La Integracion Digital Beneficia a la Planta Inteligente

Se Logra Cumplir Con los Objetivos de Seguridad, Medioambiente y Calidad, Gracias a Una Puesta en Marcha Más Rápida de lo Habitual

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Autores: Emerson Process Management, Juan Jorge Caceres, Alejandro Erazo, Marco Vidal Cruz, Mauricio Quintana M, Gunars Luks Guzman (Personal de la planta Nueva Aldea de Celulosa Arauco*)

Para ser competitivos en la industria global de la pulpa, los fabricantes de pulpa necesitan contar con plantas de talla mundial, que produzcan pulpa de alta calidad en forma eficaz y confiable. La rentabilidad supone un desafío, debido al aumento en los costos de materiales y en los gastos de transporte y energía. Además, debe protegerse el medioambiente, lo que conlleva normas ambientales cada vez más estrictas.

Celulosa Arauco eligió abordar estos desafíos sin rodeos por medio de la automatización digital y construyó la planta de pulpa inteligente más grande del mundo en Nueva Aldea, Chile, que puede producir 856.000 toneladas de celulosa Kraft secada al aire por año. Esta planta integrada en forma digital alcanzó el 93,8% de la producción planeada por mes a solo seis meses de la puesta en marcha y, desde entonces, funciona a plena capacidad como estaba previsto.

Un factor fundamental para el éxito de la planta es el uso de lo último en tecnología de bus y de arquitectura digital, que contribuyó a lograr una puesta en marcha rápida y continúa brindando diagnóstico predictivo para evitar problemas mucho antes de que ocasionen una parada de planta. "La tecnología de automatización utilizada en este proyecto nos permitió mejorar la seguridad y reducir las emisiones", sostiene Gunars Luks Guzman, Gerente de Planta en Nueva Aldea. "También logramos mantener la producción en los niveles esperados. Me enorgullece haber sido parte de este proyecto".

Celulosa Arauco es una de las empresas forestales más grandes del mundo en cuanto a superficie de plantación y producción de pasta de madera Kraft, madera aserrada y paneles. Cuenta con una capacidad anual combinada de aproximadamente 3.1 millones de toneladas métricas de pulpa Kraft blanqueada y sin blanquear. Con 610.000 hectáreas, es considerada plantación forestal más grande de Chile.

La planta de pulpa actualmente se encuentra en la fase dos del proyecto Nueva Aldea. La fase uno, compuesta de una procesadora de madera que incluye un aserradero y una planta de fabricación de madera contrachapada, entró en funcionamiento a fines de 2004. De los US$1400 millones que cuesta el proyecto, US$150 millones se destinaron a la fase uno, US$800 millones se invirtieron en la planta de pulpa y los restantes US$400, a silvicultura y demás elementos indirectos. La planta incluye dos líneas de fibra, una para pino radiata y otra para eucalipto.

La planta ha brindado muchos puestos de trabajo a una región con alto desempleo. Durante la construcción de la planta de pulpa, trabajaban en el lugar un promedio de 3300 personas. Todo el proyecto dará empleo permanente a 1200 personas, incluidas 200 en la planta de pulpa.

El medioambiente, la seguridad y la calidad son objetivos prioritarios

"Los tres objetivos más importantes de esta planta son la protección del medioambiente, la seguridad de nuestros empleados y la calidad de la producción", afirma Luks. Arauco seleccionó equipos que cumplen con las pautas de la Unión Europea sobre las mejores tecnologías disponibles (BAT), obligatorias para el funcionamiento de las plantas de pulpa en Europa desde septiembre de 2007. La preocupación por la seguridad y el medioambiente también llevó a la empresa a obtener la certificación y auditoría 1SO/IEC 14000 y 18000. Subrayando su compromiso con el medioambiente, fue una de las primeras en realizar tratamientos terciarios de su corriente de agua efluente, que llevan a cabo sólo cinco plantas de pulpa en todo el mundo.

