Técnica de aire comprimido Nociones básicas y consejos: claro completo sencillo

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1 Técnica de aire Nociones básicas y consejos: claro completo sencillo

2 Sabe a cuánto ascienden sus costos de aire? Si quiere saberlo con exactitud, pídanos un Análisis de la Demanda de (con el sistema ADA). Más información en los capítulos a 3 o en nuestro folleto "Análisis y asesoría". Encontrará más información y herramientas para la planeación correcta de su estación de aire en internet: > Services > Analysis and advice COMPRESORES de México S. de R.L. de C.V. Calle 2 No. Loc. E y F Parque Industrial Jurica 7600 Querétaro, Qro México Tfno: (52)(2) Fax: (52)(2) sales.mexico@kaeser.com

3 Índice 0. Qué es el aire? Tratamiento económico del aire Por qué es necesario secar el aire? 0. Drenaje correcto del condensado 2 5. Tratamiento económico y seguro del condensado 6. Regulación eficaz de compresores 6 7. Regulación por banda de presión: Coordinación óptima de compresores para ahorrar energía 8 8. Ahorro energético gracias a la recuperación del calor Cómo evitar pérdidas de energía (): Nueva planeación de una red de aire Cómo evitar pérdidas de energía (2): Saneamiento de redes de aire 2. Planeación correcta de estaciones de aire (): Análisis de la Demanda de (ADA) Planeación correcta de estaciones de aire (2): Para una producción más económica de aire Planeación correcta de estaciones de aire (3): Análisis de la demanda de aire: cálculo de la situación real 30. Planeación correcta de estaciones de aire (): Refrigeración eficaz de la estación: refrigeración por aire Gestión correcta de un sistema de aire : Asegure la fiabilidad y la optimización duradera de los costos.

4 Con el aire pasa igual que con tantas otras cosas: Los detalles son muy importantes, y las cosas pequeñas pueden tener consecuencias graves, tanto posi-. Las bases del aire. Potencia eléctrica consumida El consumo eléctrico es la potencia que el motor de accionamiento del compresor absorbe de la red a una carga mecánica concreta del árbol del motor (potencia suministrada por el motor). Excede a la potencia suministrada por el motor en tanto como altas sean las pérdidas eléctricas y mecánicas del mismo (por los rodamientos, el ventilador, etc). El consumo ideal de potencia en el punto nomi- P = U n x l n x 3 ξ χοσ ϕ n motor convencional registra un calentaminento de aprox. 80 K y conserva una ajustado los compresores perfectamente a las posibilidades de los motores EPACT, consiguiendo una mejora de un 6% en los caudales y de un 5% en las potencias específi- tivas como negativas. Y no todo es lo que parece a primera vista. Producido en condiciones desfavorables, el aire puede resultar caro, pero si se genera correctamente puede ser muy económico. Es posible que nuestros consejos le sirvan a la larga tanto como los de su asesor financiero. En este capítulo aclararemos el significado de cuatro conceptos relacionados con el aire e intentaremos alertarle sobre algunos puntos que debe tener en cuenta.. Caudal El caudal es la cantidad de aire a presión atmosférica que un compresor es capaz de comprimir en una unidad de tiempo. Las normas DIN 95, parte, Anexo F y la ISO 27, Anexo C determinan la medición correcta del caudal. Además, anteriormente existía la Recomendación CAGI-Pneurop PN 2 CPTC 2. Para medir el caudal, se procede del modo siguiente: Primero se miden la temperatura, la presión atmosférica y la humedad del aire a la entrada de la Potencia nominal del motor unidad. A continuación se mide la presión máxima de servicio, la temperatura del aire y el volumen del aire a la salida del compresor. Finalmente, el volumen V 2 a la salida de aire se calcula con ayuda de la ecuación de gas (ver gráfica ) y las condiciones de aspiración del aire. V= V 2 x P2 x T T2 x P El resultado de este cálculo será el caudal del compresor. No debe confundirse con el caudal del bloque compresor. Atención: La norma DIN 95 y la ISO 27 solamente se refieren a los caudales de los bloques. Lo mismo sucede con la antigua Recomendación CAGI-Pneurop PN 2 CPTC. 2. Potencia suministrada por el motor Por tal se entiende la potencia que el motor de accionamiento del compresor transmite mecánicamente al árbol de accionamiento. La potencia óptima, con la cual se consigue el mejor rendimiento eléctrico del motor sin sobrecargarlo y con la que se alcanza el factor de rendimiento cos ϕ, se encuentra en el campo de la potencia nominal del motor. Podrá leerla en la placa de identificación del motor eléctrico. Atención! Si la potencia suministrada por el motor difiere mucho de la potencia nominal, el compresor estará consumiendo demasiada energía o se verá sometido a un desgaste excesivo. 3. Potencia específica Entendemos por potencia específica de un compresor la relación entre la potencia eléctrica que consume y el caudal que suministra a una presión de servicio concreta. La potencia eléctrica que consume un compresor es la suma de las potencias consumidas por todos los accionamientos que incluye, como por ejemplo el motor principal, el motor del ventilador, el de las bombas de aceite, la calefacción auxiliar etc. Si se necesita la potencia específica para realizar cálculos sobre economía de servicio, deberá tomarse referida a toda la unidad y a la presión de servicio máxima. Se dividirá el consumo total de electricidad a presión máxima entre el caudal a presión máxima. nal P puede calcularse con la fórmula siguiente: U n, l n, y cos ϕ n están indicacos en la placa de identificación del motor eléctrico. 5. EPACT: la nueva fórmula para un accionamiento económico Los esfuerzos realizados en los EEUU para reducir el consumo energético de los motores asíncronos trifásicos desembocaron en 997 en la llamada"energy Policy Act" (EPACT). Desde 998, instala también en Europa motores eléctricos acordes a esta norma en sus compresores de tornillo. Los motores EPACT ofrecen las siguientes ventajas: a) Bajas temperaturas de servicio Las pérdidas internas de rendimiento del motor provocadas por calentamiento o por rozamientos pueden ascender hasta un 20% en motores pequeños, y de un % a un 5% en motores desde de 60 kw. Los motores EPACT presentan un calentamiento mucho menor y, por tanto, menos pérdidas térmicas: Un Pérdidas internas del motor, incluidas en el rendimiento del motor aire potencia eléctrica consumida reserva térmica de 20 K funcionando a carga normal, mientras que un motor con aislamiento F (como los EPACT) sólo se calienta hasta unos 65 K, manteniendo una reserva de 5 K. b) Mayor duración La bajada de las temperaturas de servicio supone una carga térmica menor del motor, de los rodamientos y de la caja de bornes. Como consecuencia, se alarga la vida útil del motor. c) Un 6% más de aire con menos energía Menos pérdidas de calor significan también un ahorro de energía. ha Consumo de energía cas. Esto significa una mejora del rendimiento, periodos de marcha de los compresores más cortos y menor consumo por metro cúbico de aire que se produce. 5

5 Los expertos en la materia llevan años discutiendo sobre cuál es la manera más económica de tratar el aire. La cuestión más importante es con qué sistema de compresores se obtiene aire 2. Tratamiento económico del aire libre de aceite a menor costo. Independientemente de las opiniones de los distintos fabricantes, actualmente está claro que es posible producir aire de calidad tanto con compresores enfriados con aceite como con aquellos que no lo usan. Por tanto, el punto decisivo al elegir el sistema es la economía.. Qué es aire "libre de aceite"? De acuerdo con la ISO 8573-, el aire sólo podrá calificarse como libre de aceite si su contenido residual (incluyendo el vapor de aceite) es inferior a 0,0 mg/m³. Estamos hablando de cuatro centésimas partes del contenido normal del aire de la atmósfera. Esta cantidad es tan ínfima, que apenas se puede medir. Y qué decir de la calidad del aire de aspiración? Naturalmente, dependerá de las condiciones ambientales. El nivel de hidrocarburos puede alcanzar entre y mg/m³ en zonas normales, debido simplemente a las emisiones de la industria y del tráfico. En zonas industriales, donde se utiliza aceite como medio de lubricación, de refrigeración y de procesos, el contenido de aceite mineral puede superar el 0%. También se pueden encontrar otros elementos contaminantes, como dióxido de azufre, hollín, metales y polvo. 2. Por qué tratar el aire? Todos los compresores, sean del tipo que sean, funcionan como una aspiradora gigante y absorben impurezas que luego comprimen junto al aire y que llegarán a la red de aire si no se lleva a cabo el tratamiento correspondiente. a) Calidad del aire con compresores "libres de aceite" Debido a la contaminación de la que hemos hablado, no es posible que un compresor equipado tan sólo con un filtro de polvo de 3 micrones suministre aire libre de aceite. Los compresores libres de aceite no llevan más que este filtro de polvo como componente de tratamiento. b) Calidad del aire con compresores enfriados por aceite En estas máquinas, las sustancias agresivas son neutralizadas por el aceite refrigerante, que arrastra además las partículas sólidas contenidas en el aire. A pesar de que con este sistema se produce un aire de mayor pureza, tampoco se puede prescindir del tratamiento en este caso. Sin él, es imposible lograr un aire que responda a las exigencias de calidad que define la ISO para la calificación de aire "libre de aceite", tanto en una compresión libre de aceite como en una con aceite. c) El secado de aire como base La base de todo tratamiento debe ser un secado suficiente del aire. El secado con un secador refrigerativo es casi siempre el sistema más económico (v. cap. 3 " Por qué secar el aire?", pág. 8) 3. Elección del sistema de compresores correcto A la hora de decidirse por un compresor libre de aceite o refrigerado por aceite para un uso concreto, no deberá hacerse basando la elección en la calidad del aire que el compresor sea capaz de producir, sino considerando más bien la economía del sistema. El buen rendimiento vendrá determinado por los costos de energía y de mantenimiento, que pueden llegar a representar hasta un 90% de los costos totales de producción de aire. El grueso de este porcentaje, del 75% al 85 %, corresponde a los gastos de energía. Los sistemas libres de aceite, como los sopladores [hasta 2 bar(a)], son muy adecuados desde el punto de vista energético en el campo de bajas presiones, desde 500 mbar(a) hasta aprox. 3 bar(a). A partir de bar(a) y hasta 6 bar(a) será económicamente más conveniente elegir compresores de tornillo enfriados por aceite. Desde los 5 bar(a), la compresión con unidades libres de aceite debe ser de dos etapas para conseguir una buena relación entre la potencia consumida y el caudal de aire producido. El gran número de enfriadores que se precisan, las altas velocidades de giro, la mayor necesidad de técnica de control, el gasto en agua para Elija el grado de tratamiento que se ajuste a sus necesidades: Tratamiento del aire con secador refrigerativo (punto de rocío +3 C) Ejemplos de uso: grados de tratamiento según la norma ISO Industria láctea, fábricas de cerveza Producción de alimentos muy limpio para transporte neumático, industria química Industria farmacéutica Telares, laboratorios fotográficos Aspersión de pintura,recubrimiento sinterizado Empaque hermético, aire de control e instrumentos para uso general, sandblasting de gran fineza Chorro de granalla Chorro de granalla sin exigencias de calidad de transporte neumático para sistemas de desagüe Sin exigencias de calidad Para redes de aire no protegidas contra congelación: tratamiento del aire con secador de adsorción (punto de rocío hasta -70 C) Industria farmacéutica, láctea, fábricas de cerveza Fabricación de chips, industria óptica, produccióndealimentos Plantas de lacado de procesamiento, industria farmacéutica Laboratorios fotográficos Usos con peligro de congelación, aire muy seco para transporte neumático, aspersión de pintura, reguladores de presión de precisión A B C polvo refrigeración y la alta inversión de adquisición, hacen dudar de que la compresión sin aceite sea la más adecuada económicamente para este campo de presión. Y no olvidemos que el aire de unidades libres de aceite y el condensado que se forma en dicha compresión son muy agresivos debido al azufre que puedan aspirar de la atmósfera: Su ph oscila entre 3 y 6.. Sistema de aire puro Los compresores de tornillo modernos enfriados por fluido ofrecen un 0 % más A B C A B D E G 2 2 G 2 7 H 3 7 I 3 9 J 8 9 A B C A F aceite gérmenes FST polvo agua aceite gérmenes -3 FST B -3 FE FST FE FST agua FD FD ACT ACT FE compresores de tornillo otros compresores Contenido residual de vapor de aceite 0,003 mg/m 3, libre de partículas > 0,0 µm,estéril, inodoro e insípido Cont. res. vapor de aceiite 0,003 mg/m 3, libre de partículas > 0,0 µm Cont. res. vapor de aceiite 0,003 mg/m 3, libre de partículas > µm FG FFG FD AT D E F G Aerosol 0,00 mg/m 3, libre de partículas > 0,0 µm Aerosol 0,0 mg/m 3, libre de partículas > 0,0 µm Aerosol 0,0 mg/m 3, libre de partículas > µm Aerosol mg/m 3, libre de partículas > µm H I J Aerosol 5 mg/m 3, libre de partículas > 3 µm Aerosol 5 mg/m 3, libre de partículas > µm Sin tratamiento de rendimiento que los compresores sin aceite. El sistema de aire puro para estos compresores permite ahorrar hasta un 30% de costos produciendo aire libre de aceite. El contenido residual de aceite que se alcanza gracias a este sistema es de tan sólo 0,003 mg/m³, muy por debajo del valor exigido por la norma ISO. El sistema incluye todos los aparatos de tratamiento necesarios para conseguir un aire de calidad. Dependiendo de la aplicación, se utilizarán secadores frigoríficos o de adsorción (v. también cap. " Por qué FF FF FB FC FE T ECD Compresor filtros Depósito de presión ECD Montaje para instalaciones con demanda de aire muy variable Aquamat Compresor Aquamat T ZK THNF Montaje para instalaciones con demanda de aire muy variable filtros Depósito de presión AT FE ZK THNF Explicaciones: THNF=Prefiltro de aire de esterillas para limpiar aire de aspiración con un alto contenido de polvo y suciedad ZK=Separador centrífugo para eliminar condensados ECD=ECO Drain drenaje electrónico de condensados regulado según nivel FB=prefiltro 3µm para eliminar gotitas de humedad y partículas sólidas FC =Prefiltro µm para eliminar gotitas de aceite y partículas sólidas > µm, contenido residual de aceite mg/m 3 FD=Postfiltro µm para eliminar partículas de polvo (abrasión) > µm FE=Microfiltro 0,0 ppm para eliminar neblinas de aceite y partículas sólidas >0,0 µm, aerosol 0,0 mg/m 3 FF=Microfiltro 0,00 ppm para eliminar aerosoles de aceite y partículas sólidas >0,0 µm, contenido residual de aerosol de aceite 0,00 mg/m 3 FG=Filtro de carbón activo para adsorción en la fase de vapor de aceite, contenido residual de vapor de aceite 0,003 mg/m 3 FFG=Combinación de filtros formada por FF y FG T=Secador refrigerativo para secar el aire ; punto de rocío hasta +3 C AT=Secador adsorbente para secar el aire, serie DC, regemerada em frío, punto de rocío hasta -70 C; series DW, DN, DTL, DTW, regeneradas en caliente, punto de rocío hasta -0 C ACT=Torre de carbón activado para adsorción en la fase de vapor de aceite contenido residual de vapor de aceite 0,003 mg/m 3 FST=Filtro antiséptico para un aire libre de gérmenes Aquamat = Sistema de tratamiento de condensasados Sustancias extrañas al aire : + polvo - + agua/condensado - + aceite - + gérmenes - Grados de filtración: ISO clase Partículas sólidas/polvo n máx. de partículas por m 3 partículas con d (µm) 0, 0,d0,5 0,5d,0 punto de rocío secar el aire?", pág. 8) y diferentes combinaciones de filtros. Gracias a este tratamiento, es posible producir un aire seco, libre de partículas e incluso técnicamente libre de aceite o estéril acorde a la norma ISO y sus clases de calidad de aire. 5. Esquema de tratamiento El esquema superior se incluye en todos los prospectos de compresores de tornillo. Siguiéndolo, es posible elegir la combinación correcta de aparatos para cada caso.,0d5,0 (x=agua mg/m 3 en g/m 3 líquido) 0 según necesidades del cliente C 0, C 0, C +3 C +7 C,0 5, C x0,5 8 0,5x 5,0 9 5,0x 0,0 µm mg/m3 Humedad Total Cont. aceite 6 7

