Reforma con variador de un compresor de tornillo de velocidad fija en inyección, de la llamada al contador

Una llamada sobre la reforma con VFD de un compresor de tornillo, y si valía la pena

La llamada entró a finales de septiembre, casi a las cinco de la tarde.

La planta fabrica piezas de plástico por inyección. El jefe de mantenimiento se presentó como Wang. No preguntó cuánto cuesta un variador. Su primera frase fue que la factura eléctrica del taller había subido 8.000 yuanes ese mes y que el dueño quería saber si el compresor tenía la culpa.

Recibo una docena de llamadas así al año. Casi siempre el compresor no es el problema. La producción ha subido, o hay una fuga en algún punto que nadie ha recorrido con la mano. Así que no le di una respuesta por teléfono. Le pregunté tres cosas. Cuántas máquinas, de qué potencia y si el controlador guardaba registro de marcha.

Tres, dijo. Una de 75 kW y dos de 37. El registro estaba.

Le dije que me acercaba.

Al colgar escribí una línea en el cuaderno. Si el compresor era de verdad el problema, lo más probable es que la solución no fuera una reparación, sino una reforma.

Primera visita, ¿se puede convertir este compresor de tornillo de velocidad fija a variador?

Salí a las siete y media de la mañana siguiente y conduje dos horas y media.

La planta está en un polígono antiguo a las afueras. El patio es de hormigón, con remiendos, y había llovido, así que quedaban dos charcos junto a la puerta. El guarda me pidió que firmara y a quién venía a ver. Dije el señor Wang. Hizo una llamada y levantó la barrera.

Wang esperaba en la puerta del taller, mono azul, las manos manchadas de aceite. Primero me llevó a ver las facturas, un montón de hojas A4 con tres cifras rodeadas a bolígrafo. Después me acompañó a la sala de compresores.

La sala estaba separada del taller. Al abrir la puerta el calor me dio en la cara. Dentro había tres máquinas. El tornillo de 75 kW estaba al fondo, con una etiqueta de revisión del año anterior todavía pegada en la puerta del armario, la esquina levantada.

Las dos pequeñas estaban al lado. Una en marcha, otra parada. En el suelo había una mancha de aceite, no muy grande, pero tampoco reciente.

Wang me resumió la historia en una frase que he oído muchas veces. Siempre se ha usado así y nunca nos ha dado problemas.

Tenía razón. Una máquina de velocidad fija no se avería. Simplemente cuesta más tenerla funcionando.

No abrí el armario eléctrico de inmediato. Di primero una vuelta completa a la máquina. Dos depósitos verticales, unos dos metros cúbicos entre los dos, poco para el caudal de esta unidad. La tubería era de acero galvanizado antiguo. Algunas uniones tenían una película fina de aceite, pero al pasar el dedo salió seco, así que no había fuga nueva.

Esos detalles hicieron falta después.

La demanda de aire de la inyección bajó el factor de carga al 45 por ciento

Un taller de inyección tiene su propio ritmo de demanda de aire. El molde cierra, la unidad inyecta, se mantiene la presión, el molde abre. Cada uno de esos pasos consume aire. El golpe de expulsión al final es el más exigente, y las válvulas neumáticas de los controladores de temperatura del molde se mueven con él. Todo eso ocurre en el turno de día. De noche solo quedan dos o tres máquinas en marcha y la demanda cae en picado.

Eso es lo que hace tan caro el compresor en una planta así. Se dimensionó para el pico del turno de día, y de noche sigue cargando y descargando exactamente igual. Se pasa la noche en vacío y a nadie le parece raro.

De vuelta ante la máquina abrí el menú del controlador y fui a la página del registro.

Dos cifras en pantalla. 41.200 horas de marcha, 18.600 horas en carga.

Hice la división en el móvil. Cuarenta y cinco por ciento.

Wang se acercó y preguntó qué significaba ese número.

