Controlar los sistemas de aire comprimido puede ser complicado, especialmente si usas varios compresores de aire en diferentes habitaciones. Si controlas tu sistema manualmente y sigues un procedimiento usando ajustes locales de presión, probablemente estés desperdiciando mucha energía. Sin embargo, si aprendes a gestionar correctamente varios sistemas de aire comprimido, puedes reducir significativamente tus costes energéticos y lograr una presión de aire más fiable.
Comprensión de la presión de control del compresor
Para explicar cómo un compresor de aire controla la presión, usaremos como ejemplo los compresores de tornillo rotatorio, que son los compresores más utilizados en entornos industriales. Las estrategias que discutimos a continuación pueden no ser necesariamente aplicables a los sistemas de compresores centrífugos.
En los sistemas de aire comprimido, el parámetro más crítico es la presión. Si la presión no se mantiene por encima de un cierto nivel mínimo, las máquinas alimentadas por aire comprimido dejarán de funcionar correctamente, lo que puede interrumpir la producción. Si el mundo fuera perfecto, controlar la presión sería sencillo. Podríamos ajustar fácilmente los compresores a la presión mínima requerida. Sin nuestra ayuda, los compresores podían arrancar, parar, cargar y descargar para mantener la presión ideal y el consumo energético óptimo.
Sin embargo, no es tan sencillo, ya que hay un gran problema con el que tendrás que lidiar: la diferencia de presión. Para ilustrar este problema, consideremos un sistema simple de aire comprimido en el que el aire que sale de dos compresores pasa por un filtro, un secador, tuberías del sistema y luego un filtro, regulador y lubricador (FRL) antes de llegar al usuario final crítico.
Los compresores controlan la presión del aire que sale del sistema. En una disposición normal de bandas de presión en cascada, estas máquinas generalmente proporcionarían una presión de aire de alrededor de 100 libras por pulgada cuadrada (psi) cuando ambos compresores están completamente cargados. Esto cambiaría a unos 115 psi cuando las cargas son más ligeras.
Sin embargo, a medida que el aire pasa por cada componente del sistema, pierde presión. Esto significa que cuando llega al usuario final, la presión es significativamente menor. La presión aquí —donde está el usuario final crítico— debe controlarse con precisión. Sin embargo, las condiciones reales dificultan gestionar esta presión con precisión.
Cómo afectan las caídas de presión al sistema
Cuando los compresores de aire están completamente cargados, la presión del aire sufre una caída al moverse entre componentes del sistema. A continuación, un ejemplo de caídas de presión comunes que ocurren cuando el aire atraviesa el sistema:
- Caída de 4 psi en el filtro.
- Caída de 6 psi en la secadora.
- Caída de 5 psi en la tuberías.
- Caída de 15 psi en el FRL.
En este ejemplo, el aire experimentó una caída total de 30 psi en su trayecto desde el compresor hasta el usuario crítico. Este problema significa que, si el aire que sale del compresor era de 100 psi, el usuario final solo tendrá 70 psi para trabajar. Este es el peor escenario cuando el sistema está completamente cargado.
¿Se puede estabilizar la presión del aire entregada al usuario final con la ayuda del control del compresor? La respuesta a eso es no. El compresor solo puede controlar la presión del aire que sale de la máquina, pero no una vez que ha pasado por otros componentes del sistema.
Si las aplicaciones finales de este aire incluyen tareas sensibles a la presión, esta gran variación de presión puede causar una amplia gama de problemas. Entre otros, podría provocar una producción inconsistente o incluso paralizar completamente la operación. Para abordar esta inconsistencia de presión en el usuario final, los operadores suelen aumentar artificialmente la presión de descarga del compresor para compensar la menor presión.
El coste de aumentar la presión
Aumentar artificialmente la descarga de presión del compresor en, por ejemplo, 10 psi significa que los compresores mantendrán la presión entre 110 y 125 psi, dependiendo de la carga. Sin embargo, la mayor presión tendrá un coste. Es una regla general que, a aproximadamente 100 psi, por cada aumento de 2 psi en la presión de descarga, el consumo de energía del compresor aumenta aproximadamente un 1%.
Aumentar la presión de descarga también podría tener otras consecuencias negativas. La presión máxima típica de un compresor de aire es de 125 psi, y si se supera esta capacidad, puede sobrecargar el motor.
Ubicaciones múltiples de compresores
En el caso de un sistema que opera varios compresores de aire, te encontrarás con aún más problemas, especialmente si los compresores están en habitaciones diferentes. Este fenómeno ocurre porque cada compresor probablemente experimentará diferentes cargas y diferencias de presión del aire.
Para que un sistema de compresores de aire dual se controle eficientemente, los compresores de cada una de estas habitaciones deben estar coordinados correctamente. Se necesita una banda de presión amplia para lograr esto utilizando el ajuste local del punto de ajuste del compresor.