6 Los problemas están en el aire, nunca mejor dicho: Cuando el aire se enfría, como sucede después de la compresión, el vapor de agua se condensa. Un compresor 3. Por qué secar el aire? de 30 kw con un caudal de 5 m3/min a 7,5 bar produce unos 20 litros de condensado por turno de trabajo en condiciones normales. Este condensado debe eliminarse del sistema para prevenir averías y daños. El secado del aire es por lo tanto una parte muy importante del tratamiento. En este capítulo encontrará información sobre cómo lograr un secado económico del aire. ambiental: 0 m³/min a 20 C con 02,9 g/min de agua, grado de saturación 60 % Relación de compresión :0 m 3 /min, a 80 C con 02,9 g/min de agua, grado de saturación 35 %. Un ejemplo práctico Si un compresor de tornillo refrigerado por fluido aspira 0 m³ de aire de la atmósfera por minuto a una temperatura de 20 C y con una humedad relativa del 60 %, ese aire contendrá aprox. 00 g de vapor de agua. Si el aire se comprime con una relación :0 a una presión absoluta de 0 bar, obtendremos un metro cúbico de servicio. Sin embargo, a una temperatura de 80 C después de la compresión, el aire puede absorber hasta 290 g de agua por metro cúbico. Como tan sólo hay aprox. 00 g, el aire tendrá una humedad relativa del 35 % más o menos, o sea, bastante seco, por lo que no podrá formarse condensado. El refrigerador final del compresor reduce la temperatura del aire de 80 a 30 C aproximadamente. A esa temperatura, un metro cúbico de aire no puede retener más de 30 g de agua, por Enfriamiento: m 3 a +3 C con 02,9 g/min de agua, grado de saturación 728 %, Formación de condensado 96,95 g/min, 6536 g/8h día = aprox. 7 litros lo que los 70 g restantes se condensan y pueden separarse. En una jornada de trabajo de 8 horas se pueden formar unos 35 l de condensado. Otros 6 litros diarios se separan en el secador refrigerativo conectado a continuación. En estos secadores, el aire se enfría primero a +3 C y luego se recalienta hasta alcanzar la temperatura ambiente. Esto significa un déficit de humedad de un 20% aprox. y, en consecuencia, un aire de mejor calidad, más seco. 2. La humedad del aire El aire que nos rodea siempre contiene una cantidad mayor o menor de humedad, de agua. Esta humedad depende de la temperatura de cada momento. Por ejemplo, aire saturado de vapor de agua al 00 % a una temperatura de +25 C puede contener casi 23 g de agua por metro cúbico. 3. Formación de condensado El condensado se forma cuando se reducen el volumen del aire y su temperatura al mismo tiempo, Ya que estos dos fenómenos reducen la capacidad de saturación del aire. Justamente eso es lo que sucede en el bloque compresor y en el refrigerador final de un compresor.. Algunos conceptos básicos b) Humedad relativa (H rel ) La humedad relativa informa sobre el grado de saturación del aire, es decir, la relación entre el vapor de agua realmente contenido en el aire y el punto de saturación correspondiente (00 % H rel ). El punto de saturación variará dependiendo de la temperatura: Cuanto mayor sea la temperatura, mayor cantidad de humedad podrá admitir el aire. c) Punto de rocío atmosférico El punto de rocío atmosférico es la temperatura a la cual se alcanza el grado de saturación a presión atmosférica (H rel 00 %). Como ejemplo: Punto de rocío en C d) Punto de rocío de presión Por punto de rocío de presión entendemos la temperatura a la que el aire alcanza su punto de saturación (00 % H rel ). Refiriéndonos al ejemplo descrito en el punto : El aire sometido a 0 bar(a) de presión a un punto de rocío de +3 C contendrá una humedad Agente refrigerante HCFC Agente R 22 HFC R 3a Contenido máx. de agua en g/m³ 50,7 30, 7, 9,,9 2,2 0,9 0,5 Fórmula CHClF 2 CH 2 F-CF 3 absoluta de 6 g por metro cúbico de servicio. Dicho en otras palabras: Si relajamos uno de los metros cúbicos de servicio del ejemplo, s a 0 bar(a), hasta alcanzar la presión atmosférica, su volumen se multiplicará por diez. Los 6 g de vapor de agua no varían, pero se reparten en un volumen mayor. Cada metro cúbico relajado contendría, por tanto, 0,6 g de agua. Esta humedad se correspondería con un punto de rocío atmosférico de 2 C. 5. Secado de aire económico y ecológico a) Secador refrigerativo o de adsorción? La nuevas regulaciones referidas a agentes refrigerantes no pueden cambiar el hecho de que los secadores de adsorción no sean una alternativa real a los secadores frigoríficos, ni desde el punto de vista económico ni desde el ecológico. Los secadores frigoríficos solamente consumen un 3 % de la energía que necesita el compresor para producir el aire, mientras los secadores de adsorción consumen un 0-25% o incluso más. Por eso, será preferible optar por un secador refrigerativo siempre que sea posible. Por lo tanto, sólo es recomendable el uso de secadores de adsorción si se requiere aire extraordinariamente seco, con puntos de rocío de hasta 20, 0 ó 70 C. b) Qué tipo de agente refrigerante elegir? Los agentes CFC, R 2 y R 22 ya no se Potencial de perjuicio a la capa de ozono (ingl.: ODP = ozone depletion potential) [R 2 = 00%] 5% 0% pueden utilizar en los nuevos secadores frigoríficos. En la tabla inferior se indican los agentes refrigerantes disponibles y sus efectos en el medio ambiente. Hasta el año 2000, la mayoría de los fabricantes de secadores frigoríficos utilizaban el agente R 22, un clorofluorocarburo parcialmente halogenado. Éste sólo tenía un 5% de la agresividad del R 2 contra la capa de ozono, y un 2% de su potencial de efecto invernadero. Actualmente, los fabricantes suelen utilizar el agente R 3a, recomendado como sustituto de R 2 y R 22 por las autoridades de medio ambiente por su bajo índice de deterioro de la capa de ozono. La ventaja del agente R 3a radica en la posibilidad de utilizarlo en máquinas que utilizaran anteriormente R 2 una vez llevadas a cabo unas pequeñas modificaciones. Otros agentes, como el R 0A y el R 07C, también inocuos para la capa de ozono, encuentran cada vez más aceptación. Se trata de agentes refrigerantes conocidos como "blends" (mezclas), mezclas de varios agentes distintos, cuyos componentes pueden presentar "glides" (márgenes) en sus temperaturas de evaporación y condensación, y que tienen un mayor potencial de efecto invernadero que el agente R 3a (ver tabla inferior). Por estas razones, el R 07C sólo es adecuado para usos muy concretos. El R 0A, por el contrario, es interesante para capacidades de flujo a partir de 2 m³/min debido a sus menores márgenes de diferencia entre los distintos componentes. Potencial de efecto invernadero (ingl.: GWP = global warming potential) [R 2 = 00%] 2% 8% Margen de temperatura (glide). Oscilación posible en la temperatura de evaporación y condensación [K] 0 0 a) Humedad absoluta del aire Entendemos por humedad absoluta la cantidad de vapor de agua contenida en el aire expresada en g/m³. Agentes refrigerantes y "blends" R 0A R 07C R 3a/25/3a R 32/25/3a 0% 0% 26% % 0,7 7, 8 9

