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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 2

AIRE COMPRIMIDO

Ing. Alejandro Rueda Albino

JULIO DE 2017

Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Aire comprimido

Generación del aire

Redes de distribución

Unidades de mantenimiento

Secadores

Clases de calidad de aire

Optimización del sistema de generación de aire

Sugerencias para ahorrar

4

Contenido


Aire comprimido

El servicio de aire comprimido es considerado la cuarta utilidadindustrial de mayor uso, (precedida de electricidad, Agua yGas/combustible), su costo de producción y acondicionamiento, seencuentra estimado entre un 7% y 8 % del costo total de operaciónde la industria

Su condición de suministro de fuerza motriz, es preferido sobre laelectricidad, por ser mas seguro y mas flexible

Es el aire libre a quien se ha suministrado presión superior a laatmósfera y también reducido de volumen; que al expandirse producetrabajo. La compresión se efectúa mediante un equipo denominadocompresor

5


El aire comprimido constituye una fuente de energía que ofrecemuchas ventajas como seguridad, flexibilidad y simplicidad, sinembargo, el aire aspirado por un compresor contiene ciertoscomponentes indeseables por razones diversas, tales como:humedad, contenido de aceite, polvo, entre otros agentes más

Las desventajas de la presencia de humedad en el aire comprimidoorigina corrosión en las tuberías metálicas, degradación del poderlubricante de los aceites en las máquinas neumáticas, disminución deldiámetro de las tuberías por congelarse, etc. En tal sentido, por logeneral los compresores tienen trampa de agua, donde el vapor deagua se desprende en el momento que se produce el punto de rocío

Aire comprimido

6


INDUSTRIA EJEMPLOS DE USOS DE AIRE COMPRIMIDOAlimententos Deshidratación, embotellado, controles y actuadores, transporte, limpieza,

envase al vacíoTextiles Agitación de líquidos, transporte, equipo automático, controles y

actuadores,Muebles Accionamientos neumáticos, herramientas, acabados, controles y

actuadoresPulpa y Papel Transporte, controles y actuadoresQuímica Transporte, controles y actuadoresPetróleo Compresión de gas de proceso, controles y actuadoresGoma y plásticos Herramientas , controles y actuadores, conformado, inyección de moldesVidrio Transporte, mezclado, controles y actuadores, soplado y moldeado de

vidrio, enfriamientoFundición Hornos al vacío, controles y actuadores, izajeMetal Mecánica Assembly station powering, tool powering, controls and actuators,

injection molding, spraying

Usos del aire comprimido

Otras aplicaciones del aire comprimido en la industria incluyen los sistemas de combustión,operaciones en reactores químicos, tales como oxidación, fraccionamiento, deshidratación,aireación, etc.


Clases de compresores


Compresor de pistón de una etapa

Compresor de pistón de dos etapas Compresor de diafragma



Según el principio de funcionamiento:

Desplazamiento volumétrico

Compresor de pistón alternativo

Compresor de cruceta, de tronco y de diafragma alternativo

Compresor rotativo de un rotor: Tornillo, paletas, anillo líquido, etc.

Compresor rotativo de dos rotores: Tornillo, lóbulos (roots)

Dinámicos

Compresores radiales (centrífugos)

Compresores axiales (propulsión)

Compresores eyectores


10


Según el tipo de servicio:

Minería

Construcción y obras civiles

Transporte

Servicios generales

Controles y otros servicios en general

Según el tamaño, transporte y duración de trabajo:

Compresores portátiles o transportables

Compresores estacionarios


11


Según el tipo de refrigeración:

Compresores refrigerados con agua

Compresores refrigerados con aire o aceite

Según la presión de descarga:

Compresores de baja presión: presión de hasta 4.5 Kg/cm2 (65PSI)

Compresores de presión normal: presiones de 4.5 hasta 10 Kg/cm2

(140 PSI)

Compresores de alta presión: de 10 Kg/cm2 a más



La presión y la temperatura ambientales disminuyen cuando seincrementa la altitud; estos cambios afectan a la relación decompresión, por lo tanto afectan el caudal y potencia de loscompresores y otros equipos con que trabaja; igualmente afectan ala potencia disponible de los motores eléctricos y de combustióninterna

A medida que aumenta la altura baja la presión y la temperatura, estavariación afecta al rendimiento de los compresores

La altura en el rendimiento del compresor

13


Presión atmosférica para diferentes altitudesAltura sobre el nivel

del mar; piesPresión

atmosférica, PSIAltura sobre el nivel

del mar; piesPresión

atmosférica, PSI

0500

1,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004,5005,0005,5006,0006,5007,000

