Cómo hacer que tu compresor de aire sea más eficiente

El aire comprimido es una de las formas de energía más utilizadas en muchas industrias, con aproximadamente el 70% de los fabricantes que utilizan un sistema de aire comprimido.

No obstante, puede ser una de las formas de energía más caras para las plantas de fabricación, ya que a menudo utiliza más energía que otros equipos. Un caballo de fuerza de aire comprimido requiere ocho caballos de fuerza de electricidad. Con muchos compresores de aire funcionando con eficiencias tan bajas como 10 por ciento, a menudo hay mucho margen de mejora. Afortunadamente, el 50% de los sistemas de aire comprimido en instalaciones industriales de tamaño pequeño a mediano tienen oportunidades para la conservación de energía a bajo costo.

¿Qué factores influyen en la eficiencia energética del compresor de aire? El tipo, modelo, tamaño, potencia del motor, diseño del sistema, mecanismos de control, usos y programa de mantenimiento influyen de manera directa en la eficiencia energética de nuestros equipos de aire comprimido. La razón principal de la compresión de aire ineficiente es la pérdida de calor generado por el aumento de la temperatura del aire a presión y por la fricción causada por las muchas partes móviles del sistema.

Cuando se trata de la eficiencia del compresor de aire, es importante examinar todo el sistema, que incluye no solo el compresor de aire en sí, sino también líneas de suministro, tanques de almacenamiento de aire, secadores de aire, receptores y post-enfriadores. Al hacer los ajustes correctos en su sistema de aire comprimido, puede ahorrar cantidades significativas de energía y dinero.

Puedes mejorar de su sistema con los siguientes enfoques:

Mejora la calidad de la toma de aire

Hay tres componentes del sistema de compresión de aire que influyen en el rendimiento:

1. Temperatura. La temperatura del aire de admisión determina la densidad del aire. El aire frío requiere menos energía para comprimir.
2. Composición. El aire de admisión limpio asegura que el aire comprimido pueda moverse más suavemente a través del sistema. El aire sucio contiene contaminantes que se acumulan y causan desgaste, así como una capacidad de almacenamiento reducida.
3. Humedad. La humedad puede ser dañina para un sistema de compresión de aire, ya que se acumula dentro del sistema y provoca la oxidación de los componentes. Esto puede provocar desgaste, así como fugas y una capacidad de almacenamiento reducida. Es menos probable que el aire seco dañe el sistema de compresión de aire y las herramientas que realizan trabajos en el punto de uso.

Haz coincidir los controles del compresor de aire

Los controles del compresor de aire hacen coincidir la salida del compresor con las demandas del sistema del compresor, que puede consistir en un solo compresor o múltiples compresores. Dichos controles son esenciales para la eficiencia del sistema del compresor de aire y para el alto rendimiento.

Los sistemas de aire comprimido están diseñados para mantener un cierto rango de presión y para entregar un volumen de aire que varía con las demandas del usuario final. El sistema de control disminuye la salida del compresor cuando la presión alcanza un cierto nivel. Si la presión cae, por otro lado, aumenta la salida del compresor.

Los sistemas de control más precisos pueden mantener una presión media baja sin caer por debajo de los requisitos del sistema. Caer por debajo de los requisitos del sistema puede hacer que el equipo funcione incorrectamente. Por eso es tan importante hacer coincidir los controles del sistema con la capacidad de almacenamiento.

Los siguientes controles pueden ayudar a aumentar la eficiencia de los compresores individuales:

• Los controles de arranque / parada encienden y apagan los compresores según la presión.
• Las funciones de carga y descarga descargan el compresor para descargar la presión.
• Los controles moduladores gestionan la necesidad de flujo, mientras que los controles de varios pasos permiten que los compresores funcionen en condiciones de carga parcial.
• Los controles Dual-Control / Auto-Dual permiten la selección de inicio / parada o carga / descarga.
• El desplazamiento variable puede operar en dos o más condiciones de carga parcial.
• Los variadores de velocidad ajustan continuamente la velocidad del motor para cumplir con los requisitos de demanda variable.
• Los sistemas con múltiples compresores utilizan controles maestros del sistema para coordinar todas las funciones necesarias para optimizar el aire comprimido.
• Los controles maestros del sistema pueden coordinar los sistemas de aire comprimido cuando la complejidad excede las capacidades de los controles locales y de red. Dichos controles pueden monitorear los componentes del sistema y también los datos de tendencias para mejorar las funciones de mantenimiento.
• Los controladores de presión / flujo almacenan aire a mayor presión, que luego puede usarse para satisfacer las fluctuaciones de la demanda.

Un sistema bien diseñado debe usar lo siguiente: control de demanda, almacenamiento, controles del compresor, buenas ubicaciones de señal y estrategia de control general. El objetivo principal de un sistema de este tipo es suministrar aire comprimido a la presión estable más baja mientras se soporta la fluctuación con aire comprimido de mayor presión almacenado.

