Técnica de aire comprimido Fundamentos, consejos y sugerencias.

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1 Técnica de aire comprimido Fundamentos, consejos y sugerencias

2 Sabe a cuánto ascienden sus costos de aire comprimido? Si quiere saberlo con exactitud, pídanos un Análisis de la Demanda de Aire (con el sistema ADA). Más información en los capítulos a 3 o en nuestro catálogo "Análisis y asesoramiento". Encontrará más información y herramientas para la planificación correcta de su estación de aire comprimido en Internet: > Servicio, Análisis y Asesoría

3 Índice 04. Qué es el aire comprimido? Tratamiento económico del aire comprimido Por qué secar el aire comprimido? 0 4. Evacuación correcta del condensado 2 5. Tratamiento económico y seguro del condensado 4 6. Regulación eficaz de los compresores 6 7. Regulación por gama de presión: Regulación óptima de compresores adaptada a las necesidades del usuario 8 8. Ahorro energético gracias a la recuperación del calor Cómo evitar pérdidas de energía (): Puntos importantes para la planificación y la instalación de una red de aire comprimido Cómo evitar pérdidas de energía (2): Puntos importantes para el saneamiento de una red de aire comprimido 24. Planificación correcta de estaciones de aire comprimido (): Análisis de la Demanda de Aire (ADA) Planificación correcta de estaciones de aire comprimido (2): Cálculo de la producción más económica de aire comprimido Planificación correcta de estaciones de aire comprimido (3): Análisis de la Demanda de Aire (ADA) y cálculo de la situación real Planificación correcta de estaciones de aire comprimido (4): Refrigeración eficaz de la estación: refrigeración por aire Gestión correcta de un sistema de aire comprimido: Asegure la fiabilidad y la optimización de los costos a largo plazo

4 Con el aire comprimido pasa igual que con tantas otras cosas: los detalles son muy importantes, y las pequeñas cosas pueden tener consecuencias graves, tanto positivas como negativas. Y no todo es lo. Qué es el aire comprimido? del motor (potencia suministrada por el motor). La potencia absorbida por el motor es igual a la potencia entregada en el eje más las pérdidas internas. Se trata de pérdidas eléctricas y mecánicas que se producen en los cojinetes del motor y por su ventilación. El consumo ideal de potencia en el punto nominal P puede calcularse con la fórmula siguiente: U n, l n, y cos ϕ n se pueden leer en la placa de datos del motor eléctrico. sólo se calienta en las mismas condiciones hasta unos 65 K, manteniendo una reserva de 40 K. potencias específicas. Esto significa una mejora del rendimiento, periodos de marcha de los compresores más cortos P = U n x l n x 3 x cos ϕ n que parece a primera vista. Si se produce en condiciones desfavorables, el aire comprimido 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 primer capítulo aclararemos el significado de cuatro conceptos relacionados con el aire comprimido e intentaremos llamar su atención sobre algunos puntos que deben tenerse en cuenta.. Caudal El caudal es la cantidad de aire a presión atmosférica que un compresor comprime y suministra a la red de aire comprimido. Las normas DIN 945, parte, anexo F, y la ISO 27, anexo C, determinan la medición correcta del caudal. Además, también 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 unidad. A continuación se miden la presión máxima de servicio, la temperatura del aire comprimido y el volumen del aire comprimido a la salida del compresor. Finalmente, el volumen V 2 a la salida de aire comprimido se calcula con ayuda de la ecuación de gas (ver gráfica ) y las condiciones de aspiración del aire. El resultado de este cálculo será el caudal del compresor. Pot. nominal del motor No debe confundirse con el caudal del bloque compresor. Atención: La norma DIN 945 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. V = V 2 x P 2 x T T 2 x F 2. Potencia suministrada por el motor Por tal se entiende la potencia que el motor de accionamiento del compresor transmite mecánicamente al mecanismo 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 rango de la potencia nominal del motor. Podrá leerla en la placa de datos 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 definida. 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. 4. Potencia eléctrica consumida El consumo eléctrico es la potencia que el motor de accionamiento del compresor absorbe de la red, a una carga mecánica definida en el eje 5. EPACT: la nueva fórmula para un accionamiento económico Los esfuerzos realizados en los EE.UU. para reducir el consumo energético de los motores asíncronos trifásicos terminaron 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 4 % a un 5 % en motores a partir de 200 H.P. Los motores EPACT presentan un calentamiento mucho menor y, por tanto, menos pérdidas térmicas: un motor convencional registra un calentamiento de aprox. 80 K y conserva una reserva térmica de 20 K funcionando a carga normal, mientras que un motor con aislamiento F (como los EPACT) Pérdidas internas del motor, incluidas en el rendimiento del motor Caudal suministrado de aire comprimido Potencia eléctrica reconducida b) Mayor duración La reducción de las temperaturas de servicio supone una carga térmica menor del motor, de los cojinetes y de la caja de bornes. La consecuencia es una mayor vida útil del motor. c) Un 6 por ciento más de aire comprimido con menos energía Menos pérdidas de calor significa también un ahorro de energía. ha 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 Consumo de energía y menor consumo por pie cúbico de aire comprimido que se produce. 4 5

