INSUMOS
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Pautas para optimizar la generación de aire comprimido Jose Luis Ordóñez Jiménez Periodista
Menores gastos energéticos, mejores costos operativos.
La generación de aire comprimido permite el suministro de flujos constantes de aire limpio y seco en una planta, pero algunos componentes ocasionan desperdicios y altos costos operativos con pérdidas económicas que afectan directamente el desempeño de una empresa. Por lo que un control efectivo de los elementos empleados para la generación y la transmisión aire comprimido, optimizará los costos operativos.
El insumo más utilizados en la industria para accionar herramientas neumáticas, equipos de control automático y sistemas de transporte, entre otros, es el aire comprimido, un elemento que genera grandes cantidades de energía de forma segura y fiable, por lo que es utilizado por empresas dedicadas a procesos de fundición, metalmecánicos, petroleros, químicos, y de igual manera, para el procesamiento de plástico, vidrio, textiles, la elaboración de muebles, y muchos más. La producción de aire comprimido representa un alto uso de energía para las empresas, pues para que un compresor suministre los psi (libra por pulgada cuadrada) necesarios, requiere de altos consumos de kW/h, por lo que su uso puede calificarse como uno de los más costosos en cuanto a total de energía consumida se refiere, si se tiene en cuenta que para aumentar cada psi de presión, es necesario un mayor porcentaje de energía.
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El óptimo estado de cada uno de los elementos que componen una red de aire comprimido, como los compresores, la red, las herramientas y equipos, permite mejorar el uso de la energía eléctrica requerida para su operatividad.
Por ejemplo, para que un compresor, en optimas condiciones, produzca 80 CFM (pies cúbicos por minuto), requiere alrededor de 20 hp (caballos de fuerza), y un consumo de 15 a 16 kW/h, lo cual representa, en promedio, un costo de energía, en Colombia, según datos presentados para enero de 2015 1, de $3.000 de kW/h, dicho consumo superaría anualmente los $15 millones aproximadamente. Si ha ese gasto energético se le suman las pérdidas de aire por fugas o por falta de mantenimiento de los equipos, además de la energía consumida por otros elementos anualmente, como la maquinaria y los computadores, entre otros, representará una alta inversión económica para la compañía, que de no ser controlada, incrementará los costos operativos en la generación de aire comprimido. Según datos presentados por la Unidad de Planeación Minero Energética de Colombia (UPME) y Colciencias2, el aproximado de lo que puede representar una fuga anualmente para un sistema convencional que opere de forma continua, con un costo de la electricidad de US$ 0.5 por kW/h, y una presión de descarga de 115 psi, es la siguiente: Diámetro de la fuga
Costo anual, USD/año
1/16 “
$ 523
1/8”
$ 2095
1/4 “
$8382
Por ello, inspeccionar y medir el consumo de energía de un sistema de aire, las tasas de flujo, la presión y el porcentaje de fugas, es vital para controlar el consumo en la producción de aire comprimido, y con ello reducir, no solo los costos de energía, sino los tiempos muertos que se producen por reparaciones inesperadas o
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INSUMOS mantenimientos correctivos que no se encuentran presupuestados en una jornada de trabajo.
Componentes de un sistema de aire comprimido industrial
A continuación, se describirán los factores que se deben tener en cuenta para optimizar la operatividad en una red de aire comprimido, desde la detección de fugas de aire y la elección del compresor de aire adecuado, hasta la consultoría prestada por empresas nacionales en pro de la mejora en los procesos industriales.
Compresores
Controlar la corriente eléctrica y las fugas Las pérdidas en los sistemas de aire comprimido –que pueden representar hasta un 30%, y en casos extremos, hasta el 50% de la producción de aire en una empresa– son comunes, pero si una planta cuenta con un mantenimiento adecuado del sistema y controles periódicos en la red, las pérdidas no sobrepasan el 10% de la producción de los compresores, que es un promedio estimado y aceptado dentro de los costos de operación de una empresa.
