Los sistemas de destilación de etanol suelen diseñarse con amplios márgenes de seguridad, especificaciones detalladas de los equipos e instrumentación moderna. Sin embargo, muchas instalaciones siguen teniendo dificultades para alcanzar el rendimiento previsto, mantener un funcionamiento estable o lograr una calidad constante del producto.
Un artículo reciente en Ingeniería Química , Roy Viteri, de RCM Thermal Kinetics, examina una planta de destilación de etanol real que pasó meses funcionando por debajo de su capacidad, no porque el equipo fuera demasiado pequeño, sino porque se malinterpretó el sistema.
Esta reseña destaca las lecciones más importantes de ese artículo y explica por qué la resolución satisfactoria de problemas depende de comprender cómo el calor, la hidráulica, los controles y la instrumentación funcionan juntos como un solo sistema.
Los problemas de destilación rara vez se deben a un solo equipo.
Uno de los mensajes centrales del artículo es que los sistemas de destilación no fallan de forma aislada. Las columnas, los recalentadores, las bombas, las válvulas de control, las tuberías y los instrumentos interactúan entre sí. Cuando se malinterpretan esas interacciones, los esfuerzos para solucionar los problemas suelen centrarse en la causa raíz equivocada.
En el caso descrito, la instalación experimentó una gran caída de presión e inundación en el alambique, a pesar de que los instrumentos indicaban que los caudales estaban muy por debajo de los valores de diseño. Se realizaron múltiples intentos para corregir el problema recalibrando los instrumentos y examinando el rendimiento de las bandejas, pero el problema persistió.
La conclusión para los equipos de planta es clara.
Cuando aparecen síntomas en una pieza del equipo, la causa puede estar aguas arriba o aguas abajo, especialmente en sistemas integrados donde el vapor y la energía se comparten entre unidades.
¿Por qué se produce el «funcionamiento a ciegas» en las plantas operativas?
El artículo describe un reto común pero poco valorado. Durante el diseño de la planta, diferentes equipos se encargan del diseño de procesos, las tuberías, la instrumentación y los controles. Cada grupo trabaja dentro de su ámbito, pero a lo largo del proceso se puede perder el contexto crítico a nivel del sistema.
Con el tiempo, esto puede dar lugar a situaciones en las que los operadores confían en instrumentos que parecen funcionales pero que proporcionan datos engañosos. Cuando los ingenieros confían en esas lecturas sin verificarlas, los esfuerzos para solucionar los problemas se vuelven circulares e ineficaces.
En este caso, posteriormente se descubrió que varios caudalímetros no eran fiables debido a una instalación deficiente, supuestos de calibración incorrectos y longitudes de tuberías rectas inadecuadas. Como resultado, la planta tomaba decisiones operativas basadas en información incorrecta.
Para las plantas de etanol, esto refuerza una lección importante.
Si los datos son erróneos, incluso los mejores operadores e ingenieros se ven obligados a tomar decisiones a ciegas.
El valor de la investigación in situ y la perspectiva del operador
El punto de inflexión en el esfuerzo por resolver el problema se produjo cuando un nuevo ingeniero visitó las instalaciones sin haber participado anteriormente en el proyecto. En lugar de basarse en las hipótesis existentes, se centró en comprender cómo se comportaba realmente el sistema durante su funcionamiento.
Esto incluía:
- Caminando por la unidad
- Revisión de diseños y elevaciones de tuberías.
- Hablar directamente con los operadores
- Recopilar mediciones reales sobre el terreno en lugar de confiar en los valores indicados.
Los operadores suelen desarrollar soluciones alternativas que permiten que las plantas sigan funcionando, incluso cuando los sistemas no se comportan como se esperaba. Esas soluciones alternativas contienen pistas valiosas. Ignorarlas puede retrasar las soluciones.
El artículo refuerza la idea de que una resolución eficaz de problemas requiere presencia física, diálogo abierto y disposición para cuestionar conclusiones previas.
Las encuestas de presión como herramienta para descubrir la verdad
Una vez que se cuestionó la fiabilidad de los instrumentos, se modificó la estrategia de resolución de problemas. En lugar de intentar reparar los instrumentos individuales de inmediato, el equipo realizó un estudio de presión para determinar el comportamiento hidráulico real.
Mediante la medición:
- Presiones de succión y descarga de la bomba
- Amperaje del motor
- Posiciones de las válvulas
- Presiones de funcionamiento de los recipientes
El equipo pudo calcular los caudales reales utilizando las curvas de las bombas y la potencia del motor, en lugar de confiar en medidores defectuosos.
Este enfoque reveló que los flujos internos, como el reflujo y el vapor superior, eran significativamente más altos de lo indicado, lo que explicaba el comportamiento inesperado de inundación en el alambique.
