Desde el embalaje de alimentos hasta el montaje de productos, se utiliza aire comprimido para la preparación de los productos que se venden en las estanterías de supermercados y grandes almacenes. Desde el depósito del compresor hasta la punta de cada herramienta neumática, el aire debe comprimirse a la presión justa y aplicarse a sus objetivos sin humedad. Sin embargo, existen numerosos factores internos y externos que pueden desviar el proceso, por lo que es crucial conocer las 14 R de eficiencia del aire comprimido.
R #1. Reducir la pérdida por fugas de aire
La eficiencia del aire comprimido se ve significativamente comprometida por las fugas, que anualmente provocan una pérdida del 20–30% en el aire comprimido total en la mayoría de las plantas. En casos en los que no se realiza mantenimiento y el problema no se detecta, la pérdida puede superar el 50%.
En tan solo un mes, una fuga de apenas 1/4″ podría provocar una pérdida de tres millones de pies cúbicos de aire en un sistema de 100 psig. Anualmente, esto podría suponer una pérdida de energía de 107.000 kWh a niveles de potencia de 18 kW/100 cfm: un valor de 10.700 dólares a 10 céntimos por kW. Cuanto mayor es la presión, más cara es la pérdida.
Una fuga puede atribuirse a uno de dos factores: una fuga intencionada, como una válvula abierta o un drenaje de condensado; o una fuga accidental, que puede ocurrir cuando mangueras, válvulas, uniones de tuberías o acoplamientos se dañan o se desgastan con el tiempo. También puede producirse fuga si se dejan equipos inactivos conectados a un sistema mientras se están realizando otras operaciones.
Los cambios climáticos estacionales también pueden contribuir a las fugas de aire. Los meses más cálidos de verano aumentan los niveles de condensación, y dejar los desagües de condensado abiertos puede provocar fugas de aire. Demasiada condensación puede hacer que las válvulas fallen, lo que puede ser un desastre.
Por otro lado, cuando la temperatura baja drásticamente, la falta de aislamiento puede hacer que los sellos y juntas se congelen y goteen.
Las fugas deben solucionarse al descubrirse —especialmente si superan el 10%—, aunque requieren un mantenimiento continuo para evitar que se descontrolen.
R #2. Reducir la presión en puntos de bajo uso
Cuando una planta tiene múltiples herramientas acopladas durante una operación dada, el sistema debe producir un nivel de presión óptimo para la aplicación a mayor presión, independientemente de si la aplicación está en uso o no. En consecuencia, se envía presión extra a través de las aplicaciones de menor presión, y el sistema consume más energía en general. Cada 2 psig de presión extra requiere un 1% más de potencia.
Para reducir el consumo de presión de aire en sistemas de uso multiutilización, es mejor especificar requisitos de presión más bajos en equipos nuevos y adaptar equipos antiguos para obtener presión más baja. En algunos casos, equipos antiguos pueden necesitar reemplazar componentes solo para funcionar a niveles de presión reducidos. El equipo antiguo que no puede ser adaptado debe ser segregado en otro sistema. Esto permitirá que las operaciones a baja presión conserven la presión y la energía del aire.
En un caso de estudio en un aserradero, donde se necesitaba más potencia neumática para los cilindros de actuación que para el recorrido de retorno, el primero fue adaptado para usar 100 psi y el segundo solo 40 psi, lo que llevó a una reducción global del 30% en el uso de aire comprimido en el aserradero.
En algunas industrias, el sistema de compresores de aire se extiende a lo largo de cientos de pies. Las operaciones mineras, por ejemplo, utilizan compresores de aire subterráneos como parte de su proceso, lo que a menudo conduce a la creación de sistemas de tuberías expansivos, y al potencial de fugas o pérdidas de presión en puntos de bajo uso.
