Cómo calcular tu demanda actual de aire

Cualquier industria que utilice aire comprimido está sujeta a ineficiencia. Esto se debe a que los compresores de aire consumen mucha energía solo para producir el aire, y una vez producido, los empleados tienden a hacer un mal uso de él. Es fácil caer en la trampa de sentir que el aire comprimido es gratis, pero desafortunadamente, como cualquiera que revise tu factura de la luz puede decirte, no es así. Calcular tu demanda de aire y ajustar adecuadamente tus procedimientos operativos es un componente fundamental para minimizar el aire desperdiciado y hacer que todo tu proceso sea más eficiente.

Vamos a repasar varios componentes del aire comprimido, incluyendo las ineficiencias en la producción, las oportunidades de mal uso, el cálculo de la demanda y la oferta, la estimación del consumo de aire comprimido y otros factores que pueden ayudarte a medir y optimizar tu consumo de aire.

Uso energético del aire comprimido

Antes de entrar en los detalles de los cálculos y la optimización, vamos a tomar un momento y repasar el proceso mediante el cual se produce el aire comprimido.

Un compresor de aire funciona reduciendo el volumen del aire entrante, lo que a su vez aumenta su presión. Normalmente, se utiliza una bomba de desplazamiento positivo, como un impulsor centrífugo o un tornillo rotatorio, para reducir el volumen de aire. Esta acción se realiza con la ayuda de un motor eléctrico. Una vez comprimido, el aire se transporta a través del sistema hasta su uso final, aunque pueden producirse pérdidas de presión a medida que el aire pasa por las tuberías.

Así que sabemos que este proceso consume mucha energía, pero ¿a dónde va todo esto?

• Gran parte de ello se destina a enfriar el aire. Mientras el motor funciona, calienta accidentalmente el aire comprimido, que luego necesita refrigeración. Esta refrigeración puede realizarse con un ventilador y un intercambiador de calor refrigerado por agua o aire. Estas herramientas, por supuesto, requieren más energía
• Parte de ello, por supuesto, se destina a alimentar el motor.
• Otro fragmento de energía se pierde por residuos y fugas, incluyendo las que ocurren por un uso inadecuado.
• Lo que queda se usa de forma productiva. Aproximadamente el 15 por ciento de la energía que se destina a un compresor de aire ofrece un uso productivo y eficiente.

Dado que el proceso de comprimir el aire consume tanta energía, conservarlo es aún más crítico. Una mejora del 10 por ciento respecto al consumo actual podría suponer un ahorro de unos tres mil millones de kilovatios-hora de electricidad en todo el país.

Oportunidades para el mal uso

Mucha gente tiende a pensar que el aire comprimido es un recurso ilimitado e intenta utilizarlo para una variedad de tareas que podrían realizar de forma más eficiente con diferentes herramientas. Usar aire comprimido para algo para lo que no estaba pensado hace que el sistema sea más ineficiente y cuesta recursos y dinero extra. Para reducir estos problemas, querrás identificar cualquier zona donde pueda producirse un mal uso. Estas tareas pueden incluir:

• Refrigeración: En instalaciones calurosas o durante los difíciles meses de verano, los trabajadores pueden intentar refrescarse con aire comprimido. Pueden girar la salida sobre sí mismos o crear varios agujeros en una tubería para hacer el trabajo. La regla general para fugas de aire comprimido es que un agujero de 1/8 de pulgada en una línea de aire de 100 psi cuesta alrededor de 1.000 dólares al año en electricidad. Si un empleado hace varios agujeros para crear un ventilador improvisado, eso puede acumularse. Compara esta cifra con los 149 dólares al año que costaría hacer funcionar un ventilador eléctrico, y verás cómo la refrigeración personal con aire comprimido puede perjudicar tus beneficios.
• Descuentos: Puedes encontrar compresores de aire usados para fines de limpieza en lo que se llama un “blow-off”. Durante un soplado, se sopla aire comprimido sobre una superficie para eliminar la humedad, la suciedad y los residuos. Aunque podría hacer esa función, una opción más eficiente sería usar un soplador de baja presión diseñado explícitamente para ese propósito. Este tipo de soplador debe cumplir con las normas de salud y seguridad y estar debidamente regulado.
• Sobreoferta: Usar más aire del necesario añade una demanda significativa a tu sistema de suministro de aire. Revisar los requisitos de la máquina puede ayudarte a medir con mayor precisión la presión necesaria y optimizar las cantidades de suministro.
• Atomización: La atomización implica usar aire comprimido para dispersar un líquido en un proceso como aerosol, como poner combustible en una caldera. Si la presión fluctúa, la eficiencia de combustión puede variar. Los sopladores de baja presión suelen ser una alternativa adecuada.
• Refrigeración del armario: La refrigeración de armarios es común para abordar el calentamiento de controladores programables, sistemas de control numérico, armarios de control de línea, armarios de control de ordenador y más. Otras formas de refrigeración además del aire comprimido suelen ser más efectivas para la refrigeración de los armarios.

