Compresores de aire: desde la perspectiva del motor
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Compresores de aire: desde laperspectiva del motor
Finalidad y objetivosComprender las consecuencias ligadas a los sistemas de
aire comprimido.Comprender como seleccionar y controlar un compresor de
aire de manera óptima para cumplir con las necesidadesreales.
Comprender que los problemas de los sistemas tienen ungran impacto en las horas de funcionamiento del motor.
Aprender a formular preguntas pertinentes sobre lossistemas de aire comprimido durante las auditorías demotores - ¡para saber siempre qué decir y para aprendermás sobre el funcionamiento de la planta!
Índice
• Costo del aire comprimido• Compresores de aire• Control de los compresores de aire• Recuperación de calor• Tratamiento• Demanda• Fugas
Costo del aire comprimido
¿Por qué se puede ganar mucho con el aire comprimido?¿Por qué se puede ganar mucho con el aire comprimido?• En principio, la mayoría de los sistemas de aire comprimido se
diseñan:con la suposición de que "más" es mejor, en lo que se refiere al
suministro,dándole poca o ninguna importancia a la eficiencia del sistema,sin ningún plan para el caso en que la demanda del sistema aumente o
disminuya,con el objetivo de lograr el "costo inicial más bajo“,y con una demanda que no tiene nada que ver con cómo evolucionaron
las cosas.
Y necesitan mantenimiento periódico
¿Cuál es el precio de entrega del aire comprimido?
Por kWh
Basado en un costo de la electricidad de 1 rand/kWh
Costo de la vida útil de los compresores de aire
Compresor de aire de velocidad variable Ingersol RandNirvana
Sistemas de aire comprimidoSistemas de aire comprimido
Compresores de aire
Costo de la vida útil de loscompresores
75%Costo de
laenergía
10%Mantenimiento
15%Capital
"Donde pagarátodos los erroresrealizados enotras partes delsistema"
Compresores
de desplazamiento positivo dinámicos
rotativos reciprocante
de tornillo de paletasdeslizantes
sin aceite con inyecciónde aceite
sin aceite con inyecciónde aceite
centrífugos(solo sin aceite)
axiales(solo sin aceite)
La familia de los compresores
Gráfico de rangos
Gráfico de eficiencias
Usos de la presiónAlta presión 2: ensayos de estanqueidad, centraleseléctricas y plantas de laminación, compresión deoxígeno. Compresores: Compresores de pistón de3 o 4 etapas
Alta presión 1: ensayos de presión en tuberías,moldeo por soplado de contenedores de plástico.Compresores: Compresores de pistón de 3 etapasy de tornillo
Presión media: Neumáticos de vehículos pesados,maquinaria especial
Presión baja: La mayoría de los usos industriales ycomerciales se encuentran dentro de este rangode presión. Compresores: Compresores de pistónde 1 o 2 etapas, de tornillo y centrífugo.
Reducción de la presión - Reducción de loscostos
0123456789
51
%
58
%
65
%
72
%
79
%
86
%
93
%
10
0%
P o te n c ia c o n s u m id a
Pre
sió
n B
ar
"Una reducción de 1 bar ahorra entre un 6%y 7% de la energía"
Compresores reciprocantes
De efecto simple, deuna sola etapa
De efecto doble, deuna sola etapaDe efecto simple, de
dos etapas
Sistemas de aire comprimidoSistemas de aire comprimido
Turbocompresor centrífugo
Características:Capacidad: 35 - 1200 m3/minEtapas: 1 - 6Rango de presión: 3 - 40 bar (g)Rango de velocidad: 3000 - 80000 min-1
Control de los compresores de aire
Control de los compresores de aire dedesplazamiento positivo
Características de rendimiento de los compresores centrífugos
Rango dedisminución(turndown)
Presión dediseño
Fluj
o de
dise
ño
Pres
ión
Bombeo límite(surge)natural
Punto dediseño
Ahogo
Volumen
La importancia de la dimensión delcompresorLos compresores que
operan con carga parcialtienen una eficienciaoperativa deficiente.