R #3. Reducir la presión de la fuente
No se puede lograr realmente eficiencia energética con aire comprimido sin reducciones significativas en la presión de descarga. Por cada caída de 2 psi en la presión del sistema, hay una reducción del 1% en las necesidades energéticas de un sistema de 100 psi. Sin embargo, en ciertos sistemas se pierden ahorros debido a tuberías mal ajustadas, lo que puede hacer que las operaciones a baja presión consuman mayores cantidades de energía de lo normal.
Por el bien de la conservación de energía, la presión de control de un sistema debe ajustarse al nivel más bajo necesario para las operaciones en cuestión, no al más alto.
Poner el compresor de aire en la configuración más alta no va a aumentar tu eficiencia. Esto reducirá la vida útil total de tu sistema y podría provocar fallos en equipos además de un desperdicio de energía.
R #4. Reducir las fluctuaciones de presión con receptores de aire compatibles
En sistemas donde los receptores no coinciden y la tubería es desigual, a menudo se pierde energía debido a fluctuaciones de presión y problemas de ciclo del compresor. Un receptor de aire, por ejemplo, puede eliminar la humedad cuando está situado delante de una secadora, pero la propia secadora podría sobrecargarse si el compresor de aire emite demasiado flujo de aire.
En una instalación que gestionaba el procesamiento de minerales, unos controles defectuosos del compresor resultaron en un rendimiento mediocre. Para acomodar su base de 350 CV y dos compresores de acabado de 150 CV, la instalación aumentó su almacenamiento del sistema de 400 a 4.000 galones. A pesar de la mejora en el control del compresor, surgieron problemas con el filtro de mangas una vez que se redujo la presión. Esto se debía a un alto flujo de aire que se enviaba a través de finas líneas de mangueras. Se introdujo un tanque de almacenamiento de 60 galones en el sistema, que liberaba más aire a través de cada pulso y permitía que la casa de mangas funcionara a 60 psi. Esto, a su vez, permitió reducir la presión sobre el sistema principal.
Utilizar almacenamiento para igualar la presión de aire creada por receptores de aire no compatibles también puede ahorrarte dinero a largo plazo al reducir la demanda eléctrica durante las horas punta.
R #5. Reducir el número de compresores de carga parcial
En algunos sistemas antiguos, se utilizan múltiples máquinas para realizar operaciones que un sistema más nuevo podría manejar de forma mucho más eficiente.
En una instalación de fabricación aeroespacial, se utilizaron tres compresores de 1.500 cfm para manejar cargas las 24 horas del día en el rango de 350 a 750 cfm. Debido al alto caudal al usar el autoclave, había que curar 3k cfm de aire comprimido hasta durante 15 minutos. Aunque el relleno duraba solo una pequeña parte de cada turno, se necesitaban dos compresores debido a fallos recurrentes cada vez que uno se apagaba. Además, debido a fallos de carga/descarga, los operadores se veían obligados a hacer funcionar las unidades en modo de modulación rezagada.
Finalmente, este sistema fue sustituido por un montaje compuesto por cuatro compresores de tornillo rotatorio. Equipado con un controlador maestro, el nuevo sistema adaptaba las máquinas a cada carga, lo que suponía un ahorro anual de 2.380.000 kWh.
Actualizar tu sistema de compresores de aire para eliminar los compresores de carga parcial puede parecer una opción cara, pero puede reducir drásticamente tus costes operativos a largo plazo.
R #6. Eliminar aplicaciones de baja presión
Una potencia de 1 hp de una herramienta neumática es el resultado final de 7–8 hp de aire comprimido. Esto se traduce en un nivel de eficiencia de alrededor del 15%, que podría ser aún menor si se tiene en cuenta la fuga.
Cuando se utiliza baja presión desde una fuente de alta presión, la energía que utiliza el compresor de aire se desperdicia en el proceso. Por lo tanto, el uso de aire comprimido para aplicaciones innecesarias es una práctica costosa. Por tanto, cuando una herramienta solo necesita hasta 22 psi de un compresor de aire, en realidad es más eficiente usar un soplador. Por ejemplo, cuando un armario eléctrico necesita bajar la temperatura, es más eficiente usar un ventilador. Otras alternativas a las herramientas de compresión de alta presión incluyen sopladoras y bombas de vacío.
