Cuantificar y minimizar las fugas de aire comprimido industrial

Minimizar las fugas de aire comprimido es parte de las estrategias del plan de mantenimiento de una planta industrial, por tanto, se debe contar con un personal calificado y con la instrumentación necesaria para asumir los problemas de pérdidas y fugas que no solo incrementan los costes de energía, sino que también ocasionan daños a sus sistemas.

Las fugas, además de ser una fuente de desperdicio de energía, igualmente contribuyen a otras pérdidas operativas como:

• Causar una caída en la presión del sistema, haciendo que las herramientas neumáticas funcionen de manera menos eficiente lo que afecta adversamente la producción.
• Acortar la vida útil de casi todos los equipos del sistema de suministro (incluido el propio paquete del compresor), debido a que hay una exigencia mayor en los equipos para realizar ciclos con mayor frecuencia.
• Ocasionar mayor tiempo de funcionamiento, lo que también puede llevar a requisitos de mantenimiento adicionales y por ende mayor tiempo de inactividad no programado.
• Agregar capacidad de compresor innecesaria.

Algo importante que no se debe pasar por alto es que, si bien pueden producirse fugas en cualquier parte del sistema, las áreas problemáticas más comunes son: Acoplamientos, mangueras, tubos, accesorios, uniones de tuberías, desconexiones rápidas, FRL (filtro, regulador y lubricador), trampas de condensado, válvulas, bridas, empaquetaduras, Hilo de sellar las hormigas y dispositivos de punto de uso.

Asimismo, es importante saber que las tasas de fuga son una función de la presión de suministro en un sistema no controlado y aumentan con presiones más altas del sistema. Por tanto, lograr cuantificar y minimizar las fugas de aire comprimido debe ser un tema de gran relevancia para el personal de mantenimiento y los gerentes responsables de plantas.

Las tasas de fugas identificadas en pies cúbicos por minuto (cfm) también son proporcionales al cuadrado del diámetro del orificio. Tal y como se observa en la siguiente tabla:

Ahora bien, si usted quiere lograr un ahorro energético del aire comprimido minimizando las perdidas y fugas lo mejor que puede hacer es incluir en sus herramientas de mantenimiento un detector acústico ultrasónico, el cual permite reconocer los siseos de alta frecuencia asociados con las fugas de aire.

Estas unidades portátiles son muy fáciles de usar, los costes y las sensibilidades varían, así que haga una prueba antes de comprar. Otra sugerencia para minimizar las fugas de aire comprimido es establecer un programa de mantenimiento inteligente en el que incluya las reparaciones de fugas. Muchas empresas entienden que estas pérdidas son las responsables de los altos costes en sus facturas de energía, sin embargo, dejan pasar tiempo sin hacer nada porque reparar es un proceso tedioso.

Las prácticas de mantenimiento preventivo son la base de la responsabilidad financiera de cualquier empresa y la coloca por delante de los problemas resolviéndolos antes de que tengan la oportunidad de descarrilar la producción. Entre las reparaciones menos reactivas que una organización debe pagar, menos dinero se destina a gastos evitables.

Si bien es cierto que el aire comprimido es una utilidad ampliamente utilizada en plantas e instalaciones, también es probablemente la más cara. Aproximadamente el 19% de la potencia total utilizada en un sistema de aire comprimido bien mantenido se convierte en flujo de aire comprimido limpio el otro 81% se pierde como calor. 

Debido a esto, el sistema de compresión suele ser más costoso que otra electricidad y de allí la importancia de darle la atención adecuada. A continuación, se describe un ejemplo en cómo determinar el coste del aire comprimido en plantas industriales y cómo al minimizar las fugas de aire comprimido este coste disminuye:

Ejemplo de cómo disminuye el coste anual del sistema de compresión al minimizar las fugas de aire comprimido:

Una planta química emprendió un programa de prevención de fugas luego de una auditoría de aire comprimido en sus instalaciones. Las fugas, aproximadamente equivalentes a diferentes tamaños de orificio, se encontraron de la siguiente manera: 100 fugas de 1/32 «a 90 libras por pulgada cuadrada (psig), 50 fugas de 1/16″ a 90 psig y 10 fugas de 1/4 » a 100 psig.