5 Los expertos en la materia llevan años discutiendo sobre cuál es la manera más económica de tratar el aire comprimido. La cuestión más importante es con qué sistema de compresores se obtiene aire comprimido libre de 2. Tratamiento económico del aire comprimido aceite a menor costo. Independientemente de las opiniones de los distintos fabricantes, actualmente está claro que es posible conseguir aire comprimido de primera calidad tanto con compresores libres de aceite como con unidades refrigeradas por aceite. Por tanto, el punto decisivo al elegir el sistema es la economía. mentos contaminantes, como dióxido de azufre, hollín, metales y polvo. 2. Por qué tratar el aire comprimido? Todos los compresores, sin importar del tipo que sean, funcionan como una aspiradora gigante y aspiran impurezas que luego comprimen junto al aire y que llegarán a la red de aire comprimido si no se lleva a cabo el tratamiento correspondiente. a) Calidad del aire con compresores "libres de aceite" Este punto es importante, sobre todo, para los compresores que funcionan sin 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 comprimido 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 refrigerados por aceite En estas máquinas, las sustancias agresivas son neutralizadas por el aceite refrigerante, que arrastra además las partículas sólidas contenidas en el aire comprimido. A pesar de que con este sistema se produce un aire comprimido de mayor pureza, tampoco se puede prescindir del tratamiento en este caso. Es imposible lograr un aire comprimido 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.. Qué significa aire comprimido "libre de aceite"? De acuerdo con la ISO 8573-, el aire comprimido 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 en el aire de la atmósfera. Esta cantidad es tan pequeña 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 4 y 4 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 los 0 mg/m³. También se pueden encontrar otros elec) El secado de aire como base La base de todo tratamiento debe ser un secado suficiente del aire comprimido. El secado con un secador refrigerativo es casi siempre el sistema más económico (v. cap. 3 " Por qué secar el aire comprimido?", pág. 8). 3. Elección del sistema de compresores Al momento 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. Esta vendrá determinada sobre todo por los costos de energía y mantenimiento, que pueden llegar a suponer hasta el 90 % de los costos totales de producción del aire comprimido. 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 4 bar(a) y hasta 6 bar(a) será económicamente más conveniente elegir compresores de tornillo refrigerados 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 intercambiadores que se requieren, las altas velocidades de giro, la mayor necesidad de técnica de control, el gasto en agua Elija el grado de tratamiento que se ajuste a sus necesidades: Tratamiento del aire comprimido con secador refrigerativo (punto de rocío +38 F) Ejemplos de uso: grados de tratamiento ISO ) Montaje para instalaciones con demanda de Polvo Agua Aceite Gérmenes Aire extra-puro y técnica de por encargo por salas blancas encargo 4 aire muy variable Industria láctea, fábricas de cerveza 4 FST Filtro Producción de alimentos Depósito de aire T KLS * comprimido 4 AMCS KPF RF ACT KOX Aire de transporte muy limpio, KOR industria química 2 4 AMCS Aire extra-puro y técnica por de salas blancas encargo 4 Industria farmacéutica Telares, laboratorios fotográficos Pintura a pistola, recubrimiento con polvo sinterizado Embalado, aire de control e instrumentos Aire de producción en general, chorreado de arena con exigencias de calidad Chorros de granalla Chorros de granalla sin exigencias de calidad Aire de transporte para sistemas de desagüe Sin exigencias de calidad Para redes no protegidas contra congelación: Tratamiento de aire comprimido con secador de adsorción (punto de rocío hasta -94 F) Aire extra-puro y técnica de por salas blancas encargo -3 Industria farmacéutica, láctea, fábricas de cerveza Fabricación de chips, óptica, producción de alimentos Plantas de lacado Aire extra-puro y técnica de salas blancas Aire de procesamiento, industria farmacéutica Laboratorios fotográficos Aire de transporte muy seco, pintura a pistola, reguladores de presión de precisión para refrigeración y la alta inversión de adquisición hacen dudar de que la compresión sin aceite sea realmente lo más adecuado desde el punto de vista económico para este rango de presión. Y no olvidemos que el aire comprimido por unidades libres de aceite y el condensado que se forma en dicha compresión son muy agresivos debido al azufre que pueden aspirar de la atmósfera: su ph puede ir de 3 a Tratamiento con el sistema de aire puro Los compresores de tornillo modernos refrigerados por fluido ofrecen aprox por encargo Polvo Agua Aceite Gérmenes AMCS FST AMCS AMCS AMCS KOR compresores de tornillo otros compresores AMCS FST -3 AMCS KOR AMCS -3 AMCS por encargo por encargo FST KPF RF por encargo KVF KVF ACT KPF RF * KOX * KOX KFS KPF T ECD Compresor un 0 % más de rendimiento que los compresores sin aceite. El sistema de aire puro para este tipo de compresores permite ahorrar hasta un 30 % de costos en la producción de aire comprimido 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. Este sistema incluye todos los componentes de tratamiento necesarios para conseguir la calidad exigida para el aire comprimido. Dependiendo de la aplicación, se utilizarán secadores refrigerativos o de adsorción (ver también capítulo " Por * KCF THNF *En los secadores refrigerativos de las series TG hasta TI se pueden instalar opcionalmente microfiltros KOR. Filtro Depósito de aire comprimido AT KOR ECD Montaje para instalaciones con demanda de aire muy variable AT Compresor KOR KLS KCF THNF Explicaciones: THNF = Prefiltro de aire de esterillas para limpiar aire de aspiración con un alto contenido de polvo y suciedad KLS = Separador ciclónico para eliminar condensados ECD = ECO-DRAIN purgador electrónico de condensados regulado según nivel KFS = Prefiltro KPF = Prefiltro KPF RF = Postfiltro (abrasión) KOR = Microfiltro para eliminar neblinas de aceite y partículas sólidas KOX = Microfiltro para la eliminación de aerosoles de aceite y partículas sólidas KVF = Filtro de carbón activo para adsorción en la fase de vapor de aceite T = Secador refrigerativo para secar el aire comprimido, punto de rocío hasta +38 F AT = Secador de adsorción para secar el aire comprimido, punto de rocío hasta -94 F ACT = Adsorbedor de carbón activo para la adsorción en la fase de vapor de aceite FST = Filtro estéril para aire libre de gérmenes KCF = Sistema de tratamiento de condensados AMCS = Sistema de mantenimiento de la presión Sustancias extrañas al aire comprimido: + Polvo + Agua/condensado + Aceite + Gérmenes Grados de filtración: Partículas sólidas/polvo ) Humedad 2 ) Contenido total de aceite 2 ) Clase ISO Tamaño máx. partículas µm Densidad máx. partículas mg/m³ Punto de rocío (x=proporción de agua en g/m³ líquido) 0, 0, , , x 0,5 8 0,5 < x < x 0 ) Acorde a ISO 8573-:99 2 ) Acorde a ISO 8573-:200 qué secar el aire comprimido?", pág. 8) y diferentes combinaciones de filtros. Gracias a este tratamiento, es posible producir un aire comprimido seco, libre de partículas e incluso técnicamente libre de aceite o estéril acorde a la norma ISO y sus clases de calidad de aire comprimido. 5. Esquema de tratamiento El esquema descriptivo superior se incluye actualmente en todos los catálogos de compresores de tornillo. Basándose en él, es posible elegir la combinación correcta de tratamiento para cada caso. mg/m³ 0 Por ejemplo, posible para aire extra-puro y salas blancas; consulte a 6 7