El aire comprimido para el control de la temperatura no es el único punto de posible pérdida en aplicaciones a baja presión. Algunas herramientas, como una clavadora de pinzas, solo requieren 0,3 cfm (pies cúbicos por minuto) en un sistema que funciona entre 70 y 90 PSI. Si el resto de tus herramientas requieren mucha más presión, retirar esta herramienta del sistema y usar una alternativa eléctrica o a batería podría ayudar a igualar la presión en toda la red de aire comprimido.
R #7. Reducción de la caída de presión
Pueden producirse diferencias extremas de presión entre dos puntos en una red de distribución cuando las mangueras no están bien ajustadas a las conexiones de un compresor de aire. Idealmente, esta diferencia —la caída de presión— nunca debería superar el 10% de la presión de descarga que pasa desde un compresor de aire hasta cualquier herramienta conectada. Los porcentajes de caída de presión pueden reducirse mediante el uso de válvulas de compuerta y pasajes en forma de lazo.
La caída de presión suele ocurrir con compresores de aire antiguos — muchas veces, aquellos que no son realmente adecuados para su uso actual, pero que aun así se han adaptado a una gama creciente de herramientas. Por ello, estos compresores suelen estar mal equipados para satisfacer las demandas actuales. Es especialmente problemático cuando las longitudes y caudales de las tuberías son insuficientes porque la tubería del sistema ha sido determinada por el tamaño de la conexión de descarga del compresor. La velocidad máxima del aire utilizada en todo un sistema de tuberías nunca debería superar los 50 ft/s (fps).
Vigila también la temperatura ambiente. Si tu compresor se calienta demasiado, no podrá producir aire de forma tan eficiente. Aunque no puedas almacenar un compresor grande dentro de tu edificio, mantenerlo a la sombra y a una temperatura cómoda puede ayudar a mejorar la eficiencia de tu sistema y evitar caídas de presión.
R #8. Elimina la humedad según las necesidades de aplicación
Los requisitos de punto de rocío varían de una aplicación a otra. Sin embargo, el secado al aire no debe superar el nivel necesario para una aplicación determinada. En algunos sistemas, un secador se coloca junto al compresor para secar todo al mismo nivel, independientemente del uso al que se aplique el aire. Esto puede ser un consumo costoso de energía.
La humedad exterior también puede afectar al punto de secado de tu sistema, especialmente en estados donde el nivel de humedad exterior suele superar el 50 por ciento. Estar atento al parte meteorológico diario local puede ayudarte a ajustar la presión del punto de secado en consecuencia.
Para muchas aplicaciones básicas, una presión general de rocío de 38° F es suficiente. Sin embargo, deben tenerse en cuenta las tuberías y desagües por los que pasa el aire, especialmente si hay temperaturas bajo cero en el camino. Puedes ahorrar energía revisando cada aplicación para evaluar las necesidades de secado y ajustar el secador en consecuencia cuando se esté realizando una aplicación concreta.
R #9. Elimina el condensado mientras conservas el aire
El condensado se drena de numerosas formas desde las máquinas que forman un sistema de compresores de aire. Dependiendo del clima y los factores ambientales de un lugar de trabajo determinado, las necesidades de un sistema pueden variar. En cuanto al tamaño del sifón de desagüe, las selecciones deben hacerse en función de la tasa esperada de condensado para la ubicación en cuestión, así como de la tasa de contaminación esperada de los lubricantes aplicables.
