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11/07/2018

Aire Comprimido. Innovación y eficiencia energética

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Los usuarios de aire comprimido tienen muchas opciones para ahorrar costes de energía. Este informe técnico muestra las medidas que pueden aplicarse en toda la cadena del proceso, desde la producción hasta la red de tuberías pasando por la preparación. Antes de empezar con las medidas de optimización hay que llevar a cabo un análisis preciso de la situación y un registro del consumo de aire comprimido por departamento y consumidor.
 

Es un hecho: cerca de un 10 % del consumo de energía industrial corresponde a la producción de aire comprimido.
 
El aire comprimido tiene muchas aplicaciones como fuente energética y también como medio del proceso. No obstante, también es cierto que el aire comprimido puede ser una fuente energética relativamente cara si no se emplean opciones de ahorro de energía de forma consecuente.
 
Diferentes investigaciones realizadas años atrás llegaron a la conclusión de que los potenciales de ahorro de energía, viables desde el punto de vista técnico y económico, representaban más de un 30 % de la demanda energética. Si bien es cierto que algunos de estos potenciales ya se han aplicado, debemos admitir que todavía pueden ofrecer muchas posibilidades a las empresas que utilizan aire comprimido.
 


Más de dos tercios de los costes totales corresponden a la energía

 
El aprovechamiento de estos potenciales de mejora es crucial. Diferentes estudios realizados sobre este tema concluyen que cerca del 80 % de los costes del ciclo de vida corresponden a los costes de energía.
 
Pero lo que más sorprende es que en muchas empresas (algunos estudios hablan del 70%) apenas son conscientes del consumo de aire comprimido, y solo en un 20 % de las empresas encuestadas se habían aplicado ya recortes.
 
 
 
 

Para empezar: la transparencia de los números

 
La primera medida para ahorrar debería consistir en recabar los datos de consumo y hacerlos transparentes. Esto también requiere la asignación de los costes de energía relacionados con el aire comprimido a cada departamento o área de producción en función del consumo. Solo con estas medidas organizativas, en algunas empresas ya han conseguido ahorrar entre un 30 y un 40% en el consumo y los costes de aire comprimido.
 


El mayor potencial: la detección de fugas

 
En cuanto a las medidas técnicas para el ahorro de energía relacionado con el aire comprimido (y de eso precisamente trata este libro blanco), la detección de fugas en la red de aire comprimido se encuentra en el primer puesto. Incluso en las empresas que llevan a cabo una buena labor de conservación, es posible perder hasta un 30 % del aire comprimido producido por culpa de las fugas (datos de la agencia alemana de energía de NRW: – 10 % en redes industriales, máximo un 30 %).
 
Un único orificio de fuga de tan solo 2 mm de diámetro puede generar una pérdida de 0,4 m3/min en una red de 10 bar, lo que al año supone unos costes de energía adicionales de varios miles de euros.
 
Además, comprobar las posibles fugas de la red con un dispositivo de medición por ultrasonido adecuado no supone un gran gasto. El periodo de amortización de este tipo de detección de fugas, que debe repetirse con frecuencia, normalmente es de seis meses a dos años.
 
 
 
 

Rendimiento de la producción de aire comprimido

 
En la planificación y optimización de la producción de aire comprimido siempre hay que tener en cuenta que un compresor solo transforma en torno a un 7 % de la energía eléctrica utilizada en el trabajo de expansión mecánico.
 
La mayor parte de la energía se libera como calor residual, por lo que el rendimiento es mínimo en comparación con el accionamiento eléctrico. Por consiguiente, es mucho más importante utilizar de manera óptima la energía disponible y, a ser posible, aprovechar todos los potenciales.
 
 
 
 

Muchos motivos, pero muy pocos son buenos

 
Es indiscutible que, a la hora de la verdad, hay muchos motivos para no dar prioridad a esta tarea. Sin embargo, los responsables no deberían impedir que se lleve a cabo.
 
 

 


Principios básicos para la planificación de una estación de aire comprimido

 
Durante la planificación (o ampliación o modernización) de una estación de aire comprimido, el usuario puede elegir entre diferentes modelos de compresor.
 
Dependiendo de los parámetros estipulados (sobre todo, volumen de suministro y nivel de presión) se hace una preselección. En cuanto a la eterna cuestión “lubricado con aceite o exento de aceite”, también hay que tener en cuenta la calidad de aire comprimido perseguida, incluso desde el punto de vista energético, ya que cada componente de preparación también necesita energía, ya sea de forma directa o indirecta (mediante la diferencia de presión que origina).
 
 

 

¿Lubricado con aceite o exento de aceite?

 
Desde un punto de vista energético, el compresor de tornillo de una etapa con inyección de aceite ofrece ventajas ya que funciona con niveles de temperatura mínimos y, por consiguiente, con un rendimiento elevado.
 
Este tipo de compresor es ciertamente la mejor opción para muchas empresas que requieren un compresor de hasta 100 kW. Si se necesita aire comprimido de mejor calidad, también se puede elegir, entre otros, el compresor de tornillo de dos etapas, sobre todo si tiene una conexión energética y térmica con un secador de adsorción que utiliza el calor del compresor para la regeneración del agente desecante.
 
Sin embargo, el usuario también puede utilizar compresores de pistones de dos etapas y sin aceite que, en comparación con los compresores de tornillo, presentan un rendimiento de un 5 a un 10 % más elevado y, además, funcionan con pérdidas mínimas por inactividad.
 