La planta Nueva Aldea también incluye una unidad generadora de energía a partir de biomasa que produce 30.000 kilovatios de electricidad y abastece no sólo a la planta, sino a la red de energía eléctrica local. Se espera que esta unidad reduzca las emisiones de gas invernadero en aproximadamente 2.2 millones de toneladas de dióxido de carbono para el año 2025. El Comité Ejecutivo del Mecanismo de Desarrollo Limpio de las Naciones Unidas ha emitido alrededor de 240.000 toneladas de créditos de reducción de emisiones (CER), que representa la cantidad de CO2 ahorrada por año.

Selección de la tecnología

La estrategia de automatización es de fundamental importancia para la planta Nueva Aldea. La gerencia de la planta seleccionó la arquitectura de planta digital PlantWeb® y el sistema de automatización digital DeltaV™ de Emerson Process Management con el objetivo de lograr seguridad, cumplimiento de normas ambientales, calidad y producción. La capacitación, simulación, puesta en marcha y puesta en servicio se realizaron a través del equipo de trabajo de Emerson y Arauco.

"Se automatizó toda la planta de principio a fin, desde el momento en que se colocan los troncos en la troceadota hasta que sale una bala de pulpa al final del proceso", sostiene Alejandro Erazo, Ingeniero de Proyectos de Sistemas de Control Distribuido para Arauco. "Nuestro objetivo consistió en utilizar la más moderna tecnología en el mercado y hacerlo de la mejor manera posible para que cada etapa del proyecto fuese más sencilla, desde la ingeniería hasta la configuración para la puesta en marcha de la planta".

"El hecho de que el sistema de automatización haya sido construido para la tecnología de bus digital nos permitió interconectar diversos tipos de protocolos de red. FOUNDATION™ Fieldbus, por ejemplo, se utilizó para toda la instrumentación, lo que supone la instalación de esta tecnología en la planta de pulpa más grande del mundo. Utilizamos DeviceNet para el centro de control de motores, controles de motores y demás dispositivos. Profitbus se utilizó en puntos de entrada/salida remotos y discretos y, también, para interconectar varios PLC", agrega Mauricio Quintana, Supervisor de Sistemas.

Solución integral de automatización digital

Los expertos en automatización y servicio de Emerson en Argentina y Chile trabajaron con Celulosa Arauco para brindar una solución digital completamente integrada. Emerson redactó una FDS (Especificación de Descripción Funcional) para administrar la automatización del proyecto. Arauco la entregó a sus proveedores, quienes la devolvieron con los datos de configuración digital para ingresar en la base de datos del sistema. Esto resultó valioso al integrar con eficacia el trabajo de diversos proveedores.

Emerson facilitó la infraestructura Smart Mill, construida sobre la arquitectura digital PlantWeb  y la red FOUNDATION™ fieldbus. La solución integra 3300 dispositivos FOUNDATION Fieldbus, que incluyen instrumentos de medición de flujo, nivel, presión y temperatura, válvulas y controladores digitales de válvulas. La información de diagnóstico predictivo se recopila de los dispositivos inteligentes en toda la planta por medio de software de mantenimiento predictivo, que envía alertas y datos al personal de operaciones y mantenimiento. 

En esta planta completamente integrada, la arquitectura y su sistema digital controlan más de 2100 centros de control de motores (MCC) Rockwell E3 y E3+ mediante DeviceNet, más de 3500 puntos de E/S remotos y discretos mediante Profibus DP y más de 340 drives de velocidad variable mediante Profibus DP. El sistema DeltaV también conecta más de 15 PLC (controladores de lógica programable) mediante Profibus DP y analizadores especiales mediante Modbus. Asimismo, Emerson brindó consultoría sobre FOUNDATION fieldbus, definiciones de estándares y generación automática de base de datos, entre otros servicios.

