Cómo mejorar la eficiencia energética de un sistema de aire comprimido

El aire comprimido es fundamental en muchas aplicaciones industriales y no industrialesdesde el accionamiento de herramientas neumáticas y sistemas transportadores hasta la limpieza de equipos y el llenado de aire de objetos de parques de atracciones. Aunque el aire a presión es una fuente de energía indispensable, los sistemas de aire comprimido son algunas de las máquinas que más energía consumen.

Mejorar la eficiencia de un sistema de aire comprimido puede repercutir positivamente en los resultados de una empresa. Esta guía de Quincy Compresores explora consejos prácticos para aumentar la eficiencia energética de los sistemas de aire comprimido y reducir los costes operativos.

1. Comprender el sistema existente

El primer paso para frenar el derroche de energía y mejorar la eficiencia de su sistema de aire comprimido es realizar una auditoría completa de su sistema actual. Un análisis profesional del compresor le ayudará a identificar áreas de mejora, permitiéndole crear una estrategia para ahorrar costes. Normalmente, una auditoría profesional del sistema implica:

• Análisis del rendimiento: Se trata de una evaluación del funcionamiento de la máquina, incluidas las horas de funcionamiento estándar, el consumo de energía, los niveles de presión y la salida de aire. Llevar a cabo un análisis del rendimiento y registrar los datos durante un periodo determinado permite al técnico ver cómo se comporta el sistema en diferentes condiciones.
• Aplicaciones existentes: Un recorrido por toda la instalación proporciona datos sobre los distintos procesos que requieren aire comprimido. Disponer de datos detallados sobre los casos de uso es clave para identificar despilfarros y usos inadecuados.
• Identificación de retos: Una vez que un profesional recopila los datos necesarios, los analiza para comprender mejor los problemas e identificar patrones de ineficacia. Estos pueden variar, desde incoherencias entre el suministro y la demanda de aire hasta pérdidas de energía fuera de las horas de producción.

Analizar su sistema actual e identificar sus retos es necesario si quiere priorizar las soluciones en función de su impacto.

2. Optimizar la caída de presión

Es difícil evitar una caída de presión en un sistema de aire comprimido, ya que para ello es necesario que el compresor funcione a una presión más alta. Sin embargo, cuanto mayor es la presión de descarga del compresor, más potencia consume. Si se aumenta la presión de funcionamiento en 2 libras por pulgada cuadrada manométrica, el consumo de energía de la máquina aumenta en un 1%.

Por lo tanto, la optimización de la eficiencia del sistema consiste en minimizar la caída de presión a no más del 10% entre la descarga del compresor y el punto de uso. Si es superior, el sistema consume energía en exceso.

Hay diferentes factores responsables de la cantidad de caída de presión en los sistemas de aire comprimido, como el diámetro de las tuberías, la textura de la superficie, los accesorios y válvulas, la velocidad del aire y el equipo de tratamiento del aire. Estos factores pueden reducir significativamente el consumo de aire y provocar elevadas caídas de presión en el sistema.

Una evaluación del sistema de aire proporcionará datos valiosos que le ayudarán a mantener una caída de presión mínima y a mejorar la eficiencia.

3. Eliminar las fuentes de fugas

Las fugas que pasan desapercibidas en los sistemas de aire comprimido pueden ocasionar pérdidas significativas por derroche de energía y reducción de la productividad. Por ejemplo, una auditoría del sistema de Mikron Industries detectó fugas en aproximadamente dos tercios de las instalacionesque se calcula que cuestan a la empresa 157.000 dólares anuales.

Los sistemas de distribución de aire comprimido necesitan una red de tuberías actualizada que elimine los problemas de fugas habituales en los sistemas de tuberías obsoletos. Los avances actuales de la industria han dado lugar a sistemas de tuberías fabricados con materiales y accesorios fiables que ofrecen una baja caída de presión y se adaptan a las modificaciones para abordar las fuentes de fugas.

Identificación de una fuga de aire comprimido

Las fugas de aire comprimido pueden ser derrochadores silenciosos de energía en instalaciones comerciales e industriales. ¿Cómo puede saber si su sistema tiene fugas de aire? He aquí los principales signos a los que debe prestar atención:

• Fugas audibles: Debido a la alta presión del aire que se escapa, los silbidos o siseos son comunes en los sistemas de aire comprimido con fugas. Sin embargo, algunas fugas son inaudibles y, por tanto, más difíciles de detectar.
• Reducción del rendimiento del equipo: Los compresores con fugas son ineficientes y es probable que funcionen mal, lo que se traduce en un bajo rendimiento.
• Paradas del sistema: Las frecuentes paradas del compresor pueden ser consecuencia de fugas no identificadas. Como la máquina trabaja más para compensar la pérdida constante de presión, sufre desgaste y se avería con más frecuencia.
• Picos en las facturas de energía: Una fuga de aire inadvertida aumenta considerablemente los costes energéticos. Esto se debe a que el sistema utiliza más energía para compensar la pérdida de aire y alcanzar la potencia necesaria.

