Balance de materia y energía: monitorización de rendimiento y consumo e identificación de pérdidas

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Balance de materia y energía: monitorización de rendimiento y consumo e identificación de pérdidas

Techedge | Dic 04, 2020

El balance de materia y energía es un proceso fundamental en una planta petroquímica. Siendo aparentemente fácil, esconde numerosas complicaciones de carácter instrumental de los conocimientos del propio proceso, así como de carácter informático. Se trata de adquirir las medidas diarias de caudales y stocks para la obtención de un modelo de la planta que sea capaz de calcular las cantidades no medidas y minimizar el error para determinar la mejor solución. 

La precisión de los datos y la correcta representación de la planta son la clave para un correcto balance de materia y energía.

Los beneficios de un sistema automático de balance de materia se manifiestan en términos de rendimiento y producción (se estima una mejora del 3-5% en los KPI), una disminución en el consumo energético, la posibilidad de identificar pérdidas de materia, y una reducción del tiempo y del esfuerzo necesario para realizar el propio balance, proporcionando recursos para el análisis con un mayor valor agregado.

La solución completa de un balance de materia y energía consta de un motor de cálculo que recopila datos de diferentes fuentes: valores de campo, datos del transporte de materiales, datos fiscales y de laboratorio. 

Dicha información se va obteniendo de forma progresiva para poder determinar las condiciones de funcionamiento de la planta, la compensación de caudales y su conversión en unidades de medida homogéneas. Posteriormente, los datos se introducen en la herramienta de cálculo junto con el modelo de la planta para calcular el balance de materia y energía. Finalmente, los resultados se pueden utilizar para el análisis y comparación gracias a los sistemas de creación de informes e inteligencia empresarial.

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Cómo elaborar un balance de materia y energía

Techedge ha perfeccionado una metodología en varios pasos para la elaboración del balance de materia y energía:

  • Definición de la arquitectura y selección del software.
  • Definición del modelo de planta.
  • Identificación de los datos disponibles y de las lógicas de validación.
  • Reajuste y mejora continua del modelo.

1. Selección del software

Existen diversos programas de software comercial en el mercado desarrollados para la elaboración del balance energético, exergético y/o de materia. La elección debe tener en cuenta el tipo de producción (petroquímica, química fina o farmacéutica), la ampliación de la planta y cualquier otra necesidad particular que se pueda gestionar a través del software del balance.

Por lo general, estos productos posteriormente se integran con otras aplicaciones de la empresa, por ejemplo, mediante la integración con el software de gestión para comunicar la situación del inventario, y se personalizan, por ejemplo, a nivel de informes. 

2. Definición del modelo de planta

La construcción del modelo de planta define los flujos de entrada y de salida, la localización de los medidores, la fiabilidad (precisión) y el grado de pérdida asociados a los equipos. Este trabajo debe realizarse en conjunto con los jefes de planta, ya que el conocimiento en profundidad y la memoria histórica juegan un papel clave. 

A veces, las medidas disponibles no son suficientes y, por lo tanto, se deben integrar con otras cantidades calculadas para automatizar al máximo la aplicación de la lógica. 

Pongamos por ejemplo un mezclador: dependiendo del proceso requerido, puede enviar el producto semiacabado a dos columnas flash en paralelo. El medidor físico M se coloca a la salida del mezclador, antes del separador que redirecciona el material a la columna A o B. Para modelar correctamente el balance, es necesario introducir dos medidores virtuales, 1 y 2, que toman la medida de M en función del estado de la columna A y B respectivamente. Cuando la columna A esté inactiva, 1 medirá un valor nulo y consecuentemente el balance incluirá todas las medidas de M sobre 2 de forma correcta.

Captura de pantalla 2020-12-03 a las 0.10.353. Identificación de datos, medidas y lógicas

La elección de los datos y las medidas a incluir en el balance es el primer paso para poder realizar un análisis correcto. 

La correcta atribución de medidas y caudales debe realizarse teniendo en cuenta la disposición y el estado de los equipos, la localización de los medidores y la precisión de la medición. 

La precisión de los medidores es de particular importancia para realizar correctamente el cierre de los cálculos: un rango de precisión demasiado estrecho dará lugar a soluciones no convergentes, provocando diversos desequilibrios en el modelo que no permitirán el cierre. Por el contrario, con unos rangos de precisión muy amplios, el riesgo es que se puedan cerrar los cálculos del modelo, pero no como se esperaba: el valor de un flujo podría dar como resultado el doble de su valor real tras el cierre. 

Por tanto, a cada instrumento se le debe atribuir su propio tipo de precisión partiendo de las fichas técnicas, pero integrando también el conocimiento del sistema y la memoria histórica de las personas sobre la fiabilidad de cada medidor a lo largo del tiempo. Toda esta información debe estar interconectada dentro del sistema para convertirse en información compartida dentro de la empresa.

4. Reajuste y mejora continua

El reajuste es la parte final de la elaboración del balance de materia y energía y la más importante. 

El reajuste permite evaluar los resultados del balance en un período de tiempo cada vez más extenso a partir de datos reales y del modelo definido y, por tanto, permite la identificación y ajustes de diversa índole: cambios en el modelo por representación incorrecta de la planta, calibración de las bridas mediante el análisis de errores, afinamiento de las mediciones estimadas, etc.

Si bien el reajuste tiene un tiempo limitado, es fundamental continuar con un proceso de mejora continua a lo largo de los años mediante el análisis de los errores detectados. Este análisis permite obtener un modelo preciso y representativo del proceso en todo momento para identificar problemas instrumentales y pérdidas de materia de forma rápida.

Techedge ha ido adquiriendo experiencia en el diseño, en la elección del software y en la implementación de sistemas de balances gracias a la colaboración con proveedores para optimizar algunas de las características nativas de su software, y a la ayuda ofrecida a los clientes para configurar y adaptar la herramienta a sus necesidades específicas.

Si quieres conocer los beneficios de los sistemas de balance aplicables a tu negocio, nuestros expertos estarán a tu disposición para realizar los estudios y evaluaciones sobre las soluciones que mejor se adapten a tus necesidades. ¡Contacta con nosotros!

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