Consejos para aumentar la eficiencia de los compresores de aire y reducir costos

La mayoría de las industrias dependen del aire comprimido como medio para alimentar sus herramientas más esenciales. Los compresores de aire proporcionan la fuerza necesaria para accionar robots, taladros y otros equipos en las líneas de montaje, por lo que asegurarse de que funcionan con un rendimiento óptimo es una de las mejores formas de optimizar la eficiencia de los compresores de aire de una empresa.

¿Cómo se puede aumentar la eficiencia de un compresor?

1. Análisis preliminar de la eficiencia en diferentes tipos de compresores de aire
2. Entender los factores contribuyen a la ineficacia del compresor de aire
3. Revisar la falta de sistemas de control que ayuden a mejorar la eficiencia del compresor de aire
4. Medir los costos de un sistema de compresores de aire ineficiente para justificar la inversión

La potencia del aire comprimido lo convierte en la fuente de energía perfecta para aplicaciones intensivas, a pesar de su ineficiencia inherente. La mayoría de los compresores de aire requieren de cuatro a ocho veces más caballos de fuerza en electricidad para crear un caballo de fuerza de aire comprimido. Además, hay muchos factores que hacen que los compresores de aire sean menos eficientes con el tiempo como son:

• Aire con impurezas: El aire que contiene suciedad, polvo u otras impurezas puede hacer que se acumule suciedad dentro de un compresor de aire. Esta acumulación desgasta las piezas y reduce el volumen interno, lo que puede provocar un aumento de los costos de las repetidas sesiones de mantenimiento del compresor de aire.
• Humedad: El agua tiene un alto calor específico, lo que significa que requiere más energía para cambiar su temperatura. Además, se acumula en el interior del compresor de aire en forma de condensación y comienza a oxidar las piezas desde el interior. Se debe vigilar que el aire entrante esté lo más fresco y seco posible para mejorar la eficiencia de los compresores de aire.
• Aire caliente: El aire caliente tiene una densidad menor que el aire frío. A su vez, el aire frío está naturalmente más comprimido que el aire caliente, lo que significa que es mucho más eficiente bombear aire frío en el compresor de aire. Y eso ayuda a aumentar la eficiencia de los compresores de aire, lo que conlleva un aumento de la productividad.

A continuación vamos a explorar y proporcionar consejos sobre cómo incrementar la eficiencia de los compresores de aire. Con esta información, se podrá mejorar el rendimiento de los compresores de aire y aumentar su vida útil, lo que reducirá los costos energéticos y generará mayores tasas de rentabilidad.

Análisis de la eficiencia en diferentes tipos de compresores de aire

En la industria se utilizan diferentes tipos de compresores de aire y entender las diferencias entre ellos es un excelente comienzo para maximizar la eficiencia de los compresores de aire.

A continuación se presentan los tipos más comunes de compresores de aire que se utilizan hoy en día:

• Compresor reciprocante: Estos compresores utilizan uno o más pistones para comprimir el aire. El movimiento ascendente y descendente de los pistones comprime el aire dentro de la cámara y luego lo libera en el depósito. Un sistema de válvulas permite que el aire entre y salga de estas cámaras de pistones.

• Compresor de tornillo: Este tipo de compresor utiliza un conjunto de tornillos helicoidales para comprimir el aire. El compresor introduce aire en la cámara y los tornillos helicoidales empujan el aire a un volumen cada vez más pequeño, aumentando así la presión del aire atrapado. Lo mismo ocurre con otros tipos de compresores rotativos, como las unidades de paletas rotativas.

• Compresor de aire centrífugo: Un conjunto de palas radiales comprimen el aire en este tipo de dispositivo. Estas palas aspiran el aire por el centro y la rotación a alta velocidad de las palas lo comprime.

• Compresor scroll sin aceite: Debido al número de piezas móviles y a las aplicaciones de metal sobre metal dentro de los compresores de aire, suelen requerir el uso de aceite para proporcionar una amplia lubricación. Los compresores scroll sin aceite no requieren una lubricación continua y son las herramientas preferidas para muchas instalaciones limpias.

Cuando se trata de compresores de aire, hay muchas marcas diferentes, cada una con diseños y especificaciones de funcionamiento únicos. Comprar el tipo de compresor adecuado de una empresa de renombre garantiza una vida útil más larga y un mayor rendimiento de su inversión.