7 El condensado es un producto inevitable en la compresión de aire. Ya hemos descrito cómo se forma en el capítulo " Por qué secar el aire?" (pág. 8). Recordemos que un compre-. Drenaje correcto del condensado Las salidas controladas de condensado en la parte inferior, las llamadas "trampas" de agua, permiten eliminar el condensado de la red principal de aire. Si la velocidad del flujo es de 2 a 3 m/s y el diseño es correcto, una de estas trampas de drenaje puede evacuar condensados con la misma eficacia que un depósito de aire (ilustración ). precipitará en grandes cantidades en los purgadores instalados poco antes de los puntos de consumo. Pero este método tiene la desventaja de que necesita mucho mantenimiento. 2. Sistemas habituales de evacuación Actualmente se utilizan sobre todo tres sistemas: mente purgadores con control inteligente del nivel. El flotador, que provoca tantas averías, se sustituye por un sensor electrónico. Y con esto se evitan muchas averías por suciedad o por desgaste mecánico. También se evitan las pérdidas de presión típicas del sistema con flotador gracias a un cálculo y un ajuste exactos de los tiempos de abertura de las válvu- sor de 30 kw con un caudal de 5 m³/min puede producir aprox. 20 l de condensado por turno en condiciones normales de servicio. Este líquido debe evacuarse del sistema de aire para evitar averías y daños por corrosión. En este capítulo encontrará información sobre cómo evacuar correctamente el condensado a bajos costos.. Drenaje del condensado En todos los sistemas de aire se forma condensado en puntos concretos y con diferentes sustancias contaminantes (ilustración superior). Es imprescindible un sistema de evacuación fiable. El drenaje del condensado tiene una influencia decisiva sobre la calidad final del aire, la seguridad de servicio y la economía del sistema. a) Puntos de colección y drenaje del condensado Se empieza a colectar y evacuar mediante elementos mecánicos instalados en el sistema de aire. Gracias a estos elementos se elimina ya un % del condensado total, siempre que los compresores cuenten con un buen sistema de refrigación final. Separador centrífugo: Se trata de un dispositivo mecánico de separación que separa el condensado con ayuda de la fuerza centrífuga (ver ilustración inferior). Para garantizar un funcionamiento óptimo, convendrá que cada compresor tenga su propio separador centrífugo. Refrigerador intemedio: En los compresores de dos etapas también se recoge condensado en los separadores de los enfriadores intermedios. Depósito de aire : Aparte de su función principal como almacenador de aire, el depósito también ayuda a separar el condensado por medio de la fuerza de la gravedad. Si tiene las dimensiones correctas (caudal del compresor en m³/min : 3= tamaño del depósito en m³), será tan eficaz como el separador centrífugo. A diferencia del separador centrífugo, puede instalarse en la conducción principal del sistema de aire, siempre que su entrada de aire se encuentre en la parte inferior y la salida en la superior. Además, el depósito enfría el aire gracias a su gran superficie de derivación térmica, lo cual favorece la separación del condensado. "Trampas" de agua en la conducción de aire : Para evitar un flujo incontrolado del condensado en la red, será conveniente que todos los puntos de entrada y salida del sector húmedo se conecten desde arriba o lateralmente. Ilustración : Trampa de agua con drenaje de condensados b) Secador de aire Además de los mencionados hasta ahora, también existen varios puntos de colección y drenaje de condensados en el sector de secado del aire. Secador refrigerativo: Es posible separar condensado en el secador refrigerativo gracias al enfriamiento del aire, que hace que el vapor de agua se condense y se precipite. Secador de adsorción: Gracias al notable enfriamiento del aire en la red, es mucho el condensado que se se separa en el prefiltro del secador de adsorción. En el interior del secador de adsorción, el agua sólo se encuentra en forma de vapor debido a las condiciones de presión parcial. c) Drenaje descentralizado Si el sistema no cuenta con un secado centralizado del aire, el condensado se Ilustración 2: Drenaje con flotador a) Drenaje con flotador (ilustración 2) Los purgadores con flotador son quizá el sistema de drenaje más veterano y se creó para sustituir al drenaje manual, poco económico y seguro. Pero este sistema pronto empezó a mostrar puntos débiles debido a las impurezas contenidas en el aire, que provocaban averías con frecuencia y hacían preciso un mantenimiento intensivo. b) Válvula solenoide Las válvulas solenoides con temporizador son un sistema más seguro que los purgadores con flotador, pero deben limpiarse con frecuencia. Además, si los tiempos de abertura de la válvula están mal ajustados, se producirán pérdidas de presión, lo cual significará un mayor consumo energético. c) Drenaje de condensados controlado por nivel ("ECO DRAIN", ilustración 3) En la actualidad se utilizan principal- Ilustración 3: "ECO DRAIN" con llave de bola las. La autovigilancia atomática y la posibilidad de transmisión de señales son otras dos ventajas de este sistema. d) Instalación correcta Debe instalarse siempre una conducción con llave de bola entre el separador y el drenaje de condensados (ilustración 3). Esta llave permitirá cerrar el paso del condensado cuando haya que realizar trabajos de mantenimiento en el drenaje sin impedir que la estación de aire siga funcionando con normalidad. 0

8 La formación de condensado es inevitable cuando se produce aire (ver cap. 3 y ). La palabra "condensado" puede confundirnos, haciéndonos pensar que 5. Tratamiento económico y seguro del condensado se trata tan sólo de vapor de agua condensado. Pero tenga cuidado! Los compresores funcionan como una aspiradora gigante: junto con el aire atmosférico, comprime también impurezas, que pasan a formar parte del condensado de manera concentrada.. Por qué es necesario tratar el condensado? Los usuarios cuyo condensado llegue a la canalización sin tratar se arriesgan a pagar multas elevadas, ya que el condensado resultante de comprimir aire es una mezcla no exenta de peligro. El condensado puede contener, además de partículas de polvo, dióxido de azufre, cobre, plomo, hierro y otras sustancias debido a la contaminación del aire que aspira el compresor. En Alemania, la directiva que regula la eliminación de condensados es la llamada Ley de Gestión de Aguas. Esta ley prescribe que las aguas que contengan contaminantes deberán tratarse con arreglo "a las reglas técnicas reconocidas". Esto afecta a cualquier tipo de condensado, también al que producen los compresores libres de aceite. Existen límites legales para todas las sustancias dañinas y sus ph. En Alemania varían según el estado federal y la rama de la industria de la que se trate. En el caso de los hidrocarburos, por ejemplo, el valor límite es de 20 mg/l; el ph admisible del condensado oscila entre 6 y Composición y características del condensado a) Dispersión El condensado del aire puede presentar características diferentes. Generalmente, las dispersiones se forman en compresores de tornillo enfriados con aceites sintéticos como "Sigma Fluid Plus". Normalmente, este condensado presenta un nivel ph de entre 6 y 9, de manera que puede considerarse neutro. Las impurezas del ambiente se depositan en una capa de aceite que flota sobre el agua y que es fácil de separar. b) Emulsión Las emulsiones se reconocen porque son líquidos de aspecto lácteo que no se separan en dos fases ni siquiera transcurridos varios días. (ver ilustración derecha, ). Esta forma de condensado suele darse en compresores de pistón, de tornillo y multicelulares que funcionan con aceites convencionales. Y también en estos casos se pueden encontrar sustancias dañinas en el aceite. Al tratarse de mezclas estables, en el caso de las emulsiones no se pueden separar aceite y agua ni las impurezas aspira- das, como son el polvo o los metales pesados, por medio de la gravedad. Si los aceites que las forman contienen éster, el condensado será además agresivo y habrá que neutralizarlo. El tratamiento de este tipo de condensados solamente puede realizarse con un separador de emulsiones. c) Condensado de compresores libres de aceite El condensado que se forma en sistemas libres de aceite contiene partículas del mismo a pesar de todo, debido a la creciente contaminación del aire atmosférico. Puede contener, además, dióxido de azufre, metales pesados y otras partículas sólidas. Esto significa que este condensado suele ser agresivo y presentar un ph de entre 3 y 6. Es necesario tratarlo antes de que llegue a la canalización, aunque suela afirmarse lo contrario. 3. Eliminación por terceros Naturalmente, también es posible colectar todo el condensado y entregarlo a una empresa especializada en su tratamiento. Pero esto puede suponer unos costos de entre 0 y 50 /m³, dependiendo del tipo de condensado. Considerando las grandes cantidades de condensado que suelen producirse, la mayoría de las veces será conveniente decidirse por el tratamiento en instalaciones propias. Esto supone la ventaja de que solamente queda un 0,25 del volumen original para su eliminación, que habrá de realizarse respetando el medio ambiente.. Procedimientos de tratamiento a) para dispersiones Para el tratamiento de este tipo de condensado bastará en la mayoría de los casos con un aparato de tres cámaras, formado por dos cámaras y un filtro de carbón activo. La separación se produce 2 3 Todos los compresores aspiran del ambiente vapor de agua e impurezas. El condensado que se va formando debe limpiarse de aceite y otras sustancias contaminantes (2) antes de evacuarse por la canalización como agua pura (3). gracias a la fuerza de la gravedad. La capa de aceite que flota encima del agua en el depósito de separación se dirige a un depósito colector y se trata como aceite viejo. El agua que permanece en el depósito se filtra a continuación en Los separadores por gravedad como el Aquamat tratan las dispersiones de condensado de manera altamente eficaz y económica. dos fases y puede eliminarse por la canalización. Realizando esta separación con ayuda de la fuerza de la gravedad, el usuario ahorra un 95% con respecto a los costos que supondría entregar el condensado a una ermpresa externa especializada. Estos aparatos se ofrecen actualmente para compresores con caudales de hasta 60 m³/min. Naturalmente, es posible instalar varios aparatos en paralelo para demandas mayores. b) para emulsiones Para tratar emulsiones estables se utilizan principalmente dos tipos de aparatos: Los sistemas de membranas funcionan según el principio de la ultrafiltración con el procedimiento cross-flow (corrientes cruzadas). El condensado prefiltrado atraviesa unas membranas. Una parte del líquido las atraviesa y sale del aparato con las características necesa-rias para su eliminación por la canalización. El segundo tipo de aparatos funciona con un agente separador pulverizado. Éste encapsula las partículas de aceite y forma con ellas copos fácilmente filtrables. Usando filtros con la porosidad correcta, será posible eliminar estos copos. El agua sobrante puede eliminarse por la canalización. c) para condensado de compresores libres de aceite El condensado de los compresores libres de aceite debe tratarse por procedimientos químicos de separación. Por ejemplo, por neutralización del ph añadiendo sustancias alcalinas, o ligando y concentrando las partículas de metales pesados en la torta del filtro, que luego se eliminará como un residuo peligroso. Este procedimiento es el más complicado. Deben solicitarse las autorizaciones especiales correspondientes, no sólo para el aceite contenido en el condensado, sino también para sustancias dañinas aspiradas del ambiente y concentradas después de la compresión. Estas últimas pueden suponer una contaminación grave del condensado. Los separadores de membranas se usan sobre todo para el tratamiento de emulsiones estables de condensado 2 3