Le dije que significa que más de la mitad del tiempo que esta máquina gira, no produce aire. Llena el depósito, la válvula de admisión cierra y el motor sigue girando mientras espera a que caiga la presión. Eso lo han estado pagando ustedes.

Se quedó callado un segundo. Entonces es un ralentí, dijo.

Le dije que un ralentí no consume. Esto sí. La corriente es más o menos el treinta por ciento de la plena carga.

En la sala había mucho ruido y él no respondió durante unos segundos. Se le veía asimilándolo. Luego preguntó cuánto se podía ahorrar.

Le dije que esperara, que antes tenía que confirmar varias cosas.

No era cortesía. Un factor de carga del 45 por ciento solo dice que hay margen. Si la máquina se puede convertir depende del estado del bloque compresor, del motor y del tipo de control. Hay máquinas que parecen convertibles y luego no compensan.

Dónde está la línea del factor de carga, tres franjas

Con los años he reducido el filtro a tres franjas.

Por encima del 80 por ciento de carga

No se toca. Ya trabaja a pleno caudal, no hay tiempo en vacío que recuperar, y el retorno sería tan largo que no podría defenderlo ante el dueño.

Entre el 60 y el 80 por ciento

Se puede hacer, pero los números dependen del precio de la electricidad y de cuánto oscile la carga. Donde la oscilación es amplia, el retorno se acerca al extremo alto.

Por debajo del 60 por ciento

Merece un cálculo en serio. Esta, con un 45 por ciento, era uno de los mejores casos que había visto ese año.

Las tres razones para no hacerlo

También hay tres motivos para dar un paso atrás. Un bloque compresor muy desgastado, o una máquina cerca de una revisión mayor, no compensa. Donde funcionan tres o más compresores en paralelo, convertirlos todos suele ser un gasto equivocado, y una sola unidad de velocidad variable con un secuenciador sale más barata. Y donde la red es débil y los armónicos ya son un problema, eso hay que evaluarlo antes de presupuestar nada.

Esta máquina pasó las tres. El bloque tenía mantenimiento, el informe de aceite estaba razonablemente limpio, el motor era de inducción estándar y el arranque era estrella-triángulo.

A mediodía Wang me retuvo para comer. El comedor está detrás del taller. Dos platos y una sopa, el arroz se servía uno mismo. Apenas comió. No dejó de preguntar cuántos días de producción le costaría la reforma. Le dije que dos como máximo, y que lo haríamos un fin de semana. Asintió y dijo que bien, que venía el cierre de mes y no podía parar.

No hacía falta convertir las tres máquinas, el esquema del sistema pesa más que la unidad

Después de comer, de vuelta en la sala, me contó lo que tenía en mente. Convertir las tres. El dueño había liberado un presupuesto y a él le parecía que hacerlo de una vez le ahorraría problemas.

Le planteé la cuenta contraria. Con tres máquinas en paralelo, la que necesita modular es una. Las otras dos son más estables como carga base. Convertir las tres más que duplica el gasto y añade menos del treinta por ciento al ahorro.

Frunció el ceño. Eso costaba explicarlo arriba.

Le dije que le dijera que cuesta menos y hace casi lo mismo. Se rió.

Este es el error más común en los proyectos de conversión a VFD de compresores. El objetivo no es que todas las máquinas sean de velocidad variable. El objetivo es que el suministro de aire de la sala siga a la demanda de la planta. Cómo se organiza el sistema importa más que si una máquina concreta se convierte.

Quedamos en que la de 75 kW modularía, las dos pequeñas seguirían a velocidad fija y se añadiría un secuenciador para decidir qué máquina arranca.

El secuenciador no es opcional en un caso así. Si las tres trabajan cada una con su propia consigna de presión, la de velocidad variable se queda con la carga de forma continua y el ahorro desaparece.

Cuántos días de parada cuesta una reforma de compresor, la primera pregunta del comprador

Con el alcance acordado, Wang no preguntó el precio. Preguntó por la parada.