6 El problema está en el aire, nunca mejor dicho: cuando el aire se enfría, como sucede después de la compresión, el vapor de agua se condensa. Por ejemplo, un compresor de 40 H.P. con un caudal de 3. Por qué secar el aire comprimido? 80 CFM a 0 PSIG produce en condiciones de servicio promedio unos 20 litros de agua por turno de trabajo. Este condensado debe eliminarse del sistema para prevenir daños y averías. Por eso, el secado del aire comprimido supone una parte esencial de su correcto tratamiento. En este capítulo encontrará información sobre cómo lograr un secado económico del aire comprimido.. Un ejemplo práctico Si un compresor de tornillo refrigerado por aceite aspira 350 CF de aire directamente de la atmósfera a 20 C y con Aire ambiental: 0 m³/min a 20 C con 02,9 g/min de agua, grado de saturación 60 % Relación de compresión : 0 Bm 3 /min, a 80 C con 02,9 g/min de agua, grado de saturación 35 % 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 45 PSI, obtendremos 35 CF actuales. Pero si la temperatura alcanza los 80 C después de la compresión, el contenido de agua del aire podrá llegar a los 290 g por 35 CF. Como tan sólo hay aprox. 00 g, el aire tendrá una humedad relativa del 35 % aproximadamente, o sea, que estará bastante seco, por lo que no podrá formarse condensado. En el refrigerador final del compresor la temperatura del aire comprimido vuelve a descender, de 80 C a 30 C aproximadamente. A esa temperatura, 35 pies cúbicos de aire no puede retener más de 30 g de agua, por 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 Enfriamiento: Bm3 a +3 C con 02,9 g/min de agua, grado de saturación 728 %, formación de condensado 96,95 g/min, g/jornada de 8 h = aprox. 47 litros diarios se separan en el secador refrigerativo conectado a continuación. En estos secadores, el aire comprimido se enfría primero a +3 C, y luego se recalienta hasta la temperatura ambiente. Esto significa un déficit de humedad de un 20 % aprox. y, en consecuencia, un aire comprimido de mejor calidad, más seco. 2. La humedad del aire El aire que nos rodea siempre contiene una cantidad mayor o menor de humedad, es decir, 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 35 pies cúbicos. 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. 4. Algunos conceptos básicos a) Humedad absoluta del aire Entendemos por humedad absoluta la cantidad de vapor de agua contenida en el aire expresada en g/m³. b) Humedad relativa (FH 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 corresponciente (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 el aire alcanza el grado de saturación del 00 % (H rel ) a presión atmosférica (condiciones ambientales). Como ejemplo: Punto de rocío en C Contenido máx. de agua en g/35 CF , , +20 7, +0 9,4 0 4,9-0 2,2-20 0,9-25 0,5 d) Punto de rocío a presión Por punto de rocío a presión entendemos la temperatura a la que el aire comprimido alcanza su punto de saturación (00 % H rel ). Refiriéndonos al ejemplo descrito en el punto : el aire, a una presión a 0 bar(a), tendrá a un punto de rocío de presión de +3 C una humedad absoluta de 6 g por 35 CF actuales. Dicho en otras palabras: si expandimos uno de los pies cúbicos actuales del ejemplo, comprimidos a 45 psi(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 ese volumen mayor. Cada metro cúbico expandiendo contendría, por tanto, 0,6 g de agua. Esta humedad se correspondería con un punto de rocío atmosférico de 24 C. 5. Secado de aire comprimido 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 refrigerativos, ni desde el punto de vista económico ni desde el ecológico. Los secadores refrigerativos solamente consumen un 3 % de la energía que necesita el compresor para producir el aire comprimido, mientras que 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 comprimido extraordinariamente seco, con puntos de rocío de hasta -20 C, -40 C o -70 C. b) Qué tipo de agente refrigerante elegir? Los agentes CFC, como el R 2 y el R 22, ya no se pueden utilizar en los Agente refrigerante Fórmula Potencial de agresividad contra el ozono (ingl.: ODP = ozone depletion potential) [R 2 = 00 %] Agente refrigerante H-FCKW R 22 nuevos secadores refrigerativos. 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 refrigerativos 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 34a, recomendado como sustituto del R 2 y el R 22 por las autoridades de medio ambiente por su bajo índice de deterioro de la capa de ozono. La ventaja del agente R 34a radica en la posibilidad de utilizarlo en máquinas que utilizaran anteriormente el R 2 una vez llevadas a cabo algunas pequeñas modificaciones. Otros agentes, como el R 404A y el R 407C, también inocuos para la capa de ozono, encuentran cada vez más aceptación junto con el R 34a. Se trata de agentes refrigerantes conocidos como "blends" (INGL 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 34a (ver tabla inferior). Por estas razones, el R 407C sólo es adecuado para usos muy concretos. El R 404A, por el contrario, es interesante para capacidades de flujo a partir de 850 CFM debido a sus menores márgenes de diferencia entre los distintos componentes. Potencial de efecto invernadero (ingl.: GWP = global warming potential) [R 2 = 00 %] "Margen" de temperatura, posible diferencia de la temperatura de vaporización/condensación [K] CHClF 2 5 % 2 % 0 H-FKW R 34A CH 2 F-CF 3 0 % 8 % 0 Agentes refrigerantes y "blends" R 4040A R 43a/25/34a 0 % 26 % 0,7 R 407C R 32/25/34a 0 % % 7,4 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 comprimido?" (pág. 8). Recordemos que un compresor de 40 H.P. con un 4. Evacuación correcta del condensado "Trampas" de agua en la red de aire comprimido: 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. Las salidas controladas de condensado hacia abajo, las llamadas "trampas" de agua, permiten evacuar el condensado de la red principal. A una velocidad de flujo de 2 a 3 m/s y con el diseño correcto, secador de adsorción, el agua sólo se encuentra en forma de vapor debido a las condiciones de presión parcial. c) Evacuación descentralizada Si el sistema no cuenta con un secado centralizado del aire, el condensado se precipitará en grandes cantidades en los purgadores instalados poco antes de los puntos de consumo. Pero este método necesita mucho mantenimiento. Además, si los tiempos de apertura de la válvula están mal ajustados, se producirán pérdidas de presión, lo cual significará un mayor consumo energético. c) Purgador de condensado controlado por nivel ("ECO DRAIN", ilustración 3) En la actualidad se utilizan principalmente purgadores con control inteligente del nivel. El flotador, que pro- caudal de 80 CFM puede producir aprox. 20 litros de condensado por turno en condiciones normales de servicio. Este condensado debe eliminarse del sistema para evitar averías y daños por corrosión. En este capítulo encontrará información sobre cómo evacuar correctamente el condensado con costos bajos.. Evacuación del condensado En todos los sistemas de aire comprimido se forma condensado en puntos concretos y con diferentes sustancias contaminantes (ilustración superior). Por esta razón, es imprescindible contar con un sistema fiable de evacuación del condensado. Su buen o mal funcionamiento tendrá una repercusión notable en la calidad del aire comprimido, en la seguridad de servicio y en la economía del sistema de aire comprimido. a) Puntos de colección y evacuación del condensado Se empieza a colectar y evacuar mediante elementos mecánicos instalados en el sistema de aire comprimido. Gracias a estos elementos se elimina ya un % del condensado total, siempre que los compresores cuenten con un buen sistema de refrigeración final. Separador centrífugo: Se trata de un separador mecánico que elimina el condensado de la corriente de aire sirviéndose de la fuerza centrífuga (ilustración inferior derecha). Para garantizar un funcionamiento óptimo, convendrá que cada compresor tenga su propio separador centrífugo. Refrigerador intermedio En los compresores de dos etapas también se recoge condensado en los separadores de los refrigeradores intermedios. Depósito de aire comprimido: Aparte de su función principal como almacenador de aire comprimido, el depósito también ayuda a separar el condensado por medio de la fuerza de gravedad. Con las dimensiones correctas (caudal del compresor/min: 3 = tamaño del depósito en m³), será tan eficaz como el separador centrífugo. A diferencia del separador centrífugo, puede instalarse en la línea principal del sistema de aire comprimido, siempre que su entrada de aire se encuentre en la parte inferior y la salida en la superior. Además, el depósito enfría el aire comprimido gracias a su gran superficie de derivación térmica, lo cual favorece la separación del condensado. Ilustración : trampa de agua con purgador de condensados las trampas de agua pueden separar de la corriente el condensado con la misma efectividad que los depósitos de presión (ilustración ). b) Secador de aire comprimido Aparte de los puntos de acumulación y evacuación de condensado ya nombrados, existen otros en el campo de secado. 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 que experimenta el aire comprimido en la red, es mucho el condensado que se separa ya en el prefiltro del secador de adsorción. Luego, en el interior del Ilustración 2: purgador por flotador 2. Sistemas habituales de evacuación Actualmente se utilizan sobre todo tres sistemas: a) Purgador por flotador (ilustración 2) Los purgadores con flotador son quizá el sistema de evacuación más antiguo y se creó para sustituir a la evacuación manual, poco económica y segura. Pero este sistema pronto empezó a mostrar puntos débiles debido a las impurezas contenidas en el aire comprimido, 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 su limpieza debe controlarse con frecuencia. Ilustración 3: "ECO DRAIN" con llave de bola voca 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 apertura de las válvulas. La autovigilancia antiguo y la posibilidad de transmisión de señales son otras dos ventajas de este sistema. d) Instalación correcta Debe instalarse siempre una línea con llave de bola entre el separador y el purgador de condensados (ilustración 3). Esta llave permitirá cerrar el paso del condensado cuando haya que realizar trabajos de mantenimiento en el purgador sin impedir que la estación de aire comprimido siga funcionando con normalidad. 0

