Cómo calcular su demanda actual de aire

Publicado el: 10 de junio de 2019

Cómo calcular su demanda actual de aire

Cualquier industria que utilice aire comprimido está sujeta a la ineficiencia. Esto se debe a que los compresores de aire consumen intrínsecamente mucha energía sólo para producir el aire y, una vez producido, los empleados tienden a utilizarlo mal. Es fácil caer en la trampa de pensar que el aire comprimido es gratis, pero por desgracia, como cualquiera que revise su factura de la luz puede decirle, no es así. Calcular su demanda de aire y ajustar adecuadamente sus procedimientos operativos es un componente crítico para minimizar el aire desperdiciado y hacer que todo su proceso sea más eficiente.


Repasaremos varios componentes del aire comprimido, incluidas las ineficiencias dentro de la producción, las oportunidades de uso indebido, el cálculo de la demanda y la oferta, la estimación del consumo de aire comprimido y más factores que pueden ayudarle a medir y optimizar su uso del aire.

Uso energético del aire comprimido

Uso energético del aire comprimido

Antes de entrar en el meollo de los cálculos y la optimización, repasemos el proceso de producción del 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 rotativo, para reducir el volumen de aire. Esta acción se produce 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 se desplaza por las tuberías.

Sabemos que este proceso consume mucha energía, pero ¿adónde va a parar?

  • Gran parte se destina a refrigerar el aire. Cuando el motor funciona, calienta inadvertidamente el aire comprimido, que necesita refrigeración. Esta refrigeración puede hacerse con un ventilador y un intercambiador de calor refrigerado por agua o aire. Estas herramientas, por supuesto, requieren más energía
  • Una parte, por supuesto, se destina a alimentar el motor.
  • Otra parte de la energía se pierde en residuos y fugas, incluidas las que se producen por un uso inadecuado.
  • Lo que sobra se destina a un uso productivo. Aproximadamente el 15% de la energía que entra en un compresor de aire ofrece un uso productivo y eficiente.

 

Dado que el proceso de compresión del aire consume tanta energía, su conservación es mucho más importante. Una mejora del 10% sobre el uso actual podría suponer un ahorro de unos 3.000 millones de kilovatios-hora de electricidad en todo el país.

Oportunidades de abuso

oportunidades de uso indebido del aire comprimido

Muchas personas tienden a pensar que el aire comprimido es un recurso ilimitado e intentan utilizarlo para una serie de tareas que podrían realizar de forma más eficiente con diferentes herramientas. Utilizar aire comprimido para algo para lo que no está destinado hace que el sistema sea más ineficaz y cuesta recursos y dinero adicionales. Para reducir estos problemas, deberá identificar las áreas en las que puede producirse un uso indebido. Estas tareas pueden incluir:

  • Refrigeración: En instalaciones calurosas o durante los meses difíciles del verano, los trabajadores pueden intentar utilizar aire comprimido para refrescarse. Pueden volcar la salida sobre sí mismos o hacer varios agujeros en una tubería para realizar el trabajo. La regla general para las fugas de aire comprimido es que un agujero de 1/8 de pulgada en una tubería de aire de 100 psi cuesta unos 1.000 dólares al año en electricidad. Si un empleado hace varios agujeros para crear un ventilador improvisado, eso puede sumar. Compare esta cifra con los 149 dólares al año que costaría hacer funcionar un ventilador eléctrico, y podrá ver cómo la refrigeración personal con aire comprimido puede perjudicar su cuenta de resultados.
  • Soplado: Es posible que encuentre compresores de aire utilizados con fines de limpieza en lo que se denomina un "soplado". Durante un soplado, se proyecta aire comprimido sobre una superficie para eliminar la humedad, la suciedad y los residuos. Aunque puede cumplir esa función, una opción más eficaz sería utilizar un soplador de baja presión diseñado explícitamente para ese fin. Este tipo de soplador debe cumplir las normas de salud y seguridad y estar debidamente regulado.
  • Exceso de suministro: Utilizar más aire del necesario añade una demanda significativa a su sistema de suministro de aire. Revisar los requisitos de la máquina puede ayudarle a calibrar con mayor precisión la presión necesaria y optimizar las cantidades de suministro.
  • Atomización: La atomización consiste en utilizar aire comprimido para dispersar un líquido en un proceso en forma de aerosol, como la introducción de combustible en una caldera. Si la presión fluctúa, la eficacia de la combustión puede cambiar. Los soplantes de baja presión suelen ser una alternativa adecuada.
  • Refrigeración de armarios: La refrigeración de armarios es común para hacer frente al calentamiento de los controladores programables, los sistemas de control numérico, los armarios de control de línea, los armarios de control informático y otros. Otras formas de refrigeración, además del aire comprimido, suelen ser más eficaces para la refrigeración de armarios.