Sin un mantenimiento adecuado, los desagües y sifóns se van atascando gradualmente en el interior. Esto provoca que el exceso de humedad se acumule en el sistema y se forme gradualmente en agua, lo que puede tener los siguientes efectos:
- Corrosión en las tuberías y el receptor de aire
- Fallos en las válvulas
- Erosión de lubricantes a lo largo de cilindros y válvulas
- Agotamiento de filtros y secadoras
Una práctica defectuosa que se emplea a menudo consiste en dejar la válvula de desagüe ligeramente abierta, lo que solo provoca que escape aire comprimido. Independientemente del sifón de desagüe, la mejor manera de asegurar el mantenimiento es mediante tuberías de derivación.
Si la contaminación por condensados es un problema, considera instalar un purificador de condensados que pueda eliminar cualquier contaminante del sistema. El filtro también puede retirarse y reemplazarse fácilmente, permitiéndote desechar de forma segura cualquier aceite o lubricante que pueda acabar en tu sistema de condensados. Esto eliminará la necesidad de dejar abierto un sifón de condensados, lo que puede provocar pérdida de aire.
R #10. Reduce el tiempo de inactividad con mantenimiento preventivo
Los posibles problemas con un compresor de aire deben rastrearse y solucionarse antes de que conlleven reparaciones costosas o tiempos de inactividad. Aunque un lubricante pueda estar garantizado para durar x horas, los filtros y separadores sobre los que se aplica el lubricante podrían fallar antes si las caídas de presión no controladas pasan factura.
El tiempo de inactividad es caro : el 98 por ciento de las empresas encuestadas afirma que solo una hora de inactividad cuesta más de 100.000 dólares, y el 33 por ciento de las empresas puede perder entre 1 y 5 millones en el mismo periodo. La cantidad de dinero que te costará el tiempo de inactividad dependerá de tu sector, tu margen de beneficio y de la rapidez con la que puedas reparar tus compresores de aire.
El tiempo de inactividad puede reducirse drásticamente simplemente realizando un mantenimiento preventivo en tus compresores y equipos relacionados.
Cuando un microprocesador muestra signos de mantenimiento necesario, el problema debe resolverse de inmediato. Los desagües de condensado también deben inspeccionarse rutinariamente en busca de signos de deterioro. Guardad a mano los archivos de todas las revisiones y sustituciones de piezas. Los intervalos entre este tipo de mantenimiento pueden utilizarse para determinar la frecuencia necesaria para reparaciones y revisiones.
En un caso que ha llegado a ejemplificar los problemas de supervisión del mantenimiento, una fundición tuvo que alquilar un trío de compresores diésel para compensar su propio sistema de retraso. El problema se debía al mal mantenimiento de su propio sistema de cuatro compresores en la planta de fabricación de ruedas de riel. Esto no solo provocaba que el sistema se retrasara, sino que también calentaba demasiado el aire y hacía que los refrigeradores se dispararan.
Resultó que los compresores de aire internos perdían 1.100 cfm cada fin de semana. Además, una máquina no se abría en la entrada mientras otra no cargaba. Tras una serie de reparaciones muy necesarias, la planta ahorró 90.000 dólares anuales con un sistema reducido a solo tres compresores.
R #11. Datos de registro sobre mantenimiento y reparaciones
Se deben mantener registros de todos los procedimientos de mantenimiento para fines de análisis y establecimiento de prioridades. Al registrar la frecuencia con la que se necesitan mantenimiento o reparaciones en una parte concreta de un compresor de aire, es más fácil establecer un calendario de cara a cara para cuándo realizar las inspecciones. De este modo, también es más fácil prever un presupuesto de mantenimiento, porque sabrás con qué frecuencia ciertas piezas deberán ser reparadas o reemplazadas.
Con los registros de mantenimiento disponibles, también puedes identificar qué áreas necesitan atención con mayor frecuencia y los tipos de medidas que generalmente se requieren para solucionar un problema determinado. También se deben tomar notas de cómo se comporta un componente en particular, tanto antes como después del mantenimiento. Esto puede ayudarte a solucionar problemas y determinar si un problema es aislado o sistémico.