14.6914.4214.1613.9113.6613.4113.1612.9212.6812.4512.2211.9911.7711.5511.33

7,5008,0008,5009,0009,500

10,00010,50011,00011,50012,00012,50013,00013,50014,00014,50015,000

11.1210.9110.7010.5010.3010.109.909.719.529.349.158.978.808.628.458.28


Variación de capacidad y potencia en función a la altitud

Tipo de compresorReducción en % por cada

1000 m de incrementocapacidad potencia

Tamaño medio y refrigerado por aire 2.10 7.00De tornillo en baño de aceite 0.60 5.00Tamaño grande, pistón y refrigerado por agua 1.50 6.20Tamaño grande, tornillo y refrigerado poragua

0.30 7.00


Algunos factores que influencian en la selección, considerando el tipode compresor y tipo de instalación son:

El uso a que se va a destinar y aquellos requerimientos relativos apresión, aire excento de aceite, etc.

Como y cuanto son los puntos de utilización o puntos de consumo

Demanda de aire (máxima, mínimo, variaciones estaciónales,previsión a futuro)

Tipo de edificación en que se instalara el compresor cuyos factoresa considerar son:

Limitaciones del espacio

Carga que puede soportar el suelo

Limitaciones de vibración

Selección del compresor

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Disponibilidad y costo de agua de refrigeración

Costos de energía, limites de disponibilidad de potencia,limitaciones del ruido y continuidad o intermitencia de necesidadde aire

Condiciones ambientales; los factores que aquí hay que considerarson:

temperaturas externas, grado de contaminación del aire, altitud,etc.

Continuidad o intermitencia en la necesidad de aire

Experiencia del usuario enmantenimiento y manejo

Selección del compresor


Capacidad de aire a instalar

Para calcular la capacidad del aire a instalar se debe considerar lossiguientes factores:

La necesidad de aire total no debe ser el total de losrequerimientos máximos individuales. Si no la suma del consumode aire en valor promedio de cada consumidor

La determinación del consumo de aire en valor promedio seobtiene por medio del llamado “factor de energía”

El factor de carga viene dada por la relación entre el consumo deaire real, el consumo continuo máximo de aire a plena carga

El primer factor es el de tiempo, durante el cual el sistema estarealmente funcionando


El segundo factor es el de trabajo, porcentaje de aire requeridopor el mecanismo que ha de realizar realmente el trabajo, paraobtener el rendimiento máximo posible

El factor de carga es el producto de factor tiempo por factor detrabajo

En el cálculo total de la demanda de aire debe contemplarse lasfugas; y por ello debe añadirse un consumo adicional equivalenteal 10% del consumo total

Las líneas de aire se deben mantenerse herméticas

Capacidad de aire a instalar


Instalación centralizada o descentralizada

En la planificación para una instalación de aire comprimido seestablecerá una planta compresora a una serie de unidades situadasa los puntos principales de consumo

El consumo de aire en los diferentes puntos variará de tal maneraque el máximo no se dé simultáneamente

El caudal requerido para el caso de una planta compresora central,será algo mas bajo que el consumo teórico máximo, la mismacondición se aplicará al consumo mínimo en los diferentes puntosya que la tendencia general se encamina hacia el consumo deaire un tanto mayor. Todo ello significará un menor funcionamientoen vació de la planta central de la compresora y a la mejorutilización de energía. Una planta central permite que se instalenunidades compresoras más grandes que generalmente ofrecen unrendimiento mas elevado


Es importante disponer de cierta reserva de suministro deaire en el caso de una instalación de compresores centralizadas,esto significará un incremento adicional sobre la capacidad de laplanta compresora, ya que el caudal de reserva le puedasuministrar cualquier compresor

El costo inicial de una planta compresora es mas bajo así mismoel costo del bastidor, fundación e instalación será más pequeñoen una gran planta concentradora centralizada que los costosderivados de la instalación de varias unidades o pequeñasplantas descentralizada. Los costos de mantenimiento osupervisión son también bajas y a todo esto hay que añadir laventaja inicial relativa a un funcionamiento con mayor rendimientoque es tanto como decir a más bajo costo



Los costos de instalación y mantenimiento de tuberías dedistribución son mas bajas en un suministro descentralizado,debido a que las tuberías son pequeñas y cortas, así mismosignifican menos fugas y consecuentemente menor costo deenergía

Las plantas compresoras por encima de un tamaño determinadonecesitan de un operador



Sistema de aspiración

La aspiración de un compresor debe estar lo menos contaminado posible,estos contaminantes sólidos producen desgastes y los gaseosos corrosión

Tuberia de Aspiración.- Son de las siguientes características:

La tubería de aspiración es generalmente circular, de acero y conespesores de pared comprendidos entre 1.5 y 2.5 mm. Su instalaciónse facilita si la misma va embridada

En los compresores de simple efecto la velocidad de aire de aspiraciónes de 5-6 m/seg. y en los de doble efecto de 6-7m/seg. Instalandosilenciadores tipo Venturi pueden admitirse velocidades superiores enun 50%