 

Cualquier tipo de uso inadecuado crea una demanda artificial, alejándose de las fuentes reales que necesitan utilizar el suministro. Elimínelas 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 a pleno caudal de salida. También aumenta la demanda por usos inadecuados, como fugas y soplados abiertos. El uso no regulado puede suponer entre el 30% y el 50% de la demanda de aire de una planta, y ese mismo aumento de 2 psi añadirá entre un 0,6% y un 1% a la demanda de energía. Combinando los efectos se añade alrededor de un dos por ciento al consumo de energía por cada incremento de 2 psi en un sistema con un rango de 100 psig y dentro del 30-50 por ciento de uso de aire no regulado. Para aplicaciones con demandas elevadas, a veces una modificación del equipo puede ahorrar energía, en lugar de elevar la presión de todo el sistema.

La reducción de la presión del sistema afecta a muchos factores, como el índice de fugas, la capacidad y el esfuerzo de los equipos, pero puede requerir modificaciones en algunos componentes, como reguladores de presión y filtros. Por supuesto, sigue siendo necesario mantenerse por encima de los requisitos mínimos para que los equipos funcionen adecuadamente, pero una auditoría de este requisito y de la demanda real de presión puede revelar cualquier uso innecesario.

Cómo calcular la demanda de aire

Calcular la demanda de aire

Para calcular la demanda de aire, primero hay que reunir algunos datos, como el caudal de aire comprimido y la medición de las necesidades de aire. ¿Cómo se calculan las necesidades de aire comprimido? Existen varios métodos y herramientas diferentes que puede utilizar en función de sus necesidades y de su sistema. Algunos requieren herramientas o servicios más caros que otros, y otros ofrecen resultados más precisos o a más largo plazo.

Un dato que tendrás que encontrar es el perfil de carga de tu sistema.

  • Método nº 1: Este método ofrece una estimación rápida de la capacidad del compresor y de 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 anotar el volumen del recipiente y las presiones de carga y descarga.
  • Método nº 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, por ejemplo una semana o dos. En ese tiempo, recopila datos sobre la corriente, sus tendencias y cualquier fluctuación que se produzca.
  • Método nº 3: Esta opción le 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. Puede catalogar esta información y utilizarla para una supervisión y unos ajustes prolongados y continuos.

 

Otro dato valioso es el consumo de aire comprimido de su sistema. Hay algunos factores diferentes que intervienen en el cálculo del consumo de aire comprimido, que se basa en el volumen de aire utilizado por unidad de tiempo. Este caudal puede medirse en pies cúbicos por minuto (CFM). Sin embargo, los CFM pueden variar mucho y convertirse en una fuente de malentendidos. El aire es compresible y cambia rápidamente debido a la variación atmosférica de la presión atmosférica, la densidad, la temperatura y otros factores. La ubicación, la altitud y las estaciones pueden afectar a las diferentes condiciones del aire.

