Cómo calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido

Calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido, trae consigo ciertos beneficios para el sector industrial como son:

• Ahorro del costo total de inversión inicial de mantenimiento durante el ciclo de vida en un 75%.
• Ahorro energético entre un 20 y 50%.

Como es de conocimiento para muchos responsables de plantas, el aire comprimido es un elemento que se requiere en una amplia gama de industrias. A menudo se le conoce como la cuarta fuente de utilidad en una planta, después de la electricidad, el gas natural y el agua. Para la mayoría de las empresas, es un elemento vital para su proceso de producción.

Sin embargo, con demasiada frecuencia, los sistemas de aire comprimido son altamente ineficientes, lo que resulta en una importante pérdida de energía (y costo). Motivado a ello, en este artículo estaremos centrados en revisar cómo calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido, las razones que lo hacen ineficiente y cuáles son aquellos factores del sistema dónde ocurren las pérdidas de energía.

La eficiencia del compresor varía según el tipo, el tamaño y el rendimiento del mismo. Con respecto a la altitud, se tiene la siguiente tabla:

Para probar el sistema de aire comprimido y comprobar su eficiencia, se realiza una prueba manual, la cual consiste en arrancar el compresor con el aire del receptor que descarga a la atmósfera a través de la boquilla de flujo integrada al sistema.

Una vez arranca el compresor se comienza a incrementar la presión hasta cierto punto, y cuando se garantice que el sistema esté inundado con la presión, se procede a cerrar la válvula para mantener la presión y estabilizar el sistema. Apuntando los siguientes valores:

• Presión del receptor.
• Presión y temperatura antes de la boquilla.
• Caída de presión en la boquilla.
• Velocidad del compresor.
• kW, kWh y amperios extraídos por el compresor.

Si el Sistema presenta fugas, se observará porque el compresor se activa las veces que detecte cambios de presión y esto suele ocurrir antes de iniciar la descarga o despresurización.

Calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido dentro de su planta, es el primer paso antes de poner en marcha mejoras técnicas en maquinaria industrial para disminuir los costes de producción y operación, por lo que requiere de una atención cuidadosa. En este contexto se hace necesario el análisis de las pérdidas de energía dentro del sistema de aire comprimido.

Puede que se sorprenda al saber cuánto puede ahorrar haciendo algunos ajustes simples en el sistema de aire comprimido. Hacer el cálculo de la eficiencia en el sistema es una forma inteligente de hacer que su organización funcione de manera más efectiva y sostenible.

Para calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido sin un medidor de kW, hay una fórmula estándar la cual estima el consumo de amperios y voltios medidos:

kW = (A x V x 1.732 x PF) / 1,000

Dove:

• A = amperios promedio de las tres fases
• V = voltaje promedio de línea a línea
• PF = factor de potencia medido o estimado (El factor de potencia a plena carga a menudo se puede tomar desde la placa de identificación del compresor principal. Si no es conocido, se puede utilizar 0.85 a plena carga y 0.6 en la posición de descarga).

Con la potencia específica se califica el consumo y se calcula la eficiencia del sistema porque ella muestra la relación de la potencia de paquete total kW, incluyendo ventiladores de refrigeración, bombas y otras cargas eléctricas en metro cúbico (cfm) de salida.

Para cada tipo y modelo de compresor se puede calcular la eficiencia haciendo las pruebas y partiendo de la fórmula general. Sin embargo, hoy día cada fabricante cuenta con las hojas de datos GACI (Compressed Air Challenge) en donde se encuentra el consumo de energía para los distintos compresores y secadores de aire.

Estas hojas son de gran ayuda para los operadores, ya que encuentran las especificaciones estandarizadas del rendimiento y esto les permite tomar decisiones inmediatas en cuanto a elegir un modelo de compresor que se adapte al requerimiento. Con ellas se pueden comparar proyecciones de costes de operación con carga completa entre diferentes marcas y modelos de compresores.

Se debe tener en cuenta que es posible que se requiera un ajuste adicional a las lecturas de kWh si el sistema funciona a una presión de descarga inferior a la nominal ubicada en la hoja de datos GACI.

Con los datos de potencias específicas de los diferentes tipos de compresores encontradas en las hojas de datos GACI también se pueden obtener de forma más directa los costes anuales de operación de un sistema de aire comprimido.

Ahora bien, si se desea calcular el kWh anual consumido por el compresor de forma manual, una vez realizadas las pruebas se necesita determinar cuánto tiempo en un año el compresor se ejecuta en las condiciones de trabajo promedio.

Para ello, se usan los medidores de hora de funcionamiento del compresor, los cuales deben estar registrados para los fines de mantenimiento u observando simplemente, las horas de funcionamiento del compresor y con un calendario contar los días de operación por año.

A partir de esto, las horas anuales, la energía y los costos se calculan con la siguiente fórmula:

Costo anual= kW promedio x horas anuales x velocidad de potencia combinada

La tasa combinada se puede estimar mirando su factura de consumo de energía mensual y haciendo algunos cálculos básicos. Es importante conocer que se podrían obtener ahorros adicionales al abordar otros artículos tales como secadores de aire, filtros, caída de presión de tubería, fugas y usos finales inapropiados, ya que es en estos componentes es donde ocurren las mayores pérdidas de energía.

3 Razones por las que el Sistema de Aire Comprimido se hace ineficiente

Se pierde cierta cantidad de calor en el entorno del compresor, debido a que:

1. El aire es presurizado, la temperatura aumenta y no hay forma efectiva y práctica de mantener el calor en desarrollo.
2. Se pierde gran cantidad de energía en los motores, debido a la fricción entre sus componentes.
3. El uso de técnicas pobres utilizadas en las instalaciones industriales; una de ellas es ignorar la «calidad» de la entrada de aire.

Factores a considerar para calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido según el tipo de compresor y el tipo de instalación

• La temperatura del aire de admisión, ya que ella dicta cuál es la densidad requerida en la admisión de aire. Cuando el aire es más frío tiende a ser más denso, por tanto, requiere menos energía para comprimirlo. La temperatura del aire de admisión es directamente proporcional a la energía de consumo de un compresor de aire.
• La composición del aire de admisión, se debe reconocer la cantidad exacta de aire limpio y sucio que está entrando al sistema de compresión. La ingesta limpia es ideal, debido a que el aire comprimido entra en movimiento sin problemas a través de todo el proceso y no causa daños al sistema.

Mientras que la ingesta «sucia» es perjudicial para el sistema porque sus contaminantes, como partículas de polvo, pueden causar un desgaste prematuro y / o capacidad de almacenamiento reducida.

• La humedad del aire de admisión, conocer la humedad del aire es un factor importante al momento de calcular la eficiencia de un sistema de aire comprimido. Permitir la entrada de humedad puede causar daños de corrosión, desgaste prematuro y fugas, reduciendo así la capacidad de almacenamiento en el sistema. Para ello, se recomienda utilizar aire seco, a través del uso de secadores como parte del sistema de aire comprimido.

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