Compresores de aire: desde la perspectiva del motor

Compresores de aire: desde la
perspectiva del motor
Finalidad y objetivos
Comprender las consecuencias ligadas a los sistemas de
aire comprimido.
Comprender como seleccionar y controlar un compresor de
aire de manera óptima para cumplir con las necesidades
reales.
Comprender que los problemas de los sistemas tienen un
gran impacto en las horas de funcionamiento del motor.
Aprender a formular preguntas pertinentes sobre los
sistemas de aire comprimido durante las auditorías de
motores - ¡para saber siempre qué decir y para aprender
más sobre el funcionamiento de la planta!
Índice
•
•
•
•
•
•
•
Costo del aire comprimido
Compresores de aire
Control de los compresores de aire
Recuperación de calor
Tratamiento
Demanda
Fugas
Costo del aire comprimido
¿Por qué se puede ganar mucho con el aire comprimido?
• En principio, la mayoría de los sistemas de aire comprimido se
diseñan:
con la suposición de que "más" es mejor, en lo que se refiere al
suministro,
dándole poca o ninguna importancia a la eficiencia del sistema,
sin ningún plan para el caso en que la demanda del sistema aumente o
disminuya,
con el objetivo de lograr el "costo inicial más bajo“,
y con una demanda que no tiene nada que ver con cómo evolucionaron
las cosas.
Y necesitan mantenimiento periódico
¿Cuál es el precio de entrega del aire comprimido?
Por kWh
Basado en un costo de la electricidad de 1 rand/kWh
Costo de la vida útil de los compresores de aire
Compresor de aire de velocidad variable Ingersol Rand
Nirvana
Sistemas de aire comprimido
Compresores de aire
Costo de la vida útil de los
compresores
"Donde pagará
todos los errores
realizados en
otras partes del
sistema"
75%
Costo de
la
energía
10%
Mantenimiento
15%
Capital
La familia de los compresores
Compresores
dinámicos
de desplazamiento positivo
rotativos
de tornillo
sin aceite
reciprocante
de paletas
deslizantes
con inyección
de aceite
sin aceite
centrífugos
axiales
(solo sin aceite) (solo sin aceite)
con inyección
de aceite
Gráfico de rangos
Gráfico de eficiencias
Usos de la presión
Alta presión 2: ensayos de estanqueidad, centrales
eléctricas y plantas de laminación, compresión de
oxígeno. Compresores: Compresores de pistón de
3 o 4 etapas
Alta presión 1: ensayos de presión en tuberías,
moldeo por soplado de contenedores de plástico.
Compresores: Compresores de pistón de 3 etapas
y de tornillo
Presión media: Neumáticos de vehículos pesados,
maquinaria especial
Presión baja: La mayoría de los usos industriales y
comerciales se encuentran dentro de este rango
de presión. Compresores: Compresores de pistón
de 1 o 2 etapas, de tornillo y centrífugo.
100%
93%
86%
79%
72%
65%
58%
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
51%
P re s ió n B a r
Reducción de la presión - Reducción de los
costos
P o te n c ia c o n s u m id a
"Una reducción de 1 bar ahorra entre un 6%
y 7% de la energía"
Compresores reciprocantes
De efecto simple, de
una sola etapa
De efecto simple, de
dos etapas
De efecto doble, de
una sola etapa
Sistemas de aire comprimido
Turbocompresor centrífugo
Características:
Capacidad: 35 - 1200 m3/min
Etapas: 1 - 6
Rango de presión: 3 - 40 bar (g)
Rango de velocidad: 3000 - 80000 min-1
Control de los compresores de aire
Control de los compresores de aire de
desplazamiento positivo
Bombeo límite
(surge)
natural
Punto de
diseño
Presión de
diseño
Rango de
disminución
(turndown)
Ahogo
Flujo de
diseño
Presión
Características de rendimiento de los compresores centrífugos
Volumen
La importancia de la dimensión del
compresor
Los compresores que
operan con carga parcial
tienen una eficiencia
operativa deficiente.