Debido a la capacidad de malentendidos, se utilizan algunas variaciones diferentes de CFM:

  • CFM estándar (SCFM): Para ajustar las diferencias de presión en diferentes condiciones, SCFM ajusta un pie cúbico estándar de aire para llenar un pie cúbico de volumen. Mide el peso, no el volumen. Ajusta la presión por pulgada cuadrada absoluta (psia), la temperatura y la humedad relativa.
  • CFM reales (ACFM): ACFM valora el rendimiento del caudal con la presión y la temperatura reales.
  • CFM 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 provoca una caída de la presión del aire cuando este pasa a través de él, y los proveedores de compresores deben tenerlo en cuenta para estimar con precisión el rendimiento.

 

Por último, tendrá que realizar un análisis de funcionamiento, que le permitirá encontrar el nivel óptimo de aire comprimido que debe producir. Puede encontrar los datos de consumo de aire de todas sus máquinas y sus factores de utilización previstos. Mídalos durante un periodo adecuado, al menos una semana, durante procedimientos de funcionamiento normales que sean representativos de sus hábitos habituales. Existen valores estándar si no encuentra esta información, pero siempre es mejor obtener cifras exactas de su equipo. Éstas pueden informarle sobre la precisión de las estimaciones de carga para dimensionar los equipos y saber cuánta capacidad de reserva tiene un sistema.

Deberá tener en cuenta varios factores del funcionamiento de la máquina, como:

  • Cuánto tiempo funciona
  • Frecuencia de uso
  • Cuánta presión recibe
  • Cuántas máquinas se utilizan
  • Tiempos de carga y descarga

 

Para averiguar la cantidad de aire necesaria, empezaremos por hacer un perfil de demanda. Enumere las demandas de su maquinaria basándose en las especificaciones del fabricante. Esta información debe incluir la presión requerida y los caudales de funcionamiento, así como las condiciones máximas y medias. También es útil tener en cuenta las demandas intermitentes. Anote el número de turnos y variaciones, junto con la finalidad del aire. ¿Es para un proceso industrial, calefacción, aire respirable u otra cosa? Este perfil le ayudará a hacer otros cálculos y a evaluar sus instalaciones y su funcionamiento.

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

  • (CV a plena carga del motor) x (,746 kW/CV) x (Rendimiento del motor 1/0,9) x (Horas anuales de funcionamiento) x (Coste de la electricidad en $/kWh)

 

Esta ecuación supone que el compresor tiene una eficiencia del 90%, que se puede ajustar en la entrada 0,9. Para un compresor de 100 CV que funcione continuamente a un coste de electricidad de 0,05 $/kWh, los costes anuales de electricidad serían de 36.305 $.

Oferta y demanda

Suministro de aire comprimido

La oferta y la demanda de aire comprimido se refieren a los dos lados de un sistema de aire comprimido e influyen en muchos aspectos diferentes de su eficiencia. Comprender los componentes de ambos lados le 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

Dentro de la parte de suministro, podemos fijarnos en el compresor de aire, el secador, el refrigerador posterior y los drenajes automáticos.

  • Compresor de aire: Comprueba 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 toma el compresor debe proceder de una zona fresca del exterior. Una pared orientada al norte suele funcionar bien porque no recibe tanta luz solar directa, pero esto puede variar en función de la configuración de su instalación. También deberá evitar que el agua de lluvia o los residuos, como hojas y nieve, bloqueen o entren en la entrada.
  • Secadora: Para revisar el rendimiento de un secador, mida su tamaño, eficacia y caída de presión en relación con el uso actual del sistema. Algunos sugieren añadir un filtro antes del secador de aire, para que no puedan entrar en él partículas o condensación. En el caso de un secador de desecante regenerativo, un filtro coalescente también puede ayudar a reducir la contaminación en el lecho de desecante.
  • Refrigerador posterior: Los refrigeradores posteriores sólo pueden soportar una cierta cantidad de condensación, por lo que el aumento de los niveles de humedad puede hacer que trabajen más duro y reducir su eficacia.
  • Desagües automáticos: Asegúrese de que sus desagües funcionan correctamente y se encuentran en lugares eficaces.

