1.- Contexto
Desde hace más de 100 años, los
procesos químicos y la ingeniería química se encuentran en nuestras vidas suministrando
todo tipo de productos, muchos de ellos utilizados en la vida cotidiana para
actividades tan esenciales como el aseo personal o la alimentación.
La industria química es en
general muy amplia. Así como se cuenta con procesos para la fabricación de ácido
sulfúrico, amoníaco, combustibles, petroquímica o fertilizantes, también se
tienen procesos para la producción de detergentes y jabones, o insumos para la
industria alimenticia u hospitalaria, entre otros.
Particularmente, en la fabricación
de productos químicos básicos (es decir, materias primas para otros procesos
químicos), así como en la fabricación de insumos para la agricultura, la
construcción o la salud, existen requerimientos de operación de planta comunes
a ellos, que contemplan:
·
El fuerte impacto que puede tener una falla o
accidente en planta (ya sea por destrucción de la infraestructura productiva o
por la pérdida de vidas humanas)
·
El impacto ambiental (contaminación severa del
aire, del agua o del suelo)
·
El impacto derivado por una posible explosión
debida a vapores o polvos combustibles
·
Los costos de materias primas y energía (electricidad
y/o combustibles)
En la industria química existe
una serie de requerimientos críticos de seguridad, cuidado ambiental,
eficiencia y rentabilidad que condicionan como en ningún otro sector económico
la viabilidad de las plantas de producción. En este documento, nos ocuparemos
de abordar la viabilidad de las plantas a partir de sus costos de producción, y
en consecuencia porqué sería conveniente y necesario contar con sistemas de automatización
y control de última generación.
2.- Los costos en la industria química
Robert Stobaugh, un reconocido
ingeniero químico, sostenía en los años 80 que son tres los factores que principalmente
condicionan los costos de producción en una planta química:
2.1. Las materias primas
Existen procesos químicos cuyos
costos totales de producción obedecen en un 60% – 80% al costo de sus materias
primas. Eso no solo incluye las sustancias necesarias para la fabricación del
producto terminado, sino también los combustibles para la generación de la
energía requerida para su operación.
Puede decirse, por una parte, que
en la medida en que la producción se incremente (en cuyo caso se podrían
construir economías de escala), y también en la medida que pase el tiempo (y
que los productos tiendan a convertirse en genéricos), los costos debidos a las
materias primas disminuirán porque su precio se reducirá. Para este caso, se
trata de una situación a la que se le puede dar un cierto manejo comercial. La
búsqueda de ventajas económicas en la compra pareciera ser el camino más
indicado.
Por otra parte, es distinto el
caso con los costos de los combustibles, cuyos precios se encuentran atados a
situaciones geoeconómicas y geopolíticas, y que puede cambiar drásticamente
ante situaciones como guerras económicas o militares, completamente ajenas al
aparato productivo como tal. Vemos en la actualidad cómo hay plantas de
producción en Europa que han optado por reducir su producción debido al alto
costo de energéticos como el gas.
Respecto a los costos de la
energía, adicional al propósito de tener procesos con menores consumos, surge
también, frente a los hechos que vienen sucediendo en el mundo durante este año
2022, la necesidad de buscar la manera de operar con nuevas fuentes de energía.
No solo se trata de la viabilidad de las plantas, sino también de economías
enteras.
2.2. El tamaño de la planta
Estratégicamente hablando, las
plantas químicas tienen la posibilidad de producir pequeñas cantidades de
varios productos, o grandes cantidades de un solo producto.
Con el objetivo de alcanzar
economías de escala, en la cual el costo de fabricación por Kg de producto
terminado sea menor, las plantas químicas optan por la implementación de
procesos continuos con capacidades de producción muy elevadas, y con una
infraestructura dedicada a la fabricación de un producto.
Si bien es cierto que estos
procesos continuos requieren de riguroso mantenimiento y supervisión, así como una
elevada inversión inicial de capital, se suelen generar en estos casos economías
de escala y ventajas económicas para la adquisición de materias primas,
servicios y mano de obra. En general, las ventajas terminan superando las desventajas.
Una gran capacidad de producción
suele significar un tamaño considerable de la planta, y a mayor tamaño de la
planta, menor será el costo unitario de producción y mayor probabilidad de ser
competitivos en costos y en precios.
2.3. La tecnología utilizada
Paralelamente al tamaño de la
planta, la tecnología suele jugar un papel muy importante, ya que se trata de algo que evoluciona con el tiempo,
se hace más eficaz y es capaz de solucionar cada vez más problemas de
eficiencia en los procesos (consumo de energía y/o el mayor aprovechamiento de
las materias primas durante la fabricación).
La tecnología instalada en la
planta es un factor de generación de ventajas competitivas, no solo por los
procesos mismos y las patentes que tenga una organización, sino también por la
plataforma de automatización y control con la que cuente (o más bien, se puede
decir que la planta que no tenga un sistema de control y automatización potente
y ajustado a los tiempos, está en desventaja).
La tecnología de automatización
es más bien un requisito para poder estar a la altura de los demás jugadores
del mercado. Si se tienen sistemas de control con tecnología de punta, se está
en capacidad de competir, pero si estos sistemas de control son de versiones
antiguas y/o obsoletas, el rezago competitivo puede ser muy grande.
Un fabricante de productos
químicos que cuente con tecnología de punta y con una planta lo suficientemente
grande como para generar economías de escala, podrá producir a un menor costo y
eventualmente vender a precios más bajos que su competencia.
3. El rol de los sistemas de control en los procesos
químicos
Recién se dijo que la tecnología
es un factor determinante en los costos de producción de los procesos químicos,
haciendo énfasis en que, entre mejor sea la tecnología utilizada, existe una mayor
probabilidad de reducir tales costos.