Ya lo había preguntado en el comedor. Dos días como máximo, le había dicho, y lo haríamos un fin de semana. Respiró y dijo que venía el cierre de mes, que no podía parar. Pensé que el tema estaba cerrado. Luego volví a la oficina a hacer los números y me lo preguntó otra vez por teléfono, si se podía hacer en un día.

Le dije que un día no llegaba, pero no me limité a repetir dos. Le desglosé el trabajo.

Medio día para desmontar el armario viejo y seguir el cableado. Un día para montar el armario nuevo, conectar los cables y modificar el circuito de control. Un día para la prueba en carga, ajustar la banda de presión, la velocidad mínima y la frecuencia de omisión. Y eso si todo salía bien.

Se quedó callado un momento. Dos días entonces, sábado y domingo.

Le dije que sábado y domingo vale, pero yo me guardo un día de margen por mi parte. Preguntó por qué. Le dije que esta máquina no es joven, que alguien ha modificado el armario sin dejar registro y que el plano solo sirve de referencia. Si abrimos y falta un cable, el tiempo extra no se recupera.

Se rió y dijo, tú eres de los que van de frente.

Y acerté. Seguir el circuito costó una hora extra el primer día, el tercer día por la mañana todavía estábamos con la resonancia y el trabajo llevó dos días y medio. En plazo, es mejor dar una cifra fea que dejar a un cliente esperando con la planta parada.

Ahora todos nuestros presupuestos de reforma indican dos días de parada con un día de margen, y no damos garantías verbales por encima de eso.

El cálculo de ahorro energético con VFD del compresor que le envié

Aquella noche, en la oficina, monté tres hojas.

La primera era el punto de partida. Potencia de entrada nominal 75 kW. Potencia media en carga, medida, 73 kW. Potencia media en vacío, tomada como el treinta por ciento de la nominal, es decir 22,5 kW.

Seis mil horas de marcha al año, 45 por ciento en carga.

El consumo a velocidad fija es 6.000 por la suma de 0,45 por 73 y 0,55 por 22,5. Da 271.350 kWh.

La segunda hoja era el caso convertido. Con el mismo caudal y una eficiencia del sistema del 0,93, el consumo anual queda en unos 211.935 kWh.

Restando una de otra, la diferencia es de 59.400 kWh.

El segundo ahorro, el de la consigna de presión

La tercera hoja era esta. Su presión de sistema estaba alta, en 7,5 bar. Propuse bajarla a 7,0 bar después de la reforma.

Cada bar adicional de aire comprimido cuesta aproximadamente un siete por ciento más de energía. Medio bar, aplicado al consumo de partida, devuelve otros 9.500 kWh.

Sumando los dos, el total son 68.900 kWh.

Con su tarifa de 0,8 yuanes, son 55.000 yuanes al año.

Envié el cálculo y no supe nada en tres días.

Sabía qué eran esos tres días. No estaba dudando de la aritmética. Estaba calculando el retorno y cómo explicarle el gasto al dueño.

Al cuarto día llamó e hizo una pregunta. ¿Pondrías esa cifra en el contrato?

Le dije que no. Está construida sobre hipótesis y la cifra real sale de un contador. Pero podía prometer una cosa. Ponemos un contador antes y otro después, lo dejamos tres meses, y la diferencia que salga, la asumimos.

Se quedó un momento en silencio al teléfono. Luego dijo, está bien, en eso te creo.

Un presupuesto de reforma de 48.000 yuanes, en qué se va el dinero

Volvió al día siguiente de enviarle el presupuesto, y trajo a la responsable financiera.

Ella extendió la hoja sobre la mesa y señaló la última línea. ¿Se puede bajar?

