Hay que tener en cuenta un par de principios clave si queremos entender y controlar los costes de funcionamiento de su sistema de aire comprimido. En primer lugar, los compresores bombean aire, no generan presión. El sistema crea la contrapresión contra la que los compresores deben bombear. Cuando el compresor suministra más aire del que requiere la demanda, la presión aumenta y, por supuesto, lo contrario también es cierto. En segundo lugar, cualquier componente o aplicación que fuerce la presión a ser más alta de lo necesario crea un derroche de energía en el sistema. Este derroche no es lineal al aumento de la presión, sino que puede ser exponencial por muchas razones. Sin embargo, los principales contribuyentes son la demanda artificial y el tamaño de los compresores del sistema.
Según nuestra experiencia, entre el 25% y el 30% de la potencia en línea en la mayoría de los sistemas se debe a una presión del sistema innecesariamente alta. Por lo tanto, si identificamos y corregimos las aplicaciones que están impulsando la necesidad de una mayor presión del sistema, podemos desactivar los compresores. Esto no quiere decir que no haya problemas y oportunidades en la sala de compresores, pero los requisitos de presión del departamento de producción normalmente superarán cualquier mejora disponible en el control de los compresores. La ventaja clave que debe comunicarse a producción es que la aplicación ya no será sensible a la presión del sistema. Se vuelve más fiable y repetitiva, lo que aumenta la calidad y la productividad.
Determinar dónde radica la ineficacia
La forma más sencilla de determinar qué aplicaciones están impulsando la presión del sistema es preguntar a los operadores de los compresores qué aplicaciones son las más sensibles a las fluctuaciones de presión. Los operarios de los compresores suelen recibir una llamada telefónica del personal de producción si una aplicación de aire comprimido no funciona correctamente. Hablando con el personal de producción que llama se identifica la aplicación que no está funcionando de forma fiable. Desgraciadamente, la llamada telefónica suele generar un ajuste en la disposición de funcionamiento del compresor o en la presión hasta que la aplicación funciona aceptablemente. Se trata de un normas mínimas aceptables que no examina el proceso para determinar qué puede haber cambiado. En su lugar, compensa todos los problemas con un aumento de la presión del sistema.
Por ejemplo, si un filtro se obstruye o se produce una fuga en el punto de uso de una aplicación crítica, se requerirá una mayor presión en todo el sistema para proporcionar la misma presión a la aplicación. Por lo tanto, la presión necesaria viene determinada por las presiones delta acumuladas en el sistema sumadas a la presión real necesaria en la entrada del dispositivo, denominada presión del artículo. El diagrama de la derecha representa un perfil de presión real del sistema y es típico de la mayoría de los sistemas que auditamos. Cuando un perfil se presenta de esta manera es más fácil determinar dónde se localizan las mayores pérdidas de presión y cómo mejorar el rendimiento de una aplicación.
Mejorar la eficacia
En un sistema real, sin embargo, esto es sólo una parte de la historia. El aumento de la presión incrementa la demanda de aire por parte de todos los usuarios no regulados, incluidas las fugas, el soplado abierto y los usuarios con el regulador completamente abierto. Esto se denomina demanda artificial. En un sistema de este tamaño en buen estado, la demanda artificial supondrá fácilmente una demanda adicional de 100 scfm u otros 25 CV debido al aumento de presión.
Si este aumento de la demanda requiere que se encienda un compresor adicional, el aumento de potencia será desproporcionado. Si el compresor de reserva tuviera 200 CV, la potencia en línea probablemente aumentaría en 100 CV o más.
Hay dos maneras de aumentar la presión en el artículo en esta aplicación. Podemos aumentar la presión del sistema o reducir las pérdidas de presión entre los compresores y la presión del artículo. Aumentar la presión del sistema es la solución más sencilla, pero la más cara en términos de costes operativos. Pero, dado que la mayoría de las organizaciones no hacen un seguimiento del coste del aire comprimido, los costes adicionales se pierden en el presupuesto general y no se asocian a la decisión de aumentar la presión. La regla general es que cada aumento de un psi en la presión del sistema incrementa la potencia del compresor en línea en un 0,5%. Por lo tanto, si se utiliza un sistema de 500 CV y se aumenta la presión del cabezal en 10 psi para solucionar un problema en una aplicación, se espera un aumento del 5% o 25 CV.