Las líneas rojas indican el
consumo específico de
energía (SEC). Mientras más
lejos se encuentre el
compresor de la línea, peor
será el SEC.
Energía (kW)
Una mejor práctica consiste
en usar compresores más
pequeños que satisfagan la
carga, a pesar de que la
eficiencia a plena carga sea
menor.
Sólo a modo ilustrativo
Compresor
grande
Compresor
pequeño
Demanda (flujo)
Los compresores se van
encendiendo y apagando para que
las máquinas respondan a la
demanda.
Se asegura de las máquinas grandes
no funcionen por mucho tiempo con
cargas bajas.
Una de las configuraciones preferidas
es un compresor grande con modo
de servicio + espera y un compresor
pequeño.
Balance de las máquinas que
suministran el flujo
Secuenciación de compresores múltiples
Demanda (flujo)
Secuenciador controlador
•Presión más estable
•Menos fugas
•Doble punto de ajuste
de la presión
•Uso preferencial de
las máquinas mejores
Compresores Anglian
Controlador de compresores múltiples (MCC)
Controlador electrónico de compresores múltiples Atlas Copco
Variadores de velocidad
Mejor rendimiento a carga parcial
Seguimiento de la presión de cierre
Sin caja de engranajes
PERO mayor consumo de energía a
plena carga:
-No sirven para suministrar carga
base
-Solo una máquina por sistema
Máquinas rotativas: funcionamiento en modo
descargado (off load)
•
•
•
Los compresores muy pequeños pueden
encenderse y apagarse mediante un
interruptor de presión.
Todos los demás tienen que limitar la
cantidad de intervalos de encendido y
apagado mediante un temporizador. ¡No
los anule!
En modo descargado, no se realiza
trabajo útil y el consumo de energía cae.
Algunas máquinas cambian el motor de
triángulo a estrella.
Sistemas de aire comprimido
¿Qué hay que medir para determinar el perfil de
la demanda?
Ciclos de carga en máquinas de carga/descarga
Depósitos de aire
•
•
•
•
•
El tamaño debe adecuarse para evitar que
el compresor alterne los ciclos con
demasiada frecuencia.
En general, el tamaño en litros es de entre 6
y 10 veces el caudal del compresor en
litros/segundo.
Cerciorarse de que los depósitos estén bien
drenados, 50% llenos de agua = 50%
menos capacidad de almacenamiento de
aire.
Los depósitos solo pueden absorber flujos
máximos de corta duración.
Las mejores prácticas valen para los
depósitos de aire seco y húmedo
¡Revise que no haya válvulas de
drenaje abiertas!
Una válvula de drenaje
abierta puede costar más
por mes que lo que saldría
un drenaje automático
para impedir la pérdida de
aire.
Recuperación de calor
Recuperación de calor
En promedio, se puede recuperar un 85% de
la energía de entrada para usarla en
aplicaciones de calefacción.
Las posibilidades de recuperar el calor
dependen de:
 la demanda de calefacción de la fábrica
 la correspondencia entre el funcionamiento
del compresor y la demanda de calor.
 la cercanía de la estación de compresión a
las líneas de distribución de calefacción o a
los consumidores
 las temperaturas
Aire caliente para calefacción de
ambientes
A la
atmósfera
A la
fábrica
Compuertas
Aire
exterior
Compresor de aire
NB si se atraviesa un cortafuego hará falta un amortiguador contra incendios.
Uso del agua caliente de los refrigeradores de aire
Compresor
Intercambiador de calor de placas
Almacenamiento de agua
caliente
Muchos compresores vienen con una salida de agua de caliente.
Opciones de recuperación de calor
Calentamiento
de agua
Servicios para
inmuebles
Regeneración
de secador
estándar
Tratamiento
de aire
comprimido
Calefacción de
ambientes
Secado
Opciones para el
uso de calor
recuperado de los
compresores de
aire
Secador y
compresor
integrados
Precalentamiento
de calderas
Agua de
alimentación
Aire de
combustión
Procesos
Calefacción
Tratamiento
¿Por qué hay que tratar el aire comprimido?
