Actualizaciones de secadores de aire comprimido en planta farmacéutica a un sistema de secador por adsorción con soplante sin purga

Estudio de caso: una gran instalación farmacéutica resuelve los problemas de humedad y contaminación mediante nuevos secadores por adsorción regenerados con soplante (punto de rocío de –40 °C, libres de aceite). Se detallan el equipamiento suministrado, la instalación y las métricas de retorno de la inversión (ROI).  

Antecedentes del cliente:  Yunnan Baiyao Group Co., Ltd., un importante fabricante farmacéutico de la provincia de Yunnan, produce una amplia gama de productos, entre ellos medicina tradicional china y productos farmacéuticos modernos, algunos de los cuales requieren aire comprimido ultra limpio y seco. El sistema de aire existente del cliente abastecía múltiples líneas de producción, pero los secadores obsoletos ya no podían cumplir los rigurosos requisitos de la norma ISO 8573-1 Clase. La planta opera las 24 horas del día, los 7 días de la semana, y incluso una breve interrupción provoca pérdidas importantes y desperdicio de producto.

Puntos Críticos:  El cliente experimentaba una contaminación recurrente por humedad en las líneas de aire. Los secadores refrigerados existentes permitían ocasionalmente el arrastre de condensado, lo que suponía un riesgo para la esterilidad. Como el sistema original utilizaba secadores sin calor de pequeño tamaño, se perdían grandes volúmenes de aire de purga (del 20 al 25 % del caudal), desperdiciando energía. En condiciones máximas de verano, el punto de rocío se disparaba por encima de –20 °C, por debajo de la especificación requerida. El cliente necesitaba una actualización del secador que permitiera:

• Alcanzar un punto de rocío bajo y estable (≤ –40 °C) bajo todas las condiciones de carga.
• Eliminar la pérdida de aire de purga (funcionamiento sin purga) para reducir el consumo energético.
• Mantener aire libre de aceite (ya que un compresor de tornillo libre de aceite aguas arriba no podía correr el riesgo de contaminación).
• Instalarse dentro del diseño existente de la sala de compresores sin necesidad de modificaciones importantes en la tubería.

Nuestra Solución:  Propusimos un sistema de secador por adsorción de doble torre regenerado con soplante  personalizado para el caudal de la planta. El alcance incluyó:

• Equipo:  Cuatro unidades grandes del modelo HR-350SGRD  secadores por adsorción (2100 m³/h cada uno, equivalente a 35 m³/min) con regeneración asistida por soplante calentado. Cada secador dispone de dos torres de acero inoxidable rellenas con un desecante de alta capacidad (alúmina activada + tamiz molecular). La regeneración se lleva a cabo mediante un calentador eléctrico (150–200 °C) combinado con un soplante de alta eficiencia que aspira aire ambiente, eliminando así la necesidad de utilizar aire comprimido durante el proceso de purga. El enfriamiento se logra mediante aire ambiente no calentado, utilizando el mismo soplante. Como resultado, se consume prácticamente cero aire comprimido durante la operación. El sistema puede alcanzar de forma constante un punto de rocío a presión ≤ –40 °C en condiciones operativas estándar, cumpliendo así los requisitos de la norma ISO 8573-1 Clase 2 para contenido de agua.
• Filtración de aire:  Se suministraron filtros previos y posteriores (filtros coalescentes de grado FDA de 0,01 μm) para garantizar la ausencia total de arrastre de aceite.
• Sistema de control:  Un avanzado controlador PLC (Sigma Electric Controls) gestiona la secuencia de conmutación de las torres, supervisa el punto de rocío (sensor en línea) y la presión, y optimiza la velocidad del soplante. Se proporcionó una interfaz táctil para visualizar el estado y las alarmas. El sistema está integrado en el sistema de control distribuido (DCS) de la planta para su supervisión remota.
• Especificaciones de rendimiento:  Los secadores garantizan un punto de rocío a presión de –40 °C a carga completa (–70 °C posible a carga parcial) con aire libre de aceite (Clase ISO 1 tras los filtros). El soplante consume únicamente 0,10 kW por m³/min, muy por debajo de las pérdidas por purga de un secador sin calor.
• Filtración de aire:  Los prefiltros (filtros de partículas de 0,01 μm, fabricados con materiales conformes con la FDA) eliminan cualquier polvo residual de la tubería o partículas derivadas del desgaste del compresor; los posfiltros (0,01 μm) capturan posibles finos de desecante procedentes de las torres del secador, asegurando una calidad de aire estéril para las líneas farmacéuticas.
• Sistema de control:  Un controlador PLC avanzado (por ejemplo, Siemens S7-1200 o equivalente) gestiona la secuencia de conmutación de las torres, supervisa el punto de rocío (sensor en línea) y la presión, y optimiza la velocidad del soplante. Una interfaz hombre-máquina (HMI) táctil muestra el estado y las alarmas. El sistema se integra en el sistema de control distribuido (DCS) de la planta para su supervisión remota.
• Especificaciones de rendimiento:  Los secadores garantizan un punto de rocío a presión estable de ≤ –40 °C bajo carga total y condiciones ambientales típicas. El soplante de regeneración consume típicamente 0,10–0,12 kW por m³/min de capacidad del secador, lo que representa un consumo significativamente inferior a la pérdida de aire comprimido del 15–25 % propia de los secadores sin calor. La calidad del aire de salida cumple la norma ISO 8573-1 Clase 1 para aceite (≤ 0,01 mg/m³) y Clase 2 para agua (≤ –40 °C PDP).

