Información en tiempo real para un uso inteligente de la energía en salas blancas
Optimizar la eficiencia energética aporta numerosas ventajas, más allá de los costes y las consideraciones medioambientales.
El aumento de los costes de desarrollo y fabricación de medicamentos y un panorama competitivo más voraz ejercen presión sobre diferentes industrias, tales como:
- la industria farmacéutica
- la industria alimentaria
- la industria tecnológica
- la industria biotecnológica
- la industria nanotecnológica
Además, las empresas y el público son más conscientes del imperativo medioambiental; un control más estricto del uso de la energía se ha convertido en una necesidad más que en un lujo.
Según Energy Star, el programa del Departamento de Energía de EE.UU., las empresas farmacéuticas del país gastan más de mil millones de dólares al año en energía, por lo que las empresas han estado buscando oportunidades de eficiencia energética que aumenten la producción a la vez que reducen el consumo de energía. Aquí, en Europa, la situación va prácticamente a la par.
A primera vista, el problema de la eficiencia energética en las salas blancas podría parecer aislado en un puñado de empresas. Dado que la mayoría de la gente nunca ha pisado una sala blanca, puede resultar difícil entender que los entornos de producción limpios son esenciales para una amplia gama de industrias.
Entre los procesos industriales que dependen de las salas blancas se encuentran los biotecnológicos, farmacéuticos, médicos, microelectrónicos, militares y de telecomunicaciones. Las salas blancas también son especialmente importantes para la industria de semiconductores. Algunas de ellas pueden abarcar incluso toda una fábrica.
Uno de los principales responsables del derroche de grandes cantidades de energía en las salas blancas suele ser la ineficiencia y obsolescencia de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC).
Los costes de funcionamiento de los sistemas HVAC industriales para salas blancas suelen ser entre 20 y 100 veces mayores por metro cuadrado que los empleados en edificios comerciales típicos. Estos equipos generan, por tanto, inmensos drenajes de energía.
Prudencia financiera
Un estudio sobre los costes de las salas blancas en Europa reveló que el consumo de energía representa entre el 65% y el 75% del coste anual de funcionamiento de una sala blanca. El informe también indicaba que, del consumo total de energía en las salas blancas, entre el 36% y el 67% procedía únicamente del sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado.
Según otro informe, AstraZeneca calculó que entre el 60 y el 70% del consumo energético de sus instalaciones en el Reino Unido está asociado a los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, lo que supone una factura energética anual de unos 24 millones de libras (31 millones de dólares).
Más tarde, GSK reveló que los sistemas HVAC representaban alrededor del 65% del consumo total de energía y se han convertido en una prioridad para la empresa a la hora de reducir el consumo global.
La eficiencia energética en la tecnología de salas blancas es ahora una prioridad absoluta para reducir costes con éxito y proteger al mismo tiempo las operaciones de cualquier interrupción.
La mayoría de las instalaciones de fabricación consumen tanta energía cuando no fabrican productos como cuando están al máximo rendimiento. Reducir la carga de las facturas energéticas en los centros de fabricación, donde los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado son necesarios para controlar el ambiente de forma eficaz y conforme a la norma ISO 14644, conlleva ventajas económicas evidentes.
La eficiencia energética está impulsada por la doble fuerza de la responsabilidad medioambiental y la prudencia financiera. La tasa de rentabilidad de la inversión en un programa de reducción energética es igualmente importante, dada la escala necesaria en la que deben basarse los programas de reducción energética de éxito.
En las diferentes industrias en las que se hace necesaria la utilización de salas blancas, existe una necesidad clara y actual de reducir los excesos de gasto energético innecesario, lo que ofrece beneficios sustanciales tanto desde el punto de vista económico como medioambiental.
Un estudio realizado en el Reino Unido, por ejemplo, indicaba que las empresas del país podían ahorrar hasta 1.600 millones de libras al año en energía y que la inversión en programas de eficiencia daba como resultado una tasa interna de rentabilidad del 48% y una amortización en tres años de media.
En la mayoría de los casos, las tasas de cambio de aire se fijan sin tener en cuenta los niveles reales de contaminación, que no se conocen en un momento o lugar concretos.