Llevar un control de tu mantenimiento y reparaciones también puede proporcionarte un rastro documental, lo cual es vital si contratas técnicos externos. Si un sistema que ha sido reparado vuelve a fallar casi de inmediato, tienes un registro del trabajo realizado para poder llamarles de nuevo para que arreglen lo que no se reparó correctamente la primera vez.
R #12. Seguimiento regular de los cambios en el uso del aire
Para seguir los cambios en el consumo de aire, ayuda observar los niveles de presión en puntos específicos del sistema. Sin embargo, algo que esto no aclarará es la velocidad a la que se producen estos patrones cambiantes. Para eso, es recomendable llevar un registro de datos.
Con el paso de los años, una planta suele introducir nuevos compresores de aire y eliminar los antiguos. En el extremo operativo, hay que prestar atención a las fluctuaciones de presión que puedan producirse cuando un nuevo componente opera a un nivel de uso diferente al de una maquinaria antigua adyacente. En estos casos, podrían ser necesarias mejoras adicionales, y es mejor descubrirlas cuanto antes.
Controlar el consumo de aire también puede ayudarte a identificar dónde empiezan a aparecer los problemas: si una zona en particular de repente consume más aire que antes, podría indicar una fuga u otro problema que debe solucionarse rápidamente.
R #13. Recuperar calor
En la mayoría de los compresores rotativos refrigerados por aire, el 80% de la potencia se traduce en la generación de calor para el enfriador de aceite, mientras que el 13% de la energía restante la utiliza el post-enfriador de aire. Se puede recuperar una cantidad considerable de calor de estas operaciones y redirigirse para otros fines.
Por ejemplo, en una planta de reacondicionamiento de botellas de un pueblo pequeño, un compresor de aire de 25 CV genera 15 kW de calor. Con las botellas colgadas de una cinta transportadora para su reacondicionamiento, la mayor parte del calor se utiliza para secado, mientras que el calor restante se emplea para limpiar el aire de la instalación. Todo esto supone un ahorro energético anual de aproximadamente 2.500 dólares.
Dependiendo de tu instalación, el calor atrapado incluso podría alimentarse en un sistema de agua caliente y usarse para calentar tu edificio o incluso para calentar el agua que sale de tus grifos, ahorrándote dinero a largo plazo y creando el diseño de compresor de aire más eficiente. Recuperar el calor generado por tu compresor también puede reducir los gases de efecto invernadero generados por la instalación.
R #14. Reducir el coste de la energía / Aumentar el retorno del retorno de la inversión
Como parte de un esfuerzo colaborativo a nivel industrial conocido como The Compressed Air Challenge, las plantas que utilizan compresores de aire emplean todo tipo de técnicas de mantenimiento preventivo y ahorro de energía para reducir los costes operativos, minimizar reparaciones y tiempos de inactividad, y mejorar la calidad de los productos terminados.
En muchas plantas con sistemas multicompresores, las mejoras operativas han permitido apagar al menos una máquina, lo que ha supuesto un enorme ahorro de energía y mantenimiento. Las empresas pueden obtener más dinero con sus productos porque hay menos gastos generales implicados. Con un rendimiento de la máquina mucho mejorado y operaciones sin defectos, la calidad del producto ha mejorado sustancialmente en muchas industrias participantes.
Invertir en un sistema de compresores nuevo y más eficiente puede parecer caro, pero puede generar un retorno de la inversión mucho mejor que simplemente reparar un sistema antiguo una y otra vez.
Eficiencia energética con compresores de aire Quincy
Quincy Compressor ha sido un proveedor líder de compresores de aire y herramientas relacionadas durante casi un siglo. Con clientes satisfechos en los campos de la automatización, la construcción, la fabricación general, el procesamiento de alimentos, el ensamblaje de productos y mucho más, las máquinas de nuestro inventario se han encargado de los comestibles y lujos que la gente consume en todas partes.
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