Cuando se trata de aumentar la fiabilidad de tu equipo y la eficiencia de fabricación en tu planta, el almacenamiento de aire comprimido es un factor crítico que podría suponer no solo un ahorro considerable en gastos energéticos, sino también un aumento del rendimiento operativo global de tu sistema de aire comprimido.
Los sistemas de aire comprimido son activos vitales que se utilizan en diversas industrias, pero debido a la alta demanda energética para generar 1 CV de energía de aire comprimido y a la pérdida de energía en forma de calor, los sistemas de aire comprimido pueden volverse más costosos de lo necesario. Asegurarse de que tu sistema se mantenga y que el volumen de almacenamiento de aire comprimido esté correctamente implementado puede aumentar considerablemente tu potencial para ahorrar en gastos energéticos.
Al comprender algunas aplicaciones del almacenamiento de aire comprimido, puedes aumentar considerablemente tu potencial para suministrar grandes cantidades de flujo a mayor velocidad, reducir la demanda en tu sistema y hacer que la presión del sistema sea más estable. Un almacenamiento adecuado de aire comprimido puede ayudarte a controlar los eventos de demanda durante el uso pico. También puede proteger operaciones críticas de otros eventos en el sistema apagando el compresor si es necesario.
Desafortunadamente, el almacenamiento de aire comprimido a menudo se malinterpreta — y no se implementa correctamente — lo que resulta en un aumento mínimo o nulo en eficiencia o rendimiento.
Métodos y aplicaciones para el almacenamiento de aire comprimido
Para el almacenamiento, los receptores de aire suelen instalarse en un sistema de aire comprimido, pero para maximizar el rendimiento y emplear adecuadamente el almacenamiento de aire, es esencial medir tanto el rendimiento del sistema en cuanto a oferta como en demanda.
Los receptores de aire están diseñados para almacenar un volumen específico de aire comprimido, que puede utilizarse cuando sea necesario. Sin embargo, añadir volumen de almacenamiento sin un propósito definido hará poco para aumentar el rendimiento o la eficiencia operativa de tu sistema.
Algunos profesionales han dicho que ciertos compresores no necesitan almacenamiento de aire, pero en general, el propio sistema deberá funcionar a presiones más altas con una mayor demanda energética para mantener el rendimiento máximo en todo momento.
La implementación de tanques de almacenamiento de aire comprimido siempre aumentará la eficiencia operativa y el rendimiento cuando se aplican correctamente. Dado que los requisitos del sistema varían y la implementación del almacenamiento depende de tus necesidades particulares, contactar con un profesional para evaluar la mejor aplicación para ti será útil al instalar receptores de aire o tuberías en tu sistema de aire comprimido.
Las tuberías del sistema, como los colectores, sub-encabezadores y las patas de caída, también pueden instalarse en un sistema de aire comprimido, pero no son tan rentables ni tan útiles como los receptores de aire. Además, instalar tuberías dificulta crear una diferencia de presión significativa y debe depender de una caída natural de presión para ello. Una diferencia menor resultará en un almacenamiento menos útil, pero los receptores de aire pueden ayudar a maximizar el almacenamiento con una diferencia de presión mucho mayor.
Añadiendo almacenamiento de aire comprimido, puedes mejorar la velocidad o par motor de tu sistema y protegerlo de los cambios de presión, pero el tamaño del depósito que necesitarás depende de la salida del compresor y de tu demanda. Para estimar el tamaño del receptor de aire comprimido, tendrás que multiplicar la salida del compresor en pies cúbicos por minuto, o CFM, por la presión atmosférica estándar en presión por pulgada cuadrada absoluta, o PSIA, y luego dividirla por la suma de la presión del aire comprimido y la presión atmosférica estándar.
Si tienes las medidas de tu sistema, puedes utilizar la calculadora de almacenamiento de aire comprimido de Quincy.
Hay varias formas de aumentar la eficiencia de tu sistema mediante aplicaciones de almacenamiento de aire comprimido, incluyendo incrementar la velocidad o par motor del sistema, protegerlo de las fluctuaciones de presión, saber cómo usar el almacenamiento para medir una alta tasa de flujo en el sistema, reducir la demanda eléctrica y más, teniendo en cuenta que un controlador de flujo de presión también puede estabilizar un sistema.
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Almacenamiento de aire comprimido para aumentar la velocidad, el empuje o el par para aplicaciones
Para muchas aplicaciones que operan más rápido de lo que un regulador puede reaccionar, el aumento de la demanda puede provocar caídas de presión, lo que reduce la velocidad total a la que se puede suministrar la cantidad necesaria de aire. Un almacenamiento adecuado de aire comprimido puede ayudar a aumentar la velocidad y reducir la demanda suministrando un volumen adicional de aire durante este tipo de aplicaciones neumáticas.
Si se necesita una presión específica para funcionar correctamente, especialmente con velocidades de actuación inferiores a 1 segundo, el almacenamiento de aire comprimido puede reducir considerablemente esta demanda al controlar la caída de presión, permitiendo más tiempo para que el regulador soporte el flujo necesario.