En compresores alternativos (flujo de aspiración pulsante) con lo quesurge el fenómeno de la resonancia, si la longitud de la tubería tiene unvalor critico. La resonancia puede originar una sobrecarga delcompresor o por el contrario una capacidad reducida


Distribución del aire comprimido

Una vez estimado el consumo real de aire comprimido en cadafrente de trabajo, se realiza el diseño de las instalacionespertinentes para su distribución. El consumo de aire se calcularáteniendo en cuenta las proyecciones futuras de las labores,aplicaciones del aire comprimido en otros equipos a parte de lasperforadoras

Todo ello debe de transformarse en un plano vista en planta y entridimensional, indicándose los puntos de referencia y cotas

Los parámetros claves que deciden en una distribución de airecomprimido son: La presión atmosférica en el lugar de instalacióndel compresor y puntos de trabajo, el caudal del aire comprimidoque suministrará el compresor, las pérdidas de presión y lavelocidad de circulación


Caída de presión

Los puntos más importantes para el rendimiento, seguridad yeconómico de una red de distribución de aire comprimidocomprende:

Reducir al mínimo las caídas de presión entre la sala decompresor y los puntos de consumo de aire

Reducir al mínimo la fugas

Reducir al mínimo el contenido de humedad en todo el sistema

Una caída de presión significa que en los puntos de consumode aire, la presión es inferior a la de la sala de compresores yconsecuentemente las máquina pierden potencia. Por ello lared debe dimensionarse de manera que cualquier incrementofuturo en el consumo de aire no signifique una caída de presiónexcesiva que obligue a reemplazar todo el sistema


Las redes permanentes deben diseñarse de modo que la caídade presión entre las compresoras y el punto del consumo másalejado no sea superior a 0.3 bars en el caso de minas coninstalaciones de redes muy largas se pueden aceptar caídasalgo mayores, aunque nunca deben ser superiores a 0.5 bars

Se considera que un sistema bien diseñado debe tener unacaída de presión inferior al 10% de la presión de descarga delos compresores, medida entre la salida del tanque recibidor ylos puntos de uso del aire

La tubería de aspiración debe ser lo más recta y corta posible, yaque por cada 25 mbar de caída en la línea de succión elconsumo se incrementará en alrededor de un 2 %

Caída de presión


Un incremento en la temperatura de aspiración de 3ºCrepresenta, aproximadamente, un 1 % más de consumo depotencia en el compresor. Por ello la toma de aire deberealizarse del aire ambiente, y preferentemente estará orientadaal norte. si la aspiración se realiza desde el interior de la sala demáquinas, como es usual en los compresores pequeños,entonces debe ubicarse la aspiración en zonas bajas y los másfrías posibles, alejadas de las fuentes de calor

Caída de presión


Flujo por tuberías

Para iniciar y mantener el flujo de aire por una tubería se requiere unacierta diferencia de presión para vencer la resistencia por rozamientodel fluido contra las paredes de la tubería y acoplamientos

La cuantía de la caída de presión depende:

Del diámetro de la tubería

Longitud y forma de tubería

Rugusidad interior superficial

Tipo de acoplamientos

Número de Reynols.

La pérdida de presión es una disminución de energía y por lo tantoun incremento en el costo operacional


Caída de presión por fricción


Fugas

Diámetro del orificio en mm.

Fugas de aire a 6 bar Potencia necesaria paracompresión

Litros/seg m3/min KW HP

135

10

11027

105

0.060.61.66.3

0.33.18.3

33.0

0.44.211.244.0

Redes de distribución con un mantenimiento insuficiente, pueden llevar acifras por fugas extremadamente altas; se ha llegado a casos de hasta un30% de la capacidad instalada cuando la red de tuberías no es mantenidaadecuadamenteEn la practica no es posible eliminar totalmente las fugas, ya que con unmantenimiento moderado las pérdidas por fugas se pueden mantener entreun 5% a 10%. Las mediciones de fugas son particularmente necesarias, yaque éstas se pueden determinar por cada sección del sistema deinstalación


Las fugas se pueden encontrar rápidamente utilizando un spray paradetección de fugas o jabón. Además, es posible oír silbidos alrecorrer la zona próxima a los equipos neumáticos.Independientemente de estos métodos, se sugiere utilizar un detectorde fugas ultrasónico, ya que es el método más efectivo

Fugas

0% 20% 40% 60% 80%

COSTO DETECCION

COSTO CORRECCION

COSTO ENERGIAAHORRADA

COSTOS PLAN DE CORRECCION DE FUGAS

NOTA: TIEMPO ESTIMADO 4 MESES


Aunque las fugas se pueden presentar en cualquier parte del sistema, lospuntos de fuga más frecuentes son:

Acoplamientos, mangueras y accesorios

Reguladores de presión

Trampas de condensado

Uniones de tuberías

Fugas

DIÁMETRO DE LA FUGA COSTO ANUAL, USD/AÑO

1/16 “ $ 523

1/8” $ 2,095

1/4 “ $8,382

En la tabla siguiente se ofrece una idea de lo que puede representar una fugaen costo anual, para un sistema convencional que opere de forma continua,para un costo de la electricidad de 0.05 USD/kW y una presión de descargade 115 psig


Fuga se entiende como la pérdida de aire comprimido en zonas noestancas a lo largo de un año pueden ser considerable

Estanquidad equivale a fuga admisible 1x10-10mbar litro/seg

Prácticamente estanquidad entre 10-2 a 10-5 mbar litro/seg. Losracores FESTO cumplen con dicho valor.

Diámetro del orificio de la fuga en mm

Perdida del aire comprimido(6 bar) en

l/s

Perdida de energía en KW

1 1.3 0.3

3 11.1 3.1

5 31.0 8.3

33

Fugas


Equipo Fugas de aire %

Racores 26Aparatos conectados a la

red18

Válvula de vías 12Herramientas neumáticas 10

Tubería 8Actuadores 1

Otros 25

34

Fugas


Usos finales

El 10% de aire comprimidoen una industria, es usadopara limpieza sin regulación

El aire comprimido es usadoerróneamente pararefrigeración (uso directo),lográndose un ahorro del10% en consumo de aireusando equipos masadecuados0% 5% 10% 15% 20% 25%

VALVULAS ON/OFF

VALVULAS DE CONTROL

ACTUADORES LINEALES

LIMPIEZA

BOMBEO

OTROS USOS

USOS DE AIRE COMPRIMIDO

NOTA: COMPILACION NACIONAL


¿Quién dijo que el aire es gratis?

•Fuerza Eléctrica

• Filtros• Secadores

PREPARACIÓNPREPARACIÓN

•Sistema de Tubería / Red

DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓNGENERACIÓNGENERACIÓN

•Compresores•Equipo

neumático

ENERGIA ELECTRICA

USOS DIVERSOS

Gra

n o

po

rtu

nid

ad d

e a

ho

rro

36


20%

10%

6%

4%

60%

FUGAS

USOS INAPROPIADOS

CONDICIONES NO OPTIMAS DECOMPRESION Y TRATAMIENTO

CONDICIONES ERRONEAS DETRAZADO

PRODUCCION

Distribución del aire comprimido

37

Usos y gastos del aire comprimido


COSTO ENERGIA 70%

COSTO ADQUISICION

10%COSTO

INSTALACION3% COSTO DE

MANTENIMIENTO ORDINARIO

10%COSTO

MANTENIMIENTO EXTRA

7%

Costo del aire comprimido

38



Consumo de energía de un compresor

39



35% desperdicio promedioEquivalente a $ 420,000264,000 pérdidas en la máquina +156,000 pérdidas en suministro

Equipo Operación

: Compresor de 150 HP: Trabaja 24 h/día y 365 días/año

Cálculo :

Total gastos $ 1,200,000

$ 960,000$ 240,000

Energía eléctrica (79%)Mantenimiento (21%)

depreciación refacciones servicio

Gasto promedio de un compresor

40


•

Generación del aire comprimido

Principio por mecánica de fluidos

Características:

Altos caudales

Bajas presiones

Sin contaminación por lubricación mecánica

41


Principio desplazamiento positivo

Características:

Altas presiones

Relativos bajos caudales

Contaminación por partes mecánicaslubricadas

42



Tanque vertical

Tanque horizontal

ACUMULADOR – TANQUE DEPOSITO DE AIRE

Reduce las caídas de presión en lalínea

Sirve como respaldo de energíaneumática

Ayuda a eliminar la humedad

Sistema de seguridad

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El tanque se debe instalar a lasombra

El tamaño del tanquedepende de:

Caudal de compresor

Cantidad de aire requeridapor el sistema

Red de tuberías

Regulación del compresor

Oscilación de la presión en elsistema

44



Entre el compresor ynuestro tanque acumuladores necesario contar con unsecador en frío

45



Red de aire comprimido

La red de distribución de aire comprimido es el sistema de tubos quepermite transportar la energía de presión neumática hasta el punto deutilización

Es el conjunto de tuberías que parte del deposito, colocadas fijamenteunidas entre si y que conducen el aire comprimido a los puntos detoma para los equipos


x

Longitud corta

Pocos elementos

Caídas de presión

El material de la red de aire debe ser de un material con superficies lisaspreferentemente. Dependiendo de su longitud la red de distribución deaire comprimido se aplica alguna de las siguientes configuraciones:

Longitudes largas

Elementos indefinidos

Estabiliza la presión

47

Red de aire comprimido


Red ideal de aire comprimido

48

Porcentaje de caudal en fugas 0-5% de la producción total

Velocidad de aire en la red 6-10 m/s

Humedad relativa del aire comprimido 0,1 %

Temperatura del aire comprimido 20°C

Caída de presión máxima del sistema, 10% con respecto a la presiónde entrega de los compresores

Porcentaje de uso de aire comprimido 98%


La distribución del aire

La instalación áerea impide que la humedad “trepe” hacía las máquinas

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Instalación de las Tuberías

Debe tener fácil acceso: favorecer la vigilancia

En los puntos más bajos de la red de tuberías se deben colocardispositivos para acumular y evacuar el agua de condensaciónproducida

Es conveniente instalar las tuberías en forma de anillo

La red de aire comprimido debe subdividirse en secciones medianteválvulas de bloqueo


Reducción en el trabajo de instalación de la tubería de aire comprimido

Fácil modificaciones en el diseño de tuberías

Sistemas de Aire libre de fugas

Eficiencia en energía: Reducción en la demanda de aire comprimido

No existe corrosión en las tuberias

Sistema de bajo costo para el usuario:

Fácil de modificar

Resultados en bajos tiempos muertos de producción

Todos los componentes son reutilizables

Aire limpio: Tuberías de aluminio

Ventajas de la tubería de aluminio


El aire contaminado produce fallas en los equipos:

Miles de pesos en gastos anuales en reparación

Muy elevados costos a causa de tiempos muertos en producción

Tubería Acero Galvanizado Tuberia de Aluminio

Ventajas de la tubería de aluminio


Perdida de carga

El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si elconsumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y elconsumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presiónexcede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada yel rendimiento disminuirá considerablemente. Siempre debepreveerse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyomotivo deberán sobredimensionarse las tuberías

El montaje posterior de una red de mayor capacidad, supone grandescostos


Dimensión de las Tuberías

El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otrostubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino enconformidad con:

El caudal

La longitud de las tuberías

La pérdida de presión (admisible)

La presión de servicio

La cantidad de estrangulamientos en la red


Factores que influyen en el diámetro en una tubería

Velocidad de circulación admisible

Perdida admisible de la presión

N° de puntos de estrangulación

Longitud de la tubería

La circulación debe estar comprendida entre 6-10 mts

La caída de presión no debe superar el valor de 0.1 Kp-cm2

Los puntos de estrangulación provocan caída de presión: codos, curvaturas, desviaciones



La unidad de mantenimiento es el enlace entre la red de distribuciónde aire y el circuito neumático de control

Este controla la presión suministrada al circuito que limpia el aire quepuede añadir aceite para lubricar los componentes del circuito


Filtro. Evita el paso de partículas indeseables y acumulacondensados de agua. Los hay para 40, 5, 1, 0.01 y 0.003 micras

Regulador. Mantiene la presión de salida constanteindependientemente de la presión de entrada. Presiones de 0 a 15bar

Lubricador. Por medio del aceite se reduce el desgaste, disminuyenlas perdidas por rozamiento y protección contra la corrosión ( 32 mm2

/ seg = ISO VG 32 )

57



El tamaño de las unidades de mantenimiento depende del consumodel aire. Si es demasiado pequeña pueden producirse oscilaciones dela presión y los filtros quedan obstruidos demasiado pronto

Las unidades de mantenimiento montadas al principiode un sistema neumático deben admitir un caudal mayor, ya quedichas unidades tienen que encargarse de limpiar una mayor partedel aire

Tratándose de aire con aceite, la lubricación no deberá superar los 25mg/mts3 (de 0.5 a 5 gotas / 1000 litros)

De ser posible, los lubricadores deberán ser instaladosinmediatamente antes de los cilindros consumidores

58



Secadores

Punto de roció. Es latemperatura a la que el vaporse condensa

Comprimir el aire significareducir su volumen

El aire comprimido no puedecontener tanta agua como elaire atmosférico

Cuanta mas alta latemperatura del aire, mayores su concentración dehumedad


Principio:

60

Secadores refrigerantes

A. Aire comprimido con unatemperatura aprox. 30°C

B. Intercambiador de calor

C. Unidad refrigerante

D. Purga de condensados


Secadores de membrana

Están compuestos por un hazde fibras huecas permeablesal vapor y que estácircundando de aire seco queno está sometido a presión.El secado se produce a raízde la diferencia parcial depresión entre el aire húmedoen el interior de las fibrashuecas y el flujo en sentidocontrario del aire seco. Elsistema procura crear unequilibrio entre laconcentración de vapor deagua en ambos lados de lamembrana

61


Principio de funcionamiento en detalle:

1. Aire sucio y húmedo entra por el filtro coalescente

2. Aceite y agua es retenida por el filtro y evacuada por la purgaautomática

3. Aire comprimido limpio y saturado entra al secador

4. El aire pasa por un paquete de membranas con fibras huecas

5. El vapor de agua se dispersa a través de las paredes de las membranas

6. Aire de purga (aire seco de la salida del secador)

7. El aire de purga en sentido contrario pasa sobre la superficie de lasmembranas eliminando las moléculas de agua

8. Aire limpio y seco es suministrado por la salida del secador

62

Secadores de membrana

Coalescente: dos o más materiales se unen en un único cuerpo


Secadores de adsorción

63


Comparación de los secadores

64


Comparación de los secadores


La calidad del aire comprimido es expresada en clases de acuerdo a lanorma ISO 8573-1. En dicha norma se establece el grado deimpurezas máximo en cada clase de calidad de aire

El aire recomendado para cilindros es 3.3.5

66

Clases de aire comprimido


Calidad de Aire: ISO 8573.1

67


Aire recomendado por ISO

68


Aire recomendado por ISO


Control de la humedad y tratamiento del aireMantenimiento del

equipo en condiciones ideales

Reducción del nivel de presión

Uso de calor recirculado

Tipo de sistema de control

Eficiencia del compresor

Operaciones a baja presión

¿Cuánto aire y con qué calidad?

Comportamiento de los usuarios finales

Problemas de amplitud del sistema

Tipo de sistema de control

Fugas de aire

Tamaño del receptor

Visión general de las posibilidades de optimización

70


Mantenimiento

Nivel de presión

Recuperación del calor

Regulación

Eficiencia de compresores

Nivel de presiones

Consumidores

Regulación

Fugas

Nivel de presión (tamaño del receptor)

Las siete principales posibilidades de optimización

71


20%

50%

40%

20%

20%

50%

20%

60%

70%

90%

60%

90%

50%

30%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Agua en la red de aire comprimido

Diámetro muy reducido

Válvulas de asiento

Mangueras de aire comprimido largas

Falta de componentes de …

Problemas de entrada y salida de aire

Unidad sucia

Mando faltante o mando superior defectuoso

Falta recuperación de calor

Secador de f río con bypass gas caliente

Conf iguración equivocada de compresores

Falta sist. para mantener constante la presión

Solenoide /Derivadora por f lotador

Tratamiento innecesario

Visión de las irregularidades en las estaciones de aire comprimido y espacios de producción

72


Las Variables del Ahorro de Energía

SE

CT

OR

IZA

CIÓ

N

ME

DIC

IÓN

YC

ON

TR

OL

PR

ES

IÓN

CA

LID

AD

DE

AIR

E

73


■ Debemos asegurar que la presión a la que trabajen las máquinas seala MENOR posible

■ Reduciendo la presión de funcionamiento de la máquina de 7 a 5.5bar, ahorraremos casi un 20% en el consumo de energía. LasFUGAS de la máquina se reducirán también en un 20%

Presión

74


8

7

6

5

4

3

2

1

0

TIPO 1

TIPO 2TIPO 3 COMPRESOR

Presión

Al reducir la presión podemos encontrarnos con 3 casos diferentes. Debemos analizar nuestra instalación

Maquina1

Maquina2

Maquina3

Maquina4

Maquina5

75


Presión

AR: Reducción de la presión pormáquina

EVBA: Aumento de la presión sólopara aplicaciones puntuales

ISE30: Control visual y medianteseñales digital/analógica del rangode presión adecuado

76


Presión

• Por cada 10 PSI, que sereduzcan en el set point defuncionamiento de loscompresores, se reducirá un5% en el consumo energéticodel mismo

• Como regla práctica se puedetener que por cada 2 lb/pulg2

de incremento en la presiónde operación se incrementa elconsumo de energía enaproximadamente un 1%

13%

15%

56%

16%

CAUSAS DE PERDIDA DE PRESION

CORROSION DISEÑO USOS FINALES OTROS


Formas de sectorizar nuestro circuito:

Por Zonas: Se consigue eliminar FUGAS en periodos de nooperación

Por Niveles de Presión: Se consigue reducir el consumo de lasmáquinas y de las fugas

Reduciendo la presión de trabajo de las máquinas de 7 a 5.5 bar, seha reducido su consumo energético en un 20%

Reduciendo la presión y cortando el suministro en periodos de nooperación, se puede reducir su consumo energético hasta en un 36%

Sectorización

78


■ Un soplado con una boquilla de 5mm de diámetro consume la mismacantidad de aire que 300 cilindros de diámetro 50mm y carrera 100mmhaciendo 1 ciclo/min funcionando a 5 bar

■ Es habitual que el nivel de fugas en un sistema suponga un alto %(>25) del consumo energético total de una instalación