He pasado por esa conversación muchas veces. Dividí el presupuesto en tres partes y se las expliqué. El armario es el cuerpo principal y no baja. Si se recorta, se compra una talla menos, y eso es margen de seguridad que ya no se tiene. El cable y la mano de obra son variables y se pueden liquidar por metros reales. Luego había dos partidas pequeñas que les pedí no tocar.

Las dos partidas del presupuesto que no conviene recortar

La primera es el posicionador de válvula. Esta máquina traía una válvula de admisión todo o nada. Sin posicionador, el variador puede bajar la velocidad todo lo que quiera que el caudal no la seguirá, y la reforma entera no sirve de nada.

La segunda es un ventilador de refrigeración con accionamiento independiente para el motor. El motor no es nuevo, y a baja velocidad el ventilador montado en el eje pierde casi toda su capacidad, con el caudal de aire cayendo aproximadamente con el cubo de la velocidad. El ventilador cuesta mucho menos que un motor nuevo.

La responsable financiera preguntó si se podían añadir más adelante.

Le dije que sí, pero que añadirlos después significa otra parada, recablear y una factura mayor.

El presupuesto se firmó tal como estaba. Wang me acompañó hasta el coche y dijo, no se te da bien vender. Le dije, ya lo verá cuando funcione.

Reformar o sustituir el compresor de tornillo, dos cuentas separadas

Un día antes de firmar el contrato, Wang preguntó otra cosa. La planta de al lado no reformó nada el año pasado. Cambió el compresor por uno nuevo. Por qué no hacíamos lo mismo.

La pregunta era buena. Una reforma nunca es la respuesta por defecto.

Le puse dos cuentas delante. Un compresor de tornillo de 75 kW de velocidad variable nuevo se cotizaba entonces alrededor de 250.000 yuanes, antes de desmontar el viejo, modificar la bancada y rehacer la tubería, con al menos una semana de producción perdida. La reforma eran 48.000 yuanes y dos días.

Pero no me quedé en el precio. Hay buenas razones para comprar nuevo, solo que no son razones de precio.

Si el bloque está cerca de una revisión mayor, si el circuito de aceite ha dado problemas, si el armario se quemó una vez o si la planta amplía el año que viene, lo nuevo es mejor respuesta. El dinero compra un bloque nuevo, un motor nuevo y una garantía completa.

Esta máquina estaba en el otro extremo. Bloque con mantenimiento, informe de aceite limpio, 41.000 horas y todavía lejos de la revisión. Motor de inducción estándar, prueba de aislamiento normal. Lo único malo era la forma de controlarla.

Así que el orden del criterio es si la máquina todavía tiene vida, y después si la reforma compensa. Al revés, es fácil gastar cincuenta mil yuanes en rescatar una máquina que debería haberse jubilado.

En cuanto al retorno, con los 62.000 kWh medidos ahorra 49.600 yuanes al año frente a un gasto de 48.000, algo más de once meses. No puse esa cifra en el presupuesto, porque se mueve con la tarifa y con el volumen de producción, y cambia de una planta a otra.

Wang lo pensó y dijo que le diría al dueño que probaban con una máquina primero.

Le dije que vale, pero el secuenciador va con ella, si no, convertir esta no sirve de nada.

El día de la parada, los planos no coincidían con la máquina

Firmado el contrato esperamos dos semanas a una ventana de fin de semana.

Llegué a la puerta a las seis de la mañana, cuando todavía no había luz clara. Wang ya estaba allí con dos bolsas de bollos al vapor y unos vasos de leche de soja. Come algo ahora, dijo, luego no habrá tiempo.

A las siete empezamos a desmontar el arrancador viejo. Ahí apareció el problema. El plano mostraba un circuito estrella-triángulo. Lo que había dentro del armario lo había modificado alguien, y sobraba un mazo de cables sin marcaje y sin destino evidente. Un propietario anterior había usado la máquina y no dejó registro de los cambios.

