La mejora de quemadores de Simplot reduce consumo energético y costes en su planta de Idaho

En un esfuerzo estratégico para reducir el consumo de energía y bajar costes operativos, la J.R. Simplot Company mejoró el sistema de vapor en su planta de procesamiento de patatas en Caldwell, Idaho. Aprovechando la Herramienta de Evaluación de Sistemas de Vapor (SSAT) desarrollada por el DOE y la experiencia de Bill Moir, Especialista Cualificado de Steam Engineering Inc., el proyecto entregó ahorros medibles y fiabilidad mejorada.

Antecedentes de la Empresa/Planta

The J.R. Simplot Company, una potencia en alimentos y agronegocios con sede en Boise, con ventas anuales de aproximadamente 3 mil millones de dólares y una fuerza laboral de más de 12 000 empleados en Estados Unidos, Canadá, China, México y Australia, opera una amplia cartera que incluye producción de alimentos, fertilizantes, productos de césped e hortícolas, alimentación de ganado y más. El programa de eficiencia energética de Simplot se centra en formación de empleados y mejora continua. Los directores David Hawk (Energía y Recursos Naturales) y Alan Christie (Gerente de Ingeniería del Grupo Alimentario) colaboran con el DOE, el Programa de Energía de la Universidad Estatal de Washington y la División de Energía del Departamento de Recursos Hídricos de Idaho para mostrar las ganancias tangibles de productividad y financieras de una mayor eficiencia energética industrial.

La instalación de Caldwell es una de las mayores de Simplot, produciendo aproximadamente 270 millones de libras de patatas fritas congeladas anualmente. Alberga tres calderas de tubos de agua alimentadas por gas natural —dos de 70 000 lb/hr y una de 60 000 lb/hr— generando vapor saturado a 275 psig. El vapor es integral para pelar, blanquear y freír patatas.

Visión General del Proyecto

En 2000, Simplot comisionó a Steam Engineering Inc. para auditar sus sistemas de vapor. La evaluación de Caldwell reveló una carga de vapor media de 90 000 lb/hr, con exceso de aire de combustión al 50 % y niveles de oxígeno en gases de combustión alcanzando 7,5 %. Las tres calderas operaban a carga parcial para satisfacer una demanda punta fluctuante de 140 000 lb/hr, resultando en reutilización limitada de condensado y altos costes operativos. El análisis identificó una oportunidad clara: instalar quemadores modernos con controles de posicionamiento paralelo y añadir un sistema de ajuste de oxígeno en gases de combustión para reducir el exceso de aire y mejorar la eficiencia de combustión.

Cuando el software SSAT se lanzó en 2002, Moir lo usó para modelar el sistema de vapor de la planta. El modelo proyectó ahorros anuales de gas natural de más de 25 000 MMBtu manteniendo el oxígeno en gases de combustión al 3 % mediante mejoras de quemadores y sistemas de ajuste de oxígeno. También indicó que la recuperación de condensado podría aumentarse, el exceso de aire recortarse al 10 %, y solo dos calderas serían necesarias para satisfacer la demanda punta.

Implementación del Proyecto

La dirección de Simplot aprobó las recomendaciones impulsadas por SSAT. Para minimizar tiempo de inactividad, nuevos quemadores, controles, ventiladores de aire de combustión, conductos de recirculación de gases de combustión, analizadores de oxígeno y sistemas de ajuste de ventilador de tiro se instalaron en dos calderas durante paradas programadas. Las mejoras permitieron a la planta satisfacer su carga de vapor con menos combustible y sin comprometer la producción.

Resultados del Proyecto

La mejora ha mejorado drásticamente la eficiencia: el oxígeno medio en gases de combustión ahora se mantiene al 3 % o menos, la carga punta de vapor cae a 110 000 lb/hr, y solo se requieren dos calderas a un nivel de exceso de aire del 10 %. La recuperación de condensado subió al 50 %, permitiendo la desactivación de cinco bombas de condensado. Los ahorros anuales incluyen 52 000 MMBtu (7,5 % del consumo previo) por 279 000 $, 526 000 kWh por 20 000 $, y 30 000 $ en mantenimiento —totalizando 329 000 $ al año. Con un coste de proyecto de 373 000 $, el período de recuperación es inferior a 14 meses. La fiabilidad de producción ha mejorado, sin paradas de caldera reportadas desde la finalización.

Desde entonces, Simplot ha aplicado la metodología SSAT en ocho instalaciones adicionales, logrando 176 000 MMBtu de ahorro anual de gas natural. La participación de la empresa en la Iniciativa de Eficiencia de Procesamiento de Alimentos del Oeste de EE. UU. extiende aún más estas mejores prácticas a otros procesadores de alimentos regionales.

Figura 1. Ensamblaje de Entrada de Aire

Lecciones Aprendidas

Un enfoque estandarizado y basado en datos —encarnado por el SSAT— revela ganancias significativas de rendimiento y ahorro de costes en sistemas de vapor industriales. La experiencia de Simplot valida que técnicas de optimización convencionales, cuando se modelan rigurosamente, pueden rendir beneficios tanto esperados como adicionales. En consecuencia, la empresa ha adoptado el SSAT como estándar corporativo para todas las instalaciones impulsadas por vapor, asegurando mejoras continuas y repetibles.

Figura 2. Quemador y Carcasa del Quemador

Definiendo Eficiencia de Combustión

La eficiencia de combustión mide qué tan efectivamente el contenido calórico de un combustible se convierte en calor utilizable. Los indicadores clave son la temperatura de chimenea y el oxígeno en gases de combustión. Operar una caldera con el exceso de aire óptimo —típicamente 10 % para calderas de gas natural— minimiza la pérdida de calor y maximiza la eficiencia. Cuando la composición del combustible o la demanda de vapor varían, un sistema de ajuste de oxígeno en línea puede ajustar automáticamente los controles del quemador para mantener condiciones de combustión ideales.

Herramienta de Evaluación de Sistemas de Vapor DOE ITP BestPractices

BestPractices ofrece una suite de herramientas para evaluar y optimizar sistemas de vapor. El SSAT es el paquete de software principal, permitiendo a usuarios modelar escenarios de mejora y estimar ahorros precisos de energía y coste. La herramienta, y otro software relacionado, están disponibles vía el sitio web de EERE (https://www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml) o pidiendo al Centro de Información EERE al 877‑337‑3463.

Para más sobre el Programa de Tecnologías Industriales del Departamento de Energía de EE. UU., visite https://www1.eere.energy.gov.