Métodos de control para compresores de aire con variabilidad de carga y consumo

Dado que la demanda no es constante, la gran mayoría de empresas experimentan períodos en los que se debe aumentar la producción y períodos en los que se ralentiza o detiene. El motor de la producción en muchas industrias es la instalación de aire comprimido y comprender las implicaciones de estos cambios en el negocio es fundamental para garantizar que los compresores de aire sigan siendo funcionales y eficientes. 

A continuación, se explican los métodos de control para compresores de aire más utilizados por los técnicos de planta para que funcionen al máximo rendimiento, independientemente de la velocidad de producción.

¿Cómo mejorar el uso del aire comprimido dependiendo del nivel de producción?

Si la empresa se encuentra en una fase inicial de producción intensa es aconsejable incluir la instalación de aire comprimido en el proceso de planificación y preparación para acelerar la producción.

• El sistema de aire comprimido es clave para la producción por lo que hay que asegurarse que el compresor de aire actual tiene la capacidad necesaria para seguir el ritmo y está en condiciones para soportar las exigencias que conlleva el aumento de la producción. Por eso se recomienda valorar este aspecto y tener en cuenta el sistema de aire comprimido antes del aumento de la producción para poder hacer frente a problemas futuros

• Si para hacer frente a un aumento de la demanda se necesita comprar un compresor de aire adicional se aconseja invertir en un compresor que tenga el tamaño mayor para ahorrar dinero. El compresor de aire antiguo se puede dejar como reserva por si le ocurre algo inesperado a la unidad principal.

• Más aire comprimido significa más humedad de salida, por lo que el sistema debe estar preparado para manejar la humedad extra que producirá el aumento de aire comprimido. La humedad puede ser perjudicial para las instalaciones de aire, válvulas, herramientas neumáticas y los procesos finales. Antes de aumentar la producción, se recomienda examinar si los métodos de secado del sistema (secadores de aire integrados, postenfriadores o sobrecompresión) pueden compensar el aumento de humedad en el sistema y mejorar la calidad del aire comprimido.

• Los depósitos receptores de aire proporcionan un almacenamiento temporal que el sistema puede utilizar durante los picos de demanda. La mejora del almacenamiento ayuda a garantizar un suministro de aire suficiente y a reducir el número de arranques que experimenta el motor del compresor de aire.

• En la última década se ha producido un gran avance en las tecnologías de aire comprimido para maximizar la eficiencia energética y el rendimiento del compresor de aire, especialmente con los compresores de mayor potencia. Es importante conocer las nuevas características y ventajas de las tecnologías de aire comprimido actuales, especialmente si el compresor de aire tiene más de 10 años.

Sistemas de control para compresores de aire que permiten detener o pausar las instalaciones en función de la demanda de producción

Tanto si se necesita reducir o detener la producción se deben apagar los compresores de aire temporalmente y manualmente, incluso si están integrados en un controlador central. De no hacerse, la máquina podría funcionar a una capacidad mínima para compensar pequeñas fugas en su red de aire comprimido.

• Compresores de aire con accionamiento de velocidad variable (VSD): Se debe realizar una parada de programa y asegurarse de dejar la alimentación eléctrica para mantener la batería de condensadores cargada y lista para el reinicio.

• Compresores de aire refrigerados por agua: Después de parar el compresor de aire, se debe aislar el suministro de agua. Esto evitará que se forme condensación en el interior de los elementos del compresor. Los sistemas de refrigeración por chorro de aire deben apagarse también. 

• Compresores de aire exentos de aceite: El eje de transmisión principal debe girarse manualmente a través del acoplamiento de transmisión del motor, tres vueltas completas, una vez a la semana. Esto es para evitar que las etapas de compresión de baja y alta presión se agarroten durante un largo período de inactividad. Si el compresor de aire es una versión VSD, se debe volver a conectar la fuente de alimentación después de girar el compresor de aire a mano para proteger los condensadores de accionamiento del inversor.

• Compresores de aire centrífugos: Se debe realizar una parada de programa y dejar la alimentación eléctrica conectada. Hay que dejar la bomba de aceite auxiliar encendida eléctricamente mientras el compresor de aire está parado. Esto mantendrá la temperatura del aceite y pondrá en marcha periódicamente la bomba de aceite auxiliar para hacer circular el aceite caliente por los rodamientos durante los largos periodos de parada.

• Generadores de gas y secadores (de adsorción o refrigerantes): Estos pueden detenerse manualmente y despresurizarse si es necesario. Al despresurizar los generadores de gas, hay que controlar el nivel de oxígeno en la sala de máquinas.

¿Cómo reiniciar una instalación de compresores de aire?

1. Desconectar la alimentación del compresor de aire.

2. Retirar la protección del eje de transmisión y girar el acoplamiento de transmisión para comprobar que el compresor de aire gira libremente. Si el compresor de aire gira libremente, volver a colocar la protección y conectar la alimentación del compresor de aire.

