El desafío creciente de la energía en la refrigeración industrial

La refrigeración industrial representa una de las áreas operativas con mayor consumo energético dentro de las plantas de fabricación de alimentos. En las instalaciones típicas de producción de alimentos congelados, los sistemas de refrigeración consumen hasta el 70 % de la energía eléctrica total.

Históricamente, los ingenieros de planta operaban los grupos de compresores y los enfriadores basándose únicamente en la demanda de refrigeración, en lugar de hacerlo con la máxima eficiencia energética. Los operadores humanos enfrentan limitaciones importantes al gestionar en tiempo real las fluctuaciones dinámicas de carga, los cambios de temperatura ambiente y los complejos variadores de frecuencia (VFD).

Optimización autónoma mediante IA con una arquitectura DCS moderna

Para abordar estas ineficiencias, Rockwell Automation colaboró con su socio de integración de sistemas Actemium para desarrollar una solución de optimización autónoma. Conocida como Coeficiente de rendimiento en tiempo real (RtCOP), esta aplicación avanzada funciona directamente en el Sistema de Control Distribuido (DCS) PlantPAx® de Rockwell.

RtCOP funciona como un operador virtual continuo en toda la red de la planta. El sistema evalúa simultáneamente las capacidades operativas, el estado de los equipos, la eficiencia térmica y las condiciones ambientales. Además, selecciona y ordena dinámicamente los puntos de ajuste operativos con mayor eficiencia energética para compresores, evaporadores y ventiladores de condensadores.

Aspecto técnico destacado: El DCS PlantPAx proporciona comunicación determinista de alta velocidad entre controladores y conectividad fluida con el IoT industrial, lo que garantiza una baja latencia entre la inferencia del modelo de IA y la ejecución del lazo de control en tiempo real.

Ahorro energético cuantificable y beneficios operativos

Las implementaciones iniciales en campo, realizadas en una importante planta de fabricación de papas fritas congeladas, produjeron resultados inmediatos y medibles:

Además, los paneles de KPI de toda la flota permiten a los ingenieros comparar en tiempo real las métricas del coeficiente de rendimiento (COP) entre múltiples plantas geográficas.

Perspectiva experta: el avance hacia la automatización autónoma de fábricas

Desde la perspectiva de la automatización industrial sénior, este proyecto destaca una tendencia fundamental: la convergencia del control clásico de procesos y la inteligencia artificial moderna en el borde.

Los controladores lógicos programables (PLC) tradicionales y las plataformas DCS destacan en los enclavamientos de seguridad deterministas y la regulación de lazos de control proporcional-integral-derivativo (PID). Sin embargo, el control PID lineal tiene dificultades para optimizar de forma eficiente sistemas térmicos no lineales y multivariables.

Al ejecutar modelos de optimización en tiempo real impulsados por IA junto con capas de control deterministas, los ingenieros logran una optimización energética en lazo cerrado sin comprometer la estabilidad del proceso ni las normas de seguridad funcional, como IEC 61508 / IEC 61511.

Escenario de aplicación: modernización de un enfriador industrial de amoníaco de varias etapas

Para ilustrar cómo funciona este sistema en un entorno industrial práctico, consideremos una operación típica de congelación de alimentos a gran escala:

1. Evaluación de referencia: Una planta industrial de refrigeración con amoníaco y varias etapas utiliza cinco compresores de tornillo de 500 HP y cuatro condensadores evaporativos.
2. Integración con el DCS: Los ingenieros instalan la capa de software RtCOP en el DCS PlantPAx existente y conectan la instrumentación del proceso mediante redes EtherNet/IP.
3. Ingesta de datos: El modelo de IA procesa en tiempo real la presión de succión, la presión de descarga, la temperatura de bulbo húmedo, los medidores de consumo eléctrico y la humedad ambiente.
4. Control autónomo de los puntos de ajuste: En lugar de operar tres compresores con cargas fijas del 80 %, RtCOP ajusta autónomamente las velocidades de los VFD para operar cuatro compresores en un punto óptimo del 58 %, reduciendo drásticamente el consumo total de energía (kW/tonelada) mientras mantiene estrictas temperaturas de congelación del proceso.

Sobre el autor

Zhang Wei es arquitecto principal de automatización industrial y sistemas de control, con más de 15 años de experiencia práctica en campo. Está especializado en sistemas de control distribuido (DCS) a gran escala, controladores lógicos programables (PLC), instrumentación y control de turbomáquinas (TSI), y protección de redes eléctricas industriales en industrias de procesos de todo el mundo.