8 La formación de condensado en grandes cantidades es inevitable cuando se produce aire comprimido (ver cap. 3 y 4). La palabra "condensado" puede confundirnos, haciéndonos pensar que se trata tan sólo de vapor de 5. Tratamiento económico y seguro del condensado agua condensado. Pero tenga cuidado! Los compresores funcionan como una aspiradora gigante: con el aire atmosférico aspira 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 México, la Ley sobre el sistema de alcantarillado es determinante para la eliminación del condensado. 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 valores ph. 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 comprimido puede presentar características diferentes. Generalmente, las dispersiones se forman en compresores de tornillo refrigerados 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 Una señal que nos indica ópticamente la presencia de una emulsión es un líquido lechoso que no llega a separarse en capas diferentes ni siquiera transcurridos algunos días (ver ilustración, derecha). Esta forma de condensado suele darse en compresores de pistón, de tornillo 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 aspiradas, 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 puede 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 costos de entre 400 y 500 $/m 3, dependiendo del tipo de condensado. Considerando las grandes cantidades de condensado que suelen producirse, la mayoría de las ocasiones 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. 2 3 Todos los compresores aspiran vapor de agua e impurezas junto con el aire atmosférico. El condensado que se va formando debe limpiarse de aceite y otras sustancias contaminantes (ilustración superior, 2) antes de poder evacuarse por la canalización como agua pura (ilustración superior, 3). 4. 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 activado. La separación se produce gracias a la fuerza de la gravedad. La capa de aceite que flota encima del Los separadores por gravedad como el KCF tratan las dispersiones de condensado de manera altamente eficaz y económica. agua en el depósito de separación se dirige a un depósito colector y se trata como aceite degradado. El agua que permanece en el depósito se filtra a continuación en 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 de entregar el condensado a una empresa externa especializada. Estos aparatos están disponibles actualmente para caudales de compresores de hasta 900 CFM. Naturalmente, si se necesitan capacidades mayores, siempre es posible conectar varias unidades en paralelo. 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 las membranas. Una parte del líquido las atraviesa y sale del aparato con las características necesarias para su eliminación por la canalización. El segundo tipo de aparatos funciona con un agente separador pulverizado. Este material encapsula las partículas de aceite, formando así una especie de copos. 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 etapa del filtro, que luego se eliminará como un residuo tóxico. 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 comprimido es un medio energético relativamente caro. Por lo tanto, el objetivo debe ser reducir los costos en todos los puntos posibles. Una razón por la cual los costos se elevan Presión Regulación Dual Regulación intermitente plena carga/ marcha en vacío/parada diferida Plena carga Presión Regulación Quadro Regulación intermitente plena carga/marcha en vacío/parada diferida con selección autónoma del modo de funcionamiento óptimo Plena carga Marcha en vacío Parada Marcha en vacío Parada Potencia nominal del motor en % Tiempo Potencia nominal del motor en % Tiempo 6. Regulación eficaz de los compresores Presión Regulación Dual PC Presión constante (PC), regulación continua del caudal con regulador proporcional Presión SFC (CF) Conversión de frecuencia: regulación continua del caudal a través de la velocidad de giro del motor Plena carga Plena carga en muchos casos de aplicación es que el caudal del compresor suele no estar bien ajustado a una demanda oscilante de aire. Muchos compresores registran en su servicio una carga de sólo un 50 %. Muchos usuarios, sin embargo, no son conscientes de ello porque sus compresores disponen de un contador de horas de servicio, pero carecen de un contador de horas de servicio en 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 El motor de la mayor parte de los compresores es un motor asíncrono de corriente trifásica. La frecuencia de conmutación admisible de estos motores desciende conforme aumenta su potencia. Puede suceder que no sea suficiente para conectar y desconectar los compresores con diferencias de conmutación pequeñas, para adaptar su producción al consumo real. Con estos ciclos de conexión y desconexión sólo se descargan las partes del compresor que soportan presión, pero el motor continúa un tiempo en marcha. La energía que consume será energía perdida. Durante la fase de marcha en vacío, el consumo de electricidad del compresor continúa siendo del 20 % de la electricidad a plena carga. b) Convertidor de frecuencia Los compresores cuya velocidad de giro está controlada por un convertidor de frecuencia no presentan un grado de rendimiento constante en todo su campo de regulación. Por ejemplo, en el campo de regulación de entre el 30 % y el 00 %, dicho grado se reduce del 94 % al 86 % en un compresor de 90 kw. Además, el convertidor produce ciertas pérdidas, sumadas a las que puede provocar una razón de rendimiento no lineal de los compresores. Por tanto, los sistemas con convertidor de frecuencia utilizados incorrectamente pueden resultar unos devoradores de energía sin que el usuario se percate de ello. Por lo tanto, la regulación de la velocidad de giro no puede considerarse una panacea si lo que se trata de conseguir es el máximo ahorro energético. 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 punta o compresor stand by. a) Carga base Entendemos por carga base la cantidad de aire que necesita el sistema de manera constante. b) Carga punta Es el aire comprimido que se necesita en momentos concretos de consumo máximo. 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 sistemas de control deberán ser capaces de mantener la producción de aire comprimido en caso de que falle un sistema de mando superior. 3. Controlador master Los controladores master son sistemas que coordinan el funcionamiento de una estación de aire comprimido y van conectando unas máquinas y desconectando otras según lo exija la demanda 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. Marcha en vacío Parada Potencia nominal del motor en % El controlador interno "Sigma Control" lleva integrados cuatro modos de regulación para su configuración. b) Funciones de un controlador master La coordinación del funcionamiento de todos los compresores de una estación es una tarea ardua y difícil. Los controladores master deben tener capacidad para conectar compresores de tipos y dimensiones distintos en el momento adecuado y vigilar los equipos en todos los puntos referentes al 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 comprimido y mejorar su seguridad de servicio. c) Graduación correcta La graduación correcta de los compresores es condición indispensable para conseguir que el controlador master funcione de manera eficaz, es decir, ahorrando energía. La suma de los caudales punta deberá ser mayor que el caudal de la siguiente unidad que se conectaría en carga base. Si se utiliza un compresor para carga base con convertidor de frecuencia, 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 comprimido. Tiempo d) Transmisión segura de datos Otra condición importante para el buen funcionamiento de un controlador master 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 controlador master. 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 libres de potencial 2. Señales analógicas 4 20 ma 3. Interfaces electrónicas, por ejemplo RS 232, RS 485 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 (ilustración 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 controlador master y sistemas de mando. Central de asistencia Compresores Marcha en vacío Parada Potencia nominal del motor en % sms al teléfono móvil Ventas/Asistencia SIGMA AIR MANAGER Módem Ethernet Módem Centro de control»sigma Air Control«Proceso Profibus DP Tratamiento Tiempo Filtro con ECO DRAIN 4 5