¿Qué factores contribuyen a la ineficacia del compresor de aire?

Para aumentar la eficiencia de los compresores de aire hay que saber qué factores la degradan. Un compresor de aire es un sistema codependiente de controles y diseño, y estos sistemas se relacionan entre sí para proporcionar un sistema eficiente.

Veamos los cinco factores que contribuyen a la disminución de la eficiencia del compresor de aire, así como la forma de rectificarlos.

1. Falta de sistemas de control que ayuden a mejorar la eficiencia del compresor de aire

   Los controles de un compresor de aire son el vínculo entre la salida del compresor y la carga demandada. Es esencial adaptar los controles a la capacidad del equipo. Los compresores se fabrican para suministrar un determinado volumen de aire en un rango específico de presión, y los controles son los que regulan su capacidad para detenerse al alcanzar ese rango designado. A la inversa, especifican una presión mínima a la que el compresor debe volver a ponerse en marcha. Dado que una presión elevada y sostenida somete a un sistema a una mayor tensión, es una ventaja disponer de un sistema de control ajustado que pueda suministrar una presión constante y utilizable más cercana al requisito mínimo que al máximo.

   Estos son algunos sistemas de control para compresores de aire que pueden ayudar a aumentar la eficiencia del equipo:

   • Controles de arranque y parada: Estos mandan al sistema del compresor a apagarse y encenderse, dependiendo de la presión deseada.

   • Controles de carga/descarga: Funcionan conjuntamente con los controles de arranque y parada, indicando al compresor que libere presión.

   • Controles de modulación: Un compresor debe controlar sus propias necesidades, como el caudal, y los controles de modulación permiten al usuario ajustar este parámetro. En comparación, los controles multipaso ofrecen la posibilidad de funcionar sin carga de presión completa.

   • Controles duales y autoduales: Ofrecen al usuario la posibilidad de seleccionar entre los interruptores de arranque y parada o de carga y descarga.

   • Desplazamiento variable: Este parámetro permite que el compresor funcione en múltiples condiciones de carga parcial.

   • Accionamiento de velocidad variable: Este control crea un continuo de salida de potencia en el motor, lo que elimina la salida cuantificada y permite al motor satisfacer muchos niveles diferentes de demanda.

   • Controles principales del sistema: Se trata de un conjunto de controles para compresores de aire, que ofrecen al usuario una capacidad más ágil para aumentar la eficiencia del dispositivo. Los controles maestros del sistema son útiles para sistemas más complejos en los que los controles localizados no son suficientes para manejar el sistema. Un buen conjunto de controles maestros del sistema puede incluso proporcionar análisis y tendencias para ayudar a afinar el sistema.

   • Controladores de presión y caudal: Funcionan como almacenamiento de energía de reserva, permitiendo acceder a un suministro rápido si hay una caída de presión.

2. Mejorar el diseño general del sistema incrementa la eficiencia del compresor de aire

   El diseño de un compresor de aire es uno de los factores más importantes para que funcione con eficacia.

   He aquí algunos consejos para racionalizar el diseño del sistema y aumentar la eficiencia del compresor de aire:

   • Dimensionar adecuadamente el sistema de distribución: El tamaño y el material utilizado para el sistema de distribución de aire comprimido pueden ser fundamentales para garantizar un flujo y una presión adecuados en los puntos de uso más remotos. El uso de un material liso y anticorrosivo, como las tuberías de aluminio, también ayuda a garantizar un caudal y una presión adecuados. Si se prevé una futura ampliación, el sobredimensionamiento del sistema de distribución por adelantado ahorrará miles de dólares más adelante.

   • Reducir las curvas y los ángulos en el recorrido del flujo: La presencia de curvas pronunciadas aumenta la cantidad de fricción en el aire comprimido, lo que provoca su calentamiento y el desgaste de las piezas. Esta producción de calor resta energía al sistema y provoca mayores caídas de presión, lo que en última instancia se traduce en una menor presión en el suministro. Al enderezar la trayectoria del flujo, el sistema desperdiciará menos energía y durará más.