¿Qué hacemos con el calor residual?

 
Ya lo habíamos mencionado al principio: La mayor parte de la energía que se utiliza para la producción de aire comprimido se convierte en calor (residual) y no en aire comprimido. Pero si lo miramos desde un punto de vista más positivo, cuando ese calor residual se puede aprovechar, la eficiencia de la producción de aire comprimido aumenta considerablemente.
 
Los procesos de las empresas relacionados con la temperatura (baño térmico, secado térmico, etc.), así como la calefacción de espacios grandes y el suministro de agua caliente de proceso o agua caliente sanitaria, ofrecen posibilidades a ese respecto. Lo ideal es poder aprovechar el calor residual durante todo el año y no solo en los periodos de frío. Dichos sistemas de recuperación de calor son relativamente fáciles de instalar y ofrecen un elevado potencial de ahorro.
 
 
 


¿Cuánta presión de red se necesita?

 
Otro parámetro que debe evaluarse cuidadosamente de cara a la eficiencia energética es la presión de red.
 
Aquí tenemos un ejemplo: si una empresa que suele trabajar con una red de 8,5 bar puede reducir ese valor a 7 bar, conseguirá un ahorro de energía del 11 %.
 
En el mejor de los casos, esto se consigue sin grandes intervenciones técnicas, dado que la presión se suele fijar con las garantías correspondientes, sin comprobar si ese nivel es realmente necesario.
 
Pero también hay medios técnicos para bajar la presión, por ejemplo, una sección tubular y un depósito de almacenamiento con las dimensiones necesarias, y una unidad de control moderna y adaptada a las necesidades.
 
 
 


Preparación: toda la necesaria...

 
Junto a la elección del compresor, tenemos la elección de la preparación. Cuando aquellos que se han decidido por un compresor lubricado con aceite (más eficiente) necesitan un aire comprimido de calidad, en algunos casos deben invertir lo que se han ahorrado en energía de producción en la preparación. Independientemente de si un componente de preparación necesita corriente eléctrica o no, mediante la presión de diferencia, este aumenta el consumo de energía que se necesita para la preparación del aire comprimido.
 
En el caso de los secadores de adsorción, además hay que tener en cuenta que estos utilizan una cantidad de aire comprimido como aire de regeneración o aire de purga y, con ello, aumentan el consumo de aire comprimido. Esto también empeora el rendimiento energético.
 
En el caso de los filtros, la diferencia de presión es un parámetro decisivo para la elección. El usuario debe prestar atención a que los valores de rendimiento se han transmitido siguiendo métodos normalizados y que la diferencia de presión durante el funcionamiento permanezca baja de forma constante durante el mayor tiempo posible.
 
En total, de acuerdo con un valor práctico, varios componentes (por ejemplo, el filtro previo, el secador y el microfiltro) producen rápidamente una caída de presión de 1 bar y más, y a un consumo de energía un 8 o un 11 % más elevado. Este hecho también nos indica que el usuario debe controlar esa diferencia y, en caso de un aumento, cambiar el elemento de filtro o investigar la causa
 
 
 


Red de tuberías: evitar las obstrucciones

 
En la red de tuberías se aplica el principio del collar de perlas, que es tan resistente como su eslabón más débil. ¿Qué significa esto? Cada estrechamiento produce una pérdida de rendimiento y, por tanto, un mayor consumo de energía.
 
Esto nos lleva a la necesidad de comprobar las secciones tubulares y los elementos de unión de forma adecuada y, en caso necesario, a sustituirlos; una tarea que puede llevarse a cabo, por ejemplo, durante la búsqueda de fugas que se lleva a cabo en cada turno).
 
Además, se recomienda bloquear las herramientas de aire comprimido que no sean necesarias (tampoco delante de las unidades de mantenimiento) con las llaves esféricas, puesto que dentro de las herramientas podría haber fugas sin revisar.
 
 

Todo depende del control

 
Todavía no habíamos mencionado un factor fundamental para el control del consumo de aire comprimido: el control influye de forma significativa en el consumo de energía y, por tanto, ofrece un gran potencial de optimización.
 
Una buena manera de comenzar con la optimización, es realizar un análisis del estado real a partir del cual se pueda deducir el concepto de regulación ideal. Aquí es prácticamente imposible formular afirmaciones generales. Dependiendo del caso, se debe decidir si utilizar compresores de velocidad variable para ahorra energía, y si el concepto de regulación (conmutador de carga base, conexión en cascada, unidad de control adaptada a las necesidades, etc.) es el más económico.
 
El objetivo debe ser evitar los costes de inactividad, y la propia inactividad, y utilizar cada compresor para el rango de carga más adecuado. Dado el caso, aquí también hay que tener en cuenta el tamaño del depósito de aire comprimido.
 
 


Cada detalle cuenta y la transparencia es fundamental

 
Para concluir, podemos afirmar que hay muchas opciones para poder reducir los costes de energía relacionados con el aire comprimido.
 
Muchos de ellos, como puede ser la búsqueda y la eliminación de fugas, solo requieren una mínima inversión permitiendo con ello uno ahorro rápido. Otros como la elección de conceptos de control requieren una intensa dedicación y, a menudo, la asistencia de expertos.
 
En cualquier caso, es útil llevar un registro lo más preciso posible de los costes del aire comprimido referido al consumidor o al departamento, ya que a menudo este suele ser el primer estímulo para reducir de forma sistemática los costes.
 
 
Más información sobre las soluciones de CompAir en www.compair.com.es

 
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