Una mejor práctica consisteen usar compresores máspequeños que satisfagan lacarga, a pesar de que laeficiencia a plena carga seamenor.
Las líneas rojas indican elconsumo específico deenergía (SEC). Mientras máslejos se encuentre elcompresor de la línea, peorserá el SEC.
Compresorgrande
Compresorpequeño
Demanda (flujo)
Ener
gía
(kW
)
Sólo a modo ilustrativo
Secuenciación de compresores múltiples
Bal
ance
de
las
máq
uina
s qu
esu
min
istr
an e
l flu
joDemanda (flujo)
Los compresores se vanencendiendo y apagando para quelas máquinas respondan a lademanda.
Se asegura de las máquinas grandesno funcionen por mucho tiempo concargas bajas.
Una de las configuraciones preferidases un compresor grande con modode servicio + espera y un compresorpequeño.
Secuenciador controlador
Compresores Anglian
•Presión más estable
•Menos fugas
•Doble punto de ajustede la presión
•Uso preferencial delas máquinas mejores
Controlador de compresores múltiples (MCC)
Controlador electrónico de compresores múltiples Atlas Copco
Variadores de velocidad
Mejor rendimiento a carga parcial
Seguimiento de la presión de cierre
Sin caja de engranajes
PERO mayor consumo de energía aplena carga:
-No sirven para suministrar cargabase
-Solo una máquina por sistema
Máquinas rotativas: funcionamiento en mododescargado (off load)
• Los compresores muy pequeños puedenencenderse y apagarse mediante uninterruptor de presión.
• Todos los demás tienen que limitar lacantidad de intervalos de encendido yapagado mediante un temporizador. ¡Nolos anule!
• En modo descargado, no se realizatrabajo útil y el consumo de energía cae.Algunas máquinas cambian el motor detriángulo a estrella.
Sistemas de aire comprimidoSistemas de aire comprimido¿Qué hay que medir para determinar el perfil de
la demanda?
Ciclos de carga en máquinas de carga/descarga
Depósitos de aire
• El tamaño debe adecuarse para evitar queel compresor alterne los ciclos condemasiada frecuencia.
• En general, el tamaño en litros es de entre 6y 10 veces el caudal del compresor enlitros/segundo.
• Cerciorarse de que los depósitos estén biendrenados, 50% llenos de agua = 50%menos capacidad de almacenamiento deaire.
• Los depósitos solo pueden absorber flujosmáximos de corta duración.
• Las mejores prácticas valen para losdepósitos de aire seco y húmedo
¡Revise que no haya válvulas dedrenaje abiertas!
¡Revise que no haya válvulas dedrenaje abiertas!
Una válvula de drenajeabierta puede costar máspor mes que lo que saldríaun drenaje automáticopara impedir la pérdida deaire.
Recuperación de calor
Recuperación de calorEn promedio, se puede recuperar un 85% dela energía de entrada para usarla enaplicaciones de calefacción.
Las posibilidades de recuperar el calordependen de:
la demanda de calefacción de la fábrica
la correspondencia entre el funcionamientodel compresor y la demanda de calor.
la cercanía de la estación de compresión alas líneas de distribución de calefacción o alos consumidores
las temperaturas
Aireexterior
Compresor de aire
Compuertas
A lafábrica
A laatmósfera
Aire caliente para calefacción deambientes
NB si se atraviesa un cortafuego hará falta un amortiguador contra incendios.
Compresor
Intercambiador de calor de placas
Almacenamiento de aguacaliente
Uso del agua caliente de los refrigeradores de aire
Muchos compresores vienen con una salida de agua de caliente.
Opciones para eluso de calor
recuperado de loscompresores de
aire
Secado
Calefacción
Servicios parainmuebles
Calefacción deambientes
Calentamientode agua
Regeneraciónde secadorestándar
Secador ycompresorintegrados
Precalentamientode calderas
Agua dealimentación
Aire decombustión
ProcesosTratamientode aire
comprimido
Opciones de recuperación de calor
Tratamiento
¿Por qué hay que tratar el aire comprimido?