Este control de la caída de presión ayudará a apoyar la repetibilidad y a aumentar la velocidad, el empuje o el par motor. Además, puedes reducir la fluctuación de presión y la presión en el cabezal del sistema. Sin almacenamiento, será necesario aumentar tanto la presión inicial como la presión total del sistema, lo que genera mayores costes operativos y fluctuaciones de presión.
Almacenamiento de aire comprimido para proteger de las fluctuaciones de presión
Como se mencionó antes, proteger tu aplicación de las fluctuaciones de presión mediante el uso de aire comprimido almacenado es una ventaja de añadir volumen adicional a tu sistema. Para algunas aplicaciones que requieren baja presión, la presión del sistema suele ser mayor para proporcionar y mantener la presión deseada para la aplicación.
Al aumentar la cantidad de aire almacenado, se puede suministrar volumen adicional durante la aplicación, reduciendo la demanda en el sistema y manteniendo la presión necesaria mediante el uso de una válvula antirretorno. Esto te permitirá reducir la caída de presión. Determinar el tamaño exacto del tanque para la aplicación que necesitas es importante para aplicaciones a baja presión y para aumentar la eficiencia. Aunque tener más almacenamiento del necesario probablemente no afecte al rendimiento general de tu sistema, sigue requiriendo más de lo necesario para generar y aumentará tus gastos energéticos.
Almacenamiento de aire comprimido para medir una alta tasa de flujo en el sistema
Otro método de almacenamiento para proteger el sistema de fluctuaciones de presión y reducir las fluctuaciones de presión en el cabezal cuando las aplicaciones se activan puede lograrse instalando una válvula de aguja junto con la válvula de retención mencionada anteriormente.
Al instalar un receptor de aire, puedes proporcionar el volumen de aire necesario para aplicaciones al accionarlas, en las que la válvula de aguja puede ajustarse para controlar la velocidad de recuperación de la presión del receptor. Esto crea un flujo constante y menor hacia el sistema. Para lograr el máximo rendimiento, el tiempo de recuperación necesario para la presión del receptor debe ser igual o superior al tiempo total de actuación.
Esto no solo reducirá la potencia necesaria para la aplicación, disminuyendo los gastos energéticos, sino que también reducirá la demanda necesaria para suministrar aire comprimido a aplicaciones específicas, manteniendo al mismo tiempo el máximo rendimiento en el sistema.
Almacenamiento de aire comprimido para soportar eventos en el sistema dentro de la caída de presión permitida
Al diferenciar entre los requisitos de almacenamiento de los sistemas de aire comprimido y los controles, se necesita menos almacenamiento que otros dependiendo de la necesidad. Los niveles de carga más altos y bajos se benefician de forma diferente respecto a los controles y el almacenamiento. Algunos profesionales han dicho que ciertos compresores no necesitan almacenamiento de aire, pero el sistema en general se beneficiará de volúmenes de almacenamiento de aire comprimido que pueden reducir la demanda para ciertas aplicaciones.
A medida que el aire avanza por el sistema de distribución, pueden producirse caídas de presión y, cuando son excesivas, pueden aumentar la demanda de energía y disminuir el rendimiento general del sistema. Cuando se producen estas caídas, puede producirse una menor presión de funcionamiento si la caída es aguas arriba. Para satisfacer la demanda, el sistema requerirá presiones más altas. Para obtener los mejores resultados, es importante operar el equipo de aire comprimido a la presión que sigue siendo eficiente en su menor tamaño. Se debe realizar la reducción de caídas de presión antes de añadir más capacidad de almacenamiento o aumentar la presión.
En general, se producirá cierta decadencia de presión en el sistema, pero un almacenamiento adecuado puede permitir un mejor control del sistema y minimizar la caída de presión. Durante un fallo del sistema o de un compresor, volúmenes adicionales de almacenamiento de aire pueden permitir el tiempo necesario para que el sistema se inicie automáticamente. Esto mantendrá la capacidad del sistema dentro de la caída de presión permitida.
Para mantener la máxima eficiencia, se puede controlar la expansión del aire hacia la menor presión de captación mediante un controlador de flujo. Los controladores de flujo ayudan a minimizar el desperdicio mientras los compresores funcionan en su mejor momento. La diferencia de presión elimina la demanda innecesaria y crea almacenamiento útil como se mencionó anteriormente.
Cuanto menor sea la diferencia de presión, menos útil será el almacenamiento. Para eventos de demanda que ocurran dentro del sistema, la válvula controladora de flujo permitirá modulación, desplazamiento y velocidad, ajustando la demanda y manteniendo una presión fija.
Cuando reduces la presión de descarga del sistema, reduces la tasa de fuga, aumentas la capacidad total y reduces los gastos. Sin embargo, pueden ser necesarias modificaciones en reguladores de presión, tamaños de almacenamiento y filtros para reducir la presión de funcionamiento.
