Una estación de centrífugas clásica en un ingenio consta de varias centrífugas con las que se realiza la separación sólido-líquido de la masa cocida en miel y masa cristalina. Debido al proceso de separación cíclico se genera una demanda de energía de grandes variaciones al acelerar/desacelerar. Por consiguiente, un enclavamiento superior debe impedir que se sobrepase un número definido de centrífugas que aceleran o desaceleran simultáneamente.

Por este motivo, hoy en día es una exigencia importante del cliente optimizar, con ayuda de sistemas de control, el funcionamiento por ciclos de los cristalizadores por evaporación que elaboran masa cocida, así como el funcionamiento también por ciclos de las centrífugas que procesan masa cocida en la estación de cristalización, de manera que el funcionamiento discontinuo aplicado hasta ahora pueda transformarse en un proceso casi continuo y pobre en variaciones que evite los picos de carga dentro de lo posible.

BMA Automation ha desarrollado el smart.sequencing —el control operativo inteligente por secuencias de centrífugas discontinuas— para estaciones de centrífugas completas, lo ha probado con éxito y, entretanto, lo ha consolidado en el mercado como un producto muy innovador.

Teniendo en cuenta todas las exigencias de los clientes, con ayuda del smart.sequencing se plantean dos enfoques para la optimización de procesos:

1. un funcionamiento optimizado en cuanto a los ciclos que maximice la producción y
2. un funcionamiento optimizado en cuanto a la energía que reduzca los picos de carga.

En ambos casos, el smart.sequencing minimiza significativamente el esfuerzo a la hora de manejar las centrífugas.

Como tecnología actual, las centrífugas manejadas hasta ahora cuentan con su propio sistema de control con tablero de control para controlar el funcionamiento, en combinación con enclavamientos cableados (wired interlocking), para garantizar el funcionamiento de toda la estación de centrífugas y optimizar la producción de azúcar. Cuando la ventana de tiempo entre los ciclos es suficiente, las soluciones de enclavamiento pueden implementarse bien. No obstante, si el grupo de centrífugas es más grande y, como consecuencia, se reduce considerablemente el intervalo de tiempo deseado entre los ciclos para cada máquina, las soluciones de enclavamiento llegan a su límite y originan picos de carga o tiempos operativos más largos.

Por el contrario, el smart.sequencing es una solución de control avanzada con arquitectura PLC, conectividad con todos los sistemas DCS y un amplio software de control que cumple con todas las exigencias clásicas para una estación de centrífugas. Asimismo, en las soluciones de control de BMA también pueden integrarse centrífugas de otros fabricantes.

A continuación, trataremos más de cerca las diferentes exigencias para el control de una estación de centrífugas y estableceremos una comparativa entre una
solución convencional (wired interlocking) y el smart.sequencing.

En los controles de centrífugas convencionales se asignan las diferentes centrífugas, en función de la demanda de producción, a determinados grupos de centrífugas según las variaciones de la demanda de producción. En primer lugar, en una arquitectura «wired interlocking» esto implica un incremento de la complejidad del cableado, que crece de forma exponencial al número de centrífugas en el grupo. Asimismo, para modificar la configuración del grupo deben realizarse modificaciones manuales en la centrífuga que debe cambiarse. A este respecto, no es posible realizar nuevas configuraciones mediante la infraestructura de cableado existente. En cambio, el smart.sequencing permite una asignación flexible de las centrífugas a uno u otro grupo en función de sus exigencias específicas en la producción («máquinas swing»). La asignación al grupo y la jerarquía dentro del mismo pueden memorizarse mediante la administración de fórmulas, esta información puede volver a consultarse en cualquier momento.

Esto se realiza mediante el campo de mando del smart.sequencing sin tener que efectuar los cambios directamente en la máquina. La asignación de una máquina a otro grupo se efectúa por medio del software con ayuda de una interfaz industrial estandarizada (Profibus, Profinet o Ethernet). La puesta en macha de máquinas de sustitución entre los diferentes grupos solo lleva algunos segundos gracias a la automatización.

