Generadores aire comprimido.
Los compresores de aire comprimido, son maquinas térmicas diseñadas para aumentar la presión, su funcionamiento es básicamente, que aspiran el aire atmosférico ambiental, a través de un sistema filtrado y lo comprimen a la presión seleccionada, bien con una salida directa, o a un calderín donde se acumula.
Tipos de compresores:
1º) COMPRESOR DE PISTON:
En esencia es una maquina con un mecanismo de pistón-biela-cigüeñal, todos los compresores se accionan por alguna fuente de movimiento externa, lo más común es que sean motores eléctricos.
2º) COMPRESOR DE TORNILLO:
Es un compresor de desplazamiento positivo. El compresor de tornillo basa su tecnología en el desplazamiento del aire, a través de las cámaras que se crean con el giro simultáneo y en sentido contrario, de dos tornillos, uno macho y otro hembra. El aire llena los espacios creados entre ambos tornillos, aumentando la presión según se va reduciendo el volumen en las citadas cámaras.
3º) COMPRESOR DE PALETAS:
Un compresor rotativo de paletas es un tipo de compresor en el cual el rotor gira en el interior de un estátor cilíndrico. Durante la rotación, la fuerza centrífuga extrae las paletas de las ranuras para formar células individuales de compresión. La rotación reduce el volumen de la célula y aumenta la presión del aire.
REDES AIRE COMPRIMIDO
Después de salir del compresor, el aire debe transportarse hasta el punto de aplicación y esto se hace a través de la red de aire comprimido. En la red de aire existen la red principal, que es la encargada de transportar todo el caudal de aire que necesita en la planta y la presión máxima que entrega el compresor, y la red secundaria, que entrega el aire comprimido en el punto de utilización.
TIPOS REDES AIRE COMPRIMIDO:
1º) ABIERTAS:
Es poco recomendable porque produce caídas de presión considerables y además es difícil de hacer mantenimiento en los tramos de tubería, porque se necesitaría aislar toda la tubería, es decir, habría que parar la planta. Solo se usa donde hay pocas aplicaciones.
2º) CERRADAS:
Al formar el anillo se alimenta la línea por dos tramos de tubería desde el compresor, permitiendo hacer mantenimiento en línea, sin dejar de suministrar aire al resto de las aplicaciones, es el tipo de red más utilizado en la industria.
3º) INTERCONECTADAS:
Es una red cerrada con interconexiones dentro del anillo. Es utilizada en lugares donde hay muchas aplicaciones o en caso de ampliación.
Ahorro energético aire comprimido:
Las instalaciones de aire comprimido utilizan habitualmente más energía de la requerida por el consumo de aire de la planta. Proponemos 5 ideas para lograr un considerable ahorro energético.
El instalaciones industriales es una de las fuentes de energía más usadas en las instalaciones industriales. Se estima que el aire comprimido supone más del 20% del consumo energético de las industrias. Este porcentaje puede variar y ser incluso muy superior en algunos procesos industriales.
Es curioso observar cómo las diferentes industrias se preocupan por desarrollar planes de ahorro energético, comprar equipos de alta eficiencia o controlar las emisiones que genera su proceso productivo, pero generalmente se olvidan de dimensionar correctamente su instalación de aire comprimido.
Generalmente se le da más importancia a la inversión en la compra de los equipos (solo un 12% de la cuenta de explotación), que al análisis del costo que mayor impacto tiene en la cuenta de resultados de la empresa: la energía consumida (aproximadamente el 72% de la cuenta de explotación).
Esta circunstancia provoca que, compresores aparentemente eficientes, generen un consumo energético muy elevado y por tanto, un alto coste de explotación con un gran impacto medioambiental.
En este artículo ofreceremos 5 consejos para conseguir un considerable ahorro energético en una instalación de aire comprimido. Para ello, nos basaremos en un caso sobre el que pondremos en práctica los citados consejos.