 

2. Demanda

Demanda de aire comprimido

Aunque el lado de la demanda tiene menos componentes, puede ser más complicado. Se trata del sistema de distribución de tuberías, que puede ser una fuente importante de fugas e ineficiencias si no está bien diseñado y mantenido.

La disposición y distribución de las tuberías debe coincidir con los tamaños de los compresores del lado de suministro. Aunque las fugas son una preocupación importante, otros factores que pueden causar problemas son:

  • Ángulos agudos
  • Humedad
  • Obstrucciones y bloqueos

 

Estos aspectos pueden reducir la presión, obstruir las tuberías, contaminar el aire y restringir el flujo de aire. Es esencial que las tuberías de su sistema de aire comprimido tengan una distribución eficiente. En general, cuanto menor sea la distancia que tenga que recorrer el aire, menor será la probabilidad de que disminuya la presión. El sistema de evacuación de condensados es otro aspecto valioso que debe ser lo más eficiente posible. Incline ligeramente los colectores principales de aire comprimido y déles una inclinación de una pulgada por cada tres metros de tubería, para que el agua y el condensado puedan drenar. Coloque los desagües en puntos bajos del colector. Para mantener la humedad fuera de la aplicación de uso, las tuberías de derivación deben ir en la parte superior de la tubería del colector.

Otros aspectos que hay que vigilar por el lado de la demanda son:

  • Tratamientos del aire: Filtrar y secar el aire puede ayudar a mantenerlo en niveles óptimos, que varían según su uso y aplicación. Mida los niveles de calidad del aire en varios puntos cruciales del sistema. Además de reducir la eficiencia, el aire con exceso de humedad o contaminantes puede dañar los equipos 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. Los mejores métodos de control pueden ayudar si su instalación tiene un perfil de carga que varía a lo largo del día, mientras que las opciones de almacenamiento pueden ayudar a las instalaciones con demandas inconsistentes pero fuertes.

 

3. Almacenamiento

tanques para almacenar aire

Más allá de la oferta y la demanda, también necesitará depósitos de almacenamiento. Estos depósitos le permiten almacenar el aire que no se utiliza y pueden emplearse de forma diferente en función de sus aplicaciones. Puede colocarlos por toda la instalación, para llegar mejor a las demandas individuales, o mantenerlos en el lado de suministro.

Optimice su enfoque

optimice su sistema de compresión de aire

Una vez que haya revisado su configuración y calculado sus necesidades de aire comprimido, puede empezar a optimizar su sistema de compresores de aire y adaptar la demanda de su sistema a los compresores con la máxima eficiencia. Con este método, puede reducir la cantidad de energía que utilizan sus compresores. Para lograrlo, puede resultar útil la secuenciación de varios compresores. La secuenciación de varios compresores puede incluir sistemas en cascada y secuenciación inteligente.

  • Sistema en cascada: Este sistema solapa los ajustes de presión de los compresores instalados, haciendo que el compresor adecuado se pare o arranque en función de cualquier cambio en la presión. Si la presión cae por debajo de un umbral específico, se ponen en marcha más compresores, empezando por los de mayor potencia. Éstos se encienden en un sistema escalonado, con compresores que arrancan a distintos niveles de presión. Uno puede arrancar a 120 psig, el siguiente a 110 psig, el siguiente a 100 psig y así sucesivamente. Si la capacidad es superior a la demanda, el sistema apagará el último compresor encendido. La presión del sistema deberá ser ligeramente superior a la presión umbral especificada para que el compresor se encienda. Normalmente, este método funciona bien en instalaciones con grandes requisitos y bandas de presión.
  • Secuenciación inteligente: Los controladores lógicos programables de secuencia inteligente proporcionan un enfoque más tecnológico y altamente eficiente de 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. Realizan un seguimiento de la presión y la demanda al tiempo que tienen en cuenta equipos adicionales como los secadores. A medida que una instalación crece, tiende a satisfacer sus necesidades añadiendo compresores de aire de todos los tipos y tamaños. Este desajuste puede reducir la eficiencia, pero un enfoque de secuencia inteligente intenta conciliarlo ajustando factores como qué compresores están en línea y la carga a la que funcionan. Los controladores avanzados de secuencia inteligente pueden incluso controlar varios sistemas en distintas instalaciones.