Cualquier tipo de uso inapropiado crea una demanda artificial, extrayendo de las fuentes reales que necesitan usar la oferta. Elimínalos siempre que sea posible. Por cada aumento de 2 psi en la presión de descarga, el consumo de energía aumenta aproximadamente un uno por ciento al flujo de salida completo. También aumenta la demanda de usos inapropiados, como fugas y soplado abierto. El uso no regulado puede representar entre el 30 y el 50 por ciento de la demanda de aire de una planta, y ese mismo aumento de 2 psi añadirá entre un 0,6 y un 1 por ciento a la demanda energética. Combinar los efectos añade alrededor del dos por ciento al consumo energético por cada aumento de 2 psi en un sistema con un rango de 100 psig y dentro del 30-50 por ciento del consumo de aire no regulado. Para aplicaciones con altas demandas, a veces una modificación del equipo puede ahorrar energía, en lugar de aumentar la presión de todo el sistema.

Reducir la presión del sistema afecta a muchos factores, incluyendo las tasas de fuga, la capacidad y el estrés del equipo, pero puede requerir modificaciones en algunos componentes como reguladores de presión y filtros. Por supuesto, aún hay que mantenerse por encima de los requisitos mínimos para que el equipo funcione adecuadamente, pero una auditoría de este requisito y de la demanda real de presión puede revelar cualquier uso innecesario.

Cómo calcular tu demanda de aire

Calcular primero tu demanda de aire requiere recopilar algunos datos, incluyendo el caudal de aire comprimido y medir los requisitos de aire. ¿Cómo calculas los requisitos de aire comprimido? Existen varios métodos y herramientas diferentes que puedes utilizar según tus necesidades y tu sistema. Algunas requieren herramientas o servicios más caros que otras, y otras ofrecen resultados más precisos o a largo plazo.

Una información que tendrás que encontrar es el perfil de carga de tu sistema.

• Método #1: Este enfoque ofrece una estimación rápida de la capacidad del compresor y la demanda del sistema, pero es menos preciso que algunos de los otros métodos. Consiste en cronometrar los ciclos de carga y descarga del compresor y en tomar nota del volumen del receptor, así como de las presiones de carga y descarga.
• Método #2: Este segundo método suele ser más preciso y requiere la ayuda de un profesional. El profesional conecta un registrador de datos al sistema durante un tiempo determinado, como una o dos semanas. Durante ese tiempo, recopila datos sobre la corriente, sus tendencias y cualquier fluctuación que ocurra.
• Método #3: Esta opción te proporciona datos a largo plazo, recopilados durante un largo periodo, que son más precisos. Consiste en utilizar una herramienta de medición de caudal en línea que registra los datos electrónicamente. Puedes catalogar esta información y usarla para monitorizaciones y ajustes continuos y prolongados.

Otro dato valioso es el consumo de aire comprimido de tu sistema. Hay varios factores diferentes que influyen en cómo calculas el consumo de aire comprimido, que se basa en el volumen de aire consumido por unidad de tiempo. Este caudal puede medirse en pies cúbicos por minuto (CFM). Sin embargo, la CFM puede variar mucho y convertirse en fuente de malentendidos. El aire es compresible y cambia rápidamente debido a la variación atmosférica de la presión, densidad, temperatura y más. La ubicación, altitud y estaciones pueden afectar diferentes condiciones del aire.