Para varios compresores, los controles de secuenciación pueden satisfacer la demanda ejecutando compresores para satisfacer las cargas del sistema, mientras los desconectan cuando no son necesarios. Los controles de red también ayudan a administrar cargas para todo el sistema.

Mejora el diseño del sistema

Hay cinco formas de mejorar el diseño de su sistema de compresor de aire.

1. Enderezar el camino. Las líneas de suministro estrechas o las curvas cerradas en esas líneas de suministro pueden causar una mayor fricción y caídas de presión en el sistema, lo que significa que menos presión llega al punto de uso. Un mejor diseño sin tantas curvas y bucles debería producir más presión con la misma energía.
2. Ahorra energía cuando sea necesario. Un tanque de almacenamiento, o receptor, puede amortiguar los cambios de demanda a corto plazo y reducir el ciclo de encendido / apagado. Un tanque también puede evitar que la presión del sistema caiga por debajo de los requisitos de presión mínima cuando la demanda es máxima. Una caída de presión puede hacer que aumente la presión del sistema, lo que puede provocar una pérdida de presión de aire. Los tanques se dimensionan según la potencia del compresor. Un compresor de aire de 50 hp, por ejemplo, necesita un tanque receptor de aire de 50 galones.
3. Enfriar el aire de admisión. Dado que la energía necesaria para comprimir aire frío es menor que la energía necesaria para comprimir aire más cálido, puede reducir la energía requerida para la compresión moviendo la entrada del compresor a un área sombreada afuera. Una reducción de 20 grados Fahrenheit, por ejemplo, puede reducir los costos operativos en casi un 3,8%.
4. Use varios compresores pequeños. Los compresores de aire sobredimensionados pueden ser muy ineficientes porque usan más energía por unidad mientras funcionan con una carga parcial. Dichos sistemas pueden beneficiarse del uso de muchos compresores más pequeños con controles de secuencia, lo que permite que partes del sistema se apaguen simplemente apagando algunos de los compresores.
5. Recuperar el calor residual. El calor residual se puede utilizar para hervir agua para calentar espacios y calentar agua. Una unidad de recuperación de calor diseñada adecuadamente puede recuperar el 50-90% de la energía eléctrica utilizada en la compresión del aire.
6. Ubicar cerca de áreas de alta demanda. Al ubicar los receptores de aire cerca de fuentes de alta demanda, es más fácil satisfacer la demanda con una capacidad general reducida del compresor.

Considera las necesidades de aire comprimido

1. Examina el perfil de carga. Un sistema de aire comprimido diseñado adecuadamente debe considerar el perfil de carga. Si existen grandes variaciones en la demanda de aire, el sistema deberá funcionar de manera eficiente cuando esté bajo carga parcial. Múltiples compresores proporcionarán un uso de energía más económico cuando haya grandes fluctuaciones en la demanda.
2. Minimiza la demanda artificial. La demanda artificial es el volumen de aire en exceso requerido para un uso no regulado cuando se usa una presión más alta que la necesaria para las aplicaciones. Si una aplicación requiere 50 psi y recibe 90 psi, el sistema está produciendo aire no utilizado. Los reguladores de presión en el uso final pueden minimizar la demanda artificial.
3. Determina la presión correcta necesaria. Los niveles de presión requeridos deben considerar las pérdidas del sistema de filtros, tuberías, separadores y secadores. El aumento de la presión de descarga aumentará la demanda de uso no regulado, como las fugas. En otras palabras, los aumentos de presión generarán una mayor ineficiencia. Por ejemplo, un aumento de 2 psi en la presión del cabezal aumentará el consumo de energía hasta en un 1 por ciento debido al consumo de aire no regulado. Para ahorrar energía, debe considerar cómo lograr un alto rendimiento mientras reduce la presión del sistema.
4. Comprueba la oferta y la demanda adecuadas. Verifica que los compresores de aire no sean demasiado grandes para su uso final. Considere todo el uso final, cuantificando el volumen de aire necesario para cada aplicación. Una evaluación general de todo su sistema de aire comprimido debería ayudar a investigar el sistema de distribución en busca de problemas y minimizar los usos inapropiados del aire.
5. Usa diagramas de bloques y perfiles de presión. Los diagramas de bloques ayudarán a identificar todos los componentes en un sistema de compresión de aire. Un perfil de presión revela las caídas de presión en el sistema, lo que debería proporcionar retroalimentación para ajustar los controles. Para completar un perfil de presión, deberá tomar medidas de la entrada al compresor, el diferencial a través del separador de aire / lubricante y la etapa intermedia en los compresores de etapas múltiples. Mediante las presiones del sistema de registro de datos y el flujo de aire, puede determinar las interrupciones del sistema, las cargas intermitentes, los cambios del sistema y las condiciones generales. Las variaciones en la presión y el flujo de aire se pueden gestionar con controles del sistema para minimizar el impacto en la producción.
6. Usa almacenamiento de aire comprimido. El almacenamiento puede controlar los eventos de demanda durante los picos de demanda al reducir la tasa de descomposición y la cantidad de caída de presión. También puedes proteger operaciones críticas de otros eventos en el sistema apagando un compresor si es necesario.