La implementación automatizada de
un proceso productivo está en manos de los sistemas con tecnología PLC o
tecnología DCS. Aquí reside, dependiendo de lo vigentes que sean estos
sistemas, buena parte de la posibilidad de que las plantas sean eficientes y
rentables, y que puedan además ofrecer precios competitivos para sus productos.
Sacar el mayor provecho posible
de las unidades de proceso en planta implica que el nivel tecnológico del
sistema de control sea de última generación. Cuando se tienen controladores
antiguos o definitivamente obsoletos, se incurre en una serie de situaciones no
deseables, una serie de riesgos latentes que no vale la pena correr en una
industria como la química, cuya sostenibilidad depende en gran medida de la
eficiencia misma de los procesos.
Algunos de esos riesgos latentes
son:
3.1. Composición de los
costos de producción
La experiencia señala que en
plantas modernas (es decir con tecnología de punta), los costos de las materias
primas corresponden entre un 60% y un 80% del costo total de producción. En
estos escenarios, se espera que los costos de energía, mano de obra, servicios,
etc., constituyan una porción minoritaria del total, y eso se puede lograr con
un sistema de automatización confiable y con grandes capacidades de
procesamiento, almacenamiento y comunicación.
El hecho de tener instalados en
planta sistemas de control antiguos / obsoletos conduce a elevar los costos de
mano de obra y de servicios especializados de ingeniería y mantenimiento, el
cual necesita ser muy intensivo al tratarse de equipos ya viejos que a pesar de
su edad no pueden fallar. Es un caso en el que el nivel tecnológico puede jugar
en contra de unos costos de producción razonables.
La tecnología siempre debe jugar
en favor de los intereses del negocio, y un sistema de control antiguo/obsoleto
puede ejercer el papel justamente opuesto.
3.2.- Eficiencia de los
procesos
Como consecuencia de sus
limitaciones tecnológicas, o de su dificultad para implementar nuevas
estrategias de automatización, un sistema de control antiguo / obsoleto es un
obstáculo si se quiere optimizar la eficiencia de los procesos, por ejemplo, si
se quiere implementar innovaciones en los métodos de fabricación, o si se
quiere implementar un esquema mejor informado de toma de decisiones a nivel de
los operadores de planta.
Aspectos como los lenguajes de
programación, la capacidad de sus procesadores, la memoria disponible para
datos y/o programas o la disponibilidad de repuestos son dificultades que
inevitablemente irán en contra de la producción eficiente y la competitividad
en costos.
Estos controladores antiguos
tampoco serán de mucha ayuda al momento de implementar soluciones de eficiencia
energética, bien sea por la elevada capacidad de procesamiento que necesitan
estos algoritmos, o por la incapacidad de comunicarse con los equipos externos de
cómputo que pueden desarrollar esta labor, al no soportar sus protocolos de
comunicación.
3.3.- Confiabilidad
Por más innovador que haya sido en
un principio un sistema de control, siempre llegará el momento en el que se
haga obsoleto y su probabilidad de fallar se incremente. En el caso de un
controlador antiguo / obsoleto, se tiene una mayor probabilidad de paradas no
programadas, y eso obliga a incrementar el mantenimiento y los cuidados para
éste.
Por otra parte, y particularmente
en el caso de procesos continuos, si llegara a presentarse una parada no
programada, el costo debido al lucro cesante y al reinicio del proceso serían
muy elevados.
Entre más antiguos sean los
sistemas de control, su disponibilidad de repuestos es menor, al igual que la
disponibilidad de personal experto en su configuración y mantenimiento. Como
consecuencia, los tiempos para reparar fallas aumentan, y todo eso mezclado termina
siendo la receta perfecta para una posible falla catastrófica que en nada ayuda
a la competitividad en los costos.
No existe una mejor alternativa para
mitigar este riesgo que migrar hacia sistemas tecnológicamente vigentes. Tal
vez la inversión en un nuevo sistema de control no resulte tan elevada como las
pérdidas derivadas de una falla catastrófica.
3.4.- Dificultades de
integración de controladores a sistemas de información
La integración de los
controladores en planta a sistemas centralizados de información y supervisión pone
a disposición de los operadores todo lo que ellos necesitan saber para tomar
decisiones correctas y oportunas referentes al desarrollo del proceso. Si no se
puede lograr la integración de un controlador debido a su obsolescencia, el
resultado es que los datos de alguna porción del proceso no están disponibles
en tiempo real para los operadores, y por lo tanto quedan puntos ciegos en la
toma de decisiones operativas.
Entre los factores que dificultan
la integración a sistemas de información se encuentran los protocolos obsoletos
que utiliza el controlador, las versiones muy antiguas de protocolo que soporta
el controlador, o la incompatibilidad en los formatos de datos.
4.- Resumiendo
Los procesos químicos de fabricación,
dada su naturaleza y el tipo de sustancias que usan y producen, tienen impactos
especialmente fuertes en caso de falla (ya sea a nivel medio ambiental, de
seguridad y/o de rentabilidad en la producción). Para evitar esas situaciones,
se necesita mantener un delicado equilibrio entre costos de producción,
seguridad, eficiencia en los procesos y consumo de energía.
Uno de los recursos que puede contribuir
eficazmente a mantener este equilibrio es la tecnología de automatización utilizada.
A mayor nivel tecnológico, más viable y rentable se hace la planta y sus
procesos internos. Un sistema de control antiguo / obsoleto no ayuda en ese
propósito por que, más que contribuir con la racionalización de los costos de
producción, supone un riesgo de incrementarlos sustancialmente.