Figura: Línea de producción para salas limpias en una instalación farmacéutica (a modo ilustrativo).

Entrega e instalación:  El proyecto siguió una cronología estructurada: el diseño del sistema y los planos de ingeniería fueron aprobados en un plazo de 4 semanas. Las pruebas de aceptación en fábrica (FAT, por sus siglas en inglés) de los secadores ensamblados se realizaron con éxito en nuestra planta antes del embarque. La entrega al sitio tuvo lugar 3 semanas después de la FAT. La instalación (mostrada a continuación) duró 2 semanas: montaje, tuberías, conexiones eléctricas y cableado de control.

Tras la instalación, llevamos a cabo una fase de puesta en marcha y puesta en servicio de 7 días, que incluyó las pruebas de aceptación en sitio (SAT, por sus siglas en inglés) y la documentación de la cualificación operativa (OQ, por sus siglas en inglés), conforme a las normas farmacéuticas. Se registraron los parámetros (punto de rocío, consumo energético), observándose una conformidad inmediata. Asimismo, se impartió formación al personal operativo y se entregó al cliente un informe final de aceptación.

Resultados/Beneficios:  Los nuevos secadores sin purga resolvieron todos los problemas. Entre los beneficios clave se incluyen:

• Punto de rocío estable:  El punto de rocío del aire es ahora constantemente de –45 °C bajo carga total, y los picos siguen estando por debajo de –40 °C (frente a –20 °C anteriormente).
• Ahorro energético:  La eliminación del purgado con aire comprimido supuso una reducción de aproximadamente el 15 % de la energía consumida para la generación de aire comprimido (es decir, la energía que, de otro modo, se habría desperdiciado como aire de purgado). La potencia medida del soplador representa únicamente alrededor del 10 % de la energía adicional que consumiría un secador sin calor debido a sus pérdidas por purgado. ≈¥160,000 (basado en la tarifa industrial local de electricidad de ¥0,8/kWh). A modo de referencia, la eliminación de las pérdidas por purgado suele ahorrar entre el 15 % y el 20 % de la energía del compresor, lo cual es significativamente mayor que el ahorro del 10–12 % obtenido mediante métodos de recuperación de calor.
• Mantenimiento reducido:  El ciclo de regeneración con soplador funciona de forma continua con desgaste mínimo (sin válvulas de purgado cíclicas). Se prolonga la vida útil del agente desecante. No se han producido mantenimientos no programados ni fallos durante los primeros seis meses de funcionamiento continuo las 24 horas del día, los 7 días de la semana, lo que indica una alta fiabilidad.
• Eliminación de la contaminación:  Con compresores libres de aceite y filtración fina, el cliente señala cero  ningún incidente de aceite ni de humedad desde la puesta en marcha. La calidad del producto ha mejorado.

El cliente está muy satisfecho con la solución llave en mano. Métricas de rendimiento  se registraron para demostrar el retorno de la inversión: el costo energético disminuyó aproximadamente un 12 %. En comparación con los secadores anteriores sin calor, el consumo energético específico del nuevo sistema (kW por m³/min) mejoró un 50 %. El sistema se amortizó en menos de 3 años.

Como dijo un ingeniero de planta: " Los nuevos secadores suministran aire seco extremadamente estable y reducen nuestro consumo eléctrico: exactamente lo que necesitábamos. ”