones de ruido en el lugar de trabajo también eran muy elevadas debido a la cantidad de bombas de vacío utilizadas. Además, Thomas Giesecke buscaba un suministro de vacío que funcionara sin aceite como fluido de trabajo ya que los aceites y sus gases tienen un efecto separador en la fibra de cristal y los materiales principales, y esto puede afectar negativamente al proceso de producción. Otro de sus objetivos era conseguir un nivel de vacío continuo que eliminara la necesidad de regular el vacío manualmente e hiciera el proceso más estable, seguro y transparente. Después de analizar con precisión el estado actual, los especialistas de vacío de Dr.-Ing. K. Busch GmbH diseñaron un sistema de suministro basado en módulos formados por una bomba de vacío de tornillo COBRA NX de funcionamiento en seco y sin aceite.  Este sistema se construyó específicamente para que sus dimensiones cupieran en la sala de ingeniería disponible en las instalaciones y allí se instaló también el cuadro de control con su correspondiente sistema.

La configuración consiste en cuatro bombas de vacío de tornillos conectadas a una red de tuberías que se extiende por toda la nave de Groß-Rotorblattfertigung. El nivel de vacío recomendado para esta línea se mantiene con exactitud y de forma continua y se utiliza para conseguir una evacuación inicial rápida de los moldes. Además, se han conectado otras dos bombas de vacío COBRA NX a una segunda red de tuberías que es independiente de la primera. Después de la evacuación inicial, este circuito de vacío sirve para infundir la resina en los componentes de la pala de rotor con el mismo nivel de vacío.

Junto con los especialistas de Busch, Thomas Giesecke y su equipo (Marcus Kempf como programador y Dirk Sztuck como coordinador de proyectos) consiguieron optimizar el suministro de vacío para que los paneles de control de vacío estuvieran interpuestos entre los moldes individuales y ambos circuitos de vacío. El interior del sistema está formado por válvulas que alternan automáticamente los circuitos de vacío cuando termina la evacuación inicial y comienza la infusión de resina. La solución de dos circuitos y la tecnología de control de vacío inteligente aplicada directamente en los paneles de control de los moldes de palas de rotor permiten un funcionamiento fiable y seguro del proceso de infusión de resina. A su vez, el sistema de control permite registrar y guardar todos los datos de los procesos. 


Fig. 3: Vista transversal de las bombas de vacío de tornillo COBRA NX

El nivel de vacío necesario puede variar de forma significativa porque los procesos en todos los moldes conectados se realizan en momentos distintos. El sistema de control basado en la demanda reconoce continuamente la velocidad de bombeo necesaria y activa o desactiva los módulos en cascada, según corresponda. Una de las bombas de vacío de tornillo COBRA NX lleva un variador de frecuencia que se activa en primer lugar. Cuando ha alcanzado su máxima capacidad, la siguiente bomba de vacío se enciende y la bomba de vacío con variador de frecuencia reduce su capacidad si es necesario. Si los requisitos de velocidad de bombeo aumentan, se encienden más bombas de vacío automáticamente. Este sistema funciona de manera continua y tiene en cuenta las horas de funcionamiento de cada bomba de vacío para activarlas de forma alterna para que todas trabajen la misma cantidad de horas.

El sistema de vacío centralizado está instalado en una sala separada, por lo que no existen efectos adversos de ningún tipo en el lugar de trabajo provocados por ruidos o emisiones de calor. El sistema de vacío de Busch lleva funcionando desde noviembre de 2016 y Thomas Giesecke y su equipo están muy satisfechos porque se han cumplido absolutamente todos los requisitos del nuevo suministro de vacío. Además, han descubierto otro aspecto positivo en el que ninguno había recalado cuando se llevó a cabo la planificiación: La eficiencia energética ha aumentado de forma significativa. Thomas Giesecke confirma que gracias al nuevo sistema de vacío, se ha conseguido al menos un 50% de ahorro energético. Lo cierto es que es un resultado que cabía esperar si tenemos en cuenta las 36 bombas de vacío de paletas rotativas que estaban en funcionamiento con respecto a las seis bombas de vacío de tornillo COBRA NX del nuevo sistema. Luego hay una séptima COBRA NX que sirve simplemente como bomba de reserva. Los moldes para los componentes más pequeños de las palas de rotor todavía se evacuan con las bombas de vacío de paletas rotativas existentes, aunque estas bombas se irán conectando progresivamente al nuevo sistema, ya que ha sido diseñado a tal efecto con el objetivo de adaptarse a la capacidad.

La reducción del número de generadores de vacío no es el único aspecto que ha permitido un ahorro sustancial en el consumo energético. El control basado en la demanda jugó también un papel importante. Antiguamente las bombas de vacío trabajaban 24 horas al día y ahora, cada bomba de vacío de tornillos tiene un número de horas de funcionamiento mucho menor.

Además, esto ha reducido el mantenimiento necesario, que ya de por sí es bastante menor para las bombas de vacío de tornillos que para las bombas de vacío de paletas rotativas y al mismo tiempo minimizamos los costes. El mantenimiento se puede llevar a cabo durante el funcionamiento separando las bombas de vacío COBRA NX que lo necesiten y activando la bomba de vacío de reserva en su lugar.

Groß-Rotorblattfertigung ya ha firmado un acuerdo con Busch para que se encarguen de todo el mantenimiento. Esto significa que Busch llevará a cabo todo los trabajos de mantenimiento por una cuota fija anual y asumirá toda la responsabilidad del funcionamiento y disponibilidad operativa del suministro de vacío.


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