9 A pesar de todas sus ventajas, el aire es un medio energético relativamente caro. Por lo tanto, la divisa debe ser reducir los costos en todos los puntos posibles. Una razón por la Regulación Dual Control Regulación intermitente marcha en vacío / parada diferida Regulación Quadro Regulación intermitente marcha en vacío / parada diferida con selección autónoma del modo de funcionamiento óptimo 6. Regulación eficaz de compresores cual los costos se elevan en muchos casos de aplicación es que el caudal del compresor no está bien ajustado a una demanda oscilante de aire. Muchos compresores registran en su servicio una carga de solamente un 50%. Y es que muchos usuarios disponen de un contador de horas de servicio, pero no de un contador de horas de funcionamiento a plena carga. La solución es un sistema de control adaptado a las necesidades: Si se alcanzan niveles de carga de los compresores de un 90 % o más, será posible ahorrar más de un 20% de energía.. Controlador interno del compresor a) Regulación plena carga / marcha en vacío La mayoría de los compresores llevan un motor asíncrono de corriente trifásica. La frecuencia de conmutación de estos motores disminuye conforme aumenta su potencia. Por lo tanto, no será fácil que la frecuencia de conmutación necesaria en cada caso se ajuste a la demanda real de aire si los compresores tienen una pequeña frecuencia de conmutación y se conectan y desconectan a menudo para adaptarse al consumo. Con estos ciclos de conexión y desconexión se descargan las partes del compresor que soportan presión pero el motor continúa un tiempo en marcha. La energía que consume será energía perdida. En compresores que funcionan con este sistema, el consumo energético en las fases de marcha en vacío sigue siendo un 20% de la energía que absorben durante las fases de plena carga. b) Convertidores de frecuencia Los compresores cuya velocidad de giro está controlada por un control de frecuencia variable no presentan un grado de rendimiento constante en todo su campo de regulación. Por ejemplo, este rendimiento se reduce de un 9% a un 86% en un motor de 90 kw en el campo comprendido entre el 30% y el 90%. Además, este control produce ciertas pérdidas, sumadas a las que puede provocar una razón de rendimiento no lineal de los compresores. Por tanto, los sistemas con control de frecuencia variable utilizados incorrectamente pueden resultar unos devoradores de energía sin que el usuario se percate de ello. Y es que un variador de velocidad no es siempre la solución ideal para ahorrar parte de la energía consumida por los compresores. 2. Clasificación según la demanda de aire Por regla general, es posible clasificar los compresores por funciones, teniendo en cuenta si funcionan como compresor de carga base, carga media, carga pico o compresor de reserva. a) Carga base Entendemos por carga base la cantidad de aire que necesita el sistema de manera constante. b) Carga pico Es el aire que se necesita en momentos concretos de consumo punta. Es variable, ya que la demanda de los distintos consumidores es diferente. Para responder convenientemente a estas cargas, será necesario equipar los compresores con distintos controladores. Estos controladores deben ser capaces de mantener el funcionamiento de la instalación y la producción de aire incluso si falla el sistema superior de mando. 3. Sistema superior de mando Los sistemas superiores de mando son sistemas que coordinan el funcionamiento de una estación de aire y van conectando unas máquinas y desconectando otras según la demamda de aire. a) Splitting (repartición de la carga) El splitting consiste en repartir los compresores de potencias iguales o parecidas o según su tipo de control para adaptarlos a las cargas base y punta de una empresa. b) Funciones de un sistema superior de mando La coordinación del funcionamiento de Regulación Dual Control PC Presión constante (PC), regulación continua del caudal con regulador proporcional todos los compresores es una tarea ardua y difícil. Los sistemas superiores de mando deben tener capacidad para conectar compresores de tipos y dimensiones distintas en el momento adecuado y para vigilar las unidades en todos los puntos referentes a mantenimiento técnico, igualar las horas de funcionamiento de los compresores y registrar averías con el fin de minimizar los costos de mantenimiento de la estación de aire y mejorar su seguridad de servicio. c) Graduación correcta La graduación correcta de los compresores es condición indispensable para conseguir que el sistema superior de mando funcione de manera eficaz, es decir, ahorrando energía. Por ejemplo, la suma de los caudales de las unidades de carga pico debe ser mayor que el caudal del siguiente compresor de carga base. Si se utiliza un compresor para carga base con control de frecuencia variable, su campo de regulación deberá ser mayor que el caudal de la unidad que se conectaría a continuación. De otra manera no podrá garantizarse una producción económica de aire. d) Transmisión segura de datos Otra condición importante para su buen funcionamiento es la transmisión segura de los datos de servicio. Para ello no bastará con que se transmitan los datos pertinentes dentro de cada uno de los compresores, sino que deberá intercambiarse información entre las unidades y entre ellas y el sistema superior de mando. La vía de transmisión de las señales necesita igualmente vigilancia para que posibles problemas, como por ejemplo la rotura de un cable de conexión, se detecten y se resuelvan de inmediato. Estas vías de transmisión suelen ser las siguientes:. contactos secos 2. señales analógicas de 20 ma SFC (CF) Conversión de frecuencia: regulación continua del caudal a través de la velocidad de giro del motor El controlador interno "Sigma Control" lleva integrados cuatro modos de regulación para su configuración 3. interfaces electrónicas, por ejemplo RS 232, RS 85 o Profibus DP. La más moderna es la técnica de transmisión Profibus. Gracias a ella es posible transmitir grandes cantidades de datos en poco tiempo y a grandes distancias (ver imagen inferior). Estas características permiten instalar el sistema de mando en un lugar alejado de la estación de compresores propiamente dicha. La técnica Profibus permite una transmisión rápida de datos desde la estación de compresores al sistema superior de mando 5

10 Las estaciones de aire están formadas normalmente por varios compresores iguales o de tamaños diferentes. Para controlar todas estas máquinas es preciso contar con un 7. Regulación por banda de presión: Regulación óptima de compresores adaptada a las necesidades del usuario. sistema superior de mando. Antes, su función era más sencilla: se trataba sobre todo de ir alternando el servicio de compresores de iguales dimensiones en carga base y de repartir equitativamente el tiempo de marcha. Actualmente, su tarea se ha complicado de manera notable: Ahora el objetivo es adaptar la producción de aire a las necesidades del cliente, alcanzando al mismo tiempo la máxima eficacia energética. En principio existen dos tipos diferentes de sistemas superiores de mando: la regulación en cascada y la regulación por banda de presión.. Regulación en cascada Este es el tipo de regulación convencional. Con este sistema se asigna a cada compresor un punto inferior y superior de conmutación. En caso de coordinarse varios compresores, se dibujará un sistema de control parecido a una escalera o una cascada. Si la demanda de aire es baja, se conectará solamente un compresor, y la presión oscilará entre la presión mínima (p mín ) y máxima (p máx ) de dicho compresor, disminuyendo la presión cuando la demanda de aire suba y se conecten varios compresores al mismo tiempo (ilustración ). El resultado no es el idóneo, ya que si el consumo de aire es bajo, la presión será la máxima, lo cual hace aumentar el consumo y las pérdidas por fugas; por el contrario, si el Comparación Regulación en cascada / regulación por banda de presión Ilustración : Diferencias en las oscilaciones de presión y en el ahorro de presión en regulaciones en cascada (con repartición homogénea de la carga) y regulaciones por banda de presión (SAM o VESIS) consumo es alto, la presión del sistema bajará y se reducirán las reservas. a) Regulación en cascada con presostato de membrana Si se utiliza la regulación en cascada con presostato o con un manómetro de contacto, la presión diferencial mínima de conmutación para cada compresor habrá de ser por regla general de 0,5 bar, mientras que la diferencia entre los dos puntos de conmutación de cada uno de ellos será de 0,3 bar. Para cuatro compresores, que es el máximo recomendado para este tipo de regulación, resulta normalmente una presión diferencial mínima de conmutación de -, bar. a) Regulación en cascada con conmutador electrónico de presión El uso de transductores de presión electrónicos permite reducir las diferencias entre los puntos de conmutación de los compresores hasta 0,2 bar, así como reducir las distancias entre los puntos de conmutación de los distintos compresores. Lo ideal es conseguir una presión diferencial de 0,7 bar. Como mencionábamos antes, no conviene conectar más de cuatro compresores a un sistema de control en cascada. En caso contrario, existe el peligro de que el consumo energético y las pérdidas por fugas se disparen debido a la gran oscilación de presión. (Regulación por banda de presión) 2. Regulación por banda de presión El sistema de coordinación más moderno para varios compresores es, sin lugar a dudas, la regulación por banda de presión, sobre todo si se busca la eficacia energética. Con la ayuda de una banda de presión única se coordinan tantos compresores como sea necesario (ilustración ). Para su funcionamiento, es imprescindible instalar un controlador mixto por microprocesador (MVS) o, mejor aún, un PC industrial con inteligencia de control. Dentro de la regulación por banda de presión puede hacerse otra clasificación más. a) Control vectorial La regulación vectorial registra la subida o bajada de presión entre los puntos mínimo y máximo preajustados y calcula sobre esa base el consumo de aire. Los compresores se regulan por tanto retrospectivamente sobre esta base de consumo (ilustración 2). En sistemas con oscilaciones de consumo Ilustración 2: Regulación vectorial de aire es posible que se produzcan vibraciones de las conducciones de aire que harán necesario tomar medidas de amortiguación. El buen ajuste de los compresores entre sí es de capital importancia. Normalmente, con este sistema no se puede reducir la presión diferencial de conmutanción por debajo de 0,5 bar, ya que se mide en el margen comprendido entre las presiones mínima y máxima. b) Regulación por banda de presión con reconocimiento de tendencia Es más eficaz que la regulación vectorial, puesto que permite alcanzar presiones diferenciales de conmutación de sólo 0,2 bar, que es la presión diferencial más baja que se ofrece actualmente en la técnica de aire. El sistema con reconocimiento de tendencia no se basa en el cálculo de la caída o bajada de la presión en un periodo de tiempo concreto, sino que observa el consumo en el sistema de aire tras la conexión de un compresor y obtiene información para las conexiones siguientes (ilustración 3). Ilustración 3: Regulación por banda de presión con reconocimiento de ten dencia (arriba) La exactitud del análisis de la tendencia es de 0,0 hasta 0,03 bar, con lo cual el controlador es capaz de coordinar incluso sistemas de aire con grandes oscilaciones de consumo con una presión diferencial de conmutación mínima. Es posible conectar entre sí y regular hasta 6 compresores en un margen de presión de solamente 0,2 bar. La banda de presión queda asegurada con la llamada banda de urgencia, de manera que la producción de aire está garantizada en todo momento. Estos sistemas de mando pueden ayudar notablemente a ahorrar energía en sistemas de aire, ya que reduciendo la presión del sistema en 0, bar se consigue ahorrar un % de energía. c) Regulación según carga pico La regulación por banda de presión con reconocimiento de tendencia agrupa los compresores según sus potencias. Es capaz, por tanto, de repartir homogéneamente la carga entre ellos y de conectar en cada momento el compresor más adecuado (ilustración ). El buen reparto de la carga (splitting) es condición indispensable para este sistema. Entendemos por splitting la división de los compresores, de potencias iguales o distintas, dependiendo de si funcionan en carga base o en carga pico (ver cap. 6 "Regulación eficaz de compresores", pág. ) Esta es actualmente la manera más eficaz de regulación, pero exige la transmisión y gestión de grandes cantidades de datos. Sólo con un PC industrial inteligente, como el "Sigma Air Manager" (SAM) ofrecido por, es posible hacer frente a esta tarea. Los PCs industriales pueden conectarse a otros sistemas de mando, Ilustración : Mejor reparto de la carga entre los compresores gracias a un splitting óptimo y la eficaz coordinación de las unidades llevan a cabo una regulación eficaz y, además, pueden realizar la tarea de un servidor de red con páginas HTML programadas. Con este sistema es posible registrar los datos de servicio de los compresores, la carga y el rendimiento de la estación completa, visualizar los datos de manera inteligible, valorarlos y reaccionar en base a los mismos (para "Sigma Air Manager", ver también pág. 27). 6 7