Para las plantas en funcionamiento, esto pone de relieve un principio muy importante.
La presión y la potencia no mienten. Cuando los instrumentos son sospechosos, la hidráulica puede proporcionar respuestas fiables.
Las inundaciones fueron un síntoma, no la causa principal.
Los resultados del escáner gamma confirmaron una grave inundación en la sección inferior del alambique en lo que se creía que eran condiciones normales de funcionamiento. Sin embargo, el artículo hace una distinción importante. El escáner identificó lo que estaba sucediendo dentro de la columna, pero no el motivo.
La causa real solo se descubrió después de reconstruir el balance de calor y vapor del sistema integrado. El exceso de flujo de vapor hacia el recalentador del alambique se debía a válvulas de control mal dimensionadas y mal ajustadas en el sistema de cabecera del rectificador.
Dado que se asumió que dos vías de vapor se comportaban de manera similar, se utilizaron válvulas idénticas, a pesar de que sus requisitos de presión aguas abajo eran muy diferentes. Esto provocó que una válvula funcionara en una zona extremadamente sensible, en la que cambios de posición muy pequeños provocaban importantes alteraciones en el proceso.
La inundación fue real, pero fue una consecuencia derivada de un problema de control e hidráulica en otra parte del sistema.
Las válvulas de control y la ubicación de los instrumentos son más importantes de lo esperado.
El artículo destaca cómo la ubicación de las válvulas de control y los caudalímetros puede limitar silenciosamente el rendimiento de la planta.
Entre los principales problemas identificados se encuentran:
- Válvulas de control sobredimensionadas que funcionan fuera de su rango de control efectivo.
- Caudalímetros instalados sin tuberías rectas adecuadas
- Supuestos incorrectos sobre las propiedades de los fluidos durante la calibración.
En conjunto, estos problemas provocaban un comportamiento de control inestable y datos operativos engañosos. Una vez corregidos, el sistema pudo alcanzar las velocidades de alimentación previstas y mantener una producción estable y conforme a las especificaciones.
Para los productores de etanol, esto sirve como recordatorio de que la selección e instalación del hardware de control no son detalles menores. Afectan directamente a la operatividad, la capacidad y la fiabilidad. Las estimaciones iniciales se trasladan incorrectamente a las solicitudes de financiación sin la correspondiente definición técnica.
La integración supera al diseño compartimentado
Una de las conclusiones generales del artículo es que los enfoques de diseño compartimentados tradicionales suelen prolongar los plazos de puesta en marcha y aumentar las pérdidas de producción.
Un enfoque integrado que conecta:
- Desarrollo del balance térmico y de materiales
- Dimensionamiento del equipo
- Estrategia de control
- Selección de instrumentos
- Simulación de procesos
puede reducir significativamente el riesgo de puesta en marcha y los costes de resolución de problemas a largo plazo.
Aunque ningún modelo es perfecto, utilizar la simulación a nivel de sistema para validar las hipótesis es mucho menos costoso que meses de funcionamiento limitado tras la puesta en marcha.
Puntos clave para los gerentes e ingenieros de plantas de etanol
Si su instalación sufre caídas de presión inexplicables, un funcionamiento inestable o una capacidad inconsistente, las lecciones de este estudio de caso son muy relevantes.
- Preferir el modelado de sistemas integrados al análisis de componentes aislados.
- No dé por sentado que los instrumentos son correctos simplemente porque proporcionan lecturas.
- Validar los flujos utilizando la presión, la potencia y la hidráulica cuando los resultados no tengan sentido.
- No se limite a examinar el equipo afectado, sino que analice el balance completo de calor y vapor.
- Involucrar a los operadores desde el principio y escuchar atentamente sus observaciones.
- Considere el dimensionamiento de la válvula de control y la ubicación del medidor como decisiones de diseño críticas.
- Preferir el modelado de sistemas integrados al análisis de componentes aislados.
Reflexiones finales: la resolución de problemas es una habilidad sistémica.
El caso de destilación de etanol analizado en este artículo demuestra que una resolución eficaz de problemas no consiste en encontrar un único componente defectuoso. Se trata de comprender cómo se comportan las plantas reales cuando las hipótesis de diseño se enfrentan a la realidad operativa.
Al dar un paso atrás, recopilar datos fiables sobre el terreno y reconstruir la visión del sistema desde cero, la instalación pasó de meses de bajo rendimiento a un funcionamiento estable y conforme al diseño.
Para los productores de etanol que se enfrentan a retos similares, el mensaje es claro.
Cuando las cifras no cuadran, el sistema te está diciendo algo. La tarea de solucionar problemas consiste en aprender a escuchar. Habla con nuestros ingenieros para identificar los verdaderos límites de tu unidad de destilación y volver a poner tu planta en funcionamiento a pleno rendimiento y con fiabilidad.