Se desarrolló una aplicación de Microsoft Access que brindase una salida para configurar el sistema de automatización digital directamente a través de una conexión ODBC. La aplicación capturó la información en las tarjetas de interfaz de E/S, tarjetas y dispositivos FOUNDATION fieldbus, dispositivos Profibus, dispositivos DeviceNet y canales de E/S únicas de todo el sistema. Se verificó la integridad e indexación para detectar posibles errores y pérdida de datos.

 

Sistema Digital
El sistema digital integró todas las E/S, incluidos
los dispositivos
FOUNDATION fieldbus, Profibus y DeviceNet.

 

Un formulario sencillo permitió asignar tarjetas de interfaz de E/S dependiendo de la disponibilidad de sus respectivas ranuras. Una vez cargadas estas ranuras de E/S, se utilizó el formulario para asignar segmentos FOUNDATION Fieldbus, Profibus o DeviceNet a los puertos de interfaz disponibles. Un formulario secundario mostraba la lista de dispositivos pertenecientes a cada segmento seleccionado. Con todos los buses asignados a los puertos de tarjetas de E/S correspondientes, el paso final fue crear tablas para la exportación masiva al sistema de automatización digital DeltaV.

La aplicación ofrecía la opción de seleccionar el tipo de objetos que se deseaba importar a cada proceso en particular. Se crearon informes especiales para integración del hardware y configuración del sistema. Para la configuración del software, se utilizaron otros informes con información más detallada, como ubicación física de cada señal en los gabinetes de control, instalación de dispositivos, rangos de instrumentos, alarmas, etc.

Este enfoque automatizado a la generación de la base de datos redujo significativamente el tiempo requerido para la configuración, redundó en una base de datos sin errores y brindó información que se reutilizó para documentación y capacitación, simulación y pruebas. 

La tecnología digital acelera la configuración y la puesta en marcha

"Un excelente ejemplo de los beneficios que brinda la tecnología de bus digital se observa en la configuración del control de motores inteligente", sostiene Erazo. "En proyectos anteriores, donde no contábamos con controles de motores inteligentes, configurar todo un Centro de Control de Motores para 30 motores requería de dos semanas a un mes. Ahora se necesita sólo medio día para realizar la misma tarea".

"Configurar una válvula también requiere mucho menos tiempo que antes. En proyectos anteriores, por lo general, pasábamos medio día tratando de mover la válvula hasta el punto de referencia elegido como parte del proceso de calibración. Ahora basta con presionar un botón y se calibra en forma automática. Si surge algún problema con la válvula, podemos obtener el diagnóstico en forma inmediata. Al utilizar FOUNDATION Fieldbus y las prestaciones de diagnóstico del software de diagnóstico predictivo, podemos determinar rápidamente si el problema está en el actuador o en el transmisor, o si se trata sólo de un problema de calibración".

"La principal ventaja del software de mantenimiento predictivo es la cantidad de información que brinda", afirma Juan Jorge Cáceres, Gerente de Mantenimiento. "Nos informa sobre el estado de calibración y si existe alguna falla en el funcionamiento, por ejemplo, un problema en el actuador de la válvula, para que podamos arreglarlo antes de vernos obligados a cerrar sectores de la planta. El diagnóstico avanzado también nos ayuda a evitar daños al medioambiente y a aumentar la utilización de la planta".

"La tecnología de bus digital nos posibilita realizar nuestro diagnóstico y, a menudo, trabajos de reparación desde las principales áreas de control en lugar de hacerlo en el terreno. Las redes inalámbricas permiten que nuestros técnicos recorran toda la planta con sus computadoras portátiles y prueben equipos con más rapidez que en el pasado. Prácticamente, no tuvimos errores en el sistema de automatización digital y realizamos la puesta en marcha en forma exitosa y rápida. El uso exhaustivo de la tecnología hizo que configurar la planta fuese una tarea fácil", agrega Erazo.

