Principios básicos, consejos y trucos
Introducción
El aire comprimido ofrece muchas oportunidades para ahorraren costos de energía. Este informe técnico explica todos los pasos individuales del proceso de optimización, desde la producción y el procesamiento de aire hasta cómo mejorar la red de tuberías. El proceso debe comenzar con un análisis profundo sobre su uso actual del aire comprimido.
Estas son las cifras: La generación de aire comprimido representa alrededor del 10 % del consumo de electricidad industrial. El aire comprimido tiene muchos usos como energía almacenada o como medio de procesamiento. Sin embargo,también es cierto que el aire comprimido puede ser una forma relativamente costosa de energía almacenada, si las oportunidades de ahorro de energía no se implementan de manera correcta.
Ejemplos y análisis de casos anteriores documentados demuestran que es posible alcanzar hasta un 30 % de ahorro en el consumo de energía, incluso aunque considere que su sistema actual tiene un funcionamiento eficiente.
En resumen, todas las empresas que utilizan aire comprimido siempre tienen la posibilidad de mejorar la manera en que lo hacen.
Los costos de energía representan más de dos tercios del costo total de propiedad.
El consumo de energía es un factor muy preponderante, en especial si se considera que los costos de energía constituyen la mayor parte del costo total de una estación de aire comprimido. Diversos estudios sobre este tema han determinado que alrededor del 80 % de los costos del ciclo de vida útil está asociado al consumo de energía.
También es sorprendente que, en muchas empresas, el consumo de aire comprimido es un concepto totalmente desconocido(el 70 % en una encuesta), y solo el 20 % de las empresas encuestadas ha intentado implementar un proceso para optimizar sus redes.
Lo primero: Medir el consumo de aire
El proceso de detectar ahorros potenciales comienza al capturar datos sobre el uso de aire y ponerlos a disposición para su análisis.Durante este paso, también es importante tener en cuenta los costos de energía relativos al aire comprimido, desglosados según el consumo en cada área de producción. Este único paso, tan importante, ha permitido obtener ahorros de hasta un 30 % a un 40 %en el consumo y los costos de aire comprimido
El mayor ahorro: Eliminar las fugas
El propósito de este informe técnico es destacar los posibles ahorros relativos al aire comprimido y, al analizar todos los pasos involucrados, la eliminación de fugas en la red de aire comprimido es la parte más importante del proceso. Inclusive en empresas que mantienen sus instalaciones de forma adecuada, se puede perder hasta un 30 %del aire comprimido que se genera debido a fugas.Por ejemplo, una única fuga con un diámetro de tan solo 1/8 de pulgada produciría una pérdida de 32 cfm en una red de 125 psi. Esto representaría costos de energía adicionales de miles de dólares por año. Sin embargo, examinar la red para detectar fugas es una tarea sencilla y se puede realizar con un detector de fugas acústico ultrasónico. El tiempo de recuperación del costo por arreglar fugas en el sistema normalmente es seis meses.
Eficiencia en la generación de aire comprimido
Al planificar y optimizar sistemas de aire comprimido, siempre se debe tener en cuenta que un compresor convierte aproximadamente el 7 % de la energía eléctrica consumida en energía potencial.La mayor parte de la energía se libera como calor residual, lo que lleva a un coeficiente de eficiencia muy bajo. Por eso es tan importante utilizar la energía disponible de manera eficaz y maximizar todas las opciones posibles de ahorro de energía.
Costos por inacción: Más altos a largo plazo
En la práctica, puede haber muchas razones para no tomar medidas y pensar en el ahorro de costos; sin embargo,esto no debería impedir que los encargados de tomar decisiones tengan en cuenta los puntos que se presentan en este informe técnico.
Los aspectos básicos de la planificación: Estación de aire comprimido
Al planificar (o ampliar o modernizar) una estación de aire comprimido, el usuario puede elegir entre distintos tipos de compresores.
Existen diversos factores para considerar en cuanto al rendimiento que se necesita del sistema, especialmente la presión (psi) y el caudal (cfm). Parámetros importantes, como la calidad de aire requerida y el consumo total de energía, establecerán si se debe usar una unidad “lubricada por aceite” o una “libre de aceite”.
También es importante tener en cuenta que cada componente de procesamiento requiere energía adicional, ya sea directa o indirectamente (a causa de la presión diferencial; lea más sobre este tema a continuación).
¿Libre de aceite o lubricado por aceite?
En términos de energía, un compresor de tornillo, de una etapa, con inyección de aceite ofrece ciertas ventajas, ya que funciona a una temperatura más baja y, por lo tanto, con un grado mayor de eficiencia. Probablemente esta sea la mejor opción para muchas empresas que necesitan un compresor de hasta 100 kW. Si necesita aire comprimido de calidad óptima, también podría evaluar la implementación de un compresor de tornillo de dos etapas, en especial cuando tiene una combinación térmica con un secador de adsorción, que utiliza el calor del compresor para regenerar el agente secante. En este caso, también serían adecuados los compresores de pistón de dos etapas, libres de aceite, dado que son entre un 5 % y un 10 % más eficaces que los compresores de tornillo y funcionan con una pérdida sin carga más baja.