11 Observando el aumento de precio de todas las formas de energía, queda claro que el ahorro energético no es ya sólo una cuestión ecológica, sino también un factor económico importantísimo. En 8. Ahorro energético gracias a la recuperación del calor Circuito de agua de uso industrial Intercambiador de calor de placas Circuito de fluido de refrigeración del compresor este sentido, los fabricantes de compresores ofrecen distintas posibilidades, como por ejemplo, sistemas para la recuperación del calor que generan los compresores de tornillo.. Los compresores generan calor Aunque a los profanos les parezca increíble, es un hecho que el 00 % de la energía absorbida por un compresor se convierte en calor. El aire se carga de potencial energético a través de la compresión. Esa energía es aprovechable por la relajación a presión atmosférica, el enfriamiento y la derivación del calor al ambiente. 2. Hasta un 9% de energía aprovechable El 72 % de la energía absorbida pasa en forma de calor al medio refrigerante, un 3% se transmite al aire en la misma forma y hasta un 9% son las pérdidas del motor eléctrico. En el caso de motores encapsulados enfriados por aceite es posible recuperar incluso el calor de estas pérdidas por medio de una refrigeración adecuada. Hasta un 9% de la energía que consume el compresor puede recuperarse, por tanto, en forma de calor. Solamente el 2 % de la energía se pierde por irradiación al exterior, y un % permanece en el aire (ver diagrama de flujo térmico, pág. 9). 3. Cómo aprovechar el calor Los usuarios que deseen una producción de aire aún más económica pueden elegir una de las variantes siguientes para la recuperación del calor: a) Calefacción de recintos La opción más sencilla consiste en aprovechar directamente para calefacción el aire caliente que sale del sistema de refrigeración del compresor, y es factible tanto en máquinas refrigeradas por aire como por fluido. El calor derivado se conduce por un sistema de canales hasta las estancias que se se quiera dotar de calefacción (ilustración ). Naturalmente, este aire caliente puede utilizarse tam- Salida de aire al exterior (verano) bién para otros fines, como por ejemplo para procesos de secado, cortinas de calefacción en entradas abiertas de edificios o para precalentar aire de combustión. Si no se necesita el calor, una escotilla manual o automática desviará la trayectoria del aire caliente hacia el exterior. Un cierre regulado termostáticamente permite dosificar el aire caliente de manera exacta para que la temperatura deseada se mantenga constante. Con esta variante se aprovecha el 9 % de la potencia eléctrica absorbida por el compresor de tornillo. Además, merece la pena incluso para compresores pequeños, ya que una unidad de 8,5 kw produce calor suficiente como para calentar sin problemas una casa unifamiliar. Entrada de aire de calefacción (invierno) Ilustración : Sistema de recuperación del calor con producción de aire caliente, con canal de salida al exterior y escotilla de cierre Ilustración 2: Sistema de recuperación del calor con producción de agua caliente - el intercambiador de calor calienta el agua hasta +70 C b) Calefacción por agua Instalando un intercambiador de calor (ilustración 2) en el circuito de fluido, tanto en compresores de tornillo enfriados por aire como por agua, es posible producir agua caliente para fines diversos. Lo ideal es instalar un intercambiador de calor de placas o uno a prueba de averías, y el agua caliente podrá utilizarse, por ejemplo, para circuitos de calefacción, duchas del personal o procesos de limpieza de la producción. Estos Diagrama de flujo de calor Calor irradiado por el motor de accionamiento (absorbido por el aire de refrigeración) 9% Calor recuperable por enfriamiento del fluido de refrigeración (refrigerador de fluido) 72% Calor recuperable por enfriamiento del aire (refrigerador final) 3 % intercambiadores permiten calentar el agua hasta una temperatura máxima de 70 C. Los gastos que supone esta variante de calefacción se amortizan para unidades a partir de 8,5 kw transcurridos dos años. Para ello, sin embargo, la planeación del sistema debe ser correcta. Calor aprovechable para su recuperación 9% Consumo total de energía eléctrica 00% Irradiación de calor del compresor al ambiente 2% Calor que conserva el aire %. Aspectos de seguridad En condiciones normales no deberá utilizarse el sistema primario de refrigeración del compresor como sistema de recuperación del calor, ya que si se produce una avería en el sistema de recuperación del calor, la refrigeración del compresor también dejaría de funcionar, y esto supondría la parada de todo el sistema. Por eso es recomendable instalar siempre intercambiadores de calor adicionales en el compresor para la recuperación del calor. De este modo, el compresor podrá seguir funcionando con seguridad en caso de una avería: Si el intercambiador de calor del sistema de recuperación del calor dejara de funcionar, el compresor puede pasar a utilizar el sistema de refigeración primario por aire o agua. Esto garantiza la seguridad en la producción de aire. 5. Conclusión La recuperación del calor es una opción atractiva y ecológica para mejorar el rendimiento energético de un sistema de aire. El gasto que supone es relativamente pequeño. El alcance de la inversión depende de las condiciones del lugar donde se instale, del campo de aplicación y del sistema de recuperación del calor que se elija. 8 9

12 9. Cómo evitar pérdidas de aire () Nueva planeación de una red de aire El aire es un medio energético muy versátil y flexible, pero no precisamente barato. Su uso se amortiza tan sólo si la producción, el tratamiento y la distribución están perfectamente ajustados entre sí. Para ello son necesarias una planeación e instalación correctas de la estación de compresores, así como el dimensionado justo y el buen diseño de la red de aire.. Producción económica de aire Teniendo en cuenta todos los gastos de energía, refrigerantes, mantenimiento y la depreciación del compresor, un metro cúbico de aire puede costar entre 0,5 y 2,5 céntimos de euro, dependiendo del modelo, la carga y el estado de mantenimiento del compresor. Por esta razón, muchas empresas dan gran importancia a una producción económica del aire. Y este es justamente el motivo por el cual los compresores de tornillo enfriados por aceite tienen éxito: con estas máquinas puede ahorrarse hasta un 20% de los costos que generaba antes la producción de aire. 2. La influencia del tratamiento en la red de aire Sin embargo, al tratamiento del aire se le suele dar menor importancia. Este hecho es lamentable, ya que los consumidores de aire y la red de distribución provocarán menos costos de mantenimiento si el tratamiento del aire es correcto. a) Los secadores frigoríficos reducen la necesidad de mantenimiento Los secadores frigoríficos son adecuados para secar el aire en un 80% de los casos. Con ellos se evitan las pérdidas de presión provocadas por la instalación de filtros en la red y se consume solamente un 3 % de la energía que el compresor usaría para compensar las pérdidas de presión causadas por dichos filtros. Además se ahorra en costos de mantenimiento y reparación de las conducciones y herramientas neumáticas una suma hasta 9 veces superior a la que se gasta en los medios necesarios para la refrigeración. b) Unidades combinadas para ahorrar espacio Combinaciones formadas por un compresor de tornillo, secador refrigerativo y depósito de aire (ilustración inferior derecha) o de compresor de tornillo y secador en forma de torre son una solución ideal para empresas pequeñas y para la producción descentralizada de aire. 3. Planeación e instalación de una red de aire Lo primero que se debe decidir es si se desea una producción de aire central o descentralizada. Para empresas pequeñas y medianas suele ser recomendable una estación central, ya que en ellas no se dan los problemas que suelen darse en las grandes redes de aire, a saber: altos gastos de instala-ción, peligro de congelación de conducciones mal aisladas en invierno, fuertes caídas de presión por las grandes distancias que cubren las tuberías. a) Dimensionado correcto de la red Siempre es necesario realizar cálculos para dimensionar una red de aire. La base para dichos cálculos ha de ser una bajada de presión de bar entre el compresor y los consumidores, incluida la diferencia de conmutación del compresor y del tratamiento estándar del aire (secado). Debe contarse con las siguientes pérdidas (ilustración pág. sig.): Red central 0,03 bar Red de distribución 2 0,03 bar Conexiones 3 0,0 bar Secador 0,20 bar Unidad y tubería de trat. 5 0,50 bar total máx. 0,80 bar Esta lista demuestra lo importante que es calcular las pérdidas en cada uno de los tramos. A estos efectos deben tenerse en cuenta igualmente ciertos componentes de la red, como por ejemplo las válvulas de cierre. Por lo tanto, no bastará con introducir en nuestras fórmulas de cálculo los metros de conducciones rectas, sino que habrá que determinar más bien la longitud de las mismas teniendo en cuenta su capacidad de flujo. Normalmente, al comenzar con la planeación no se sabe con exactitud cuántos de estos componentes formarán parte de la red. De modo que, para hacer una estimación de la longitud de las tuberías para nuestros fines, habrá 2 5 que multiplicar la longitud de las conducciones rectas por el factor,6. Su diámetro se puede determinar fácilmente basándose en los diagramas habituales de diseño (ilustración inferior derecha). b) Ahorro energético con las conducciones correctas Para ahorrar energía, instalaremos tuberías lo más rectas posible. Por ejemplo, podemos evitar los codos para esquivar pilares o columnas haciendo pasar la tubería en línea recta al lado de dichos obstáculos. Los codos de 90 provocan grandes pérdidas de presión, por lo que será recomendable sustituirlos con arcos de un ángulo más amplio. En lugar de los grifos de cierre habituales, será conveniente instalar llaves de bola o válvulas de lengüeta con apertura total. En las zonas húmedas de una estación moderna de aire, las conexiones que partan de la red principal deberán derivarse hacia arriba o lateralmente. La conducción principal misma deberá tener una inclinación del 2 por mil, y en su punto más bajo será necesario instalar un aparato de separación de condensados. En el sector seco, por el contrario, las conducciones pueden ser horizontales, y las derivaciones pueden dirigirse hacia abajo sin que esto suponga ningún tipo de problema. Longitud de la tubería (m) 3 m 3 /h Demanda de aire m 3 /min c) Cuál es el material más indicado para las tuberías? No es fácil dar un consejo definitivo con respecto a los materiales. Ni siquiera el precio de compra puede erigirse como argumento único: Las tuberías galvanizadas, las de cobre y las de plástico tienen precios similares si se suman los materiales y la instalación. Las tuberías de acero inoxidable cuestan aprox. un 20% más. Sin embargo, existen métodos de mecanización muy eficaces que han conseguido rebajar los precios. Muchos fabricantes ofrecen tablas en las que se detallan las condiciones óptimas para cada material. Conviene pues estudiar dichas tablas antes de tomar cualquier decisión y tener en cuenta la carga que habrán de soportar durante el servicio futuro las tuberías para hacerse una idea de las necesidades. Esa será la única manera de realizar la elección correcta. d) Importante: la conexión correcta de las tuberías Los tramos de tubería deben soldarse o atornillarse y pegarse. Aunque esto dificulte su separación posterior, este tipo de uniones reducirán al mínimo el peligro de fugas. Sección nominal (mm) Presión del sistema (bar) Pérdida de presión (bar) 20 2