 

Además de optimizar los ajustes de su controlador, también puede minimizar esas derrochadoras fugas de aire realizando una prueba exhaustiva para encontrarlas. Pueden ser perjudiciales para su demanda de aire y sus costes energéticos, y debe solucionarlas de inmediato. Si oye algún silbido, es señal inequívoca de que hay fugas. Son especialmente frecuentes en los empalmes roscados de las tuberías, los vástagos de las válvulas, las mangueras y los empalmes, así como en los desagües que se han quedado atascados en posición abierta.

Un programa de búsqueda, etiquetado y reparación de fugas es un enfoque excelente para mantener las fugas a raya. Este programa debe encontrar un punto de referencia, comparar resultados e identificar fugas para repararlas adecuadamente. Incluso podría recompensar o reconocer a los empleados que encuentren fugas. Por desgracia, la mayoría de las fugas de aire son inaudibles. La detección de fugas por ultrasonidos puede ayudarle a encontrar estos problemas, tanto si lo realiza un experto externo como si lo hace usted internamente.

Mantenimiento

el mantenimiento ayuda a que su compresor de aire funcione durante más tiempo y con mayor eficacia

Puede ayudar a que la oferta y la demanda estén equilibradas mediante procedimientos de mantenimiento periódicos. El mantenimiento puede ayudar a que su equipo funcione durante más tiempo y de forma más eficiente, reduciendo los costes de la energía desperdiciada. Por supuesto, también evita las pérdidas que se producen durante una avería o un tiempo de inactividad.

Asegúrese de comprobar las siguientes características de su sistema de aire comprimido para que funcione correctamente.

  • Filtros: Sustituya regularmente los filtros de su compresor de aire para mantener alta la presión y la calidad del aire.
  • Desagües de condensado: Si tiene drenajes de condensado que no son drenajes de pérdida cero, asegúrese de revisarlos y comprobar que funcionan correctamente. Los desagües de pérdida cero pueden ayudar a evitar que el aire salga cada vez que recoge humedad.
  • Cojinetes del motor y del extremo neumático: Asegúrese de que los cojinetes estén lubricados y en su sitio.
  • Controles: Compruebe que la secuencia y el funcionamiento de su compresor de aire coinciden con el perfil de demanda de aire que ha creado.
  • Separador aire/aceite: Limpie el separador con regularidad para evitar caídas de presión.
  • Intercambiadores de calor y enfriadores: Limpie también periódicamente los intercambiadores de calor y los refrigeradores.

 

Asóciese con Quincy Compressor para obtener equipos eficientes

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

Los compresores más antiguos o aquellos con una construcción de baja calidad pueden presentar problemas a medida que envejecen o requieren procedimientos de mantenimiento más robustos. Si necesita mejorar su sistema de aire comprimido o reducir los costes energéticos, Quincy Compressor está a su disposición con una calidad y un servicio inigualables. Las instalaciones han recurrido a nosotros durante casi un siglo por nuestros equipos fiables y eficientes. Además de compresores de aire eficientes, también ofrecemos herramientas de registro de datos para ayudarle a controlar su consumo de energía y el uso del compresor. Para más información sobre cualquiera de ellas, encuentre un representante Quincy cerca de usted o navegue por nuestra selección de productos hoy mismo.