Estuve casi una hora agachado delante de ese armario siguiendo el circuito a mano. Wang sostenía la linterna y no me metía prisa. Solo preguntó una vez si era complicado. Le dije que no era complicado, solo lento.

Esto es normal en una reforma. El último treinta por ciento solo se persigue en obra. Por eso ahora meto un día de margen en cada presupuesto.

Trabajamos de siete de la mañana a diez de la noche. Armario montado, cableado terminado, tensión, prueba. El motor giró al revés. Cambiar dos fases, correcto.

Cuando acabamos solo quedaba el turno de noche. Wang dijo que había una habitación en el dormitorio de arriba si quería quedarme. Le dije que no hacía falta, que había un hotel sencillo en el pueblo, a diez minutos en coche. No insistió. Te espero a las siete, dijo.

Primer día de puesta en marcha, el caudal no bajaba

El problema serio llegó el segundo día.

La prueba en vacío salió limpia. Con carga, la presión no se mantenía. El variador bajaba a la frecuencia mínima, la máquina seguía produciendo aire y la presión subía hasta descargar.

Me quedé delante más de media hora mirando la curva de presión. En la sala había más de treinta grados y tenía la espalda empapada.

El problema era la válvula de admisión. Esta máquina traía una válvula todo o nada. Cuando el motor bajó al treinta por ciento de velocidad, la válvula seguía abierta del todo, así que el caudal no bajaba.

Yo había supuesto que la válvula podía quedarse como estaba. Ese juicio estaba mal.

Wang no dijo nada. Se quedó en la puerta mirando. Ese silencio pesa más que una pregunta.

Montamos un posicionador de válvula y dejamos que la válvula siguiera la velocidad. Poca apertura a baja velocidad, mucha a alta. Probamos otra vez y la presión se estabilizó.

No he olvidado ese día. En cualquier reforma, la primera pregunta que hago al fabricante del compresor es si la válvula de admisión es todo o nada o proporcional.

La velocidad mínima, la pregunta que tuve que hacer tres veces

Había un ajuste que no quería decidir por mi cuenta.

Un tornillo con inyección de aceite tiene un suelo de velocidad. Por debajo, la separación de aceite empeora y el aceite empieza a salir con el aire. La cifra cambia según el fabricante, entre el 25 y el 40 por ciento de la velocidad nominal.

Llamé tres veces al fabricante del compresor. El primero, de ventas, no lo sabía. El segundo, de asistencia técnica, dijo que usara treinta. La tercera vez su ingeniero de servicio me dio la cifra real de este modelo, treinta y dos.

Fijé ahí la frecuencia mínima del variador y dejé dos puntos de margen por debajo.

Esto no se estima por experiencia. Si se falla, el cliente pierde aceite y filtros. Yo pierdo credibilidad.

La resonancia, que casi se me escapa

Hubo una cosa más que casi dejo pasar.

Al tercer día de funcionamiento, Wang dijo que la máquina sonaba mal a una velocidad concreta, apagada, como si le costara.

Fui a escuchar. Tenía razón. Medimos vibración y el pico estaba alrededor de 920 rpm, que es donde cae la frecuencia natural del bloque.

Programé una banda de omisión en el variador, de 880 a 960 rpm, y el ruido desapareció.

Este caso es típico. Los bloques de tornillo suelen tener una frecuencia natural entre 800 y 1.400 rpm, y funcionar de forma continua en esa banda acorta la vida de los rodamientos. Cuando el sonido cambia, muchas veces la máquina lleva un rato girando ahí.

Leer el contador, 7.000 kWh menos de lo que calculé

Cuando se instaló el contador pedí al electricista que lo pusiera en la línea general de entrada, no aguas abajo del variador. Aguas abajo solo se ve lo que consumió la máquina después de la reforma. No se puede comparar antes y después.

Al mes volví a leerlo. Wang estaba fuera en una reunión. Le mandé una foto y respondió con dos palabras, recibido.