13 0. Cómo evitar pérdidas de aire (2) Saneamiento de redes de aire Año tras año, grandes sumas de dinero se disuelven en el aire, nunca mejor dicho. La razón es que las redes de aire viejas o mal mantenidas disparan el consumo de energía de los sistemas neumáticos. Los usuarios que quieran dar solución a este problema deberán ponerse manos a la obra. A continuación le ofrecemos una serie de consejos para sanear las conducciones de su red de aire.. Requisito básico: aire seco Al planificar una red de aire nueva se pueden evitar muchos fallos y, con ellos, problemas futuros. Sin embargo, el saneo de una red ya existente suele presentar más dificultades. Se tratará de un caso especialmente complicado si se alimenta el sistema con aire húmedo. Antes de comenzar con el saneamiento es imprescinbible que exista una unidad central de secado. 2. Qué hacer en caso de grandes caídas de presión en la red? Si las caídas de presión siguen siendo grandes después de la instalación de aparatos de tratamiento adecuados, la razón de las mismas serán depósitos en las tuberías. Estos depósitos se forman por impurezas que arrastra el aire y que reducen la sección de las tuberías al mínimo. a) Cambiar o limpiar con aire Si los depósitos ya se han endurecido, la mayoría de las veces será necesario cambiar los tramos de tubería afectados. Sin embargo, es suficiente limpiar las tuberías soplando con aire y secarlas a continuación si las impurezas no han llegado a reducir notablemente su sección. b) Instalación de tuberías suplementarias Una buena solución para tuberías que hayan perdido buena parte de su Ilustración : Saneamiento de una tubería de aire instalando un segundo anillo de distribución sección por depósitos consiste en instalar tramos de tubería paralelos conectados a la primera. Si el estrechamiento de las tuberías es extremo, es conveniente instalar un anillo completo suplementario (ilustración ). Si dimen- sionamos este segundo anillo correctamente, además del efecto principal deseado - reducción de las pérdidas de presión, conseguiremos una mejor distribución del aire. Otra posibilidad de sanear redes en forma de anillo es instalar conducciones cruzadas (ilustración 2). 3. Localización y eliminación de fugas Las medidas de saneamiento solamente alcanzarán resultados óptimos si se eliminan también las fugas de la red de aire. a) Determinación de las pérdidas totales por fugas Antes de empezar a buscar los puntos no herméticos de las tuberías, habrá que determinar el alcance total de las pérdidas por fugas. Para ello existe un método relativamente sencillo con ayuda del compresor: Primero habrá que desconectar todos los consumidores de aire y medir los periodos de conexión del compresor (ilustración 3). Usaremos los resultados para calcular las fugas según la fórmula siguiente: VL = VK x Σ t x Leyenda: VL = fugas (m³/min) VK = flujo volumétrico del compresor (m³/min) Σx = t + t 2 + t 3 + t +t 5 periodo en el que el compresor funciona en carga (min) T = tiempo total (min) Ilustración 2: Ampliación de la capacidad de flujo instalando tuberías cruzadas b) Cálculo de las fugas en los consumidores Para calcular las fugas en los consumidores, primero conectaremos todas las herramientas, máquinas y aparatos neumáticos y mediremos la suma de todas las fugas (ilustración ). Después, cerraremos las válvulas de cierre de las conexiones y mediremos las fugas de la red de tuberías (ilustración 5). La diferencia entre ambas representará la fuga total en consumidores, su grifería y conexiones.. Dónde suele encontrarse la mayoría de las fugas? La experiencia demuestra que aprox. un 70% de las fugas se dan en los últimos metros, es decir, en los puntos de toma T de la red de aire. Estos puntos de fuga pueden localizarse exactamente con agua jabonosa o sprays especiales. Las conducciones principales no suelen presentar grandes fugas a no ser que se trate, por ejemplo, de una red húmeda en principio y que estaba equipada con juntas viejas de cáñamo que se hayan secado por usar la red con posterioridad para aire seco. Recomendamos usar ultrasonidos para localizar las fugas en la red principal. Una vez que se han medido y eliminado las fugas y que la sección de las tuberías se ha adaptado a las necesidades del flujo, la red de aire de aire podrá darse por saneada. Sobrepresión de servicio Tiempo t t 2 t 3 t Ilustración Medición de fugas en los consumidores Ilustración 5 Ilustración 3: Determinación de fugas por medición de los periodos de conexión del compresor con consumidores desconectados T t

14 . Planeación correcta de las estaciones de aire () Análisis de la Demanda de (ADA) Las estaciones de aire modernas son, en la mayoría de los casos, sistemas complejos que sólo funcionarán de manera económica si este hecho se tiene en cuenta en la planeación, ampliación y modernización. Para este fin, ofrece una amplia oferta de servicios que incluye componentes neumáticos y asesoría junto a las nuevas posibilidades de la Técnica de la Información aplicadas a la técnica del aire. La lista de usuarios de aire abarca todas las ramas de la industria. Esto supone un auténtico reto a la hora de conseguir el uso más eficaz del aire en cada una de las aplicaciones, con la técnica de producción y tratamiento correctas. La estación debe ser capaz en cada caso de producir aire en la cantidad y calidad necesarias y a buen precio.. La buena asesoría es determinante para el ahorro Para responder a todas estas exigencias, el sistema de aire tendrá que estar perfectamente adaptado al uso, a su lugar de instalación y a las condiciones ambientales. Debe estar formado por compresores, aparatos de tratamiento y conducciones de dimensiones correctas, contar con sistemas de control eficaces, una técnica de ventilación adecuada y un buen sistema de tratamiento de condensados y, a ser posible, un sistema de recuperación del calor. Esta es precisamente la idea en la que se basa el Sistema de Ahorro Energético (KESS). Este sistema incluye el análisis de la demanda de aire, la planeación (ilustración ), la realización del proyecto, la formación posterior y la atención al cliente. Ilustración : Con ayuda de modernos sistemas de diseño 3-D por ordenador se pueden planificar estaciones de aire hasta el último detalle y ajustarlas a las necesidades del usuario Los puntos más importantes son la calidad de la asesoría y la elección correcta de los elementos técnicos, ya que el mayor potencial de ahorro se encuentra precisamente en el Ilustración 2: El futuro usuario recibe un formulario especial que servirá como base para la planeación. El formulario puede cargarse directamente desde la página web de (apartado "Services"/ "Planning and Consultation"/"Analysis") consumo de energía y en el mantenimiento, y no en los costos de adquisición de la estación. 2. Análisis de la demanda de aire El punto de partida de la asesoría KESS es el análisis de la demanda actual y futura de aire. Este análisis realizado por K A E S E R, conocido como ADA (Análisis de la Demanda de ), debe concentrarse, según los casos, en puntos diferentes: a) Planeación de una estación de aire nueva A la hora de planificar una estación nueva de aire, el futuro usuario deberá rellenar un formulario especial (ilustración 2). La información conseguida servirá a los expertos de para calcular la demanda de aire y determinar el equipo necesario para cubrirla. El formulario incluye todos los aspectos importantes para la producción económica y ecológica de aire. b) Ampliación y modernización Al contrario de lo que sucede en el caso de una planeación inicial, en un proyecto de ampliación se cuenta con numerosos puntos de apoyo para adaptar la estación resultante a las necesidades reales. pone a disposición del cliente los procedimientos y aparatos de medición con los que calcular la demanda exacta de aire en diferentes puntos de la instalación en momentos distintos. Es muy importante calcular no solamente los valores medios, sino también los máximos y los mínimos (ilustración 3). c) Control de la eficacia de estaciones ya existentes También en el caso de estaciones ya instaladas se recomienda comprobar de vez en cuando, con ayuda de un sistema asistido por ordenador, si los compresores soportan la carga correcta, si los sistemas superiores de control siguen estando programados adecuadamente y si las fugas de la instalación se encuentran dentro de los límites de tolerancia. ADA debe entrar en acción también cuando quieran sustituirse compresores viejos por nuevos. De esta forma se pueden corregir las potencias de las unidades en el caso de que no :00 00:5 Ilustración 3: Gracias a diversos procedimientos y aparatos de medición se puede calcular el consumo de aire de los aparatos existentes y las presiones máxima y mínima. Basándose en estas mediciones se puede diseñar de manera óptima la futura estación de aire kw min/m³ 0: : :00 03:5 0:30 05:5 06:00 06:5 07:30 08:5 09:00 09:5 0:30 :5 2:00 2:5 3:30 :5 5:00 5:5 6:30 Tiempo y máquinas Zeit & Lastmaschinen carga 7:5 8:00 8:5 9:30 20:5 2:00 2:5 22:30 23:5 sean correctas, mejorar el comportamiento funcional de los compresores en la fase de carga parcial y planificar un sistema superior de control adecuado (ilustración ). d) Cambio en las condiciones de uso del aire En este caso debe requerirse igualmente el consejo de un experto, ya que en muchas ocasiones se puede alcanzar un gran ahorro eligiendo la técnica de tratamiento adecuada o ajustando la presión correctamente. Ilustración : La gráfica muestra la potencia absorbida por la instalación vieja (curva superior) y por la nueva (curva inferior) spez. Potencia Leistung esp. estación Neuanlage nueva spez. Potencia Leistung esp. estación Altanlagevieja

15 Un pozo sin fondo o una buena hucha? La producción de aire puede ser tanto lo primero como lo segundo. La fórmula mágica es la optimización del sistema. Con su ayuda podría 2. Planeación correcta de estaciones de aire (2) Para una producción más económica de aire ahorrarse más de un 30% de la energía consumida en la industria europea para la producción de aire. La mayor parte de estos costos, de un 70% a un 80%, es consecuencia directa del consumo de energía. Y la energía no se va haciendo cada vez más barata, sino todo lo contrario, por lo que para el usuario cada vez será más importante contar con un concepto de producción de aire que le permita ahorrar energía. El Sistema de Ahorro Energético (KESS) incluye entre otras cosas un cálculo de optimización por ordenador, con el que se puede elegir rápidamente la variante más conveniente para producir el aire de cada usuario. La base para planificar estaciones nuevas es un formulario detallado que el usuario rellena con ayuda del experto en aire de y que tiene en cuenta el consumo futuro y sus oscilaciones previsibles. En el caso de una estación ya existente, el sistema ADA (Análisis de la Demanda de ) facilita un informe sobre su funcionamiento característico, base posterior para el mismo cálculo.. Cálculo por ordenador Para optimizar una estación ya existente, se introducen en el ordenador los datos técnicos de los compresores que la forman y de las variantes que serían posibles. El sistema KESS calcula en poco tiempo la variante óptima y el ahorro que se puede alcanzar. Al realizar este cálculo se considera no sólo el consumo energético puntual con una demanda de aire concreta y unas pérdidas determinadas, sino que se facilita además una visión exacta del consumo de potencia de la instalación durante todo su tiempo de servicio (ilustración ). De esta manera es posible reconocer y reparar puntos débiles en las fases de carga parcial. El resultado es una clara información sobre el ahorro que se puede conseguir y la amortización de la instalación. Caudal necesario en m 3 /min benötigte Liefermenge m³/min :30 0:5 02:00 02:5 03:30 0:5 05:00 05:5 06:30 07:5 08:00 08:5 09:30 0:5 :00 :5 2:30 2. Lo mejor es combinar En la mayoría de los casos, la mejor solución consiste en una combinación de compresores de potencias distintas que armonicen entre sí perfectamente. Por regla general se trata de compresores grandes que soportan la carga base y que están combinados con máquinas más pequeñas que llevan la carga pico. El sistema superior de control es el responsable de que se reparta equitativamente el consumo específico de potencia. Para tal fin, elegirá automáticamente la combinación ideal de compresores de carga base y carga pico en cada momento - controlando un grupo de hasta 6 compresores y dentro de un margen de presión de solamente 0,2 bar. Los sistemas de control inteligentes, como Vesis y el nuevo Sigma Air Manager de cumplen estas funciones. Estos sistemas de control tiempo Zeit caudal necesario benötigte potencia Liefermenge consumida Energieverbrauch instalación existente bestehende potencia Anlage consumida Energieverbrauch instalación Neuanlage nueva potencia Energieverbrauch consumida Neuanlage instalación 2 nueva 2 Ilustración : Comparación del consumo energético de una estación de compresores ya existente con las posibles variantes en el curso de un día y dependiendo de la demanda de aire 3:5 :00 :5 5:30 6:5 7:00 7:5 8:30 9:5 20:00 20:5 2:30 22:5 23:00 23: Potencia Leistungsaufnahme absorbida en kw pueden intercambiar datos con los compresores y otros componentes de la estación, como purgadores de condensados, secadores, etc por medio de una conexión bus. Además, es posible conectarlos al sistema central de mando y transmitirle todos los datos disponibles. Ilustración : Plano de la estación de compresores de una fábrica de automóviles Ilustración 2 b: Esquema TI de la misma estación 3. Optimización constructiva La planeación y la modernización de una estación de compresores deben adaptarse al máximo a las condiciones de espacio. Los sistemas modernos de planeación, como los que usa, son de gran ayuda. No sólo facilitan planos y esquemas TI (tuberías e instrumentación), sino que ofrecen también diseños por ordenador en 3 dimensiones y animaciones. Esto hace posible, por ejemplo, instalar la económica refrigeración por aire incluso en casos de espacio muy limitado y ahorrar así un 30%-0% de costos con respecto a una refrigeración por agua. Otra ventaja adicional es que se pueden detectar y eliminar deficiencias o causas de avería desde la misma fase de planeación, mejorándose así la estructura de la instalación (ilustración 2a - c).. Optimización del funcionamiento y el control Para asegurar la economía del suministro de aire a largo plazo debe conseguirse una buena relación entre los costos y el rendimiento, en primer lugar, y procurar la transparencia necesaria para un buen control de la estación, en segundo. La base para Ilustración 2 c: Animaciones tridimensionales por ordenador permiten realizar paseos virtuales y crear imágenes realistas de la futura estación desde la misma fase de planeación Ilustración 3: El nuevo sistema de control Sigma Air Manager permite que todos los componentes de la estación funcionen armónicamente, ofreciendo una mayor disponibilidad y un mejor control de la producción de aire conseguirlo viene dada por el sistema de control interno del compresor, Sigma Control, un PC industrial con cinco modos de control programables y que permite registrar datos y transmitirlos a una red. El Sigma Air Manager, otro ordenador industrial, cumple sus mismas funciones, pero a nivel de sistema superior de control (ilustración 3). Además del control adaptado al uso y la vigilancia de la estación, su función consiste en registrar todos los datos relevantes y enviarlos a una red informática (ethernet). La transmisión de datos puede tener lugar por un servidor de internet o por el software Sigma Control Center. El Sigma Air Manager ofrece una visión general de todos los compresores de la estación y de sus datos más importantes en el ordenador en colaboración con el sistema de visualización Sigma Air Control. Gracias a este sistema es posible reconocer de un vistazo si la estación está funcionando sin problemas, si hay avisos de avería o mantenimiento y cuál es la presión de servicio. El usuario puede decidir cuán detallada ha de ser la información. Puede consultar eventos de servicio, gráficas del consumo energético, la demanda de aire y el nivel de presión, y fechas para mantenimientos preventivos. Este instrumento de control contribuye a que la estación de aire suministre siempre la cantidad y calidad de aire necesarias a un costo óptimo