El enclavamiento convencional requiere la supervisión humana de la instalación para cada una de las máquinas en función del orden dentro del grupo. Las modificaciones de la configuración o la prioridad de cada máquina deben efectuarse de forma manual. En muchos casos esto resulta tan laborioso que requiere el trabajo de varios empleados en la estación de centrífugas. Además, debido al alto grado de complejidad de los enclavamientos, pueden producirse rápidamente fallos
de configuración que, frecuentemente, van acompañados de pérdidas de productividad.

El uso de smart.sequencing permite reducir significativamente el esfuerzo de manejo de la estación de centrífugas. Un solo empleado puede manejar toda la estación (máximo 24 máquinas) y realizar las modificaciones mediante el tablero de control del smart.sequencing, sin tener que cambiar de nuevo y localmente la configuración de la máquina. El uso de sistemas de bus industriales (Profibus, Profinet, Ethernet) facilita la comunicación con el sistema de control (DCS), de forma que con smart. sequencing se pueden administrar los avisos de alarma desde el primer momento directamente con dicho sistema.

En los controles de centrífugas convencionales existe el peligro de que los equipamientos de transporte posconectados para la masa cristalina separada se sobrecarguen mecánicamente y sufran un desgaste o fallo prematuros debido a la descarga simultánea de varias máquinas.

Evitar esta problemática es un objetivo fundamental de la programación de la secuenciación de estaciones de centrífugas. smart.sequencing optimiza los parámetros operativos de las centrífugas para obtener el mejor rendimiento posible. Esto es posible mientras exista una comunicación entre el sistema de control del smart.sequencing y el variador de frecuencia de cada centrífuga. De esta forma pueden controlarse a la perfección grupos de centrífugas más grandes sometiendo el hardware a un esfuerzo homogéneo y, por tanto, evitando el desgaste prematuro.

Partiendo de un grupo de centrífugas convencional de cuatro máquinas y los datos operacionales típicos con un enclavamiento cableado de funcionamiento fijo, de un número de 24,8 ciclos/hora resulta una duración de 145 s para un ciclo operativo individual.

Si se consigue una reducción de 1 s del tiempo de ciclo operativo instalando un sistema smart.sequencing de funcionamiento dinámico, la duración del ciclo de cada máquina se reduce a 144 s. Esto supone aumentar la productividad de cada máquina en 4,14 ciclos/día. Asumiendo que con cada ciclo se centrifugan 700 kg de refinado, la producción de azúcar aumenta en 16,57 ciclos, es decir, 11,6 t de refinado al día. Este aumento de productividad de un grupo de centrífugas supondrá, por tanto, la amortización de la inversión para el smart.sequencing transcurridos pocos meses.

Las centrífugas tienen la capacidad de transformar la potencia eléctrica proporcionalmente baja en una elevada energía cinética. Esto ocurre durante la aceleración y, en orden inverso, durante el frenado. La energía cinética almacenada en una canasta rotatoria de centrífuga con una elevada velocidad puede transformarse
en energía eléctrica, aunque con pérdidas. En los sistemas convencionales este comportamiento operativo origina picos de carga tanto demasiado negativos como positivos que deben compensarse en la alimentación eléctrica de un ingenio. Esto puede dar lugar a sobrecargas considerables de la cadena de procesos integrada en la totalidad del sistema.

En contraposición con los sistemas convencionales, la optimización de procesos del smart.sequencing destaca por su puesta a disposición, control y regulación inteligentes de la energía eléctrica en forma de energía cinética «almacenada» en una disposición de centrífugas. Las unidades de un grupo se controlan de forma que las fases de aceleración siempre se combinen con las fases de desaceleración de la mejor forma posible. El alargamiento de las fases de frenado mediante intervenciones inteligentes en los parámetros de los variadores de frecuencia también refuerza este efecto. Un control inteligente de este tipo, así como la regulación con ayuda de smart.sequencing, permiten reducir significativamente los picos de carga en una disposición de centrífugas, o incluso evitarlos por completo, obteniendo al mismo tiempo ventajas económicas en la compra de electricidad de un ingenio.