Recuerde que las fugas de aire comprimido pueden pasar fácilmente desapercibidas. Es posible que no identifique ninguna de las señales anteriores sin una auditoría profesional, especialmente si tiene una operación grande. Algunas fugas son inaudibles. También puede atribuir los picos de consumo energético o el bajo rendimiento de los equipos a otros problemas existentes. Lo mejor es programar una auditoría energética de todo el sistema para obtener una imagen más precisa.

4. Elija el compresor adecuado

Una forma eficaz de garantizar la eficiencia energética de un compresor desde el primer momento es instalar el sistema de aire comprimido adecuado para sus instalaciones. He aquí algunas consideraciones para seleccionar el compresor adecuado para mantener la eficiencia:

• Tecnología de accionamiento de velocidad variable (VSD): La tecnología VSD permite a las máquinas industriales equipadas con ella ajustar la velocidad del motor en función de las demandas de una aplicación específica. Elegir compresores con VSD es ideal para aplicaciones que requieren una demanda dinámica de aire: la máquina consume solo la energía necesaria.
• Compresores centrífugos: Estos compresores para servicio pesado utilizan un proceso de compresión dinámica que los hace eficientes para demandas de aire a gran escala. Los compresores centrífugos modernos vienen con impulsores avanzados diseñados para satisfacer los requisitos de caudal de aire y presión.
• Requisitos de dimensionamiento: El dimensionamiento adecuado es fundamental a la hora de seleccionar sistemas de aire comprimido. Las opciones sobredimensionadas derrochan energía, mientras que las de tamaño insuficiente tienen dificultades para satisfacer la demanda y soportar las fluctuaciones de presión. Para mejorar la eficiencia, debe elegir un tamaño de compresor que se adapte a sus necesidades.
• Compresores exentos de aceite e inundados de aceite: La elección entre compresores de aire exentos de aceite y sus alternativas lubricadas por aceite depende de sus necesidades. Dicho esto, las alternativas sin aceite suelen reducir las fugas y el consumo de energía.

5. Optimizar los controles del compresor

Los sistemas de control de compresores desempeñan un papel muy importante en la eficiencia energética, especialmente en los sistemas con varios compresores que requieren una solución de control más compleja. Los controles de los compresores determinan cuándo funcionan los sistemas, por lo que, con varios compresores, es necesario determinar qué unidad funciona y cuándo utilizar la automatización.

¿Cómo contribuye la optimización de los controles de los compresores a la eficiencia energética? A continuación se ofrece una visión general del control secuencial y del control centralizado optimizado, así como de su rendimiento.

Control de secuencias

Un sistema de control de la secuencia de arranque puede programarse para reaccionar a las caídas de presión del sistema, de forma que un compresor adicional desconecte la carga en funcionamiento si la presión desciende. Dado que la secuencia sigue siendo la misma, incluso con el uso de unidades accionadas por VSD, los volúmenes de presión siempre serán superiores a los necesarios, lo que dará lugar a facturas energéticas elevadas.

Controles centrales optimizados

Con controladores centrales optimizados, el sistema intuitivo es capaz de conectar todos los compresores, reduciendo la banda de presión y optimizando el rendimiento para una mayor eficiencia energética. Cuando cae la presión, un controlador secuencial simplemente selecciona la siguiente unidad independientemente de su capacidad. Un controlador optimizado elige la combinación ideal de compresores para satisfacer eficientemente la demanda de aire requerida. En caso de una caída de presión significativa, selecciona la unidad de mayor capacidad para compensar.

6. Implantar la recuperación de calor

La implementación de la recuperación de calor no reduce necesariamente el consumo de energía de su compresor, pero sí mejora la eficiencia general de su sistema. Hasta el 90% de la energía eléctrica que consume un sistema de aire comprimido nunca se utiliza y se convierte en calor.

Recuperar el calor generado por los compresores de aire elimina el exceso de despilfarro, ya que puede reutilizar el calor para reducir costes en otras áreas de la instalación. Por ejemplo, puede utilizar el calor recuperado para cubrir otras actividades que consumen mucha energía, como:

• Calefacción de espacios: Calentar una o varias zonas de una instalación, sobre todo en invierno, ya consume mucha energía. La calefacción es un uso ideal del calor residual recuperado.
• Calentamiento de agua: El agua caliente es necesaria en muchas aplicaciones industriales. En lugar de consumir electricidad para calentar agua, puede reutilizar para este fin el calor residual de su compresor.
• Aplicaciones específicas de calor: El calor recuperado del aire comprimido es una solución eficaz para alimentar operaciones específicas de calor ya habituales en muchas industrias. Estos procesos incluyen la limpieza, el refinado, el secado y la fusión, entre otros.