• Se calcula el coste anual utilizando la siguiente fórmula:

Y luego, el ahorro si estas fugas fueran eliminadas. Supongamos 7,000 horas de operación anuales, una tarifa eléctrica agregada de $ 0.05 kilovatios-hora (kWh) y generación de aire comprimido con requisito de aproximadamente 18 kilovatios (kW) / 100 cfm. Utilizamos la siguiente fórmula:

Usando los valores de las tasas de fuga de la tabla anterior y asumiendo que el borde es agudo:

• Ahorro de costes de fugas de 1/32”= 100 x 1.46 x 0.61 x 0.18 x 7,000 x 0.05 = $ 5,611
• Ahorro de costes de fugas de 1/16”= 50 x 5.72 x 0.61 x 0.18 x 7,000 x 0.05 = $ 10,991
• Ahorro de costes de fugas de 1/4”= 10 x 100.9 x 0.61 x 0.18 x 7,000 x 0.05 = $ 38,776
• Ahorro total de costes al eliminar estas fugas = $ 57,069

Tenga en cuenta que los ahorros de la eliminación de solo 10 fugas de 1/4″ representan casi 70% del ahorro total. Para lograr minimizar las fugas de aire comprimido se deben identificar en primer lugar y luego priorizarlas fijando primero las más grandes. Los sistemas de aire comprimido son activos invaluables para las instalaciones en numerosas industrias, pero las fugas de aire podrían dejarlo seco cuando se trata de eficiencia energética.

Entonces, el primer paso es reconocer la amenaza que representan las ineficiencias del sistema de aire comprimido sobre la productividad de la instalación, el tiempo de funcionamiento de los compresores, los secadores de aire y otros componentes, mientras que el segundo paso sería abordar el problema.

6 formas de identificar pérdidas en el sistema de compresión para minimizar las fugas de aire comprimido

1. Contar con un equipo especializado y técnicos calificados para la identificación confiable de fugas de aire comprimido, especialmente en ambientes ruidosos o donde la tubería de distribución está fuera de alcance es lo primordial. 
2. Utilizar dispositivos ultrasónicos para detectar y minimizar las fugas de aire comprimido.
3. Realizar auditorías regulares de fugas para reducir los gastos de energía desperdiciados, dado que las fugas de aire son casi imposibles de ver.
4. Utilizar otros métodos para localizarlas, como por ejemplo un detector acústico ultrasónico, ya que le permitiría reconocer los sonidos de alta frecuencia asociados con las fugas de aire.
5. Utilizar una prueba de purga para cuantificar rápida y fácilmente la tasa de fuga de todo un sistema.
6. Estimar la fuga en sistemas con otras estrategias de control si hay un manómetro hacia abajo del receptor. Son pruebas que deben realizarse una vez al mes como parte de un programa regular de detección y reparación de fugas.

Las fugas se pueden calcular de la siguiente manera:

Donde:

V= volumen total de la carga del sistema y se expresa en pies cúbicos

P1 y P2= son las presiones del sistema al abrir y cerrar válvulas, expresado en psg

T= El tiempo que tarda en cargar el compresor, se expresa en minutos

El multiplicador de 1.25 corrige las fugas a la presión normal del sistema, lo que permite reducir las fugas con la caída de la presión del sistema al 50% de la lectura inicial. Nuevamente, una fuga de más del 10% indica que es probable que el sistema pueda mejorar significativamente. Esta prueba es rutinaria y forma parte del programa de mantenimiento.

Si quieres conocer las ecuaciones para cuantificar la calidad del vapor industrial en plantas industriales y la eficiencia de un sistema al minimizar las fugas de aire comprimido, te invitamos a suscribirte al Newsletter de Tecnología para la Industria, un boletín con el contenido más completo sobre las nuevas tecnologías industriales, innovaciones en fabricación, equipos y tendencias en automatización.