Llevado a un año con el mismo criterio, el ahorro salió de 62.000 kWh. Unos 7.000 menos que los 68.900 que había calculado.

Al principio me decepcionó. Luego entendí tres cosas.

Ese mes la producción había sido más alta de lo normal, así que la demanda de aire subió, el factor de carga subió y quedaba menos tiempo en vacío que recuperar.

La presión no había bajado del todo. No se atrevieron a ir directamente a 7,0 bar, se quedaron en 7,3 y luego fueron bajando poco a poco.

Y el posicionador nuevo consume un poco de aire para sí mismo. Muy poco, pero consume.

Por qué salieron 7.000 kWh menos

Escribí las tres explicaciones en el informe y se lo envié. Confió más, no menos. Si me hubieras dado una cifra más alta que tu propio cálculo, dijo, entonces sí me habría preocupado.

Cuando llegó la factura del segundo mes me mandó una captura. No miré la cifra con detalle. Debajo había una línea que decía, el dueño pregunta si hemos cambiado de compañía eléctrica.

Tres meses después, el turno de noche seguía parando la máquina a mano

Volví al tercer mes y encontré algo que no esperaba.

El operario del turno de noche seguía arrancando y parando la máquina a mano. De día la demanda de aire es alta y la máquina trabaja de forma continua, sin problema. Pasada la medianoche la demanda baja, así que la paraba por costumbre y la volvía a arrancar por la mañana.

Haciendo eso se pierde casi todo lo que el variador puede dar.

Estuve media hora con él. Se llamaba Li, llevaba más de diez años en la planta y hablaba despacio. Dijo, cuando la máquina se queda girando despacio, tengo miedo de que se estropee.

Le expliqué que la baja velocidad no es un problema para esta máquina, que la velocidad mínima está fijada en el límite seguro del fabricante, y que tenerla girando sale más barato que parar y arrancar.

Asintió. Se le veía todavía a medias de convencer.

Así que le pedí a Wang que moviera el panel del variador a la puerta, donde la frecuencia y la presión se ven desde el suelo. Y alargué el retardo de parada en los parámetros para que no se parara tan fácilmente.

El último tramo no es el armario

Cuando volví al cuarto mes, Li me lo dijo antes de que preguntara. Ya no la para a mano. Mira el display de frecuencia y sabe cómo va.

Eso me enseñó algo. Puedes ajustar todos los parámetros correctamente y perder la mitad del beneficio si el hábito de operación no cambia.

Lo que este trabajo añadió a nuestra lista de comprobación

Después del proyecto lo repasé tres veces.

Primero, el tipo de válvula de admisión debería ser la primera pregunta del primer día. Yo lo había tratado como un detalle, y se convirtió en el problema principal de la puesta en marcha.

Segundo, el presupuesto debería decir claramente quién es responsable de confirmar la velocidad mínima. Esta vez perseguí al fabricante tres veces. Con un proveedor menos dispuesto, solo eso habría retrasado el calendario.

Tercero, planteé el volumen del depósito pero no insistí. Dos metros cúbicos es poco para esta máquina. La estabilidad de presión mejoró después de la reforma, pero un depósito mayor habría reducido aún más las correcciones del variador.

Las tres cosas están ahora en nuestra lista de comprobación de reformas.

Convertir un compresor de tornillo de velocidad fija a un variador no es técnicamente difícil. La dificultad está toda en el criterio. Si esta máquina debe convertirse, una o tres, qué ancho debe tener la banda de presión, dónde queda la velocidad mínima. Esas decisiones importan mucho más que la marca del armario.

Si tiene una máquina como esta, el primer paso más barato no cuesta nada. Abra el controlador, lea las horas de marcha y las horas en carga, y divida una entre otra. Si el resultado está por debajo del 60 por ciento, merece que alguien lo calcule en serio.

Después decida si tocarla. La reforma no es el objetivo. La electricidad que deja de desperdiciarse, sí.