Minimizar la caída de presión

Las caídas de presión ocurren cuando el aire comprimido viaja a través del sistema de distribución. Las caídas de presión excesivas pueden causar un bajo rendimiento y un elevado consumo de energía. Las caídas de presión aguas arriba de la señal del compresor dan como resultado una presión de funcionamiento más baja para el usuario final. Esto requiere presiones más altas para cumplir con la configuración de control del compresor. Antes de agregar capacidad o aumentar la presión del sistema, asegúrese de reducir las caídas de presión en el sistema. El equipo de aire comprimido debe funcionar a la presión de funcionamiento eficiente más baja para obtener los mejores resultados.

Las siguientes son formas de reducir las caídas de presión:

• Mantener un diseño de sistema adecuado. La razón más común para una caída de presión excesiva es el uso de un tamaño de tubería inadecuado entre el cabezal de distribución y el equipo de producción. Esto puede suceder si elige la tubería en función de la demanda de aire comprimido promedio esperada sin tener en cuenta la velocidad máxima de flujo.
• Mantén el equipo de filtración y secado de aire para minimizar la humedad.
• Asegúrate de que los filtros estén libres de suciedad que restrinja el flujo de aire y provoque caídas de presión. El mantenimiento oportuno y el reemplazo de los elementos del filtro son críticos para reducir la caída de presión.
• Elije separadores, secadores, filtros y posenfriadores con la menor caída de presión posible. Un diferencial de presión típico para un filtro, manguera y regulador de presión es el diferencial de 7 libras por pulgada cuadrada (psid).
• Elije reguladores, mangueras, lubricadores y conexiones que ofrezcan el mejor rendimiento con el diferencial de presión más bajo.
• Reduce la distancia que viaja el aire a través del sistema de aire comprimido.

Muchas herramientas pueden funcionar eficazmente con un suministro de aire de 80 libras por pulgada cuadrada (psig) o menos. Al reducir la presión de descarga del compresor de aire, puedes reducir las tasas de fuga, mejorar la capacidad y ahorrar dinero. Sin embargo, las reducciones en la presión de funcionamiento pueden requerir modificaciones en los reguladores de presión, los filtros y el tamaño de almacenamiento. Ten en cuenta que si la presión del sistema cae por debajo de los requisitos mínimos, es posible que el equipo ya no funcione correctamente.

La reducción de las caídas de presión permite que un sistema funcione de manera más eficiente a presiones más bajas. Para maquinaria que utiliza grandes cantidades de aire comprimido, operar el equipo a niveles de presión más bajos puede proporcionar ahorros de energía significativos. Los componentes como cilindros de aire más grandes pueden ser necesarios para mantener la funcionalidad adecuada a niveles de presión más bajos, pero el ahorro de energía debe exceder el costo de equipos adicionales.

Realiza el mantenimiento de tu compresor

Los sistemas de compresión de aire con un mantenimiento deficiente pueden causar desperdicio de energía y dinero. Esto hace que sea importante revisar constantemente sus sistemas para detectar fugas, desgaste prematuro y la acumulación de contaminantes.

1. Arreglar fugas. El desperdicio de aire es la principal causa de pérdida de energía en los sistemas de compresión de aire, desperdiciando tanto como 20 a 30% de la salida de un compresor. Incluso las fugas pequeñas pueden ser muy costosas, ya que se pierden grandes cantidades de aire con el tiempo si no se corrigen. Tenga en cuenta que la pérdida de aire es proporcional al tamaño de la fuga y la cantidad de presión de suministro en el sistema.

Las fugas no solo desperdician energía, sino que también causan caídas en la presión del sistema que hacen que las herramientas neumáticas sean menos eficientes. Esta falta de presión significa que el equipo funcionará más tiempo para lograr los mismos resultados. El mayor tiempo de ejecución también significa mantenimiento adicional e incluso tiempo de inactividad.

La detección y reparación de fugas puede reducir la pérdida de energía a menos del 10 por ciento de la salida del compresor. Se pueden encontrar fugas en cualquier parte del sistema de aire comprimido, pero la mayoría de las fugas ocurren en reguladores de presión, trampas de condensado abiertas y válvulas de cierre, desconectadores, juntas de tuberías, selladores de roscas, acoplamientos, mangueras, tubos y accesorios.