Sin embargo, si las cargas varían mucho, coordinar varios compresores es prácticamente imposible. La única excepción sería si los compresores pudieran compartir cargas con todas las unidades que operan a cargas parciales.
Ineficiencias en la carga de piezas
Un enfoque equivocado sería ajustar todos los compresores exactamente a la misma presión para que puedan compartir la carga. Con esta estrategia, las máquinas mantendrán la presión del sistema dentro de la misma banda aceptable, permitiéndoles compartir la carga.
Sin embargo, aunque parece una solución sencilla, la penalización energética es enorme. Esto se debe a que los compresores de tornillo rotativo de velocidad fija tienden a alcanzar la máxima eficiencia cuando la carga está llena.
Por ejemplo, si haces funcionar el compresor a una carga del 30%, puede consumir entre el 60% y el 80% de lo que consumiría a plena carga. Si haces funcionar tres compresores a una carga del 30%, podrían consumir el doble de lo que consumiría un solo compresor a plena carga. ¡Ahora imagina cuánta energía gastaría esto si hicieras lo mismo con 10 compresores! Tus facturas de energía serían increíblemente altas.
No importa qué sistema uses, la mejor estrategia es mantener todos tus compresores completamente cargados excepto uno. El que soporta la carga parcial también debe tener la mayor eficiencia de carga parcial.
Eliminar diferenciales de presión
Incluso si intentas controlar la presión más abajo en la línea, como entre la secadora y la tubería o entre la tubería y la FRL, aún no podrás eliminar los problemas de diferencia de presión que podrían surgir en el usuario crítico.
Ten en cuenta que las plantas suelen tener varios cientos de usuarios críticos, y controlar la presión del aire para todas ellas es simplemente imposible. Sin embargo, lo que es posible es diseñar componentes de alta calidad y fiables que alimenten al usuario final.
Una razón por la que muchos sistemas de compresores experimentan diferencias de presión tan indeseables es que no utilizan componentes optimizados. Muchas piezas se eligen simplemente porque se ajustan a los tamaños estándar disponibles en la planta, no necesariamente porque sean los mejores componentes para la aplicación. Este problema se aplica a elementos del sistema como:
- Reguladores
- Mangueras
- Conectores
- Filtros
Estos componentes tampoco siempre se instalan correctamente. Durante la instalación, a menudo se presta poca atención a las exigencias máximas de las piezas conectadas en el extremo opuesto de la manguera. Por ejemplo, si una gran llave de impacto neumática se conecta a una manguera larga de un cuarto de pulgada, las diferencias de presión resultantes podrían ser extremas. Los tamaños de los componentes deberían recibir mejoras para adaptarse al requisito máximo de la herramienta, lo que reducirá drásticamente la diferencia de presión.
Puedes reducir la diferencia de presión en cada componente mejorando ese elemento en consecuencia. Si puedes mejorar los estilos de filtros, aumentar el tamaño de los secadores de aire y aumentar la capacidad de las tuberías, así puedes reducir la diferencia de presión y poder suministrar mejor la presión de aire necesaria al usuario final. Puedes lograr ambas cosas sin tener que aumentar la presión de descarga ni desperdiciar energía.
Utilización de controles para mejorar la eficiencia del rendimiento
Si utilizas una estrategia no gestionada para controlar varios compresores de aire, experimentarás un consumo innecesario de energía y problemas de mantenimiento más frecuentes o inesperados. Si gestionas tus compresores usando solo los controladores integrados, esta técnica podría causar problemas como:
- Sobreconsumo: Hay más compresores en funcionamiento de los necesarios, lo que reduce la eficiencia energética de tu planta.
- Operaciones ineficientes: La combinación de que los compresores de aire funcionen no es óptima, lo que ralentiza tu productividad y aumenta tu consumo energético.
- Alta presión: La presión de tus compresores de aire es innecesariamente alta.
¿Por qué ocurren estas cosas? Observando señales, puntos de ajuste y diferenciales, puedes empezar a entender lo complejo que es un sistema que funciona solo con controladores a bordo.
Factores implicados en la gestión de un esquema de control de compresor de aire
Imagina un sistema con tres compresores, cada uno con su propio prefiltro, secador y postfiltro. Los tres compresores también tienen sus propias señales de presión. Estos se encuentran en la descarga del compresor y antes de los componentes de tratamiento, que son los filtros y el secador. Para asegurarse de que todos los compresores estén alineados, los transductores de presión tendrían que calibrarse perfectamente entre sí.
Otro factor que influye en este esquema de control es la gran caída de presión que existe desde donde los compresores descargan el aire al tanque receptor, que está aguas abajo respecto a los componentes de tratamiento del aire. A menos que los componentes de tratamiento de aire y la tubería causen exactamente la misma caída de presión, tus compresores no estarán alineados.
