14 abril 2011

Eficiencia energética en instalaciones de aire comprimido (2ª PARTE)


ver 1ª PARTE

TÉCNICAS DE AHORRO ENERGÉTICO

Control maestro del sistema

Como vimos en la primera parte de este artículo, se requiere un control maestro del sistema para coordinar todas las funciones necesariaas para optimizar el aire comprimido. Los controles maestros del sistema trabajan con todas las marcas y tipos de compresores, y pueden coordinar la operación del compresor satélite, o en diferentes edificios.

Un control maestro del sistema apropiadamente configurado puede determinar la respuesta más eficiente energéticamente a eventos que ocurran en el sistema.

Un grupo de compresores normalmente consiste en varios compresores de carga/descarga. El control maestro selecciona los compresores para producir la demanda requerida, evitando que los compresores trabajen en régimen de descarga.

Ahorrando el consumo específico con variadores de velocidad variable

La velocidad variable se acepta como un medio eficiente de control de la capacidad del compresor rotatorio, usando variadores AC de frecuencia variable integrados. La velocidad del compresor se eleva cuando cae la presión de descarga y vice versa. Con este tipo de control, la presión de descarga del compresor puede mantenerse dentro de límites estrechos, resultando una presión de descarga más baja. Tampoco hay consumo de descarga. Mediciones en laboratorio muestran que puede conseguirse un mayor ahorro cuando se eleva la variabilidad del perfil de la demanda. El ahorro de hasta un 40 % no es la excepción.

La integración de un compresor VSD en un sistema de control reducirá el consumo específico del aire comprimido mejorando la estabilidad de la presión del sistema y eludiendo el funcionamiento sin carga de los compresores de base.

Para obtener los mejores resultados es importante que la capacidad del compresore de velocidad variable sea mayor que la variación del caudal. De otro modo, ocurren huecos de regulación. Para ciertas demandas de caudal, el sistema de regulación no tiene respuesta óptimca y el compresor trabaja sin carga.
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Mejorando la eficiencia de produccción reduciendo la temperatura de admisión de aire

Los modelos termodinámicos muestran que la temperatura de entrada del aire más alta provoca que se requiera más potencia para hacer funcionar el compresor. El consumo de energía se eleva aproximadamente 0,3 % por grado celsius. Las instalaciones bien diseñadas usan aire exterior y tienen la admisión en el lado norte del edificio, y lejos de fuentes de calor como los conductos de vapor, quemadores, hornos, etc. Estas medidas pueden resultar en una reducción de la temperatura de admisión en 10 ºC, ahorrando alrededor del 3,5 % de la energía.

Distribución eficiente energéticamente del aire comprimido

El rendimiento del sistema de aire comprimido se realza típicamente por el uso de secadores, pero ya que requieren costes de operación y capital añadido (incluyendo energía), el secado solamente se realizará según el grado que se necesite para el funcionamiento apropiado y uso final del equipo .

La selección de un secador de aire comprimido se basará en el punto de rocío de presión requerida y el coste estimado de operación.

Los secadores de tipo refrigerante son los más comunes y proporcionan un punto de rocío de 2 ºC, que es aceptable para muchas aplicaciones.

Las torres gemelas, los secadores de tipo desecante son las más efectivas en la retirada de humedad desde el aire y tipicamente se clasifican a un punto de - 20 ºC. La regeneración del desecante se purga por aire o por calor.

Realzando el rendimiento del sistema usando secadores

El rendimiento del sistema de aire comprimido se realza típicamente por el uso de secadores, pero ya que añaden costes de capital y operación (incluyendo energía), el secado solamente será realizado al grado que se necesite para el funcionamiento apropiado del equipo y uso final.

La selección de un secador de aire comprimido se basará en el punto de rocío de presión requerido y el coste de operación estimado.

Los secadores de tipo refrigerante son los más comunes y proporcionan un punto de rocío de presión de 2 ºC, que es aceptable para muchas aplicaciones.

Las torres gemelas, secadores de tipo desecante son los más efectivos en la retirada de la humedad del aire y se clasifican típicamente a un punto de rocío de - 20 ºC. La regeneración del desecante se hace ya sea por aire purgado o por calor. Los tipos especiales son los secadores regenerativos, que usan el calor generado durante la compresión para llevar a cabo la regeneración del desecante.