Reducir la caída de presión es un paso importante para lograr una mejor eficiencia a presiones más bajas. Reducir los niveles de presión al operar maquinaria que utiliza grandes cantidades de aire comprimido puede reducir drásticamente los gastos y suponer un ahorro energético anual significativo para tu planta. Puede que necesites cilindros de aire más grandes para mantener el funcionamiento adecuado de las máquinas que funcionan a niveles de presión más bajos. Sin embargo, el coste de ampliar el tamaño del almacenamiento será una inversión mayor para ahorrar en gastos energéticos.
Almacenamiento de aire comprimido para soportar grandes eventos y reducir la demanda energética
Para soportar eventos mayores del sistema, o incluso fallos de compresores, el almacenamiento de aire comprimido es un método para reducir las demandas energéticas necesarias. Al suministrar un volumen extra de aire durante grandes eventos o fallos, la cantidad de caballos de potencia necesaria disminuirá cuando se utilice un controlador de flujo. En lugar de comprar un segundo compresor de respaldo, la instalación de almacenamiento de aire puede permitir que el sistema arranque y mantenga la presión, de modo que no tendrá que recuperar la presión necesaria para la salida.
Adaptación entre la oferta y la demanda del sistema mediante almacenamiento de aire comprimido
Las aplicaciones para el almacenamiento de aire comprimido están destinadas a reducir la presión del sistema a lo necesario y no superar la potencia o los requisitos energéticos, manteniendo al tiempo el rendimiento máximo en el sistema. Para los procesos de producción, la energía se suministra a partir de aire almacenado a mayor presión dentro del sistema de distribución de tuberías. Los compresores de aire reponen esa fuente utilizada durante la aplicación. Lograr un equilibrio entre la oferta y la demanda del aire utilizado es lo que contribuye a la eficiencia operativa.
La cantidad de energía necesaria para comprimir el aire es igual a la energía utilizada además de las ineficiencias del sistema. Cualquier energía más o menos que se vaya al sistema se libera del almacenamiento. Cada vez que hay un cambio en cualquiera de los dos lados de la ecuación, el sistema se reequilibra. Para lograr el nivel óptimo de energía y controlar el equilibrio, hay que considerar que las principales fuentes de energía son el aire almacenado a alta presión en un volumen fijo y la energía rotatoria de reserva fuera de carga de los motores compresores de aire en funcionamiento.
Cuando se trata de almacenamiento de aire comprimido, el volumen por sí solo no equivale a almacenamiento. Para reponer o liberar la energía del aire almacenado, la cantidad fija debe experimentar una variación en la presión.
Además, las fluctuaciones de presión al poner compresores en funcionamiento y fuera de línea, y el impacto de las demandas de picos de corta duración en todo el sistema de aire, lo obligan a alcanzar un estado de equilibrio, o de balance. La adición de un receptor de aire ayudará a mitigar la velocidad de cambio de presión del sistema, pero no la eliminará por sí sola. La presión del sistema debe estar lo suficientemente elevada para compensar el perfil cíclico. Para estabilizar mejor la presión del aire entregada, este debe liberarse del receptor y debe ser controlado.
Para esta tarea está diseñado un controlador de presión o flujo instalado aguas abajo de los receptores de almacenamiento de aire de tamaño adecuado, y aguas arriba del colector principal de tuberías que sale de la sala del compresor. Detecta la presión en su salida y modula las válvulas de control de flujo en consecuencia para controlar el flujo de aire desde el receptor y mantener la presión constante.
Además, también hay una reserva significativa de energía disponible en motores compresores de aire que están en funcionamiento, pero no están completamente cargados. En combinación con el controlador de flujo y el receptor de almacenamiento de aire, esta energía de reserva puede aplicarse de manera que mantenga un equilibrio óptimo. A medida que cambia la presión del receptor, el compresor de trim carga y descarga en consecuencia.
Las plantas que utilizan compresores que funcionan a velocidad fija y que solo están parcialmente cargadas pierden dinero en gastos energéticos y no funcionan a máxima eficiencia. Para que los compresores no utilizados puedan apagarse sin tener que arrancar automáticamente, el almacenamiento debe dimensionarse en consecuencia. Idealmente, todos los compresores de tu planta deberían funcionar a plena carga. Para gestionar el tiempo que un compresor necesita para apagarse sin tener que reiniciarse, las plantas pueden añadir volumen adicional de almacenamiento de aire a su sistema.
Al utilizar almacenamiento de aire comprimido, reducirá la demanda necesaria para mantener un rendimiento óptimo, proporcionará longevidad a su equipo, aumentará la productividad y reducirá sus costes operativos. Si no se utiliza almacenamiento de aire comprimido, el sistema tendrá que operar con presiones más altas, requiriendo más potencia de forma constante para adaptarse a la falta de almacenamiento durante aplicaciones, grandes eventos y fallos. En lugar de comprar un compresor adicional para compensar la falta de presión, considera los beneficios de un almacenamiento adicional de aire comprimido y cómo puede mejorar tu sistema.
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