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Para el ingeniero Javier Enríquez, gerente de ventas y marketing de SFM Compresores, “Las fugas se pueden presentar en la red, la maquinaria o las herramientas. Y para determinar el punto exacto, lo recomendable es medir la presión justo
Controladores de flujo Filtros de succión y aire comprimido Sistema de enfriamiento de compresor Secadores Trampas y drenajes Sistema de distribución de aire
en la salida de los compresores de aire y compararla con la presión que está justo a la entrada de la herramienta final de aplicación; al comparar esas presiones, si no son iguales, inevitablemente existe una pérdida. Por lo que se debe evaluar cada uno de los puntos con los que cuente la red de aire, y determinar de cuánto es la pérdida y a qué se debe”. Si la pérdida se presenta por desgaste en alguno de los elementos que la componen, es necesario evaluar el funcionamiento de las máquinas y las herramientas neumáticas, y determinar si su ciclo de funcionamiento se ajusta a los tiempos de uso y, de ser necesario, realizar el respectivo mantenimiento, o en un caso extremo, el remplazo de la máquina o la herramienta.
Controlar las fugas existentes en la red, por medio de inspecciones periódicas, permitirá mejorar los consumos energéticos e la misma.
Elección del equipo adecuado Otro de los factores que permiten optimizar la generación de aire comprimido, es la verificación de la capacidad de los compresores, debido a que cada red debe contar con los componentes indicados que permitan las presiones de aire exactas para su uso. Si las fugas en la red fueron controladas, pero se siguen presentan fluctuaciones en los flujos de aire, es un indicativo de que alguno de los componentes del compresor se encuentra en mal estado, y es necesario verificar, tanto el estado de los compresores, como la capacidad para los que fueron diseñados y determinar si deben o no ser remplazados. Por esta razón, es necesario verificar que los compresores no estén sub dimensionados –que no genere el suficiente aire para suplir la red– o sobredimensionados –que generen más de lo que soporta o necesita la red–, mediante una evaluación técnica que defina si el compresor que se encuentra en funcionamiento es el indicado para la empresa, puesto que de nada sirve tener una red neumática al ciento por ciento, si no se cuenta con los equipos apropiados. Si los compresores producen más de lo requerido por la empresa, están consumiendo más energía de la necesaria. Si están generando menores niveles de los requeridos, se está sobre cargando la capacidad del compresor, y con ello, reduciendo su ciclo de vida. De aquí la importancia de elegir el compresor ideal para cada tipo de industria. Si bien, en el mercado nacional existe gran variedad de tipos de compresores –con paletas, turbo, Roots, helicoidales–, los sistemas de tornillo y pistón son los más utilizados en la industria, por lo que un comparativo entre ellos –de la energía utilizada, los ciclos de trabajo, y la temperatura del aire suministrado– permitirá conocer sus características, y con ello determinar cuál es la opción más
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INSUMOS Compesor de pistón
Compesor de tornillo
Un cálculo importante para minimizar los costos operativos, es el número de máquinas o herramientas neumáticas a las cuales se les va a proveer el aire, y su frecuencia de uso. Para el ingeniero Enríquez, la simultaneidad con la que se usen las máquinas es crucial, “pues si un taller cuenta con cuatro herramientas neumáticas, y se usan dos al mismo tiempo, pueden usar un compresor de pistón; pero si se usan las cuatro a la vez, es mejor uno de tornillo para generar menores consumos eléctricos”.
La elección del compresor adecuado depende directamente del flujo de aire requerido por cada proceso industrial.
indicada para la generación del aire comprimido que requiere un tipo de industria en particular. (Véase cuadro comparativo Compresores: Pistón Vs Tornillo).
la compra de un compresor de tornillo es mayor, el retorno de inversión es más rápido, debido a las ventajas operativas y ahorros energéticos que proporciona.
Una de las principales razones por la que se adquiere un compresor de pistón es el precio, el cual es más bajo que uno de tornillo; pero al compara factores como la eficiencia y la productividad, se puede observar que si bien la inversión inicial en
Al tener en cuenta cada una de las características de los compresores para invertir en el más indicado, se está contribuyendo a un retorno de inversión positivo, que se ajusta a cada una de las necesidades reales de la industria.