El uso apropiado del aire comprimido puede ahorrar mucha energía

Como se ha discutido anteriormente, el aire comprimido es una forma muy cara de energía. Para ilustrarlo; del consumo de energía total para la reducción de aire comprimido, el 10 % se convierte en energía útil y el 90 % se convierte en calor. Pero también está limpio, fácilmente disponible y simple de usar. Como resultado de ello, el aire comprimido a menudo se elige para aplicaciones en las que otras fuentes de energía son más económicas. Los usuarios por lo tanto  deben considerar siempre otras formas más efectiva en costes de energía antes de considerar el aire comprimido.

Los ejemplos de usos inapropiados del aire comprimido incluyen soplado en abierto, aspiración, generación de vacío y refrigeración de armarios. Se usan otras tecnologías alternativas como sopladores, ventiladores o bombas de vacío. También debe considerarse el uso de herramientas eléctricas en vez de herramientas neumáticas, ya que ahorramos el 90 % de la electricidad.
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Las pérdidas cuestan mucho dinero, pero pueden reducirse

Las pérdidas de aire no son evitables en un sistema de aire comprimido. A menudo, representan una fuente significativa de energía derrochada en un sistema de aire comprimido industrial. Una planta típica que no se haya mantenido bien es probable que tenga pérdidas de un 20 % o más altas. La detección de pérdidas proactiva y la reparación puede reducir pérdidas a menos del 10 % de la producción del compresor.

Una forma fácil de estimar la tasa de pérdidas es determinar la carga promedio y el tiempo de descarga del compresor, cuando no hay demanda en el sistema. Las pérdidas pueden estimarse dividiendo el tiempo en carga por el tiempo de ciclo total.

Si bien las pérdidas pueden venir de cualquier parte del sistema, las áreas de problemas más comunes son:
  • Acoplamientos, mangueras, tubos y accesorios.
  • Reguladores de presión.
  • Trampas de condensado abiertas y cerradas.
  • Equipos no operando.
Ya que las pérdidas son casi imposibles de ver, y no pueden siempre ser escuchadas, deben usarse otros métodos para localizarlas. La mejor forma de detectar pérdidas es usar un detector acústico ultrasónico, que puede reconocer los silbidos de alta frecuencia asociados con pérdidas de aire.

Una presión de salida inferior da como resultado un mayor ahorro energético.

El aire que se comprime a una presión más alta que lo necesario es un derroche de energía. Nuestro modelo termodinámico muestra que una presión de salida más alta demanda una mayor potencia en el compresor para la misma cantidad de aire comprimido.

El consumidor que necesita la presión más alta a menudo determina la presión de salida. En muchos casos, es útil dividir la red en una presión neta baja y una presión neta alta, que es alimentada por un un compresor diferente.

Ejemplo de cálculo de ahorro potencial:

Un taller requiere aire comprimido a 11 bares y 6 bares. El caudal requerido de cada uno es de 10 m3/s. Para proporcionar 20 m3/s a 11 bares, se necesita una potencia mecánica de 10162 kW. En un sistema separado, la alta presión necesita 5081 k, y la baja presión neta necesita 3720 kW, generando un ahorro energético de 13.4 %

El sistema de distribución a menudo necesita ser diagnosticado por tener una caída de presión en exceso, resultando una presión de salida demasiado alta del compresor. Un sistema diseñado apropiadamente tendrá una pérdida de presión mucho menor del 10 % de la presión de descarga del compresor.

Hay también otras penalizaciones para presiones más altas que las necesarias. La elevación de la presión de descarga del compresor incrementa la demanda de cada uso no regulado, incluyendo pérdidas, soplado abierto, etc.

Los sistemas de recuperación de calor pueden tener pay-backs de menos de dos años

Una parte importante de la energía mecánica se convierte en calor. Una gran parte de esto puede recuprarse bajo la forma de aire caliente o agua caliente.

Bibliografía: Compressed air. Power Quality & Utilisation Guide. Leonardo Energy

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- Hablando de eficiencia energética en hospitales.
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