La compresión concentra las impurezas
En el aire hay alrededor de 150 millones las partículas de polvo/m 3
A 7 barg hay 1,2 billones de partículas de polvo/m 3
Compresor
Sistemas de tratamiento
CompresorDepósito
Separador deagua
Prefiltro SecadorPostfiltros
Reducen el agua,polvo y aceite enel aire entregado
Trate elsuministroprincipal de airepara conseguir lacalidad mínima yluego mejore lacalidad en cadalugar de empleodel aire segúnsea necesario.
170 litros
1.600 M 3 /hCompresor 1
68%116 litros
extraídos porpostenfriamiento a 35ºC
223%
39 litros en sistemade tuberías enfriados
a 15ºC
35%
8 litrosenfriados
a 2oC
Extracción de condensados
44%
6 litrosrestantes
Todas las cantidades se basan en un solo turno de 8 horas
Consecuencias energéticas del tratamiento de aire comprimidoPunto de rocío apresión, C
Tipo de secador Filtrado Costos adicionalesmás comunes
+3 Refrigerante Uso general 2-3%
-20 Sorción del calorresidual
Ninguno 1%
-40 Regenerado por aire Pre y post 15-18%
-40 Regenerado por calor Pre y post 12-18%
-70 Regenerado por aire Pre y post hasta un 25%
• Si se sobredimensiona es posible que los costos de funcionamiento aumentensignificativamente.
• Si se subdimensiona es posible que haya caídas de presión y que el rendimiento delos sistemas disminuya.
• Tenga en cuenta métodos de conservación de la energía, como por ejemplo, elcontrol del punto de rocío.
En general, el airecomprimido que descarga elpostenfriador del compresorestá 100% saturado de vaporde agua.Si la temperatura del airecomprimido disminuye, elvapor de agua se condensa.
Se puede lograr una primeraseparación del condensado sise instalan las tuberías y lassalidas de aire comprimidocomo se muestra en lailustración.
Separación de condensado
Hay que cerciorarse de que todos los puntos del suministro de aire en losque se recoge el condensado tienen un drenaje fiable.
Drenaje decondensado
Trampas de condensado sin pérdidas
Mucho más fiables que lasde tipo mecánico
Mínimo tiempo apagadas encomparación con las quetienen temporizadores fijos
Sistemas de aire comprimidoSistemas de aire comprimido
Tratamiento del aire comprimido• Especifique el nivel mínimo necesario en la sala del compresor• Proceda a tratar el aire en los lugares de empleo para las zonas
de alta calidad y menor demanda.• Respete las especificaciones de la ISO8573.1:2010• Especifique:
• Partículas en suspensión• Agua (punto de rocío a presión)• Arrastre de aceite
• Clase 0 - 7 para cada contaminante• Mientra más alta es la calidad, más altos son los costos (costos
de capital y de funcionamiento)
Tratamiento - secadores desecantes
Los secadores desecantes pueden llegar aconsumir hasta el 15% de su rendimiento nominalen forma continua.
El secado desecante puede agregar un 10% a loscostos de generación totales, en comparación conel secado por refrigeración.
Los secadores desecantes deben estar dotadosde un interruptor de punto de rocío.
Demanda
DistribuciónEliminación de los cuellos de botella - no
limitarse a aumentar la presión de generación
Utilice depósitos y circuitos en anillo locales
Aumente el tamaño de la red de alimentación
No cree una jungla de caños
Considere la conveniencia de aislar algunaszonas
Aislamiento de la máquina
Aísle la maquinaria de producción a aire cuando no estéen uso
Utilice válvulas de solenoide locales operadas por:– Sensores de falta de flujo– Interruptores de aislamiento– Ausencia del operador (alfombra detectora de presión)– Apagado del aire junto con las luces cuando el personal se
retira
Use métodos similares para las zonas sin uso
Uso indebido del aire comprimido
• Limpieza• Eyección de componentes• Ventilación - refrigeración de gente y de productos• Agitación de pintura o limpieza de baños• Transporte de productos por medio de cintas
transportadoras curvas o rectas• Mantenimiento de productos alineados• Uso de aire a una presión mayor que la necesaria• Generación de vacío a gran escala
Uso indebido del aire comprimido
• Las mejoras de ahorros energéticos pueden producirmejoras en los procesos.