Ø5 mm = 300 X

Medición y Control

79


Medición y Control

El mayor problema queencontramos para reducir fugases como localizarlas. No es fácilsaber en que puntos de nuestrossistema se están produciendofugas

El sistema de redesinterconectado hace que nopodamos conocer cuanto aire seestá consumiendo en cada partedel sistema

80


Si identificamos la fuga y la eliminamos habremos reducido suconsumo energético en un 38%

Reduciendo la presión de trabajo y cortando el suministro de aire enperiodos de no operación, y eliminado FUGAS, podremos reducir suconsumo energético en un 50%

Medición y Control

PF2A: Flujostato digital programable hasta 2”.Visualización de caudal instantáneo yacumulado, salidas por pulsos, digitales yanalógicas

Control de consumos

Seguimiento nivel de fugas e identificación delas mismas

Mantenimiento del nivel óptimo deconsumo

81


Polvo, suciedad, polen, humos, emisiones de gases y otraspartículas

Vapor de agua

Aceite, hidrocarburos no quemados

Gases cáusticos: Óxidos de azufre, óxidos de cloro y compuestosde Cloro

Calidad de Aire

La concentración de contaminantes al comprimir el aire a 7 baraumenta en un 800%

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Humedad

Oxidación

Corrosión

Partículas, polvo…

Aceite, hidrocarburos

Pérdidas de carga

Fugas en las redes y elementos

Condensación

Obstrucción de la maquinaria

Pérdida calidad en producto final

Pérdida de volumen aire acumulado

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Calidad de Aire


PRODUCCIÓNCONSUMOCAPACIDAD

ALMACENAMIENTO

MOTORCOMPRESORCONSUMO

MANTENIMIENTO AL SISTEMACENTRADO EN LA EFICIENCIA

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Mantenimiento adecuado del sistema


El potencial medio de ahorro de energía mediante mantenimientoregular y preventivo es del 10%

Esto implica:

1. Limpiar y reemplazar filtros sucios (potencial de ahorro energético 15-40%). Intervalo regular de recambio: 2,000-4,000 horas

2. Comprobar con regularidad los enfriadores de los compresores, paralimpiarlos si es necesario

3. Limpiar con regularidad el intercambiador de calor del secador delrefrigerante (mensualmente)

4. Recambiar de manera regular los filtros del aire comprimido(anualmente); pérdida de presión óptima 0.05 bar


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5. Para compresores de pistón: comprobar válvulas, ya que pierden enlas juntas continuamente. Los asientos de las válvulas puedendebilitarse o romperse. Esto puede conllevar que las cantidadesproducidas se reduzcan hasta un 50%.

6. Inspeccionar regularmente la correa en V y su tensión, controlando eldesgaste de los discos de embrague

7. Cambiar regularmente el aceite y los filtros.

8. Recambiar los elementos de separación (cada 2000h o 4000h)

9. Modificar la relación de los compresores de tornillo cada 25000 horasde operación




A continuación se ofrece una lista de chequeo básica para elmantenimiento en función de la eficiencia energética en sistemas deaire comprimido.

Elementos en Filtros de Succión. Inspeccionarlos y limpiarlos ocambiarlos según especificaciones del fabricante. La frecuenciapuede acortarse dependiendo de las condiciones de operación paramantener baja la caída de presión y ahorrar energía.

Trampas de Condensado. Limpiarlas y comprobar su operaciónperiódicamente.

Nivel de Lubricante. Inspeccionarlo diariamente y cambiarlo segúnespecificaciones del fabricante. Cambiar elementos filtrantes segúnespecificaciones.

Separador de Aceite. Cambiarlo según especificaciones delfabricante o cuando la caída de presión exceda de 10 psi.



Correas de Transmisión. Comprobar el desgaste y la tensión.Ajustarla en caso necesario.

Temperatura de Operación. Verificar que la temperatura coincidacon la establecida por el fabricante.

Filtros en Líneas de Aire. Reemplazar los elementos cuando lapresión exceda de 2 a 3 psi. Inspeccionar anualmente los elementosindependientemente de la caída de presión.

Sistema de Enfriamiento. Para sistemas enfriados por agua, revisarla calidad del agua (especialmente PH y sólidos totales disueltos),flujo y temperatura. Limpiar o reemplazar los elementos filtrantessegún especificaciones del fabricante.

Fugas. Evaluarlas periódicamente. Inspeccionar las líneas, uniones,accesorios, válvulas, mangueras, filtros, lubricadores, conexiones demanómetros, y equipos de uso final para detectar fugas.