Aferrarse a la tradición
En este contexto de presiones medioambientales y económicas para reducir el consumo de energía, el modelo estándar de la industria para la construcción y el funcionamiento de salas blancas no ha evolucionado significativamente en décadas.
En la mayoría de los casos, las tasas de cambio de aire se fijan sin tener en cuenta los niveles reales de contaminación, que no se conocen para un momento o lugar concretos. Existe una variación inherente al proceso y los caudales de aire se fijan mucho más altos de lo que realmente se necesita para controlar los niveles de contaminación.
La eficiencia se une a la sostenibilidad
Normalmente, los sistemas de control HVAC de las salas blancas se basan en un mecanismo de control de volumen de aire constante (CAV), que suministra un caudal de aire constante a una temperatura variable.
La mayoría de los sistemas CAV son sencillos y, por tanto, se consideran fiables y fáciles de mantener.
Desde que la eficiencia y la sostenibilidad se han convertido en el centro de atención de cualquier empresa y centro de investigación concienciado, se requiere un nuevo tipo de mecanismo de control del caudal de aire. Una nueva filosofía de control puede ahorrar en torno al 50% de los costes totales del ciclo de vida y también puede aliviar considerablemente la carga sobre el medio ambiente.
Además, combinado con la metodología de control predictivo de modelos, todo el sistema HVAC se vuelve inteligente; hasta cierto punto. Aunque el control predictivo por modelos se utiliza desde hace tiempo en la industria de procesos, su uso en HVAC sigue siendo relativamente novedoso y ofrece una oportunidad real de eficiencia.
Los nuevos sistemas HVAC ofrecen una solución de acción rápida, predictiva y de autoaprendizaje. Unos sofisticados algoritmos garantizan que se mantengan siempre la clasificación deseada y el margen de confort aceptable para el usuario.
El flujo de aire puede optimizarse eficazmente cuando un sistema de este tipo tiene en cuenta los datos en tiempo real a través de la ventilación controlada por demanda basada en sensores. Al hacerlo, tiene en cuenta la ocupación de la sala y los niveles reales de generación de partículas.
Además de una eficiencia óptima, también es muy deseable un control automatizado de la calidad del aire.
La supervisión y el control en tiempo real de una serie de variables clave permiten al sistema inteligente de control HVAC leer las condiciones atmosféricas actuales y realizar alteraciones en el sistema cuando sea necesario para mantener la calidad del aire y la consiguiente integridad del producto.
Condiciones secundarias como la temperatura, la humedad y la presión estática de la unidad de tratamiento de aire (UTA) pueden controlarse como parte de un único algoritmo para maximizar el cumplimiento de las normas y el rendimiento energético.
Gracias a algoritmos basados en el razonamiento, el sistema de ventilación de salas blancas también puede controlar la ocupación de la sala en tiempo real. Este diseño del sistema permite cambios en el número de ocupantes y ajusta posteriormente la tasa de cambio de aire para el nivel de ocupación actual, optimizando así la tasa de cambio de aire como resultado.
Al mismo tiempo, la climatización inteligente facilita enormemente el cumplimiento de la normativa mediante la automatización de procesos.
Un sistema HVAC moderno mantendrá la cascada de presión requerida, que también es necesaria para la protección del producto, cuando funcione un conjunto de salas, con diferentes clasificaciones y condiciones. El sistema puede controlar una o varias salas en función de las necesidades.
El reto de la modernización
Tradicionalmente, la adaptación de un sistema inteligente de calefacción, ventilación y aire acondicionado a una sala blanca existente ha sido un reto, ya que muchas de las soluciones disponibles en el mercado sólo podían implantarse con éxito en una sala blanca completamente nueva.
A pesar de las claras ventajas de los nuevos sistemas de control HVAC, las empresas suelen mostrarse reacias a actualizarlos por miedo al fracaso.
Los proyectos de modernización pueden ser desde minúsculos hasta grandiosos, pero dado que muy pocos elementos tienen que construirse desde cero, una inversión en modernización de salas blancas bien planificada puede proporcionar una tecnología avanzada de control de la contaminación y, en última instancia, aumentar los beneficios.
