Cómo hacer que su 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.

El aire comprimido puede ser una de las formas de energía más caras para las plantas de fabricación, a menudo utilizando 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 a una eficiencia de tan solo el 10 por ciento, a menudo hay mucho margen de mejora. Afortunadamente, el 50% de los sistemas de aire comprimido en instalaciones industriales pequeñas y medianas tienen oportunidades de ahorro de energía de bajo costo.

¿Qué influye en la eficiencia energética del compresor de aire? Estos factores incluyen el tipo, el modelo, el tamaño, la potencia nominal del motor, el diseño del sistema, los mecanismos de control, los usos y el programa de mantenimiento. La razón principal de la compresión de aire ineficiente es la pérdida de calor generada por el aumento de la temperatura del aire presurizado 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 las líneas de suministro, los tanques de almacenamiento de aire, los secadores de aire, los receptores y los refrigeradores posteriores. Al realizar los ajustes correctos en su sistema de aire comprimido, puede ahorrar cantidades significativas de energía y dinero.

Mejore la eficiencia de su sistema con los siguientes enfoques:

Mejorar la calidad de la entrada 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 comprimirse.
2. Composición. El aire de admisión limpio garantiza 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 perjudicial para un sistema de compresión de aire, ya que se acumula dentro del sistema, lo que provoca que los componentes se oxiden. Esto puede provocar desgaste, fugas y reducción de la capacidad de almacenamiento. Es menos probable que el aire seco dañe el sistema de compresión de aire y las herramientas que realizan el trabajo en el punto de uso.

Coinciden con los controles del compresor de aire

Los controles del compresor de aire coinciden con la salida del compresor con las demandas del sistema de compresor, que puede consistir en un solo compresor o varios compresores. Estos controles son esenciales para la eficiencia del sistema de compresores de aire, así como para un alto rendimiento.

Los sistemas de aire comprimido están diseñados para mantener un cierto rango de presión y 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 el contrario, la salida del compresor aumenta.

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 combinar los controles del sistema con la capacidad de almacenamiento.

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

• Los controles de arranque / parada encienden y apagan los compresores en función de la presión.
• Las funciones de carga y descarga descargan el compresor para descargar la presión.
• Los controles de modulación gestionan las necesidades 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 arranque / parada o carga / descarga.
• El desplazamiento variable puede funcionar en dos o más condiciones de carga parcial.
• Los variadores de velocidad ajustan continuamente la velocidad del motor de accionamiento para satisfacer los requisitos de demanda variables.
• Los sistemas con compresores múltiples 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 supera las capacidades de los controles locales y de red. Estos 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 se puede usar para satisfacer las fluctuaciones en la demanda.

Un sistema bien diseñado debe utilizar lo siguiente: control de la 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, al tiempo que soporta fluctuaciones con aire comprimido almacenado a mayor presión.

Para compresores múltiples, 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 las cargas de todo el sistema.

Mejorar el diseño del sistema

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

1. Enderece el trazado. Las líneas de suministro estrechas o las curvas pronunciadas en esas líneas de suministro pueden causar un aumento de la fricción y caídas de presión en el sistema, lo que significa una menor presión que llega al punto de uso. Un mejor diseño sin tantas curvas y bucles debería producir más presión utilizando la misma energía.
2. Ahorre 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 está en su punto más alto. Una caída de presión puede provocar un aumento de la presión del sistema, lo que puede provocar una pérdida de presión de aire. El tamaño de los tanques depende de la potencia del compresor. Un compresor de aire de 50 hp, por ejemplo, necesita un tanque receptor de aire de 50 galones.
3. Enfríe el aire de admisión. Dado que la energía necesaria para comprimir el aire frío es menor que la necesaria para comprimir el aire más caliente, puede reducir la energía necesaria para la compresión moviendo la entrada del compresor a un área sombreada en el exterior. Una reducción de 20 grados Fahrenheit, por ejemplo, puede reducir los costos operativos en casi un 3,8%.
4. Utilice varios compresores pequeños. Los compresores de aire de gran tamaño pueden ser muy ineficientes porque consumen más energía por unidad mientras funcionan con una carga parcial. Estos sistemas pueden beneficiarse del uso de muchos compresores más pequeños con controles de secuenciación, lo que permite apagar partes del sistema simplemente apagando algunos de los compresores.
5. Recuperar el calor residual. El calor residual se puede utilizar para hervir agua para calefacción de espacios y agua de calefacción. Una unidad de recuperación de calor correctamente diseñada puede recuperar del 50 al 90% de la energía eléctrica utilizada en la compresión de aire.
6. Localice áreas cercanas 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 de compresor reducida.

Considere las necesidades de aire comprimido

1. Examine el perfil de carga. Un sistema de aire comprimido correctamente diseñado debe tener en cuenta el perfil de carga. Si hay grandes variaciones en la demanda de aire, el sistema tendrá que funcionar de manera eficiente cuando esté bajo carga parcial. Los compresores múltiples proporcionarán un uso de energía más económico cuando haya grandes fluctuaciones en la demanda.
2. Minimice la demanda artificial. La demanda artificial es el exceso de volumen de aire requerido para un uso no regulado cuando se utiliza una presión más alta de la necesaria para las aplicaciones. Si una aplicación requiere 50 psi y recibe 90 psi, el sistema está produciendo aire sin usar. Los reguladores de presión en el uso final pueden minimizar la demanda artificial.
3. Determine la presión correcta necesaria. Los niveles de presión requeridos deben tener en cuenta 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 fugas. En otras palabras, el aumento de la presión generará una mayor ineficiencia. Por ejemplo, un aumento de 2 psi en la presión del cabezal aumentará el consumo de energía hasta en un 1% debido al consumo de aire no regulado. Para ahorrar energía, debe considerar cómo lograr un alto rendimiento al tiempo que reduce la presión del sistema.
4. Examinar la oferta y la demanda adecuadas. Verifique que los compresores de aire no sean demasiado grandes para el 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. Utilice diagramas de bloques y perfiles de presión. Los diagramas de bloques ayudarán a identificar todos los componentes de 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 entre el separador de aire/lubricante y la etapa intermedia en compresores de varias etapas. Mediante el registro de datos de las presiones del sistema 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. Utilice almacenamiento de aire comprimido. El almacenamiento puede controlar los eventos de demanda durante los picos de demanda al reducir la tasa de caída y la cantidad de caída de presión. También puede proteger las operaciones críticas de otros eventos en el sistema apagando un compresor si es necesario.