Compresor
La compresión concentra las impurezas
En el aire hay alrededor de 150 millones las partículas de polvo/m
A 7 barg hay 1,2 billones de partículas de polvo/m 3
3
Sistemas de tratamiento
Reducen el agua,
polvo y aceite en
el aire entregado
Trate el
suministro
principal de aire
para conseguir la
calidad mínima y
luego mejore la
calidad en cada Compresor
lugar de empleo
del aire según
sea necesario.
Separador de
agua
Prefiltro
Depósito
Postfiltros
Secador
Extracción de condensados
4
4%
6 litros
restantes
170 litros
1.600 M 3 /h
Compresor
1
68%
116 litros
extraídos por
postenfriamiento a 35ºC
2
23%
39 litros en sistema
de tuberías enfriados
a 15ºC
Todas las cantidades se basan en un solo turno de 8 horas
3
5%
8 litros
enfriados
a 2oC
Consecuencias energéticas del tratamiento de aire comprimido
•
•
•
Punto de rocío a
presión, C
Tipo de secador
Filtrado
Costos adicionales
más comunes
+3
Refrigerante
Uso general
2-3%
-20
Sorción del calor
residual
Ninguno
1%
-40
Regenerado por aire
Pre y post
15-18%
-40
Regenerado por calor
Pre y post
12-18%
-70
Regenerado por aire
Pre y post
hasta un 25%
Si se sobredimensiona es posible que los costos de funcionamiento aumenten
significativamente.
Si se subdimensiona es posible que haya caídas de presión y que el rendimiento de
los sistemas disminuya.
Tenga en cuenta métodos de conservación de la energía, como por ejemplo, el
control del punto de rocío.
Separación de condensado
En general, el aire
comprimido que descarga el
postenfriador del compresor
está 100% saturado de vapor
de agua.
Si la temperatura del aire
comprimido disminuye, el
vapor de agua se condensa.
Se puede lograr una primera
separación del condensado si
se instalan las tuberías y las
salidas de aire comprimido
como se muestra en la
ilustración.
Drenaje de
condensado
Hay que cerciorarse de que todos los puntos del suministro de aire en los
que se recoge el condensado tienen un drenaje fiable.
Trampas de condensado sin pérdidas
Mucho más fiables que las
de tipo mecánico
Mínimo tiempo apagadas en
comparación con las que
tienen temporizadores fijos
Sistemas de aire comprimido
Tratamiento del aire comprimido
• Especifique el nivel mínimo necesario en la sala del compresor
• Proceda a tratar el aire en los lugares de empleo para las zonas
de alta calidad y menor demanda.
• Respete las especificaciones de la ISO8573.1:2010
• Especifique:
•
•
•
Partículas en suspensión
Agua (punto de rocío a presión)
Arrastre de aceite
• Clase 0 - 7 para cada contaminante
• Mientra más alta es la calidad, más altos son los costos (costos
de capital y de funcionamiento)
Tratamiento - secadores desecantes
 Los secadores desecantes pueden llegar a
consumir hasta el 15% de su rendimiento nominal
en forma continua.
 El secado desecante puede agregar un 10% a los
costos de generación totales, en comparación con
el secado por refrigeración.
 Los secadores desecantes deben estar dotados
de un interruptor de punto de rocío.
Demanda
Distribución
 Eliminación de los cuellos de botella - no
limitarse a aumentar la presión de generación
 Utilice depósitos y circuitos en anillo locales
 Aumente el tamaño de la red de alimentación
 No cree una jungla de caños
 Considere la conveniencia de aislar algunas
zonas
Aislamiento de la máquina
Aísle la maquinaria de producción a aire cuando no esté
en uso
Utilice válvulas de solenoide locales operadas por:
–
–
–
–
Sensores de falta de flujo
Interruptores de aislamiento
Ausencia del operador (alfombra detectora de presión)
Apagado del aire junto con las luces cuando el personal se
retira
Use métodos similares para las zonas sin uso
Uso indebido del aire comprimido
•
•
•
•
•
Limpieza
Eyección de componentes
Ventilación - refrigeración de gente y de productos
Agitación de pintura o limpieza de baños
Transporte de productos por medio de cintas
transportadoras curvas o rectas
• Mantenimiento de productos alineados
• Uso de aire a una presión mayor que la necesaria
• Generación de vacío a gran escala
Uso indebido del aire comprimido
• Las mejoras de ahorros energéticos pueden producir
mejoras en los procesos.