Rara vez se produce un alineamiento perfecto debido a diversos factores, incluidos los intervalos de mantenimiento y las diferencias en las características del equipo de tratamiento del aire. Cuando las señales y diferenciales no coinciden, esto hará que demasiados compresores de aire funcionen, lo que desperdicia energía y aumenta innecesariamente los intervalos de mantenimiento.
Otro factor que influye en cómo controlas tus compresores son los puntos de ajuste del control del compresor. Si tienes compresores de velocidad fija, se controlan mediante válvulas de admisión, normalmente en modo de “cargar/descargar”, lo que significa que la válvula está completamente abierta o cerrada. Normalmente, la diferencia entre los puntos de carga y descarga es de 10 psi.
Si la velocidad del motor controla tu compresor, los “puntos de ajuste” se convierten en “presión objetivo”. Si tienes más de un compresor en control local, tus puntos de ajuste se distribuyen en un amplio rango, lo que hace que tu primer compresor funcione a una presión más alta para mantener este esquema de control.
Esta estrategia, conocida como esquema de control en cascada, aumenta el consumo de energía del sistema debido a la presión elevada. En un esquema típico de control en cascada, el compresor que arranca al final se ajusta a la presión mínima aceptable. Por el contrario, el compresor que arranca primero y se apaga al final está configurado para arrancar a 115 psi y apagarse a 125 psi.
En situaciones donde la demanda es baja, el sistema de compresores puede funcionar entre 25 y 35 psi por encima de la presión mínima aceptable. Esto consumiría aproximadamente un 15% más de energía de la que normalmente se necesitaría para esa demanda.
Ventajas de la conectividad remota
No importa qué tipo de compresores de aire tengas, puedes aplicar y enlazar controles de sistema de alta calidad para monitorizar y controlar tus sistemas de compresores. Los fabricantes suelen desarrollar y proporcionar su propio equipo para monitorización, que incluye una interfaz gráfica para que puedas visualizar lo que ocurre en tu sistema. Los controles remotos basados en la web también suelen estar disponibles con estas configuraciones.
Existen muchos beneficios al utilizar la comunicación remota. Por ejemplo, considera este escenario. Un compresor sin capacidad de conectividad remota para enviar una alerta o sonar una alarma se estropea durante un turno de baja producción cuando no hay personal de mantenimiento experimentado cerca. El personal de la planta debe hacer frente a esta interrupción en su suministro de aire. Además, probablemente tendrán que detener la producción mientras contactan con un proveedor de servicios de emergencia y esperan a que llegue.
Considera la misma situación que antes, pero con una notificación de alerta móvil integrada en el sistema de control que notifica inmediatamente al proveedor de servicios. Esta función permite al proveedor evaluar rápida y remotamente lo que está ocurriendo. Pueden revisar los parámetros operativos del sistema y averiguar cómo se produjo el apagado. Este sistema de notificaciones incluso puede permitir al proveedor reiniciar el compresor de aire si ofrece permiso para esta acción.
En última instancia, la conectividad remota mejora drásticamente la calidad y velocidad de la respuesta, lo que incrementa la productividad, ahorra tiempo y incrementa los resultados económicos.
Utiliza el compresor Quincy para gestionar varios compresores
Somos conscientes de lo importante que es para ti mantener tu negocio en funcionamiento mientras proteges al mismo tiempo el bienestar de tus empleados y fomentas su productividad. Por esta razón, te ofrecemos soluciones que te permiten monitorizar tu equipo de forma remota para facilitar el mantenimiento y las capacidades operativas.
Con ICONS, podemos monitorizar la configuración de tu compresor de aire por ti. Esta tecnología nos permite comprobar el estado de su maquinaria para que la producción pueda continuar sin interrupciones. Obtienes una visión completa de la producción y gestión de aire comprimido de tu empresa sin necesidad de libros de registro extensos ni múltiples desplazamientos a las salas de compresores. Si surge algún problema con tu equipo, puedes estar seguro de que nos pondremos en contacto contigo de inmediato para hablar sobre cómo podemos resolverlo antes de que tu negocio sufra interrupciones.
Históricamente, cuando los compresores se apagaban, no había aviso. Los técnicos acudieron rápidamente para solucionar el problema, lo que provocó inactividad y pérdida de producción, ya que las empresas no estaban preparadas para programar en torno al mantenimiento. Con ICONS, podemos solucionar problemas antes de que tengan oportunidad de interrumpir tu producción. Si estás interesado en aprovechar esta solución empresarial, contacta con nuestros expertos en aire en Quincy Compressor para obtener más información sobre cómo podemos ayudarte a empezar.