Las nuevas tecnologías ofrecen eficiencias potenciales
Al momento de elegir, tenga en cuenta que existen nuevas tecnologías de compresión que ofrecen ventajas claras en términos de eficiencia energética. Entre ellas, se encuentra la gama de compresores libres de aceite/sin aceite desarrollada por Gardner Denver:
- El compresor de tornillo con inyección de agua, libre de aceite, de la serie Enviro Aire VS.
- Los compresores turbo Quantima de velocidad variable, libres de aceite y de dos etapas.
- La serie Ultima con 2 etapas de compresión libres de aceite, cada una impulsada por un único motor sincrónico, de alta velocidad, de imán permanente y de velocidad variable.
¿Qué sucede con el calor residual?
Como se mencionó al comienzo, la mayor parte de la energía consumida en la generación de aire comprimido termina siendo calor residual, no aire comprimido. Sin embargo, si uno puede aprovechar este calor residual, la eficiencia de la generación de aire comprimido aumentará
considerablemente, ya que la energía se reutiliza en otros lugares. En una empresa o una fábrica, es posible que haya muchos procesos impulsados por calor que pueden utilizar esta fuente de calor disponible, por ejemplo, el secado térmico y la calefacción de edificios,y el suministro de agua caliente para consumo o el procesamiento de agua. Dada la variedad de sus funciones, el calor se puede utilizar durante todo el año,no solo en épocas más frías. Estos sistemas de recuperación de calor son comparativamente fáciles de instalar y ofrecen un alto potencial de ahorro de energía.
¿Qué sucede con el calor residual?
Un parámetro adicional que se debe controlar con atención para garantizar la eficiencia energética es la presión de la red. Por ejemplo: si una empresa opera una red a 125 psi y puede reducirla a 100 psi, lograría un ahorro cercano al 12,5 % en el consumo de energía. En el mejor de los casos, esto se puede lograr sin grandes cambios técnicos, ya que la presión que requiere el sistema a menudo se establece de manera arbitraria, sin verificar si el nivel de presión máxima es realmente necesario. Sin embargo, también existen otros métodos para reducir la presión del sistema, por ejemplo, un tanque de almacenamiento y tuberías con sección transversal de tamaño adecuado, así como un sistema de control moderno y apropiado.
Tratamiento de aire: Usar solo lo necesario
Muy ligado a la elección del compresor, se encuentran las opciones de herramientas de tratamiento de aire.Si elige un compresor más eficiente, lubricado con aceite, cuando lo que en realidad necesita es aire comprimido de calidad, terminará gastando lo que ahorre en costos de energía para el tratamiento de aire adicional.
Esto se debe a que,independientemente de que un componente de procesamiento requiera energía eléctrica o no, la presión diferencial incrementa la energía necesaria para el tratamiento del aire comprimido. Los secadores de adsorción usan cierta cantidad de aire comprimido como aire de recuperación/ regeneración, lo que aumenta el consumo de aire y repercute de manera negativa en los costos de energía. La presión diferencial es un parámetro crítico para la elección relativa a los filtros de aire. El usuario debe asegurarse de que el rendimiento de su red se haya calibrado usando métodos estándar, y que la presión diferencial operativa se mantenga baja de manera uniforme el mayor tiempo posible.
En resumen, diversos componentes,como prefiltros, secadores y microfiltros, conducen rápidamente a una reducciónde la presión del sistema de 10 psi o más, lo que trae aparejado un incremento en el consumo de energía del 8 % al 11 %. Esto también significa que el usuario debe monitorear la presión diferencial y, si aumenta, debe cambiar el elemento del filtro o buscar la causa.
Red de tuberías:
Cómo evitar cuellos de botella
Una red de tuberías es como una cadena: es tan fuerte como lo es su eslabón más débil. Esto significa que cada punto estrecho genera una pérdida en la línea y aumenta el consumo de energía.Por este motivo se deben controlar las secciones transversales de las tuberías y los elementos de conexión, y reemplazarlos si fuera necesario, siempre respetando las inspecciones regulares para detectar fugas. Antes de realizar esta tarea, se recomienda apagar todas las herramientas neumáticas con válvulas de
bola que no sean necesarias, ya que las fugas pueden presentarse en las herramientas si no reciben un mantenimiento adecuado.
Optimización del sistema de control
Otro componente clave que aún no analizamos es el sistema de control de la red de aire comprimido. El sistema de control tiene una enorme influencia en el consumo de energía y, por eso mismo,es una parte esencial del proceso de optimización. Lo mejor es comenzar con un análisis completo de la instalación existente, del que se derivará cuál es el mecanismo de control ideal. Se deberá analizar la configuración de cada cliente en particular para decidir si un compresor de velocidad variable es una opción inteligente para el ahorro de energía y qué concepto de control es el más económico: control de carga base, control en cascada, control según la demanda, etc. El objetivo es evitar costos por funcionamiento sin carga y operar los compresores individuales dentro del rango de carga óptima. También debe considerar el tamaño de los depósitos de aire comprimido.