El enfoque alternativo consiste en analizar las pérdidas de presión y luego, siempre que sea factible, reducir las pérdidas entre los compresores y la presión del artículo de la aplicación crítica. En el perfil de presión del sistema que se muestra en el diagrama, hay más de 30 psi de pérdida de presión desde la presión del cabezal hasta la presión fiable del artículo. Una parte de esta pérdida es atribuible a una capacitancia inadecuada. Aquí examinaremos la otra oportunidad obvia, que es la pérdida de presión creada por los componentes del punto de uso: el filtro, el regulador, el lubricador (FRL) y las mangueras.
Hallar la pérdida de carga
Puede ser muy difícil medir la caída de presión en una aplicación intermitente con un par de manómetros. Por ello, se recomienda adquirir un instrumento preciso de medición de la presión delta. La observación del manómetro del regulador da una idea general de la presión delta en una aplicación concreta. La diferencia entre el valor de consigna del regulador cuando está estático y la presión estable cuando la aplicación está fluyendo se aproximará a la pérdida de presión. Normalmente, los resultados del análisis son que los componentes del punto de uso -el filtro, el regulador, el lubricador y las mangueras finales- son los lugares donde se pueden reducir fácil y significativamente las pérdidas de presión.
In the sample profile, the pressure loss due to these components is shown as 15 psi (90 to 75 psig) but it is often as high as 25-30 psi. This is true frictional loss due to the resistance to flow and is therefore dependent upon the pressure, temperature, and rate of flow of the application. But these components are normally sized to match the connecting pipe size and are not selected based on the acceptable pressure loss. For example, at 90 psig and 40 scfm, a standard 1/2″ FRL causes more than 18 psi of pressure loss. On an application that determines the operating pressure of the system, a different approach is warranted. Higher quality components are available in the same nominal size with lower designed deltas. Or, standard components can be oversized by one or two nominal sizes to achieve a similar result. Designing a total point of use component pressure loss of <6 psid, which allows for filter dirt loading to increase the delta to 10 psid, is recommended.
Haga el análisis
Es fundamental recordar que este análisis debe basarse en el caudal y no en el consumo medio. El caudal es el volumen necesario en un periodo de tiempo específico corregido a scfm. Por ejemplo, si un dispositivo utiliza cuatro pies cúbicos estándar en seis segundos una vez por minuto, el consumo medio sería de cuatro scfm y uno podría instalar incorrectamente componentes de 1/2″ esperando una pérdida de presión mínima. Pero el caudal en este ejemplo, se calcula como (4 scf x 60 segs / 6 segs = 40 scfm) y generará la pérdida de presión >18 psi comentada anteriormente. Para obtener este caudal de un fabricante de equipos neumáticos, hay que hacer preguntas muy específicas porque siempre citarán el caudal medio de consumo y no el caudal más alto en un momento determinado.
La reducción de las pérdidas de presión que uno identifica permite una presión de funcionamiento más razonable, y las reducciones resultantes en la potencia del compresor en línea pueden ser sorprendentes. Pero, dado que el almacenamiento en un sistema de aire comprimido es función del tamaño físico de los receptores más las tuberías y el diferencial de presión útil disponible, la reducción de la presión del sistema reduce la capacidad de almacenamiento. Se trata de un problema relativamente sencillo. Abordar el mal funcionamiento de la aplicación de la manera descrita requiere algún esfuerzo adicional, pero la buena noticia es que se trata de los problemas menos costosos de solucionar en el sistema.
En la mayoría de las plantas, algunos de estos problemas de punto de uso dictan la presión de funcionamiento de todo el sistema. Concentrándose en las aplicaciones que requieren presiones más altas y en las que presentan problemas de rendimiento, se aprende rápidamente cuál debe ser la presión de cabecera más baja en la práctica. La mejora del rendimiento de las aplicaciones individuales es un beneficio secundario, pero se ganará el apoyo y el respaldo del personal de producción.
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