• ¿Es posible en las horas en que no hay producción
se use un compresor pequeño exclusivo y de
apaguen los compresores principales?
• ¿Se puede usar un compresor de presión más baja
para algunas tareas, como transporte de polvo?
Pérdidas de presión
• Las pérdidas de presión se
deben a:
• filtrado excesivo
• diámetro interno pequeño o
•
pliegues de las tuberías
empalmes angostos que causan
restricciones locales
Soplado
• Use toberas de intensificación (puede ahorrar hasta un
40%)
• para eyección de productos
• para enfriamiento
• Más silencioso, pueden solucionar el problema de zonas
de mucho ruido
• Use cuchillos de aire a presión reducida
• Use ventiladores
• Use pistolas de soplado de baja presión que son más
seguras y silenciosas
Fugas
Costo de las fugas
Demanda de las fugas
Las fugas de aire comprimido son caras y pueden representar entre el
20 y el 50% de la demanda de aire total.
La demanda de aire de no-producción puede medirse, calculándola a
partir de los ciclos de carga del compresor, o a partir de las tasas
de reducción de presión (drawdown). Después de haber restado la
demanda de aire válido residual, es posible estimar las fugas del
sistema.
La demanda artificial es un componente de la fuga, al igual que
cualquier demanda de aire no regulada. Si se reparan las fugas y
se permite que la presión del sistema aumente, es posible que la
reparación de las fugas se vea consumida por la demanda
artificial. Si se controla o se reduce la presión del sistema se podrá
minimizar el monto de las pérdidas por la demanda artificial.
Causas más comunes de las fugas
• Filtro, regulador y
lubricador
• Válvulas de drenaje
manuales
• Empalmes de
desconexión rápida (QD)
• Abrazaderas de
manguera
• Empalmes de manguera
de empujar (push-on)
• Mangueras cortadas o
pinchadas
• Empalmes de tuberías
• Uniones de tubería
•
Juntas de bridas
•
Tuberías viejas y oxidadas
•
Empaquetadura del
vástago del cilindro
neumático
•
Cuerpo del cilindro
neumático
•
Válvulas de control
direccional
•
Líneas y lumbreras piloto
de las válvulas
•
Empaquetadura y vástago
de las válvulas
Prevención de fugas
Aislar las líneas de aire comprimido y los equipos
neumáticos de las causas de daño físico, calor y
vibración.
Establecer prácticas de instalación de tuberías y
estándares de conexión de los equipos, de
manera que se obtenga una conexión con el
sistema de aire comprimido resistente y durable.
Evitar el uso de tubos de plástico y de conectores de
empujar.
Fugas
 Realizar ensayo de tasa de fugas,
funcionamiento en vacío, tiempo de caída o
registro de datos.
 En una fábrica normal, no deben superar el
10% de la demanda de la producción media.
 En los sitios grandes, pueden llegar hasta el
20%; en ocasiones, se midió hasta el 80%.
 Puede volver a haber fugas, pero es raro que
aparezcan en el mismo lugar.
 Se deben realizar campañas de detección de
fugas permanentemente.
££ £
£
Detección de fugas
• De oído:
• Muy efectivo durante las
horas de menos trabajo.
• Con agua jabonosa:
• Probado y confiable,
requiere mucho tiempo,
pero a veces es la única
manera.
• Ultrasonido
• Muy efectivo, incluso en
zonas con mucho ruido de
fondo.
Índice
•
•
•
•
•
•
•
Costo del aire comprimido
Compresores de aire
Control de los compresores de aire
Recuperación de calor
Tratamiento
Demanda
Fugas
Gracias
¿Alguna pregunta?