Minimizar la caída de presión

Las caídas de presión se producen a medida que el aire comprimido viaja a través del sistema de distribución. Las caídas de presión excesivas pueden causar un rendimiento deficiente y un consumo de energía elevado. 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 los ajustes de control del compresor. Antes de agregar capacidad o aumentar la presión del sistema, asegúrese de reducir las caídas de presión en el sistema. Los equipos de aire comprimido deben funcionar a la presión de funcionamiento más baja para obtener los mejores resultados.

Las siguientes son formas de reducir las caídas de presión:

• Mantenga 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 tuberías basadas en la demanda promedio esperada de aire comprimido sin tener en cuenta la velocidad máxima de flujo.
• Mantenga el equipo de filtrado y secado del aire para minimizar la humedad.
• Asegúrese de que los filtros estén libres de suciedad que restrinja el flujo de aire y cause caídas de presión. El mantenimiento y la sustitución oportunos de los elementos filtrantes son fundamentales para reducir la caída de presión.
• Elija 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 de 7 libras por pulgada cuadrada (psid).
• Elija reguladores, mangueras, lubricadores y conexiones que ofrezcan el mejor rendimiento con el diferencial de presión más bajo.
• Reduzca la distancia que recorre el aire a través del sistema de aire comprimido.

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

Reducir 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 un ahorro de energía significativo. 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.

Mantenga su compresor

Los sistemas de compresión de aire mal mantenidos pueden causar un desperdicio de energía y dinero. Esto hace que sea importante revisar constantemente sus sistemas en busca de fugas, desgaste prematuro y acumulación de contaminantes.

1. Corrige fugas. El aire desperdiciado es la principal causa de pérdida de energía en los sistemas de compresión de aire, desperdiciando entre el 20 y el 30% de la producción de un compresor. Incluso las fugas pequeñas pueden ser muy costosas, con fugas de grandes cantidades de aire a lo largo del tiempo si no se corrigen. Tenga en cuenta que la pérdida de aire es proporcional al tamaño de la fuga y a 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 aumento del tiempo de funcionamiento 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. Las fugas se pueden encontrar en cualquier parte del sistema de aire comprimido, pero la mayoría de las fugas se producen en reguladores de presión, trampas de condensado abiertas y válvulas de cierre, desconexiones, juntas de tuberías, selladores de roscas, acoplamientos, mangueras, tubos y accesorios.

Para estimar la fuga en su sistema de aire comprimido, tome medidas que determinarán el tiempo que tarda el compresor en cargar y descargar. Las fugas de aire harán que el compresor se encienda y apague debido a las caídas de presión causadas por fugas. Calcule el porcentaje de fuga total utilizando el siguiente formulario: Fuga ( % )=. En un sistema bien mantenido, el porcentaje debe ser inferior al 10%. Un sistema mal mantenido revelará fugas del 20% o más.

• detección de Fugas. Un detector acústico ultrasónico ofrece la mejor oportunidad de localizar fugas al reconocer los sonidos siseantes. Los detectores ultrasónicos ofrecen el beneficio de velocidad, precisión, facilidad de uso, versatilidad y la capacidad de ejecutar pruebas mientras el equipo está en funcionamiento.

Si no tiene un detector de fugas ultrasónico, puede aplicar agua jabonosa con pinceles a los posibles puntos problemáticos.

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

Hasta que pueda reparar una fuga, puede reducir las fugas reduciendo la presión en el sistema de aire comprimido. Estabilice la presión del cabezal del sistema en el rango más bajo para minimizar la tasa de fugas.

• Prevención. Un programa adecuado de prevención de fugas puede ayudar a identificar y abordar futuras fugas. 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:
  • Determine el costo de las fugas de aire. Esto servirá de base para determinar la eficacia de las reparaciones.
  • Identificar fugas. Aunque un detector de fugas acústico ultrasónico es el más eficaz, un medidor de mano también puede ayudar a identificar fugas.
  • Documente las fugas. Documente el tamaño, la ubicación, el tipo y el costo estimado de una fuga para que pueda rastrear dónde y cómo se producen las fugas.
  • Priorice fugas más grandes.
  • Ajuste 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 comprobaciones periódicas ayudarán a mantener la eficiencia de su sistema.

1. Cambiar 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 del aire del sistema. Si los filtros no se limpian, las caídas de presión pueden requerir más energía para mantener la misma presión. Además, asegúrese de usar filtros de baja caída de presión, de larga duración y también filtros de tamaño basados en la velocidad máxima de flujo.
2. Mantenimiento. Asegúrese de que existen procedimientos para mantener el sistema de aire comprimido y de que los empleados están debidamente capacitados en estos procedimientos. Esto debería mantener el sistema funcionando de manera eficiente en los próximos años.

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

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