Para asegurar aun más una puesta en marcha sin complicaciones, Emerson realizó pruebas off-line, con simulación completa de alta fidelidad en el sistema, para validar las operaciones y la configuración, y familiarizar a los operadores.

"Verificamos toda la lógica programada en el sistema digital para las diferentes áreas, área por área, junto con el proveedor del equipamiento correspondiente", sostiene Erazo. "Lo hicimos simulando el proceso real en la planta para poder estar 100% seguros de que la lógica era adecuada y de que no tendríamos ningún problema durante la puesta en marcha".

Además de recibir capacitación en simulación, los operadores encontraron que las consolas eran intuitivas y fáciles de utilizar. "No tomé clases de capacitación sobre cómo operar con el sistema, pero resultó no ser necesario", comentó Marcos Vidal, Superintendente del área de Licores de la planta. "Esto se debe a que el sistema es muy fácil de operar, es muy similar a Windows. La prestación de diagnóstico incorporado facilita detectar y determinar la causa de los problemas".

 

Sala de control
Sala de Control Central
El proyecto alcanzó sus objetivos.

 

"Nuestras prioridades son la seguridad de nuestro personal, el medioambiente y la producción", afirma Quintana. "El sistema, junto con todas las herramientas de conectividad asociadas, el diagnóstico y los controles inteligentes nos ayudaron a lograr estos objetivos. El sistema es abierto y brinda un amplio campo de conectividad, que nos permitirá, en el futuro, continuar desarrollándonos y ampliándonos, y aprovechar los estándares de comunicación en el mercado".

"La puesta en marcha en Nueva Aldea se realizó como estaba previsto", sostiene Luks. "Desde el principio del proyecto, planificamos la instalación de los equipos desde el punto de vista de las matrices de riesgo. Evaluamos todos los riesgos que podría plantear cada etapa de la operación, desde la recepción y puesta en marcha hasta la producción en la fábrica. Esto creó un nivel de preocupación y atención que posibilitó operar no sólo sin que ocurriese ningún accidente serio, sino prácticamente sin que ocurriese incidente alguno".

"Adoptamos una curva de puesta en marcha gradual, que nos permitiese tener el control de los procesos en todo momento y darle prioridad absoluta a la seguridad del personal y a la protección del medioambiente, y logramos nuestros objetivos", continúa Luks. "Tenemos un desempeño ambiental tan bueno, que pronto podremos generar ingresos adicionales ingresando al mercado del carbono. La tecnología de control y los equipos utilizados nos ayudaron a lograr primera calidad desde el primeros días que la planta entró en funcionamiento".

"La planta está diseñada para producir 856.000 toneladas de celulosa al año. En abril, alcanzamos el 93,8% de lo planeado por mes. La tecnología digital nos ayudó a alcanzar este nivel de producción y mantener, a la vez, la seguridad de nuestro personal y del medioambiente. Como ocurre con todos los proyectos, este exigió mucha dedicación y energía por parte de todos los involucrados. Fue un placer trabajar con cada uno de ellos. A pesar del enorme alcance de este proyecto, se completó en tiempo y forma, debido, en buena parte, al gran apoyo recibido".

 

Produccion
La producción de pulpa había alcanzado el 93,8% de la capacidad planeada a los 6 meses de la puesta en marcha .

 

"Luego de una exitosa puesta en marcha, continuamos aumentando nuestra producción en forma sostenible, lo que permite a Nueva Aldea convertirse en un pilar de desarrollo para toda la región", concluye Luks.


*Personal de la planta Nueva Aldea de Celulosa Arauco que contribuyó con este documento:
Juan Jorge Cáceres, Gerente de Mantenimiento
Alejandro Erazo, Ingeniero de Proyectos de Sistemas de Control Distribuido, Departamento de Ingeniería de Arauco
Marco Vidal Cruz, Superintendente de Operaciones, Área de Licores
Mauricio Quintana M, Supervisor de Accionamientos de Sistemas
Gunars Luks Guzman, Gerente de Planta

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