   • Evitar el desperdicio de calor con un sistema de recuperación. Los compresores de aire funcionan con un 10% de eficiencia, es decir, se pierde la mayor parte de la energía en forma de calor. Utilizando un sistema de recuperación de calor, se puede recuperar casi toda la energía perdida y utilizarla para calentar el espacio de trabajo u otras aplicaciones.

   • Utilizar un tanque de almacenamiento para suavizar la entrega de presión: Los tanques de almacenamiento facilitan la curva general de suministro de presión de aire al permitir que un suministro de aire complemente el sistema cuando sea necesario. Si se adquiere un depósito de almacenamiento, hay que elegir un tamaño adecuado para el compresor de aire, potencia y aplicaciones.

   • Vigilar que el aire entrante esté frío: Hay varias formas de enfriar el aire entrante, como por ejemplo con un intercambiador de calor, y hacerlo reducirá inmediata y drásticamente el consumo de energía.

   • Considerar la posibilidad de utilizar varios compresores de aire pequeños en lugar de uno grande: Cuanto mayor sea la carga de trabajo de un solo compresor, menor será su eficiencia. Se debe considerar la posibilidad de instalar varios compresores de aire más pequeños en lugar de uno más grande y de utilizar controles maestros del sistema para que trabajen de forma sincronizada. De este modo, cuando la carga disminuya, sólo algunos de los compresores estarán en funcionamiento.

   • Reducir o eliminar las fugas: La pérdida de aire comprimido debida a las fugas en el sistema de distribución no sólo da lugar a una menor presión en el punto de uso y a la ineficacia que esto puede causar, sino que también hace que el compresor funcione más tiempo y con más intensidad para intentar mantener la presión del sistema. Un sistema eficaz de gestión de fugas puede reducir el coste de funcionamiento del sistema de aire comprimido hasta en un 25-30%.

   Con las prácticas anteriores, se consigue que el compresor de aire sea más eficiente, además de reducir los costos del compresor de aire al disminuir la posibilidad de trabajos de mantenimiento no planificados.

3. Examinar las necesidades del sistema

   Con demasiada frecuencia, los compresores de aire están mal adaptados y mal ajustados a las necesidades reales de los dispositivos que alimentan.

   He aquí algunas formas de asegurarse de que el sistema no desperdicia energía:

   • Reducir el exceso de presión de su sistema: A menudo, un sistema que sólo necesita 60 psi para funcionar extrae 100 psi de un compresor de aire. Este aire extra no se utiliza, ya que el regulador evita que se dañe el equipo, y se descarga al final del periodo de uso. Se debe hacer coincidir la presión del sistema con la requerida por los dispositivos.

   • Cuantificar todos los requisitos exigidos al compresor: Si el compresor de aire alimenta varios dispositivos, se debe sumar la carga de presión máxima que requerirán. Este cálculo permite ver qué tamaño de compresor de aire se necesita.

   • Apoyar el sistema con tanques de almacenamiento de aire: Las aplicaciones en las que diferentes dispositivos contribuyen a los periodos pico se benefician del almacenamiento de aire adicional. Estos tanques sirven como depósitos de aire.

   • Conocer el perfil de carga del sistema: Un sistema de aire comprimido puede tener que satisfacer diferentes niveles de demanda dentro de un período determinado, y tiene que ser capaz de funcionar eficazmente con cargas altas y bajas. En muchos casos, es preferible utilizar varios compresores, o compresores equipados con variadores de velocidad o de frecuencia, para manejar perfiles de carga más complejos.

   • Reducir la presión del sistema: Trabajar con la presión mínima es una de las mejores maneras de aumentar la eficiencia del compresor de aire. Los pequeños aumentos de presión pueden suponer un importante gasto de energía, por lo que este debe ser un objetivo siempre presente.

   • Desglosar el sistema con diagramas de bloques: Para maximizar la eficiencia, se debe medir la presión de entrada en cada elemento de la cadena de aire. Esta medición incluye la caída de presión a través del dispositivo que separa el aire y el lubricante, además de la interetapa y los diferentes componentes. De este modo, se podrá ajustar el rendimiento de todo el sistema.

4. Reducción de la caída de presión

   La caída de presión se produce por diferentes razones, pero minimizar las fuentes no deseadas de la misma es uno de los mayores regalos que se puede hacer al sistema de compresores de aire.