Debido a la capacidad de malentendidos, se utilizan varias variantes de CFM:

• CFM estándar (SCFM): Para ajustar las diferencias de presión en distintas condiciones, el SCFM ajusta un pie cúbico estándar de aire para llenar un pie cúbico de volumen. Mide el peso, no el volumen. Ajusta por presión por pulgada cuadrada absoluta (psia), temperatura y humedad relativa.
• CFM real (ACFM): El ACFM valora el rendimiento del flujo con la presión y temperatura reales.
• Mecanismo de Fuerza de Entrada (ICFM): ICFM se refiere a las condiciones que deben estar presentes en la brida de entrada del compresor. Normalmente, un filtro de entrada hace que la presión del aire baje cuando se introduce aire, y los fabricantes de compresores deben tener esto en cuenta para estimar con precisión el rendimiento.

Por último, tendrás que realizar un análisis operativo, que te permite determinar el nivel óptimo de aire comprimido que debes producir. Puedes encontrar los datos de consumo de aire de todas tus máquinas y sus factores de utilización esperados. Mide estos durante un periodo adecuado, al menos una semana, durante procedimientos operativos normales que sean representativos de tus hábitos habituales. Existen valores estándar disponibles si no encuentras esta información, pero siempre es mejor obtener cifras exactas de tu equipo. Estos pueden indicarte la precisión de las estimaciones de carga para dimensionar el equipo y determinar cuánta capacidad de reserva tiene un sistema.

Tendrás que considerar varios factores de funcionamiento de la máquina, como:

• Cuánto tiempo funciona
• Con qué frecuencia se usa
• Cuánta presión recibe
• ¿Cuántas máquinas se utilizan
• Tiempos de carga y descarga

Para encontrar la cantidad de aire necesaria, empezaremos haciendo un perfil de demanda. Enumera las necesidades de tu maquinaria según las especificaciones del fabricante. Esta información debe incluir la presión requerida y los caudales operativos, así como las condiciones máximas y medias. También es útil tener demandas intermitentes. Anota el número de cambios y variaciones, junto con el propósito del aire. ¿Es para un proceso industrial, calefacción, aire para respirar o para otra cosa? Este perfil te ayuda a realizar cálculos adicionales y evaluar tu instalación y operaciones.

Una vez que hayas encontrado todos tus valores, puedes introducirlos en el siguiente cálculo, proporcionado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, para determinar tus costes anuales de electricidad.

• (Motor a plena carga bhp) x (.746 kW/hp) x (1/0,9 eficiencia del motor) x (Horas anuales de funcionamiento) x (Coste de la electricidad en $/kWh)

Esta ecuación asume que el compresor es eficiente al 90 por ciento, lo cual puedes ajustar en la entrada de 0,9. Para un compresor de 100 hp que funcione de forma continua con un coste eléctrico de 0,05 dólares/kWh, el coste anual de electricidad sería de 36.305 dólares.

Oferta y demanda

La oferta y la demanda de aire comprimido se refieren a ambos lados de un sistema de aire comprimido e influyen en muchos aspectos diferentes de su eficiencia. Comprender los componentes de ambas partes te ayudará a identificar mejoras e ineficiencias en el proceso y a ajustar los niveles de oferta y demanda. Veamos primero el lado de la oferta.

1. Suministro

En el lado de suministro, podemos fijarnos en el compresor de aire, el secador, el postcooler y los desagües automáticos.

• Compresor de aire: Mira dónde está instalado el compresor, cómo se ventila y cómo se conecta al agua de refrigeración. Este aspecto es especialmente preocupante cuando los compresores están en zonas mal ventiladas, como las salas de calderas. El aire que recibe el compresor debería provenir de una zona fresca exterior. Un muro orientado al norte suele funcionar bien porque no recibe tanta luz solar directa, pero esto puede variar según la configuración de tu instalación. También querrás evitar que el agua de lluvia o los restos, como hojas y nieve, bloqueen o entren en la entrada.
• Secadora: Para revisar el rendimiento de un secador, mide su tamaño, eficiencia y caída de presión en función del uso actual del sistema. Algunos sugieren añadir un filtro aguas arriba del secador de aire, para que no puedan entrar partículas o condensación. Para un secador con desecante regenerativo, un filtro coalescente también puede ayudar a reducir la contaminación en la cama desecante.
• Aftercooler: Los aftercoolers solo pueden manejar cierta cantidad de condensación, así que aumentar los niveles de humedad puede hacer que trabajen más y reducir su eficacia.
• Desagües automáticos: Asegúrate de que tus desagües funcionen correctamente y estén en ubicaciones adecuadas.