10 Las estaciones de aire comprimido están formadas normalmente por varios compresores iguales o de tamaños diferentes. Para controlar todas estas máquinas es preciso contar con un controlador master. 7. Regulación por gama de presión: Regulación óptima de compresores adaptada a las necesidades del usuario Antes, esta tarea era relativamente 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 comprimido a las necesidades del cliente, alcanzando al mismo tiempo la máxima eficacia energética. Existen fundamentalmente dos tipos diferentes de sistemas superiores de control de compresores: la regulación en cascada y la regulación por gama 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. Si son varios los compresores que hay que coordinar, el resultado será un sistema en forma de escalera o de cascada. Si la demanda de aire es baja, se conectará solamente un compresor, y la presión oscilará entre la presión mínima (pmín) y máxima (pmáx) 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 consumo es alto, la presión del sistema bajará y se reducirán las reservas. Comparación regulación en cascada / por gama de presión Oscilación de presión conregulación con repartición homogénea de la carga Oscilación de presión SAM o VESIS Seguridad 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 gama de presión (SAM o VESIS) a) Regulación en cascada con presostato 0 PSI 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 7 PSI, mientras que la diferencia entre los dos puntos de conmutación de cada uno de ellos será de 4 PSI. Con cuatro compresores, el máximo recomendado para este tipo de regulación, resultará una presión diferencial mínima de conmutación de 7 PSI. Tiempo (Regulación por gama de presión) b) Regulación en cascada con conmutador electrónico de presión El uso de sensores de presión electrónicos permite reducir las diferencias entre las presiones máxima y mínima a 3 PSI y acortar distancias entre los puntos de conmutación. Lo ideal es conseguir una presión diferencial de conmutación de 0 PSI. 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. 2. Regulación por gama de presión El sistema de coordinación más moderno para varios compresores es, sin lugar a dudas, la regulación por gama de presión, sobre todo si se busca la eficacia energética. Con la ayuda de una gama 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 gama de presión puede hacerse otra clasificación más. Vector ascenso de presión a lo largo del tiempo Vector Vector 2 Ilustración 2: regulación vectorial de compresores 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 comprimido. Los compresores se regulan entonces prácticamente de modo retrospectivo sobre esta base de consumo (ilustración 2). En sistemas con oscilaciones de consumo de aire es posible que se produzcan vibraciones de las redes de aire que harán necesario tomar medidas de amortiguación. El buen ajuste de los compresores entre sí es de vital importancia. Normalmente, con este sistema no se puede reducir la presión diferencial de conmutación por debajo de 7 PSI, ya que se mide en el margen comprendido entre las presiones mínima y máxima. b) Regulación por gama de presión con reconocimiento de tendencia La regulación por gama de presión con reconocimiento de tendencia es más eficaz que la regulación vectorial, ya que permite diferencias de presión de conmutación de tan sólo 3 PSI. Actualmente, esta es la presión diferencial de conmutación más pequeña que se ofrece en técnica de aire comprimido. 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 comprimido tras la conexión de Vector caída de presión a lo largo del tiempo Regulación por gama de presión para varios compresores (SAM/VESIS). Punto de conmutación de un compresor 2. Punto de conmutación de un compresor Ilustración 3: regulación por gama de presión con reconocimiento de tendencia (arriba) un compresor y obtiene información para las conexiones siguientes (ilustración 3). De esta manera, el sistema de reconocimiento de la tendencia, que funciona con una exactitud de 0. hasta 0.4 PSI, está siempre al tanto de lo que va sucediendo, lo cual le permite coordinar de modo óptimo y con presiones diferenciales de conmutación mínimas incluso sistemas de aire comprimido con fuertes oscilaciones de consumo. Es posible conectar entre sí y regular hasta 6 compresores en un margen de presión de solamente 3 PSI. La gama de presión queda asegurada con la llamada gama de urgencia, de manera que la producción de aire comprimido está garantizada en todo momento. Estos sistemas de control pueden ayudar a ahorrar mucha energía en sistemas de aire comprimido. Dicho en otras palabras: una reducción de solamente 2 PSI en la presión del sistema supone ya un ahorro energético del %. c) Regulación según carga punta La regulación por gama 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 4). 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 punta (ver cap. "Control eficaz de compresores"). Este es actualmente el modo de regular compresores más económico que existe, pero exige el intercambio y procesamiento de grandes volúmenes de datos. Sólo con un PC industrial inteligente, como el "Sigma Air Manager" (SAM) ofrecido por, es posible hacer frente a esta Punto deseado programadas. tarea. Los PCs industriales pueden conectarse a otros sistemas de mando, llevan a cabo una regulación eficaz y, además, pueden realizar la tarea de un servidor de red con páginas HTML Ilustración 4: mejor reparto de la carga entre los compresores gracias a un splitting óptimo y la eficaz coordinación de las unidades Así 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. Los fabricantes Circuito de agua corriente Intercambiador de calor de placas Circuito de fluido de refrigeración del compresor 8. Ahorro energético gracias a la recuperación del calor de compresores ofrecen múltiples posibilidades en este sentido, como por ejemplo la recuperación del calor derivado por 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 en el compresor de un potencial energético a través de la compresión. Esa energía es aprovechable por la expansión a presión atmosférica, enfriamiento y derivación del calor al ambiente. 2. Hasta un 94 % de energía aprovechable El 72 % de la energía absorbida y aprovechable en forma de calor pasa al medio refrigerante, un 3 % se transmite al aire comprimido en la misma forma y hasta un 9 % son las pérdidas de calor del motor eléctrico. En el caso de compresores encapsulados refrigerados por aceite es posible recuperar incluso el calor de estas pérdidas por medio de una refrigeración adecuada. Hasta un 94 % 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 4 % permanece en el aire comprimido (ver diagrama de flujo térmico, pág. 9). 3. Posibilidades de la recuperación del calor Los usuarios que deseen una producción de aire comprimido aún más económica pueden elegir una de las variantes siguientes para la recuperación del calor: a) Calefacción por aire caliente 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 ductos hasta las estancias que se quiera dotar de calefacción. (ilustración ). Naturalmente, este aire caliente puede utilizarse también para otros fines, como Verano Salida de aire 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 94 % de la potencia eléctrica absorbida por el compresor de tornillo. Además, merece la pena incluso en el caso de compresores pequeños, ya que un compresor de 25 H.P. produce durante su funcionamiento calor suficiente como para calentar una casa unifamiliar. Invierno Calefacción Ilustración : sistema de recuperación del calor con producción de aire caliente, con ducto 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 refrigerados 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 Diagrama de flujo de calor: Refrigeración del aire comprimido 3 % Motor 9 % Refrigerador 72 % Calor aprovechable para la recuperación del calor 94 % de la producción. Estos intercambiadores permiten calentar el agua hasta una temperatura máxima de 70 C. El resto de aplicaciones de esta variante de recuperación del calor se amortizan con compresores a partir de 25 H.P. en un plazo de dos años. La condición para ello es contar con una planificación correcta. Consumo total de potencia eléctrica 00 % Aire atmosférico 2 % Calor que se queda en el aire comprimido 4 % 4. Preste atención a la seguridad Normalmente, el sistema primario de refrigeración del compresor no deberá usarse al mismo tiempo 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 refrigeración primario por aire o agua. Esto garantiza la seguridad en la producción de aire comprimido. 5. Conclusión La recuperación del calor es una opción atractiva y ecológica para mejorar el rendimiento energético de un sistema de aire comprimido. 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 El aire comprimido 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 9. Cómo evitar pérdidas de energía () Puntos importantes para la planificación y la instalación de una red de aire comprimido ello son necesarias una planificación e instalación correctas de la estación de compresores, así como el dimensionado justo y el buen diseño de la red de aire comprimido.. Producción económica de aire comprimido Teniendo en cuenta todos los gastos de energía, refrigerantes, mantenimiento y la depreciación del compresor, 35 pies cúbicos de aire puede costar entre 0,5 y 2,5 centavos 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 comprimido. Y este es justamente el motivo por el cual los compresores de tornillo refrigerados por aceite tienen éxito: con estas máquinas puede ahorrarse hasta un 20 % de los costos que generaba antes la producción de aire comprimido. 2. El tratamiento influye en la red de aire Sin embargo, al tratamiento del aire se le suele dar una importancia menor. Este hecho es lamentable, ya que los consumidores de aire comprimido y la red de distribución provocarían menos costos de mantenimiento si el tratamiento del aire fuese correcto. a) Los secadores refrigerativos reducen la necesidad de mantenimiento Los secadores refrigerativos son adecuados para secar el aire comprimido 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 redes 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 comprimido (ilustración de la derecha) o de compresor de tornillo y secador en forma de torre son una solución ideal que ofrece el mercado para empresas pequeñas y para la producción descentralizada de aire comprimido. 3. Planificación e instalación de una red de aire comprimido nueva Primero habrá que decidir si se desea una producción de aire comprimido 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 comprimido, a saber: altos gastos de instalación, peligro de congelación de redes mal aisladas en invierno, fuertes caídas de presión por las grandes distancias que cubren las redes. a) Dimensionado correcto de la red Al dimensionar una red de tuberías, siempre se deberán realizar los cálculos pertinentes. La base para dichos cálculos ha de ser una bajada de presión de 4.5 PSI 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 derecha): Red central Tubería de distribución 2 Tubería de conexión 3 Secador 4 Unidad de mantenimiento y manguera PSI 0.5 PSI 0.6 PSI 3.0 PSI 7.4 PSI Total máx. 2.0 PSI 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 y dispositivos de cierre 5 de la red. Por lo tanto, no bastará con meter en nuestras fórmulas de cálculo los metros de líneas 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 planificación no se sabe con exactitud cuántos de estos componentes formarán parte de la red. Por eso, para hacer una estimación de la longitud de las tuberías para nuetros fines, habrá que multiplicar la longitud de las líneas rectas por el factor,6. Su diámetro se puede determinar fácilmente basándose en los diagramas habituales de diseño (ver ilustración inferior derecha). b) Ahorro energético en el montaje de tuberías 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. Las esquinas de 90 provocan grandes pérdidas de presión, por lo que será recomendable sustituirlas por arcos de un ángulo más amplio. En lugar de de las válvulas de cierre habituales, será conveniente instalar válvulas de bola o válvulas de compuerta con apertura total. En las zonas húmedas de una estación moderna de 3 4 aire comprimido, las conexiones que partan de la red principal deberán derivarse hacia arriba o lateralmente. La conducción principal deberá tener una inclinación del 2 por mil, y en su punto Longitud de la tubería (m) m³/h m³/min más bajo deberá instalarse un aparato de separación de condensados. En el sector seco, las líneas principales pueden ser horizontales, y las derivaciones pueden dirigirse hacia abajo. c) Cuál es el material correcto 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, las de aluminio y las de plástico tienen precios similares si se suman los materiales y la instalación. El precio de las tuberías de acero inoxidable es aproximadamente un 20 % superior. Sin embargo, existen métodos de fabricación 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 pegarse o bien atornillarse y pegarse entre sí. Aunque esto dificulte su separación posterior, este tipo de uniones reducirán al mínimo el peligro de fugas. Demanda de aire Diámetro nominal Pérdida de presión Presión del sistema (bar) 20 2