I. Realizar una auditoría
El primer paso es conocer la situación real de la planta de aire comprimido. Para ello se utiliza un sistema de medición y análisis, como el desarrollado por la empresa Boge. Los equipos de medición colocados en la instalación de aire comprimido nos permitirán saber cómo está funcionando en realidad el sistema de aire comprimido actual.
Como se puede ver en la imagen superior, el perfil de la demanda generado por el equipo de medición de Boge nos muestra una planta que trabaja en tres turnos, con un consumo de aire variable entre 5 y 12 m3/min.
Para completar el estudio disponemos de forma adicional de la siguiente información:
- La empresa analizada dispone de un compresor de tornillo de 90 kW, con un caudal de 15,7 m3/min y una presión de 8,5 bar.
- Precio medio de la energía eléctrica 0,12 €/kW.h
- Precio medio del gas natural 0,04 €/kW.h
- Horas trabajadas/año 6000 (estimación)
- Horas de calefacción/año 2000 (estimación)
Reflejamos toda la información obtenida en la auditoría en la siguiente tabla:
II. Cerrar el anillo neumático
Es muy habitual en las plantas industriales que el trazado de tubería esté diseñado de forma aleatoria, es decir, se llevan los tubos del aire comprimido de forma independiente a cada punto de consumo.
Esta distribución aleatoria de la tubería provoca caídas de presión en puntos de consumo extremos a los que no llega el aire con facilidad. Cuando el usuario se percata de esta caída de presión, la reacción automática es elevar la presión del compresor o comprar un compresor diseñado para trabajar a una presión superior. Esta forma de actuar provoca un consumo adicional de energía y la ineficiencia del sistema de aire comprimido.
La solución no siempre es sencilla, pero en la medida de lo posible, se debe diseñar una red de aire comprimido en anillo, cerrado por sus extremos. De esta forma, las presiones quedan compensadas por ambos extremos del anillo y las caídas de presión son mucho más reducidas. En la siguiente figura se ve un ejemplo de desarrollo en anillo.
Siempre que sea posible, se deberá dimensionar adecuadamente el diámetro de las tuberías. Aunque el costo inicial pueda ser algo más elevado, a la larga se amortiza con los ahorros de energía. No es recomendable que la pérdida de carga máxima en un circuito de aire comprimido sea superior a 0,1 barg ó 0,2 barg. En instalaciones muy grandes, donde esos valores sean difíciles de alcanzar, se deberá aproximar todo lo posible o procurar que la velocidad del aire comprimido esté como máximo entre los 6 m/seg y 10 m/seg.
III. Reducir las fugas de la red de aire y los consumos indebidos o artificiales
Todas las redes de aire comprimido tienen fugas de aire. Es algo tan habitual que en muchas industrias no se le da importancia. En el caso de la planta que estamos analizando, se realizó un análisis de fugas durante un fin de semana con el equipo de medición de Boge.
El trabajo se realizó con la planta parada, sin producción. A pesar de ello, el equipo de medición de Boge detectó un consumo de 2,3 m3/min, es decir, el consumo equivalente a un compresor de 15 kW.
Una vez realizadas las reparaciones necesarias en la red de aire comprimido, se consigue reducir las fugas en 1,85 m3/min, consiguiendo un ahorro de:
1.85 x 5.96 x 6000 x 0.12 = 7.938 €/año de ahorro
Se puede ampliar el cálculo si multiplicamos esa cifra por el número de años que la planta llevaba en esas condiciones, descubriendo el enorme costo energético producido en la planta.
Como se puede ver en las cifras calculadas, la pérdida de eficiencia de una red de aire por fugas supone un importe considerable al cabo del año. Estas cifras justifican la revisión periódica de la red para detectar nuevas fugas que puedan ser corregidas. Existen en el mercado sistemas de detección de fugas que permiten a los técnicos localizar los puntos de pérdida de aire de forma rápida y sencilla.