16 3. Planeación correcta de las estaciones de aire (3) Análisis de la Demanda de (ADA): cálculo de la situación real Actualmente, son pocas las estaciones de compresores que pueden presumir de una estructura de costos óptima. En la mayoría de los casos sería conveniente llevar a cabo urgentemente una optimización del sistema. La base para ello es un análisis detallado de la demanda de aire, tal y como la ofrece el sistema ADA, que hemos descrito ya en el capítulo, pág. 2. En este capítulo pretendemos describir cómo se calcula la situación real de la demanda de aire en la práctica, paso a paso. La condición indispensable para realizar este análisis y lograr una optimización del sistema es una buena y estrecha colaboración entre el usuario y el especialista en aire. Esto significa, entre otras cosas, que el usuario habrá de poner a disposición del especialista toda la información con la que cuente desde el principio.. Información del usuario a) Plano de distribución Para la orientación general es necesario un plano de distribución de la empresa (ilustración ). Debe incluir la red general de distribución de aire, las conducciones de enlace y los puntos de alimentación de la estación de compresores. Además, deben indicarse datos sobre el dimensionado de las tuberías y los materiales, así como sobre los puntos de mayor consumo y las tomas de aire que exigen condiciones especiales de presión o de calidad. b) Campo de aplicación del aire Dado que el aire es un medio muy versátil, serán imprescindibles datos sobre el campo en el que se va a utilizar. El usuario deberá prestar información de si el aire habrá de utilizarse como aire de control, o para recubrimiento de superficies, herramientas rotatorias, para limpieza, como aire de procesos, etc. c) Compresores instalados Junto a los modelos y tipos de compresores, deberán indicarse sus datos técnicos, como son la presión de servicio, el caudal, la potencia que consumen, el tipo de refrigeración y, en caso de que proceda, el modo de aprovechamiento del calor generado. Lageplan Plano con mit conducciones einzelnen Netzsträngen Rojo = conducción 3 Azul = conducción 2 Verde = conducción suelo Marrón = conducción 3/ Depósito de aire d) Tratamiento del aire En el caso del tratamiento del aire es importante nombrar si este procedimiento tendrá lugar de forma centralizada o descentralizada y qué clases de calidad se precisan. Naturalmente, vuelven a ser importantes también los datos técnicos de los componentes. Un diagrama de flujo puede servir como guía general (ilustración 2). Ilustración 2: Esquema TI de la producción y el tratamiento de aire (borrador a mano) Sala de compresores Sala de compresores Ilustración : Plano de la red principal de aire de una empresa e) Control y vigilancia de la estación La armonización de los compresores entre sí y su rendimiento conjunto son los que más influyen en la economía de la estación de compresores, por lo que no podrá faltar una descripción del sistema de control y vigilancia. 2. Entrevista usuario/especialista en aire Una vez que se ha recopilado toda esta información, deberá tener lugar una entrevista previa con el especialista con el fin de presentarle los datos y explicarle cuáles son los problemas que se tienen con la producción actual de aire. Por ejemplo, un nivel de presión demasiado bajo u oscilante, mala calidad del aire, mal reparto de la carga entre los compresores o problemas de refrigeración. 3. Visita del sistema de aire Una visita al sistema suele aclarar muchas dudas. En este caso se recomienda empezar en la zona problemática, es decir, aquella donde se puedan dar, por ejemplo, grandes pérdidas de presión o una mala calidad del aire (ilustración 3). La experiencia P max 7,0 bar 6,0 bar 6,8 bar Ilustración 3: Caída de presión en el sistema demuestra que esos puntos suelen encontrarse en las tomas finales de aire. Por eso, les recomendamos seguir el orden siguiente: a) Mangueras de conexión, reguladores de presión, separadores de agua Suelen ser las mangueras de conexión de los consumidores las que presentan más fugas. Por está razón, convendrá comprobar que se encuentran en buen estado y que no pierden aire. Si dispone de reguladores de presión, deberá comprobarse su ajuste (presión de entrada y Ilustración : Regulador de presión descentralizado con separador de agua: un auténtico derrochador de energía de salida) en condiciones de carga (ilustración ). Compruebe también el estado y la limpieza de los separadores de condensados instalados antes de los reguladores. Haga lo mismo con las conducciones de escape verticales con salida descendente (ilustración 5). b) Dispositivos de cierre El estado de las conducciones que salen de la red principal influye también de modo notable en la eficacia del sistema. Los dispositivos de cierre constituyen en este caso un elemento de peso. De modo que habrá que controlar si se trata, por ejemplo, de llaves de bola 6, bar con paso total, de válvulas de cierre, grifería como las de agua o válvulas angulares. c) Red principal En esta red tendrán que buscarse los estrechamientos, responsables de las bajadas de presión. d) Sistema de tratamiento de aire Los criterios de control más importantes en este caso son el punto de rocío conseguido (sequedad del aire) y la presión diferencial que se produce en cada caso. Dependiendo del campo de aplicación, será pertinente proceder a otros controles de calidad. e) Estación de compresores La estación de compresores propiamente dicha puede presentar también algunas deficiencias. Deberán examinarse la colocación de las máquinas, el sistema de ventilación, la refrigeración y el trazado de las tuberías. Además, es conveniente comprobar la presión diferencial total de los compresores, el tamaño de los depósitos de presión y el punto de medida desde el cual se han de regular todos los compresores. Agua Wasser en im el System? sistema? Comprobación abriendo Test grifo durch de bolaöffnen des Kugelhahnes Sale Entweicht agua Wasser al abrir? nach dem Öffnen? Ilustración 5: Agua en el sistema? (Test) f) Determinación de los puntos de medición Tras la visita de inspección al sistema de aire existente, el especialista puede determinar junto con el usuario los puntos de medición de la demanda de aire. Habrá que medir al menos la presión antes y después de los aparatos de tratamiento, así como a la salida de la red de aire.. Medición de la presión y de la demanda de aire (ADA) Para medir la presión y la demanda de aire se analizará el funcionamiento de la estación durante un mínimo de 0 días con ayuda de los registradores de datos más modernos. Estos registradores graban los datos más relevantes y los transmiten a un PC, que confeccionará un diagrama detallado de consumo. En él es posible reconocer las caídas y las oscilaciones de presión y consumo, las marchas en vacío de los compresores, los periodos de marcha en carga y las paradas, así como el reparto de la carga entre los compresores según sus potencias. Como complemento, durante el análisis se lleva a cabo también una medición de las fugas. Este proceso se describe en el capítulo 0 y exige un cierre selectivo de distintos sectores de la red durante un fin de semana