Para estimar la fuga en tu sistema de aire comprimido, tome medidas que determinarán el tiempo que le toma al compresor cargar y descargar. Las fugas de aire harán que el compresor se encienda y se apague debido a las caídas de presión causadas por fugas. Calcule el porcentaje de fuga total utilizando la siguiente forma: Fuga (%) = [(tiempo de carga en minutos x 100) / (tiempo de carga en minutos + tiempo de descarga en minutos)]. En un sistema bien mantenido, el porcentaje debe ser inferior al 10%. Un sistema mal mantenido revelará una fuga del 20% o más.

• Detección de fugas. Un detector acústico ultrasónico es la mejor forma de localizar fugas al reconocer los sonidos sibilantes. Los detectores ultrasónicos ofrecen velocidad, precisión, facilidad de uso, versatilidad y la capacidad de ejecutar pruebas mientras el equipo está en funcionamiento.

Si no tienes un detector de fugas ultrasónico, puedes aplicar agua jabonosa con pinceles en posibles puntos problemáticos.

• Reparación de fugas. Una vez que encuentres una fuga, repararla puede ser simplemente una cuestión de apretar las conexiones. Sin embargo, también puede requerir el reemplazo de acoplamientos, secciones de tubería, mangueras, juntas, trampas, accesorios y desagües. Asegúrate de colocarlos con el sellador de roscas adecuado.

Hasta que se pueda reparar una fuga, puedes reducir las fugas disminuyendo la presión en el sistema de aire comprimido. Estabiliza la presión del cabezal del sistema en el rango más bajo para minimizar la tasa de fuga.

• Prevención. Un programa de prevención de fugas adecuado puede ayudar a identificar y abordar fugas futuras. También ayudará a mantener un sistema de compresión de aire eficiente, estable y rentable. Un programa de prevención de fugas puede ser beneficioso haciendo lo siguiente:
  • Determinar el costo de las fugas de aire. Esto servirá como línea de base para determinar la efectividad de las reparaciones.
  • Identificar fugas. Aunque un detector de fugas acústico ultrasónico es más efectivo, un medidor de mano también puede ayudar a identificar fugas.
  • Documentar las fugas. Documenta el tamaño, la ubicación, el tipo y el coste estimado de una fuga para poder rastrear dónde y cómo ocurren las fugas.
  • Prioriza las fugas más grandes.
  • Ajusta los controles para maximizar el uso de energía.
  • Reparaciones de documentos. Dicha documentación puede indicar el equipo que puede estar causando problemas recurrentes.
  • Revisiones periódicas Las revisiones periódicas ayudarán a mantener tu sistema eficiente.

1. Cambia los filtros . Los filtros se utilizan para garantizar que el aire limpio llegue a los usuarios finales. El polvo, la suciedad y la grasa pueden obstruir los filtros, causando una caída en la presión de aire del sistema. Si no se limpian los filtros, las caídas de presión pueden requerir más energía para mantener la misma presión. Además, asegúrese de usar baja caída de presión, filtros de larga duración y también filtros de tamaño basados ​​en la velocidad máxima de flujo.
2. Mantenimiento . Asegúrate de que existan procedimientos para mantener el sistema de aire comprimido y que los empleados estén debidamente capacitados en estos procedimientos. Esto debería mantener el sistema funcionando eficientemente en los años venideros.

Afortunadamente, existen muchos enfoques para mejorar la eficiencia de su sistema de aire comprimido. Con un mantenimiento adecuado, no hay razón para que tu sistema no pueda proporcionar ahorros de costos junto con un alto rendimiento.

Compresores de aire eficientes

Muchas marcas pueden garantizar un alto rendimiento y un uso mínimo de energía con opciones de ahorro de energía en su línea. La eficiencia energética se traduce en ahorros de costes para tu negocio.

Compresores de velocidad variable. Existen compresores de velocidad variable que ofrecen un diseño de eficiencia energética en el rango operativo más amplio. Los variadores de velocidad regulan automáticamente la velocidad para garantizar que la salida del compresor satisfaga la demanda, ofreciendo un 35% de ahorro de energía en comparación con los compresores de tornillo rotativo convencionales de velocidad fija.

Control de capacidad variable. Un compresor de control de capacidad variable es más eficiente para operaciones que requieren un flujo del 50% al 100%. Si no se necesita la capacidad total del compresor con tanta frecuencia, se puede reducir fácilmente la salida del flujo de aire. Nuestros compresores de control de capacidad variable ofrecen un ahorro de energía del 30% en comparación con los compresores de tornillo rotativo convencionales.

Como has podido leer, seguramente estarás desperdiciando mucha energía en tu actividad diaria lo que supone un coste que se puede ahorrar. En Monzón y Gavín podemos ayudarte a hacer un correcto planteamiento y mantenimiento de tus instalaciones de aire comprimido para que ahorres mucho dinero siendo más eficiente.