• ¿Es posible en las horas en que no hay producciónse use un compresor pequeño exclusivo y deapaguen los compresores principales?
• ¿Se puede usar un compresor de presión más bajapara algunas tareas, como transporte de polvo?
Pérdidas de presión
• Las pérdidas de presión sedeben a:• filtrado excesivo• diámetro interno pequeño o
pliegues de las tuberías• empalmes angostos que causan
restricciones locales
Soplado
• Use toberas de intensificación (puede ahorrar hasta un40%)• para eyección de productos• para enfriamiento
• Más silencioso, pueden solucionar el problema de zonasde mucho ruido
• Use cuchillos de aire a presión reducida• Use ventiladores• Use pistolas de soplado de baja presión que son más
seguras y silenciosas
Fugas
Costo de las fugas
Demanda de las fugasDemanda de las fugas
Las fugas de aire comprimido son caras y pueden representar entre el20 y el 50% de la demanda de aire total.
La demanda de aire de no-producción puede medirse, calculándola apartir de los ciclos de carga del compresor, o a partir de las tasasde reducción de presión (drawdown). Después de haber restado lademanda de aire válido residual, es posible estimar las fugas delsistema.
La demanda artificial es un componente de la fuga, al igual quecualquier demanda de aire no regulada. Si se reparan las fugas yse permite que la presión del sistema aumente, es posible que lareparación de las fugas se vea consumida por la demandaartificial. Si se controla o se reduce la presión del sistema se podráminimizar el monto de las pérdidas por la demanda artificial.
Causas más comunes de las fugasCausas más comunes de las fugas• Filtro, regulador y
lubricador• Válvulas de drenaje
manuales• Empalmes de
desconexión rápida (QD)• Abrazaderas de
manguera• Empalmes de manguera
de empujar (push-on)• Mangueras cortadas o
pinchadas• Empalmes de tuberías• Uniones de tubería
• Juntas de bridas• Tuberías viejas y oxidadas• Empaquetadura del
vástago del cilindroneumático
• Cuerpo del cilindroneumático
• Válvulas de controldireccional
• Líneas y lumbreras pilotode las válvulas
• Empaquetadura y vástagode las válvulas
Prevención de fugasPrevención de fugas
Aislar las líneas de aire comprimido y los equiposneumáticos de las causas de daño físico, calor yvibración.
Establecer prácticas de instalación de tuberías yestándares de conexión de los equipos, demanera que se obtenga una conexión con elsistema de aire comprimido resistente y durable.
Evitar el uso de tubos de plástico y de conectores deempujar.
Fugas
Realizar ensayo de tasa de fugas,funcionamiento en vacío, tiempo de caída oregistro de datos.
En una fábrica normal, no deben superar el10% de la demanda de la producción media.
En los sitios grandes, pueden llegar hasta el20%; en ocasiones, se midió hasta el 80%.
Puede volver a haber fugas, pero es raro queaparezcan en el mismo lugar.
Se deben realizar campañas de detección defugas permanentemente.
££££
Detección de fugas
• De oído:• Muy efectivo durante las
horas de menos trabajo.• Con agua jabonosa:
• Probado y confiable,requiere mucho tiempo,pero a veces es la únicamanera.
• Ultrasonido• Muy efectivo, incluso en
zonas con mucho ruido defondo.
Índice
• Costo del aire comprimido• Compresores de aire• Control de los compresores de aire• Recuperación de calor• Tratamiento• Demanda• Fugas
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