7. Optimizar el uso final

Los sistemas de aire comprimido más eficientes siguen sin ser eficientes desde el punto de vista energético si hay un problema en el uso final que provoca pérdidas de aire. Estos son algunos de los pasos que hay que dar para optimizar las soluciones de uso final:

• Utilice equipos eficientes: Las boquillas y tuberías de mala calidad pueden hacer que se utilice más aire comprimido del necesario. Examine los cilindros neumáticos para asegurarse de que están dimensionados correctamente para sus aplicaciones específicas.
• Soluciones alternativas: Tener un sistema de aire comprimido no significa que sea la solución más eficiente para todas las aplicaciones. Puede haber alternativas para casos de uso específicos en sus instalaciones que pueden aumentar su ahorro de energía. Algunos ejemplos son las bombas de vacío y los soplantes de baja presión.
• Automatización de encendido y apagado: El simple apagado de los sistemas de aire comprimido cuando no se utilizan ofrece un gran ahorro de energía. Teniendo en cuenta que el error humano es una causa común de daños y pérdidas, una política estricta de encendido y apagado puede no ser tan eficaz como una solución de apagado automatizado.

8. Aplicar un diseño adecuado

Los compresores con un sistema de distribución bien diseñado ofrecen un mayor rendimiento y eficacia. El diseño de un sistema de bucle para la distribución del aire, por ejemplo, es mejor que las líneas sin salida. Proporciona al aire múltiples caminos para llegar al punto de uso final, mejorando el flujo de aire y reduciendo las caídas de presión.

Un sistema de tuberías eficaz también debería tener menos codos y accesorios. Estas restricciones favorecen las caídas de presión, al igual que un dimensionamiento incorrecto.

Además, el sistema debe utilizar drenajes automáticos en los receptores de aire y los filtros para evitar la acumulación de condensado, responsable de la corrosión acelerada y el aumento de las caídas de presión.

9. Fomentar una cultura de eficiencia energética

Aunque centrarse en los aspectos técnicos es necesario para mejorar la eficiencia energética de su compresor, es importante considerar un enfoque integral para crear un programa de eficiencia energética sostenible. Muchas de estas tecnologías y estrategias inteligentes dependen de un componente vital: su equipo.

Para un sistema que puede representar fácilmente el 30% o más de todo el consumo energético industrial, es aconsejable establecer una cultura de eficiencia energética para fomentar una mentalidad colectiva que impulse los objetivos energéticos. Estas son algunas de las soluciones para establecer una eficiencia sostenible de los compresores en toda la empresa:

Formación y sensibilización

El conocimiento es clave para ayudar a los empleados a comprender las implicaciones de unos sistemas comprimidos ineficaces. Cree programas de formación sobre dispositivos para todos los grupos de empleados, desde operarios y técnicos de mantenimiento hasta el personal directivo. Los conocimientos prácticos sobre el funcionamiento y la resolución de problemas reducen los errores humanos, mejoran el mantenimiento y aumentan la concienciación.

Mantenimiento rutinario

Los compresores dependen del mantenimiento rutinario para un rendimiento óptimo. Considere la posibilidad de implantar un plan de mantenimiento proactivo que vaya más allá de las reparaciones reactivas. Desarrolle una estrategia de mantenimiento preventivo eficaz que su equipo o sus técnicos puedan seguir para garantizar la eficiencia.

Mejora continua

La eficiencia a largo plazo de los compresores requiere una mejora continua y la adaptación a las necesidades cambiantes. Programe auditorías periódicas del sistema para recopilar datos de rendimiento e identificar áreas de mejora, desde la detección de fugas hasta la sustitución completa del compresor. A medida que surjan nuevos avances en la tecnología del aire comprimido, querrá adaptarse y aprovechar las soluciones más eficientes desde el punto de vista energético.

Mantenimiento de la eficiencia energética de los sistemas de aire comprimido

Abordar los retos de eficiencia energética de su sistema de aire comprimido ofrece una potente solución para recortar los costes operativos, mejorar el funcionamiento general de las instalaciones y reducir la huella energética de las mismas. Para mantener la eficiencia energética a largo plazo, es necesario un enfoque holístico que combine aspectos técnicos y un compromiso de optimización continua.

Los sistemas de aire comprimido son una máquina imprescindible en muchas industrias. Sin embargo, su relevancia no significa que deba soportar facturas energéticas desorbitadas. Pruebe las soluciones recomendadas, como invertir en auditorías de aire, resolver fugas y optimizar los controles de los compresores. Si el derroche de energía sigue siendo una preocupación, considere estrategias avanzadas como la automatización, la recuperación de calor y la actualización a los sistemas más modernos.