3. Encender el sistema de refrigeración por agua y por chorro de aire (si el compresor de aire está refrigerado por agua).

4. Cerrar la válvula de descarga de aire del compresor de aire y poner en marcha el compresor de aire.

5. Abrir lentamente la válvula de descarga de aire hasta que la presión de aire se iguale entre el compresor de aire y la red de aire. En este momento el compresor de aire vuelve a estar en línea.

¿Cómo ahorrar energía en los periodos de menor producción?

Una de las ventajas de la reducción de la producción es el ahorro energético que conlleva. Dado que el aire comprimido representa una gran parte de los costes energéticos totales de una planta, la disminución de la producción puede tener un impacto positivo. A continuación, se describen las oportunidades de ahorro de energía.

1. Reducción de las horas de funcionamiento sin carga. La demanda de aire en un sistema industrial de aire comprimido fluctúa. Se puede aprovechar esta fluctuación de la demanda para reducir las horas de funcionamiento sin carga para optimizar la eficiencia energética.

   • Controladores de compresores de aire: Proporcionan formas fáciles de reducir las horas de funcionamiento sin carga. Si se tiene varios compresores de aire, es probable que el controlador esté configurado para hacerlo automáticamente. Si no hay un controlador central, es probable que las bandas de presión de los compresores de aire se hayan configurado con un método en cascada. Esto significa que cuando se alcanza la presión de aire objetivo, los controladores de a bordo paran las máquinas. Si los compresores de aire se dejan funcionando sin carga después de las horas de trabajo, siguen consumiendo hasta un 25% de la energía que se consume a plena carga. Si hay fugas en el sistema, los compresores de aire pueden pasar a funcionar con carga ocasionalmente, consumiendo aún más energía.

   • Apagar los compresores de aire: Cuanto más corto sea el tiempo de producción, más costes energéticos se pueden ahorrar apagando los compresores de aire en lugar de dejarlos funcionar sin carga. Si la producción se reduce pero no se detiene, hay que valorar la posibilidad de aislar las zonas no utilizadas de la fábrica y actualizar el plan en consecuencia. 

2. Eliminar las fugas de aire: Si la instalación del compresor de aire es antigua, las fugas de aire pueden suponer una enorme pérdida de energía. Hasta un 20% del consumo total de aire comprimido podría perderse por fugas, y el 80% de las fugas de aire ni siquiera son audibles. Por lo que hay que comprobar si hay fugas en el sistema para ahorrar dinero.

3. Banda de presión reducida: Como regla general para la mayoría de los compresores de aire, una reducción del 1% de PSI supondrá un ahorro del 2% de energía. Los ajustes de presión del compresor de aire deben ajustarse hasta que se pueda alcanzar la presión más baja y reducir la banda de presión sin que afecte a la aplicación. Si la instalación de compresores de aire tiene un sistema centralizado responsable de varios controladores, la red puede ajustarse para que funcione dentro de una banda de presión estrecha, lo que garantiza que la red de aire comprimido se ajuste a unas necesidades determinadas. El controlador también permite crear manual o automáticamente dos bandas de presión diferentes para optimizar el uso de la energía en distintos periodos, reduciendo drásticamente los costes energéticos en los momentos de menor uso.

4. Recuperación de energía: Una importante oportunidad de ahorro es la recuperación del calor residual de los compresores de aire. Sin la recuperación de energía, este calor se pierde en la atmósfera a través del sistema de refrigeración y la radiación. La cantidad de energía eléctrica que puede recuperarse depende del tamaño del compresor de aire y de las horas de funcionamiento. Las recuperaciones típicas se sitúan entre el 70% y el 94%. La recuperación del calor del aire comprimido reduce la necesidad de comprar energía, lo que se traduce en menores costes de funcionamiento y emisiones de CO2.

5. Instalación del tipo de compresor de aire adecuado: La mayoría de los procesos de producción requieren diferentes niveles de demanda en diferentes periodos, lo que podría significar que el compresor de aire esté funcionando sin carga o en reposo durante largos periodos. Se puede conseguir un gran ahorro si se sustituye un compresor de aire de velocidad fija por una unidad VSD, ya que produce aire comprimido sólo cuando se necesita. Esto también minimiza el funcionamiento en vacío del compresor de aire.

Por tanto, la instalación de aire comprimido debe hacerse teniendo en cuenta las necesidades de producción de la planta ya que se trata de una inversión importante y aunque el costo mensual de un nuevo compresor es menor que el de uno antiguo, siempre hay que asegurarse que existirá un retorno de la inversión. Existen herramientas, servicios y métodos de control para compresores de aire que pueden ayudar a evaluar la eficiencia y encontrar formas de expansión que garanticen la eficiencia durante todas las etapas de la producción.