   A continuación ofrecemos algunos consejos sobre cómo reducir las caídas de presión:

   • Utilizar tamaños de tubería adecuados: Cuando las tuberías entre los cabezales de distribución y el equipo están mal dimensionadas, se produce una ineficiencia. Hay que asegurarse  de que las tuberías pueden soportar los caudales máximos, no sólo la media.

   • Reducir la humedad: La humedad provoca condensación, lo que conduce a la oxidación, que a su vez provoca fugas y una mayor resistencia al flujo. Se debe cambiar los filtros de aire y mantener el equipo de secado para evitar la humedad.

   • Mantener los filtros limpios: Cuando la suciedad obstruye los filtros de aire, al sistema le resulta más difícil extraer el aire del interior y empujarlo hacia abajo. Esta situación provoca caídas de presión. Sin embargo, es fácil de evitar si se mantiene un programa de sustitución de filtros.

   • Procurar que las caídas de presión sean bajas: A la hora de comprar elementos como secadores, separadores, filtros, reguladores, lubricadores, mangueras, conexiones o refrigeradores posteriores, optar siempre por los que tengan la menor caída de presión posible.

   • Optimizar la trayectoria del flujo de aire: Cuanto más distancia deba recorrer el aire, mayor será la probabilidad de que se pierda. Se debe diseñar el sistema para mover el aire la menor distancia posible.

5. Seguir un programa de mantenimiento regular y disponer de un checklist para el correcto mantenimiento preventivo en compresores de aire.

   Tal vez la herramienta más importante para aumentar la eficiencia del compresor de aire a largo plazo sea programar fechas de mantenimiento regulares del compresor de aire. Debido a la cantidad de piezas móviles, la afluencia constante de aire y el intenso uso al que se someten las máquinas, es fundamental mantenerlo a punto. De lo contrario, factores como la condensación y la suciedad de los filtros desgastarán el sistema, provocando una afluencia de gastos de reparación.

   En primer lugar, las tareas de mantenimiento deben tratar de detectar las fugas. Las fugas son responsables de la gran mayoría de las pérdidas de aire y de los problemas de eficiencia. Incluso una pequeña pérdida puede suponer una enorme pérdida de energía en un compresor de aire, lo que supone un esfuerzo adicional para el motor y provoca un desgaste prematuro. La consiguiente caída de la presión de aire hace que las herramientas trabajen más y supone más tiempo para realizar el mismo trabajo.

   Para aproximar la cantidad de fugas en el sistema, se divide el tiempo de carga en minutos por la suma de los tiempos de carga y descarga, y se multiplica el resultado por 100. Si el producto es superior a 10, debe hacer que el sistema sea revisado en busca de fugas. Esta evaluación puede hacerse rápidamente y con precisión utilizando detectores de ultrasonidos. Reparar las fugas de forma oportuna y metódica, dando prioridad a las grietas más importantes y realizando comprobaciones periódicas de las demás.

   Como se ha mencionado, es importante mantener un calendario para cambiar los filtros y completar el mantenimiento regular. Dependiendo de la operación, este paso preventivo puede ser realizado por empleados formados en los procedimientos o por técnicos cualificados.

Los costos de un sistema de compresores de aire ineficiente

Los sistemas de compresores de aire ineficientes implican un sobrecoste de varias maneras:

• Dinero: Los compresores de aire que funcionan según las especificaciones son rápidos, fiables y productivos. Cuando funcionan de forma ineficiente, la misma tarea que tardaba 30 minutos puede tardar ahora 40 minutos, lo que significa más horas de trabajo y un aumento de la factura eléctrica para hacer funcionar el equipo.

• Tiempo: La pérdida de tiempo también afecta a su cuenta de resultados al ralentizar la producción y disminuir el potencial de beneficios. Mantener los compresores de aire eficientes, operativos y en buen estado de conservación, garantiza mantener un buen programa de producción.

Debido a las pérdidas potenciales que un sistema de compresores de aire puede tener en una empresa, es fundamental seguir los pasos anteriores para optimizar a eficiencia de los compresores de aire. Algunos ejemplos incluyen la realización de un mantenimiento rutinario, la racionalización del diseño del sistema o la aplicación de políticas de la empresa para el uso adecuado de los controles del sistema de compresores de aire. Todo ello contribuye a reducir los costos de compresión de aire y a maximizar la eficiencia de los compresores de aire.