2. Lado de la demanda

Aunque el lado de la demanda tiene menos componentes, puede ser más complicado. Este lado gira en torno al sistema de distribución de tuberías, que puede ser una fuente significativa de fugas e ineficiencias si no está bien diseñado y mantenido.

La disposición y distribución de las tuberías deben coincidir con el tamaño de los compresores desde el lado de suministro. Aunque las fugas son una preocupación importante, otros factores que pueden causar problemas incluyen:

• Ángulos agudos
• Humedad
• Obstrucciones y obstrucciones

Estos aspectos pueden reducir la presión, obstruir tuberías, contaminar el aire y restringir el flujo de aire. Es fundamental que las tuberías de tu sistema de aire comprimido estén distribuidas de forma eficiente. En general, cuanto más corta tiene que recorrer el aire, menos probable es que baje la presión. El sistema de eliminación de condensados es otro aspecto valioso que debe ser lo más eficiente posible. Inclina ligeramente los colectores principales de aire comprimido y dales un paso de una pulgada por cada tres metros de tubería, para que el agua y el condensado puedan drenar. Coloca los desagües en los puntos bajos del cabezal. Para evitar que la humedad entre en la aplicación, las tuberías ramificadas deben ir en la parte superior de la tubería principal.

Otros aspectos a tener en cuenta en el lado de la demanda son:

• Tratamientos de aire: Filtrar y secar el aire puede ayudar a mantenerlo en niveles óptimos, que varían según tu uso y aplicación. Mide los niveles de calidad del aire en varios puntos cruciales del sistema. Además de reducir la eficiencia, el aire con humedad o contaminantes excesivamente puede dañar el equipo e impedir que el sistema funcione como es necesario, por lo que debes abordarlo.
• Perfil de carga: El perfil de carga de aire mide cuánto cambia la demanda de aire a lo largo del tiempo en pies cúbicos por minuto. Mejores métodos de control pueden ayudar si tu instalación tiene un perfil de carga que varía a lo largo del día, mientras que las opciones de almacenamiento pueden ayudar a instalaciones con demandas inconsistentes pero elevadas.

3. Almacenamiento

Más allá de la oferta y la demanda, también necesitarás tanques de almacenamiento. Estos tanques permiten almacenar aire que no está en uso y pueden usarse de forma diferente según tus aplicaciones. Puedes colocarlos por toda una instalación para satisfacer mejor las demandas individuales o mantenerlos en el lado de la oferta.

Optimiza tu enfoque

Una vez que hayas revisado tu configuración y calculado tus necesidades de aire comprimido, puedes empezar a optimizar tu sistema de compresores y ajustar la demanda de tu sistema a la máxima eficiencia. Con este método, puedes reducir la cantidad de energía que consumen tus compresores. Para lograrlo, la secuenciación de varios compresores puede ser muy útil. La secuenciación de compresores múltiples puede incluir sistemas en cascada y secuenciación inteligente.

• Sistema en cascada: Este sistema se solapa con los ajustes de presión en los compresores instalados, haciendo que el compresor adecuado se detenga o arranque según cualquier cambio de presión. Si la presión cae por debajo de un umbral específico, se inician más compresores, empezando por los que tienen mayor potencia. Estos se encienden en un sistema escalonado, con compresores que se activan a diferentes niveles de presión. Uno puede empezar en 120 psig, el siguiente en 110 psig, el siguiente en 100 psig y así sucesivamente. Si la capacidad supera la demanda, el sistema apagará el compresor que se ha encendido más recientemente. La presión del sistema deberá ser ligeramente superior a la presión umbral especificada para que el compresor pueda encenderse. Normalmente, este método funciona bien en instalaciones con grandes requerimientos de presión y bandas.
• Secuenciación inteligente: Los controladores lógicos inteligentes programables por secuencia ofrecen un enfoque más avanzado y altamente eficiente para los sistemas de compresores de aire. Estos controladores pueden encontrar la configuración más eficiente de compresores y capacidades de carga para satisfacer con éxito las necesidades de una planta. Registran la presión y la demanda teniendo en cuenta equipos adicionales como secadoras. A medida que una instalación crece, tienden a cumplir sus requisitos añadiendo compresores de aire de todo tipo y tamaño. Esta descoordinación puede disminuir la eficiencia, pero un enfoque de secuenciación inteligente intenta conciliarlo ajustando factores como qué compresores están en funcionamiento y la carga a la que operan. Los controladores inteligentes avanzados de secuencias pueden incluso controlar múltiples sistemas en diferentes instalaciones.