La perdida de presión debe ser:

1. Tubería principal

2. Tubería de distribución

3. Derivaciones

4. Secador

5. Filtro

6. Unidad de mantenimiento

Perdida total

0.03

0.03

0.04

0.30

0.40

0.60

1.40

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La red de tubería debe ser lo más corta posible y el diámetro de latubería debe ser el mas pequeño posible

Las tuberías que se instalen adicionalmente deben de provenir de lafuente de aire comprimido y no de alguna derivación

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Las unidades de mantenimiento deben montarse de mododescentralizado y los mas cercano a los consumidores

Utilizar cilindros de diámetro apropiado.

55 % gasto de aire por mala elección

DNG-40-250-PPV-A

Consumo por ciclo = 4.05 litros

DNG-50-250-PPV-A

Consumo por ciclo = 6.30 litros

Relación de aire = 6.30 / 4.05 = 1.55

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DNG-50-250-PPV-A

• Hasta donde sea posible trabajar con la presión mínima posible

P1V1 = P2V2

El volumen de un DNG-50-250-PPV-A = 0.9 litros a presión atmosférica por ciclo

Para 5 Bar tenemos = 0.9 x 6 = 5.4 litros Para 6 Bar tenemos = 0.9 x 7 = 6.3 litros

16 % gasto de aire por mala regulación

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Relación de aire = 6.3/5.4 = 1.16

Ejemplo: Se tiene un carga de 85 Kg alevantar. Que presión es recomendableutilizar?

DNG-50-250-PPV-Aa 5 Bar = 90 Kg

DNG-50-250-PPV-Aa 6 Bar = 108 Kg


Las pistolas de chorro de aire para limpiar, soplar, eliminar virutas,etc., aplicar solo una presión máxima de 2 bar

Es mas recomendable utilizar bloques de distribución que utilizarvarias conexiones en T a la vez por la perdida de presión, además detener menos puntos posibles de fuga

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Siempre que sea posible utilizar solo cilindros de simple efecto ya queestos cilindros solo consumen aire en el avance o retroceso

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Los cilindros de carrera larga (más de 150 mm) no funcionan enmodalidad de simple efecto

En la medida que sea posible utilizar el regreso de los cilindros dedoble efecto utilizando un fuelle neumático


40 % gasto de aire por mala regulación

Si para el retroceso de un cilindro de doble efecto no se necesita todala fuerza, utilizar una presión de 4 en vez 6 Bar

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El volumen de un DNG-50-250-PPV-A =0.4107 litros a presión atmosférica en suretroceso

Para 6 Bar tenemos = 0.4107 x 7 = 2.875litros

Para 4 Bar tenemos = 0.4107 x 5 = 2.0535litros

Relación de aire = 2.875/2.0535 = 1.40


Utilizar el mando neumático solo si es indispensable

Las válvulas deben montarse lo mas cerca posible de los cilindros

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Cada 4º C de incremento de temperatura del aire aspirado seincrementa el consumo de energía en un 1% para el mismo caudal

Cada 3º C de disminución en la temperatura del aire aspirado originaun beneficio de un 1 % para el mismo caudal

El aire aspirado se debe tomar de un medio abierto no cerrado

Reducir 1 psig en la presión de descarga a 60 HP representadisminuir 1 Kwh de consumo.

Se considera pequeño un compresor de menos de 30 HP y grande auno mayor a esta capacidad.


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Los puntos de fugas mas frecuentes son:

Juntas de tuberías y mangueras

Conectores rápidos

Herramientas neumáticas

Evitar reducciones de alta relación en los diámetros de tuberías

Las salidas de la línea principal deben ser siempre de arriba haciaabajo

La velocidad en línea principal debe ser entre 6 y 10 m/s. y en lassecundarias, máximo de 15 m/s., para mangueras se admite hasta 30m/s


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Ejemplos de aplicaciones en las que pueden resultar más económicasotras medidas:

Utilizar aire acondicionado o ventiladores para enfriar gabinetes eléctricos en lugarde tubos vortex con aire comprimido

Aplicar bombas de vacío en lugar de sistemas Venturi con aire comprimido a altapresión

Usar sopladores en lugar de aire comprimido para soplar, enfriar, agitar, mezclar oinflar empaques

Utilizar cepillos, aspiradoras, sopladores en vez de aire comprimido para limpiarpartes o remover residuos

Emplear aire a baja presión para lanzas de aire, agitación, etc. en lugar de airecomprimido a alta presión

Utilizar motores eléctricos eficientes para herramientas y actuadores en los casosen que no sean imprescindibles algunas características específicas de los equiposneumáticos



■ Análisis de la instalación

Costo del kWh

Gasto energético

Consumos de aire comprimido

Análisis del nivel de FUGAS

Turnos de trabajo

Tipología de las redes

■ ¿Podemos reducir la presión?

■ ¿Podemos sectorizar?

■ ¿Nos interesa la medición continua / puntual?

■ ¿Tenemos problemas con la calidad del aire?

■ Realizar estudio de aplicaciones específicas (vacío,…)

■ Propuestas y Amortización

Resumiendo…

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