13 Año tras año, miles de dólares se disuelven en el aire, nunca mejor dicho. El motivo: las redes de aire comprimido viejas o mal mantenidas disparan el consumo de energía de los sistemas neumáticos. Los usuarios que 0. Cómo evitar pérdidas de aire comprimido (2) Puntos importantes para el saneamiento de una red de aire comprimido Usaremos los resultados para calcular las fugas según la fórmula siguiente: Leyenda: VF = Volumen de fugas CFM VC = Flujo del compresor CFM x = t + t2 + t3 + t4 + t5 Tiempo en que el compresor ha funcionado con carga (min) T = Tiempo total (min) VF = VC x t x T era húmeda y que estaba equipada con juntas viejas de papel 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 comprimido podrá darse por saneada. Ilustración 4: medición de fugas de los consumidores de aire comprimido quieran dar solución a este problema deberán ponerse manos a la obra. A continuación le ofrecemos una serie de consejos para sanear las tuberías de su red de aire comprimido.. Requisito básico: aire comprimido seco Al planificar una red de aire comprimido nueva se pueden evitar muchos fallos y, con ellos, problemas futuros. Sin embargo, el saneamiento de una red ya existente suele presentar más dificultades. Se tratará de un caso especialmente complicado si se continúa alimentando 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 las impurezas que arrastra el aire comprimido y que van reduciendo la sección disponible de la tubería al mínimo. a) Cambiar o limpiar por soplado 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 comprimido y secarlas a continuación si las impurezas no han llegado a reducir notablemente su sección. b) Instalación de tuberías adicionales Una buena solución para tuberías que hayan perdido buena parte de su 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 dimensionamos este segundo anillo correctamente, además del efecto principal deseado (reducción de las pérdidas de presión), conseguiremos una mejor distribución del aire comprimido. Otra posibilidad de sanear tuberías dañadas consiste en instalar tuberías cruzadas (ilustración 2). 3. Cálculo 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 de escape en 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). Ilustración : saneamiento de una tubería de aire comprimido instalando un segundo anillo de distribución 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 4). 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 válvulas y conexiones. 4. 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 de la red de aire. Estos puntos de fuga pueden localizarse exactamente con agua jabonosa o gases especiales. Las tuberías principales no suelen presentar grandes fugas a no ser que se trate, por ejemplo, de una red que antes Sobrepr. servicio Ilustración 5 t t 2 t 3 t 4 t 5 Tiempo T Ilustración 3: determinación de fugas por medición de los periodos de conexión del compresor con consumidores desconectados 22 23

14 Las estaciones de aire comprimido 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 planificación, ampliación y. Planificación correcta de estaciones de aire comprimido () Análisis de la Demanda de Aire (ADA) modernización. Para este fin, cuenta con una oferta de servicios. Este servicio combina elementos probados durante años, como son los componentes de aire comprimido o el asesoramiento y la asistencia al usuario, con las nuevas posibilidades que ofrece actualmente el tratamiento de datos aplicado al aire comprimido. La lista de usuarios de aire comprimido 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 correcta. La estación debe ser capaz en cada caso de producir aire comprimido en la cantidad y calidad exactas y a buen precio. tema de tratamiento de condensados y, de 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 planificación Ilustración : con ayuda de modernos sistemas de diseño 3-D por ordenador se pueden planificar estaciones de aire comprimido hasta el último detalle y ajustarlas a las necesidades del usuario. (ilustración ), la realización del proyecto, la formación posterior y el servicio de atención al cliente. Los puntos más importantes son la calidad del asesoramiento y la elección Ilustración 2: el futuro usuario recibe un formulario especial que servirá como base para la planificación. El formulario puede descargarse directamente desde la página web de : com (apartado Asistencia Técnica / Planeaciónn y Asesoría / Cuestionario ). El buen asesoramiento es determinante para la economía del sistema Para responder a todas estas exigencias, el sistema de aire comprimido 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, un buen siscorrecta de los elementos técnicos, puesto que los mayores potenciales de ahorro se encuentran justamente en el consumo energético y en el mantenimiento, y no en el precio de adquisición de los equipos. Proyecto de aire comprimido Compresores Presiónde trabajo mín. precisa en el consumidor de aire Pérdida de presión en la tubería Pérdida de presión en filtro de carbón activo Pérdida de presión mín. (principio) Pérdida de presión máx. (cambio) Pérdida de presión filtro submicrónico Pérdida de presión mín. (principio) Pérdida de presión máx. (cambio) Pérdidad de presión secador Diferencia de regulación compresores Presión máx. compresores 2. Análisis de la demanda de aire El punto de partida del asesoramiento por KESS es el análisis de la demanda actual y futura de aire. Este análisis realizado por, más conocido por sus siglas ADA (Análisis de la Demanda de Aire), debe concentrarse, según los casos, en puntos diferentes: a) Planificación de una estación de aire comprimido nueva A la hora de planificar una estación nueva de aire comprimido, el futuro usuario deberá rellenar un formulario especial (ilustración 2). La información conseguida servirá a los expertos de para calcular la demanda de aire comprimido y determinar el equipo necesario para cubrirla. El formulario incluye todos los aspectos importantes para la producción económica y ecológica de aire comprimido. b) Ampliación y modernización Al contrario de lo que sucede en el caso de una planificación inicial, en un proyecto de ampliación se cuenta con gran numero de 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. Al hacerlo será importante no limitarse a registrar solamente 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 Ilustración 3: gracias a diversos procedimientos y aparatos de medición se puede calcular el consumo de aire de los equipos existentes y las presiones máxima y mínima. Estos datos de medición sirven como base para una planificación óptima de la estación de compresores. sistema asistido por computadora, 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 sean correctas, mejorar el comportamiento funcional de los compresores en la fase de carga parcial y planificar un sistema superior de control adecuado (ilustración 4). d) Cambio en las condiciones de aplicación del aire comprimido 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 4: la gráfica muestra la potencia absorbida por la instalación vieja (curva superior) y por la nueva (curva inferior)