Además de optimizar la configuración del mando, también puedes minimizar esas fugas de aire desperdiciadoras realizando una prueba exhaustiva para encontrarlas. Pueden ser perjudiciales para tu demanda de aire y tus costes energéticos, y deberías solucionarlos cuanto antes. Si oyes algún siseo, es una señal segura de que hay fugas. Son especialmente frecuentes en conexiones roscadas de tuberías, vástagos de válvulas, mangueras y conexiones y desagües que se han quedado atascados en posición abierta.

Un programa de búsqueda, etiqueta y reparación de fugas es una excelente forma de mantenerlas a raya. Este programa debería encontrar una referencia, comparar resultados e identificar fugas para una reparación adecuada. Incluso podrías premiar o reconocer a los empleados que encuentren filtraciones. Desafortunadamente, la mayoría de las fugas de aire son inaudibles. La detección ultrasónica de fugas puede ayudarte a detectar estos problemas, ya sea que lo realice un experto externo o que tú lo hagas internamente.

Mantenimiento

Puedes ayudar a mantener la oferta y la demanda equilibradas con procedimientos de mantenimiento regulares. El mantenimiento puede ayudar a que tu equipo funcione durante más tiempo y de forma más eficiente, reduciendo los costes de la energía desperdiciada. Por supuesto, también previene las pérdidas sufridas durante una avería o tiempo de inactividad.

Asegúrate de revisar las siguientes características de tu sistema de aire comprimido para que funcione sin problemas.

• Filtros: Cambia regularmente los filtros del compresor de aire para mantener alta la presión y la calidad del aire.
• Desagües de condensados: Si tienes desagües de condensado que no son de pérdida cero, asegúrate de revisarlos y comprobar que funcionan correctamente. Los desagües de pérdida cero pueden ayudar a evitar que el aire salga cada vez que acumula humedad.
• Rodamientos del motor y de la parte de aire: Asegúrate de que los rodamientos estén lubricados y en su sitio.
• Controles: Comprueba que la secuencia y funcionamiento de tu compresor de aire coincidan con el perfil de demanda de aire que has creado.
• Separador aire/aceite: Limpia el separador regularmente para evitar caídas de presión.
• Intercambiadores y enfriadores de calor: Limpia también los intercambiadores de calor y los enfriadores periódicamente.

Colaborar con Quincy Compressor para equipos eficientes

Como puedes ver, los compresores de aire pueden ser muy sensibles a los cambios dentro del sistema. Un cambio en el diseño de las tuberías o un uso no regulado puede influir significativamente en la demanda de tu sistema de aire comprimido. Debes monitorizar esta información en toda tu instalación para mantener bajos los gastos energéticos y la eficiencia alta.

Los compresores antiguos o aquellos con construcción de baja calidad pueden experimentar problemas con el envejecimiento o requerir procedimientos de mantenimiento más robustos. Si ves que necesitas mejorar tu sistema de aire comprimido o reducir costes energéticos, Quincy Compressor está ahí para ti con una calidad y un servicio inigualables. Las instalaciones han recurrido a nosotros durante casi un siglo para nuestro equipo fiable y eficiente. Además de compresores de aire eficientes, también ofrecemos herramientas de registro de datos para ayudarte a mantener el control de tu consumo energético y el uso de compresores. Para más información sobre cualquiera de ellos, busca un representante de Quincy cerca de ti o consulta nuestra selección de productos hoy mismo.