Uno de los objetivos típicos de los programas de modernización de salas blancas es optimizar su eficiencia energética y, al mismo tiempo, mantener o mejorar los requisitos medioambientales críticos. Gracias a las recientes mejoras en los algoritmos de control predictivo, es totalmente posible que un sistema inteligente de calefacción, ventilación y aire acondicionado se adapte y aprenda las características de la sala blanca en la que está instalado. La tasa de recuperación operativa de la sala limpia puede aprenderse y mantenerse como parte de las capacidades del algoritmo del sistema.
Quizá uno de los aspectos más importantes de la retroadaptación es que es prácticamente a prueba de fallos. Cuando se retroadapta una sala blanca, no se sustituye el sistema de gestión de edificios existente.
Por lo general, los ventiladores y difusores de aire obsoletos se sustituyen por diseños más aerodinámicos para garantizar un flujo de aire más eficiente; a continuación, los controladores de volumen de aire constante (CAV) se actualizan por otros variables (VAV) y se instala un nuevo sistema de control en paralelo al BMS existente para controlar las partes que sólo son necesarias para garantizar los requisitos designados de una sala blanca concreta.
El BMS anterior permanece intacto y, de hecho, sigue gestionando sistemas distintos de los parámetros de climatización de la sala blanca y, si por cualquier motivo falla la nueva unidad de control, todo el sistema volverá automáticamente al BMS antiguo para garantizar un funcionamiento ininterrumpido, la seguridad y la integridad del producto.
Por último, la adaptación de una sala blanca no tiene por qué provocar una interrupción importante de la producción. No existe una norma industrial en sí, pero con mucha preparación previa es perfectamente posible adaptar una sala blanca media en un periodo de parada de poco más de dos semanas, seguido del periodo necesario de supervisión adicional.
A diferencia de lo que ocurre en otras industrias, las consideraciones de rendimiento y los márgenes de beneficio más gruesos no suelen ser los principales motivos que impulsan a las empresas farmacéuticas a modernizar sus salas blancas. Históricamente, las instalaciones farmacéuticas se han diseñado teniendo poco en cuenta la eficiencia energética, anteponiendo la calidad del producto a cualquier otra cosa.
Los sistemas se diseñaban normalmente para ofrecer las mayores garantías de condiciones ambientales constantes. Sin embargo, con la creciente preocupación por el medio ambiente, el sector se plantea la cuestión clave de si es posible salvaguardar la seguridad del cliente sin que el medio ambiente se resienta.
Panorama general
La eliminación de las ineficiencias de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado podría suponer un ahorro potencial de 15,5 millones de libras en costes energéticos y una reducción de 118.000 toneladas de CO2.
Y lo que es más importante, estas ineficiencias pueden abordarse sin comprometer la seguridad de los productos ni el cumplimiento de la normativa. La energía utilizada para acondicionar, suministrar, filtrar y eliminar el aire suele representar aproximadamente entre el 50% y el 75% de todos los costes energéticos de una instalación, con sistemas HVAC que funcionan muy por encima de los niveles requeridos para cumplir las normas reglamentarias y, por tanto, inflan innecesariamente la factura energética de la empresa.
Además, la supervisión en tiempo real hace que la auditoría medioambiental sea más fácil y fluida. Se pueden recuperar datos históricos fiables y precisos a demanda para respaldar informes medioambientales y demostrar que los productos se fabrican de forma segura. Ambas cosas pueden hacerse sin desviarse del modo de funcionamiento estándar de una sala blanca.
La eficiencia energética ya no puede considerarse con complacencia. Hacer frente al calentamiento global y reducir la carga de los costes energéticos es ahora más importante que nunca, especialmente en la fabricación de productos farmacéuticos.
En este contexto, un sistema HVAC inteligente, ofrece una doble ventaja. Las empresas pueden confiar en la seguridad de sus productos al tiempo que reducen sustancialmente el consumo de energía.
Desde Isobox Sytems, mantenemos en todos y cada uno de nuestros proyectos, un firme compromiso medioambiental, favoreciendo la eficiencia energética en el uso de las instalaciones de salas blancas que desarrollamos.