17 Los compresores transforman el 00% de la energía que absorben en calor. Un compresor de 8,5 kw produce durante su funcionamiento calor suficiente como para calentar una casa. Planeación correcta de estaciones de aire () Refrigeración eficaz de la estación: refrigeración por aire unifamiliar. Por esta razón, la refrigeración eficaz de las estaciones de aire es imprescindible para garantizar su buen funcionamiento. El calor generado por los compresores puede utilizarse para ahorrar energía. Con la ayuda de los sistemas adecuados, es posible recuperar en forma de calor hasta un 9% de la energía absorbida, lo cual reduce notablemente los costos de producción del aire (ver capítulo 8). Pero además, en las instalaciones dotadas de un sistema para la recuperación del calor deberá haber un sistema de refrigeración de calidad, con el cual podremos ahorrar un buen dinero: los costos de refrigeración por aire pueden resultar hasta un 30% más bajos que los costos de refrigeración por agua. Por tanto, será preferible una refrigeración por aire siempre que exista la posibilidad de elegir.. El entorno de los compresores. Un entorno limpio y seco es como un as en la manga En la Normativa (alemana) para la Prevención de Accidentes se indica: "Los compresores deberán instalarse de manera que sean suficientemente accesibles y que se garantice la refrigeración necesaria". Esta normativa informa de que la temperatura ambiente del lugar de instalación de compresores enfriados por aire o aceite no debe superar los +0 C. Además, añade: "... en el espacio de aspiración de los compresores no deberán liberarse sustancias peligrosas". Este tipo de normativas deben entenderse como un mínimo exigible, ya que su objetivo es reducir al mínimo el riesgo de accidentes. Si nuestro objetivo es un servicio económico de los compresores y reducir la necesidad de mantenimiento, deberemos ir más lejos. Estación de compresores con canal de salida: la variante más eficaz de refrigeración.2 La sala de compresores no es un trastero Para empezar, la sala de compresores no debe convertirse en un trastero: No deberán almacenarse en ella enseres de otra índole, ni dejar que se acumulen polvo u otras impurezas. El suelo deberá ser resistente a la abrasión y, en caso ideal, deberá poder limpiarse con agua. Si el aire de aspiración y de refrigeración proceden de un ambiente muy cargado de polvo, partículas de hollín o similares, será imprescindible una filtración preliminar intensiva. Incluso en condi Refrigeración por ventilador externo Consiste en instalar un ventilador con regulación por termostato en la abertura de salida del aire, que aspirará hacia el exterior el aire calentado por los comciones de servicio normales, el aire de aspiración y refrigeración deberán purificarse con filtros integrados en los compresores..3 Clima moderado La temperatura ejerce también una gran influencia sobre la fiabilidad y el mantenimiento de los compresores: el aire de aspiración y de refrigeración no puede estar ni demasiado frío (menos de +3 C) ni demasiado caliente (más de +0 C)*. Este hecho deberá te-nerse en cuenta en la planeación y en la construcción. Durante el verano, por ejemplo, puede suceder que la zona sur y ocasionalmente la zona oeste de la fábrica sufran recalentamientos temporales del aire por la irradiación solar. En estos sectores pueden alcanzarse temperaturas de hasta +0 ó +5 C, incluso en zonas de clima moderado. Por eso se *): Los límites de temperatura indicados se refieren a las condiciones climáticas de Centroeuropa y al equipamiento estándar de una estación de compresores. recomienda no emplazar las aberturas para la aspiración del aire en lugares castigados por el sol. Las dimensiones de estas aberturas vendrán condicionadas por la potencia de los compresores instalados y por el tipo de ventilación. 2. Ventilación de la sala de compresores Una ventilación adecuada de la sala de compresores es siempre necesaria, no sólo en el caso de los compresores enfriados por aire, sino también si son enfriados por agua. En ambos casos deberá derivarse el calor generado en el interior de los compresores y por los motores eléctricos de accionamiento. En total, este calor corresponde a un 0% de la potencia de accionamiento absorbida por el compresor. 3. Modos de refrigeración 3. Refrigeración natural (ilustración ) El aire de refrigeración es absorbido y calentado por el compresor, a continuación sube y sale, ayudado por la sobrepresión, por una abertura de salida localizada en la parte superior. Este tipo de refrigeración solamente es recomendable en algunos casos excepcionales y para compresores de potencias por debajo de 5,5 kw, ya que la irradiación solar o la incidencia del viento sobre la abertura de salida del aire pueden llevar a un mal funcionamiento de la refrigeración. 3.2 Refrigeración artificial Este método, practicado con frecuencia, está basado en una corriente de refrigeración dirigida artificialmente. Deberá contarse con un control por termostato para evitar temperaturas inferiores a +3 C en invierno. Las temperaturas demasiado bajas perjudican el funcionamiento de los compresores, la purga y el tratamiento de condensados. El control por termostato es necesario porque las salas de compresores con ventilación artificial se encuentran a una cierta presión negativa que dificulta la salida del aire caliente al exterior. Existen dos modalidades de refrigeración artificial: presores (ilustración 2). Para esta modalidad, será importante no quedarse cortos al dimensionar la abertura de entrada del aire (parte inferior derecha en ilustración): en caso contrario se produciría una depresión demasiado elevada en la sala, acompañada de fuertes ruidos por la velocidad excesiva del aire. Además, perjudicaría la refrigeración de la sala. El sistema de refrigeración debe estar diseñado de manera que el aumento de temperatura causado por el calor irradiado por los compresores no supere los 7 K, ya que de lo contrario podría producirse un cortocircuito térmico y los compresores se pararían. Tampoco debemos olvidar que un ventilador externo supone un gasto adicional de energía Refrigeración con canal de escape (ilustración 3) Los compresores de tornillo modernos, compactos y totalmente encapsulados, ofrecen la posibilidad de aplicar un sistema de refrigeración ideal con la ayuda de un canal de escape: El compresor aspira el aire de refrigeración por medio de una abertura y expulsa después el aire caliente a través de un canal que lo conduce directamente al exterior de la sala de compresores. La ventaja decisiva de este método radica en que es posible calentar mucho más la corriente de ventilación, hasta unos 20 K aproximadamente, con lo cual se reduce la cantidad de aire de refrigeración necesaria. Normalmente, los ventiladores instalados de serie en los compresores son suficientes para expulsar el aire, es decir, que al contrario de lo que sucede con un ventilador externo, en este caso no sería necesario un consumo adicional de energía. Ahora bien, esto sólo será posible si no se sobrepasa la presión residual de los ventiladores. Además, el canal de escape deberá estar equipado con una escotilla regulada por un termostato (ilustración ) con el fin de evitar el enfriamiento excesivo de la sala en invierno. Si se instalan en la misma sala secadores que también estén enfriados por aire, habrá que procurar que la refrigeración de unos no influya negativamente en la de los otros. A temperaturas por encima de + 25 C es recomendable aumentar la corriente de aire de refrigeración con un ventilador adicional regulado por termostato. Ilustración : Estación de compresores con refrigeración natural: para unidades por debajo de 5,5 kw Ilustración 2: Refrigeración artificial con ventilador externo: para unidades de 5,5 a kw Ilustración 3: Refrigeración artificial con canal de salida: para unidades desde kw Escotilla de salida h Ilustración : Una escotilla regulada por termostato crea el equilibrio térmico Entrada de aire por ejemplo, del almacén Entrada de aire del exterior 30 3

18 5. Gestión correcta del sistema de aire Asegure la fiabilidad y la optimización duradera de los costos De la página 20 hasta la 3 hemos explicado cuáles son los puntos importantes a la hora de sanear o instalar una red de aire y cómo se planifica una estación eficaz. Pero con una planeación y construcción que tengan como meta el ahorro energético y la reducción de los costos sólo habremos hecho la mitad del trabajo: si queremos asegurar el ahorro en la producción de aire a largo plazo, tendremos que realizar además una gestión correcta del sistema. Buscar la máxima eficacia en la producción del aire vale la pena para el usuario por varios motivos: se mejora la seguridad del suministro y se reduce notablemente el consumo de energía, y por tanto los costos de producción del aire. El potencial es enorme: Según el estudio "SAVE II" de la UE, los compresores europeos consumieron en el año millardos de kwh, y al menos el 30% podría haberse ahorrado.. Qué se entiende por rendimiento óptimo? La economía de un sistema de aire se refleja directamente en los costos. En cada caso, y dependiendo del tipo de industria y de la producción, el óptimo alcanzable será diferente. Los periodos de marcha de los compresores, el nivel de presión y otros Ilustración : Estructura de los costos de un sistema de aire optimizado parámetros comerciales son decisivos. Vemos aquí un ejemplo de sistema optimizado con una estación de compresores refrigerada por aire: tiempo de funcionamiento, 5 años, precio de la corriente eléctrica, 0,08 /kwh, tipo de interés, 6%, sobrepresión de servicio, 7 bar, calidad del aire según laiso 8573-: aceite residual clase, polvo residual clase, agua residual clase (ilustración ). Este ejemplo demuestra, entre otras cosas, que incluso en condiciones óptimas el consumo energético supone un 70% de los costos totales de producción del aire. 2. Economía a largo plazo Para asegurarnos de que nuestra producción de aire va a seguir siendo eficaz durante mucho tiempo, deberemos tener en cuenta algunos puntos importantes: 2. Mantenimiento adaptado a las necesidades Los controladores internos modernos como "Sigma Control", y los sistemas de gestión de aire, como "Sigma Air Manager", ambos basados en un PC industrial, informan con exactitud sobre los intervalos de mantenimiento de los componentes de la estación, lo cual permite realizar los trabajos correspondientes adaptándose a las necesidades y de manera preventiva. El resultado son costos de mantenimiento más bajos, mayor economía y más seguridad en la producción industrial. 2.2 Uso de herramientas neumáticas adecuadas El peligro de ahorrar en lo que no se debe no acecha solamente en la producción del aire, sino también en el consumo. Por ejemplo, puede darse el caso de que se compren máquinas de producción a buen precio pero que funcionan con una pre-sión de servicio mayor. El aumento de presión necesario o la ampliación del sistema de aire supondrá en poco tiempo un gasto mayor que el sobreprecio que habría significado comprar una máquina con una presión de servicio menor. Por esta razón debería crearse una directiva para la compra de máquinas de producción que tenga en cuenta no solamente la alimentación eléctrica, sino también la de aire. 2.3 Nuevas exigencias de producción 2.3. Variación del consumo de aire a) Modificación de la producción Las diferencias de consumo de aire entre Ilustración 2: Aparato para medir el consumo de aire. El flujo volumétrico se averigua midiendo la presión diferencial con ayuda de una tubería de medición instalada en la conducción de aire. los distintos turnos de producción están al orden del día. Con frecuencia no se da a este factor la importancia que merece, y puede suceder que, después de una reforma, los compresores funcionen con carga insuficiente en un turno determinado mientras que en otro la demanda sea tan grande que se agoten incluso las reservas de seguridad. Por eso, la producción de aire debe adaptarse a todas las modificaciones de la producción. b) Ampliación de la producción En caso de una ampliación, no sólo deberán aumentar las potencias de los compresores, sino también la capacidad de las tuberías y de los aparatos de tratamiento del aire. A la hora de ampliar la capacidad de producción de una fábrica realizando una reforma en un sistema ya existente, es recomendable medir y documentar el consumo de aire real de la instalación (ilustración 2) y recabar información lo más detallada posible para poder adaptar la producción de aire a las necesidades Seguridad en el suministro Es habitual equipar las estaciones de aire con un compresor de reserva. Sin embargo, en el tratamiento suele prescindirse de esta medida de seguridad, de modo Ilustración : Estación con unidades de tratamiento para dos calidades diferentes de aire que, cuando sube la demanda, el compresor de reserva entra en funcionamiento pero el tratamiento no da la talla, y la calidad del aire sufre las consecuencias. Por lo tanto, si se instala un compresor de reserva, será lógico instalar los aparatos de tratamiento correspondientes (secadores, filtros) (ilustración 3) Cambios en la calidad del aire Para aquellos casos en los que se precise una mejora de la calidad del aire, la primera cuestión será si se trata de una mejora generalizada o solamente para una parte del aire que se produce. En el primer caso no será suficiente con cambiar o mejorar el equipo central de tratamiento del aire, sino que también habrá que limpiar las tuberías que hayan conducido hasta ese momento un aire con mayor contenido de impurezas. En el segundo caso es conveniente montar un sistema descentralizado de tratamiento que suministre la calidad deseada (ilustración ). Para garantizar dicha calidad deberá limitarse el volumen de aire de calidad superior. De lo contrario, la capacidad del sistema de tratamiento no será suficiente, ya que no estará diseñada para el caudal total de los compresores. 2. Control de fugas En todos los sistemas de aire se producen fugas, que tienden a crecer. Estos escapes pueden provocar grandes pérdidas de energía. La causa principal de las fugas es el desgaste de las herramientas, mangueras y demás componentes. Por eso es vital observar si existen daños de este tipo en la instalación y tomar las medidas necesarias inmedia- Ilustración 3: Los compresores de reserva deben contar también con una unidad extra de tratamiento para garantizar la calidad del aire tamente. Además, es recomendable medir con regularidad el alcance total de las fugas con ayuda de medios modernos de control y monitorización, como el "Sigma Air Manager". Si se registra un aumento de las pérdidas de aire, deberán localizarse y repararse las fugas. 3. La gestión correcta de los costos es una garantía de ahorro Los datos analíticos recabados durante la planeación, una vez actualizados, son interesantes también para el servicio posterior. Pero no será necesario realizar más adelante análisis adicionales para recopilar datos. Sistemas como Sigma Air Manager hacen el trabajo por usted. Así se crea una base ideal para realizar auditorías de aire online, lo cual contribuye también a una mejor gestión de los costos (ilustración 5). Cuantos más usuarios mejoren la transparencia de sus costos de aire, saquen provecho de su potencial de ahorro y den importancia al alto rendimiento energético al adquirir los componentes de su estación de aire, más cerca estaremos de reducir el consumo energético en un 30% o más, con todas las consecuencias positivas que esto supone para las cuentas de las empresas y para el medio ambiente. Reducción del consumo energético y de los costos Ilustración 5: Con una gestión sistemática, el usuario tendrá los costos de aire siempre bajo control 32 33

19 Cada vez más usuarios eligen Compresores Redacción Publica: KOMPRESSOREN GmbH, Carl-Kaeser-Str. 26, 9650 Coburg, Alemania. Teléfono: ; Telefax: Internet: Autores: Michael Bahr, Erwin Ruppelt Layout e ilustración: Philipp Schlosser, Ralf Günther Fotografía: Marcel Hunger Impresión: Schneider Printmedien GmbH, Reußenberg 22b, Weidhausen (Alemania) Prohibida la reproducción parcial o total de este folleto sin autorización por escrito de la empresa publicadora.

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