15 Un pozo sin fondo o una buena alcancía? La producción de aire comprimido puede ser tanto lo primero como lo segundo. La fórmula mágica es la optimización del sistema. Con su ayuda podría ahorrarse más de un 2. Planificación correcta de estaciones de aire comprimido (2) Cálculo de la producción más económica de aire comprimido 30 % de la energía consumida en la industria Mexicana para la producción de aire comprimido. 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 cada vez es más importante para el usuario encontrar la solución de aire comprimido más eficaz desde el punto de vista del consumo energético. El Energy Saving System (KESS) incluye entre otras cosas un cálculo de optimización por computadora con el que se puede elegir rápidamente la variante más adecuada para producir el aire comprimido de cada usuario. La base para planificar estaciones nuevas es un formulario detallado que el usuario llena con ayuda del experto en aire comprimido 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 Aire) facilita un informe sobre su funcionamiento característico que sirve de base para el mismo cálculo.. Cálculo por computadora Para optimizar una estación ya existente, se introducen en la computadora 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. 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 perfectamente entre sí. 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 punta. 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 punta en cada momento, controlando un grupo de hasta 6 compresores y dentro de un margen de presión de solamente 3 PSI. Los sistemas de control inteligentes, como Vesis y el nuevo Sigma Air Manager de Kaeser, cumplen estas funciones. Estos sistemas de 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 Altura del local, 5 m Ilustración 2 a: plano de la estación de compresores de una fábrica de automóviles Conducción de condensados Ilustración 2 b: esquema TI de la misma estación de compresores control 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. 3. Optimización constructiva La planificación y la modernización de una estación de compresores deben adaptarse al máximo a las condiciones de espacio. Los sistemas modernos de planificación, como los que usa, son de gran ayuda. No sólo facilitan planos y esquemas TI (tuberías e instrumentación), sino que ofrecen también diseños por computadora 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 % 40 % 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 planificación, mejorándose así la estructura de la instalación (ilustración 2 a c). 4. Optimización del funcionamiento y el control Para asegurar la economía del suministro de aire comprimido 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 lugar. La base para conseguirlo viene dada por el sistema de control interno del compresor, Sigma Control, una PC industrial con cinco modos de control programables Ilustración 2 c: animaciones tridimensionales por computadora permiten realizar paseos virtuales y crear imágenes virtuales de la futura estación desde la misma fase de planificación. 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 comprimido. 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 controlador master (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. A su disposición se encuentran los eventos de servicio, representaciones gráficas del consumo energético, la demanda de aire y el nivel de presión, así como fechas para trabajos de mantenimiento preventivo. Este moderno instrumento de control contribuye notablemente a que la estación de aire comprimido suministre siempre la cantidad y calidad de aire necesarias a un costo óptimo

16 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 3. Planificación correcta de estaciones de aire comprimido (3) Análisis de la Demanda de Aire (ADA) y cálculo de la situación real 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. 24. 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 comprimido. 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 obtenida 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 comprimido, las tuberías 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) Campos de aplicación del aire comprimido Dado que el aire comprimido 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, 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. d) Tratamiento del aire comprimido 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). e) Control y vigilancia de la estación La armonización de los compresores entre sí y su rendimiento conjunto son los puntos que más influyen en la economía de la estación de compresores, Unidad Plano de la red con tramos diferenciados Aire comprimido: Rojo = tubería de 3 Azul = tubería de 2 Verde = tubería en el suelo Marrón = tubería de ¾ Sala de compresores Esquema T + I (esquema) estación 2 Tratamiento Ilustración 2: esquema TI de la producción y el tratamiento de aire comprimido (borrador a mano) Ilustración : plano de la red principal de aire comprimido de una empresa Sala de compresores por lo que no podrá faltar una descripción del sistema de control y vigilancia. 2. Entrevista usuario/especialista en aire comprimido Una vez recabados todos los datos anteriores, el especialista en aire comprimido deberá tener una entrevista con el usuario para que éste le explique el contenido de toda la documentación y para hablar sobre los problemas que presenta el sistema de aire comprimido actual. Entre ellos pueden encontrarse, por ejemplo, un nivel de presión demasiado bajo o demasiado oscilante, una calidad insuficiente del aire comprimido, mal nivel de carga de los compresores o problemas con el sistema de refrigeración. 3. Visita al sistema de aire comprimido 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). Por experiencia, los más problemáticos suelen ser los puntos finales de consumo. 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 esta razón, convendrá comprobar que se encuentran en buen estado y que no pierden aire. Si dispone de reguladores de presión, deberá comprobarse también su ajuste (presión de entrada y de salida) en condiciones Ilustración 3: caída de presión en el sistema de aire comprimido Ilustración 4: regulador de presión descentralizado con separador de agua: un auténtico derrochador de energía de carga (ilustración 4). Igualmente deberá comprobarse que los separadores de agua instalados delante de los reductores de presión estén libres de impurezas. Lo mismo se hará con las tuberías de salida bajantes en vertical (ilustración 5). b) Dispositivos de cierre El estado de las tuberías que salen de la red principal influye también notablemente en la eficacia del sistema. Los dispositivos de cierre constituyen en este caso un elemento de peso. Convendrá saber si se trata de llaves de bola de apertura total, que facilitan el flujo, válvulas de cierre u otro tipo de válvulas de cierre que obstaculizan el paso de la corriente de aire, como las llaves de agua o las válvulas angulares. c) Red principal En esta red tendrán que buscarse los estrechamientos, responsables de las caídas de presión. d) Sistema de tratamiento de aire comprimido 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. Por otro lado, habrá que determinar la presión diferencial total de conmutación de los compresores, el tamaño del depósito de aire comprimido y el punto de medición desde el cual se controlarán los compresores. f) Determinación de los puntos de medición Tras la visita de inspección al sistema de aire comprimido existente, el especialista puede determinar junto con el usuario los puntos de medición de la demanda de aire. Como mínimo, habrá Agua en el sistema? Test abriendo la llave de bola Ilustración 5: agua en el sistema? (test) Sale agua al abrir? de realizarse una medición de la presión antes y después del tratamiento y otra en la salida de la red de aire comprimido. 4. 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, el cual confeccionará un diagrama detallado de consumo. Así es posible reconocer las caídas de presión, las oscilaciones de consumo, las fases de marcha en vacío, los periodos de parada y de marcha de los compresores así como el reparto de la carga entre las distintas unidades dependiendo de sus potencias y del consumo. Para completar el cuadro, durante el análisis se lleva a cabo también una medición de las fugas. Este proceso se describe en el capítulo 0 (pág. 22) y exige para su realización 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 25 H.P. produce durante su funcionamiento calor suficiente como para calentar una casa unifamiliar. Por esta razón, la 4. Planificación correcta de estaciones de aire comprimido (4) Refrigeración eficaz de la estación: refrigeración por aire refrigeración eficaz de las estaciones de aire comprimido es imprescindible para garantizar su buen funcionamiento. El calor derivado por los compresores es un recurso ideal para ahorrar energía. Con la ayuda de los sistemas adecuados, es posible recuperar en forma de calor hasta un 94 % de la energía absorbida y volver a aprovecharla, lo cual reduce notablemente los costos de producción del aire comprimido (ver capítulo 8: "Ahorro energético gracias a la recuperación del calor", pág.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, VBG 6 (3.4 Compresores, 2, apartado ) 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 refrigerados por aire o aceite no debe superar los +40 C. Además, el artículo 5 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..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 condiciones de servicio normales, el aire de aspiración y refrigeración deberá purificarse con filtros integrados en los compresores. Estación de compresores con conducto de salida: la variante de ventilación por aire más eficaz * ) Los límites de temperatura indicados se refieren a las condiciones climáticas de México y al equipamiento estándar de una estación de compresores..3 Clima moderado La temperatura también tiene una gran influencia en la fiabilidad y en la necesidad de mantenimiento de los compresores: el aire de aspiración y de refrigeración no puede estar ni demasiado frío (a menos de +3 C) ni demasiado caliente (a más de +40 C)*. Este hecho deberá tenerse en cuenta en la planificación y en la construcción. En verano, la cara sur y eventualmente la cara oeste del edificio pueden verse sometidas a un fuerte recalentamiento por efecto de la radiación solar directa. En estos sectores pueden alcanzarse temperaturas de hasta +40 ó +45 C, incluso en zonas de clima moderado. Por eso se recomienda no emplazar las aberturas para la aspiración del aire en lugares castigados por el sol. El tamaño de las aberturas dependerá de la potencia de los compresores y del tipo de refrigeración. 2. Ventilación de la sala de compresores Será muy importante elegir el sistema de ventilación correcto para cada sala de compresores, no sólo en el caso de equipos refirgerados por aire, sino también en el de unidades refrigeradas 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 7.5 H.P., 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. Temperaturas demasiado bajas podrían perjudicar el funcionamiento de los compresores, la evacuación y el tratamiento de los 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 hacia el exterior. Existen dos modalidades de refrigeración artificial: 3.2. Ventilación con 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 compresores (ilustración 2). Para esta modalidad, será importante no quedarse cortos al dimensionar la abertura de aspiración 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 de la corriente de aire. Además, perjudicaría la refrigeración de la sala. El sistema de ventilación deberá diseñarse de manera que el aumento de temperatura provocado por el calor que derivan 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 Ventilación con conducto de salida (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 conducto de escape: el compresor aspira el aire de refrigeración por medio de una abertura y expulsa después el aire caliente a través de un conducto que lo lleva 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 conducto de escape deberá estar equipado con una escotilla regulada por un termostato (ilustración 4) con el fin de evitar el enfriamiento excesivo de la sala en invierno. Si se instalan en la misma sala secadores que también estén refrigerados 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 7.5 H.P. Ilustración 2: refrigeración artificial con ventilador externo: para unidades de 7.5 a 5 H.P. Ilustración 3: refrigeración artificial con ventilador externo: para unidades mayores a 5 H.P. Rejilla de circulación Ilustración 4: una escotilla regulada por termostato crea el equilibrio térmico 30 3 h Entrada de aire, por ejemplo, del almacén Entrada de aire del exterior