Otro aspecto importante es la determinación del consumo indebido o artificial. Nos referimos al uso del aire comprimido para trabajos que no estaban previstos en su diseño. Son muy habituales: el soplado para limpieza, la apertura de válvulas de purga manuales, los sistemas de purga atascados o mal regulados, el vaciado de condensados de depósitos, la regulación de los sistemas de aire comprimido complejos de forma manual, el excesivo consumo durante la regeneración de las torres de secado, boquillas de soplado inadecuadas o con diámetros excesivos, etc.
Mantener una red con un nivel de fugas muy reducido no es un trabajo costoso, sino económico y amortizable a muy corto plazo.
IV. Aprovechamiento de la energía disponible
En el proceso de compresión se genera calor. ¿Por qué no aprovecharlo?
Aproximadamente el 94% de la energía de entrada en el compresor es transformada en calor y es disipada a través del aire o el agua de refrigeración.
Podemos aprovechar esa energía para calentar agua que luego pueda ser usada para calefacción, duchas o en determinados procesos industriales.
La forma de usarla es muy sencilla. Existen unos módulos, como el Boge Duotherm, que básicamente, están formados por un intercambiador que aprovecha el calor del compresor para calentar agua. Con estos equipos, podemos llegar a recuperar hasta el 85% de la energía y disponer de agua caliente hasta 70º C.
En el caso de nuestro ejemplo, se instaló un Duotherm para conseguir agua caliente y usarla en el sistema de calefacción de la nave de producción durante el invierno. La planta tenía un consumo estimado en calefacción de 110.000 kW.h/año y con el Boge Duotherm, se consiguió un ahorro de 59.000 kW.h/año, aprovechando el calor residual del compresor. Esto supuso un importante ahorro económico:
59.000 x 0,04 = 2.360 €/año de ahorro
También en este punto se puede ampliar el cálculo al número de años que la empresa llevaba sin usar el Boge Duotherm, observando que la amortización del equipo podría haberse realizado en un periodo muy corto.
V. Analizar el compresor instalado
Una vez resueltos los primeros 4 primeros pasos, con los que se ha conseguido mejorar claramente el rendimiento del sistema de aire comprimido instalado, se debe analizar si el compresor disponible en la planta es el correcto.
Es evidente que la compra de un nuevo compresor podría suponer una inversión importante, pero hay que considerar que el gasto más elevado dentro de los costes de explotación de una industria es el consumo de energía y no la inversión inicial. Por esa razón, un cambio de compresor podría ser interesante, amortizándose con el propio ahorro energético.
En el caso del ejemplo, existe una reducción de caudal evidente, así como un perfil de la demanda con un caudal muy variable, según se desprende de la auditoria realizada con el equipo de Boge.
Después del análisis, la solución adoptada para la planta fue instalar un compresor más pequeño y de velocidad variable.
En este caso, se decide instalar un compresor Boge de velocidad variable y 75 KW de potencia con un caudal entre 5,1 m3/min y 14,19 m3/min. El compresor cubre el caudal máximo requerido por la planta, con un margen de seguridad que permite absorber puntas o ampliaciones futuras.
Con la instalación del nuevo compresor, se mantienen las mismas prestaciones requeridas por el proceso, pero con un motor de una potencia 15 kW inferior y con una reducción de la presión máxima en 1 bar. Sin hacer grandes números, es evidente el gran ahorro energético conseguido.
Conclusión final
Una vez realizados todos los cambios, se instala nuevamente el equipo de medición de Boge para analizar el cambio real producido en el sistema de aire comprimido.
En la siguiente tabla se puede ver la diferencia entre la situación inicial y la final, así como los ahorros logrados gracias a los cambios realizados.
Este estudio es un ejemplo práctico aplicable a cualquier instalación. Con él hemos querido mostrar los cinco puntos de análisis con los que verificar que una instalación de aire comprimido esté bien dimensionada. Las cifras mostradas en el estudio corresponden a un caso concreto que no tiene por qué ser idéntico a otros, pero que demuestra los puntos débiles de un sistema de aire comprimido y cómo corregirlos para obtener ahorros energéticos cuantificables.