18 En las páginas 20-3 hemos expuesto los puntos más importantes para el saneamiento de redes de aire comprimido ya existentes y cómo se planifica una nueva estación de compresores de manera eficaz. Una planificación y una realización 5. Gestión correcta del sistema de aire comprimido Asegure la fiabilidad y la optimización de los costes a largo plazo del proyecto centradas en el consumo energético y en los costos suponen, como máximo, la mitad del trabajo. Los usuarios que pretendan asegurarse la economía del sistema a largo plazo deberán procurar también un servicio eficaz de la producción de aire comprimido. Buscar la máxima eficacia en la producción del aire comprimido vale la pena para el usuario por varios motivos: la seguridad de suministro se verá mejorada, al tiempo que los costos de producción de aire comprimido y el consumo energético se reducirán. El potencial es enorme: Según el estudio "SAVE II" de la UE, los compresores europeos consumieron en el año mil millones de kwh, de los que al menos el 30 % podría haberse ahorrado.. Qué se entiende por economía óptima? La economía de un sistema de aire comprimido se refleja directamente en sus costos. El óptimo alcanzable en cada caso será distinto, dependiendo de las condiciones de servicio y producción. Los periodos de marcha de los compresores, el nivel de presión y otros parámetros comerciales son decisivos. Vemos aquí un ejemplo de sistema optimizado con una estación de com- presores refrigerada por aire: tiempo de funcionamiento, 5 años; precio de la corriente eléctrica, 0.08 usd$/kwh;; tipo de interés, 6 %; sobrepresión de servicio, 00 PSI; calidad del aire comprimido según la ISO 8573-: aceite residual Puesta en marcha/formación Tratamiento de condensados total Base de cálculo: 0,08 euro/kwh Tiempo de marcha: 5 años Tipo de interés: 6 %. Costes de instalación/técnica de control y mando Ilustración : estructura de los costes de un sistema de aire comprimido optimizado clase, polvo residual clase, agua residual clase 4 (ilustración ). Este ejemplo demuestra, entre otras cosas, que, incluso en condiciones óptimas, el consumo energético sigue suponiendo la mayor parte de los costos, alcanzando el 70 %. 2. Economía a largo plazo Para asegurarnos de que nuestra producción de aire comprimido va a seguir siendo eficaz durante mucho tiempo, habremos de tener en cuenta algunos puntos importantes: 2. Mantenimiento adaptado a las necesidades Los controladores internos modernos como "Sigma Control" y los controladores master como "Sigma Air Costes de inversión tratamiento Costes de inversión compresores Costes de mantenimiento tratamiento Costes de mantenimiento compresores Manager", ambos basados en un PC industrial, informan de modo exacto sobre los intervalos de mantenimiento de los componentes de la estación, permitiendo realizar un mantenimiento preventivo y ajustado a las necesidades. El resultado son unos costos menores de mantenimiento, una mejora de la economía y la fiabilidad del sistema y, en consecuencia, una Costes de energía tratamiento Sobrepr. de servicio: 7,5 bar Refrig. por aire Calidad del aire comprimido Aceite (acorde a la ISO 8573-) Polvo Agua 4 Costes de energía compresores mayor seguridad de la producción. 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 comprimido, sino también en el consumo. Por ejemplo, cuando se adquieren máquinas de producción a buen precio, pero que exigen una presión de servicio mayor. El hecho de tener que elevar la presión del aire o ampliar el sistema de producción de aire comprimido supondrá un gasto mucho mayor que si se adquieren máquinas capaces de funcionar a una presión menor (por ejemplo, a 89 PSI). 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 comprimido. Ilustración 2: aparato para medir el consumo de aire comprimido. El flujo volumétrico se determina midiendo la presión diferencial con ayuda de una tubería de medición instalada en la conducción 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 los distintos turnos de producción están a la 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 esa razón, el suministro de aire comprimido deberá adaptarse a las condiciones cambiantes 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 comprimido a las necesidades Seguridad en el suministro Es habitual equipar las estaciones de aire compri- mido con un Ilustración 3: los compresores de reserva deben contar también con una unidad extra de tratamiento para garantizar la calidad del aire. Ilustración 4: estación con unidades de tratamiento para dos calidades diferentes de aire comprimido compresor de reserva. Sin embargo, en el tratamiento del aire comprimido suelen no preverse reservas de seguridad. Si el consumo de aire comprimido aumenta, el compresor en stand by se pondrá en marcha, pero la calidad del aire comprimido sufrirá un empeoramiento por falta de capacidad de tratamiento. Por lo tanto, por cada compresor de reserva que se instale, será lógico instalar también 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 comprimido 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 capaz de suministrar la calidad deseada (ilustración 4). Para garantizar dicha calidad deberá instalarse un dispositivo para limitar el volumen de flujo de calidad superior. De otro modo, el sistema de tratamiento podría sufrir una sobrecarga de flujo, ya que estará diseñado para un caudal máximo, como es natural. 2.4 Control de fugas Las fugas aparecen incluso en las redes de aire comprimido mejor mantenidas, y además tendrán tendencia a ir creciendo. 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 inmediatamente. Además, es recomendable medir con regularidad el alcance total de las fugas con ayuda de medios modernos de control y vigilancia, como el "Sigma Air Manager". Si se registra un aumento de las pérdidas de aire, las fugas deberán localizarse y repararse. 3. La gestión correcta de los costos es una garantía de ahorro Los datos analíticos recabados durante la planificación, una vez actualizados, son interesantes también para el servicio posterior. Pero no será necesario realizar análisis adicionales para recopilar datos posteriormente. Sistemas como Sigma Air Manager hacen el trabajo por usted. Así se crea una base ideal para realizar auditorías de aire comprimido online, lo cual contribuye también a una mejor gestión de los costos (ilustración 5). Cuantos más usuarios mejoren la transparencia de sus costes de aire comprimido, saquen provecho de su potencial de ahorro y den importancia Reducción del consumo energético y los costes Ilustración 5: con una gestión sistemática, el usuario tendrá los costes de aire comprimido siempre bajo control. al alto rendimiento energético al adquirir los componentes de su estación de aire comprimido, 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

19 Cada vez más usuarios eligen Kompressoren Redacción Publica: KOMPRESSOREN GmbH, Carl-Kaeser-Str. 26, Coburg, Alemania. Teléfono: ; telefax: ; Internet: Redacción: Michael Bahr (Dpto. de Prensa), Erwin Ruppelt Diseño/grafismo: Martin Vollmer, Ralf Günther Fotografía: Marcel Hunger Impresión: Schneider Printmedien GmbH, Reußenberg 22b, Weidhausen Para la reproducción de este catálogo, aunque sólo sea parcialmente, deberá contarse con una autorización por escrito del editor.

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