Si las máquinas o herramientas neumáticas se usan de manera frecuente, se recomienda contar con un compresor de tornillo el cual está diseñado para permanecer largos periodos de tiempo en funcionamiento. Por el contrario, si las herramientas neumáticas no se usan de manera continua, es una mejor opción el uso de un compresor de pistón. Con dicha diferenciación, los consumos energéticos estarán acorde con la producción de la empresa y se optimizarán los costos de operación por cada ciclo de trabajo.
Compresores: Pistón Vs Tornillo Característica Pico de energía: Los gastos energéticos se incrementan cuando se generan altos picos de corriente dentro de una empresa y no se mantienen flujos estables. Ciclo de trabajo: Son el porcentaje del tiempo que un compresor puede operar sin riesgo de sobrecalentamiento.
Compresor de pistón
Compresor de tornillo
Permanecen una mayor parte del tiempo apagados, y al prender, genera altos pico eléctricos que consumen mayor corriente, hasta que se normaliza, y vuelve a apagase.
Al momento en el que un compresor de tornillo enciende, su pico de energía es bajo, se normaliza rápidamente y se mantiene estable, por lo que no es necesario apagarlo.
Puede suministrar un flujo de aire estable por un periodo corto de tiempo.
Tienen un ciclo de trabajo de El tipo de flujo de trabajo en cada empresa será lo que 100% y pueden operar contidetermine la elección del compresor. nuamente.
Operan a temperaturas internas de 148 °C a 204 °C, en promedio.
Actualmente existen compresores de tornillo con enfriadores incluidos, con el objetivo de disminuir la temperatura del aire comprimido a medida que sale del compresor, sin requerir de un sistema aparte del compresor. A diferencia del compresor de pistón el cual genera aire con mayor temperatura, que requiere de una enfriador y un secador que complementen el sistema.
Calor y humedad: El aire comprimido caliente generado por los compresores, puede contener mayores grados de humedad, por lo que es necesario el uso de componentes adicionales para su secado.
Opera a temperaturas entre 76 °C a 93 °C.
Consideración Los consumos de corriente eléctrica son menores en los sistemas de tornillo, por lo que una industria que necesite de flujos de aire constantes, verá beneficiado sus costos operativos. Mientras que una empresa con una baja productividad, que no requieran flujos de aire constantes, puede desarrollar sus procesos con un sistema de pistón que enciende únicamente cuando así lo requiera.
Industrias con flujos de producción altos, se verán beneficiados con el trabajo de un compresor de tornillo, mientras que pequeñas compañías con flujos de trabajos menores, pueden optar por compresores que operen, únicamente, en el momento que así lo requiera.
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INSUMOS
Para una mejor calidad del aire Debido al amplio rango de uso que tiene el aire comprimido en la industria es necesario verificar que su procesamiento genere aire de calidad que no afecte el funcionamiento de los demás proceso que requieren de este insumo. Por ejemplo, en procesos como la aplicación de pintura, esta no puede mezclarse con aire que contenga humedad o partículas de grasa, ya que presentará acabados con imperfecciones que retrasarán los procesos productivos, debido a que la pieza defectuosa tendrá que pintarse de nuevo, lo que ocasionará pérdidas de tiempo y dinero. Dentro de las fallas que puede presentar una red para generar aire de baja calidad, se encuentran:
Consecuencias Óxido en la tubería de distribución. Caídas de presión por la red. Fallas aceleradas en los elementos neumáticos. Alto índice de rechazos. Disminución de la productividad de los equipos de producción.
Fallas Tener tanque húmedo sin drenaje automático. No tener secador. Conectar el compresor directo al secador. Alta temperatura ambiente en la sala de compresores. Utilizar el secador inadecuado para las necesidades. Con información de: www.kaeser.com
Si el flujo de aire presenta humedad o residuos de aceite, es un indicativo que algo está funcionando mal en el equipo, y para determinar qué lo está ocasionando, un procedimiento a tener en cuenta es el mantenimiento de las herramientas de trabajo, ya que la ausencia de este
Cuadro comparativo de compresores de pistón y tornillo Características Nivel sonoro Vibración Funcionamiento Temperatura final del aire Temperatura interna de operación Panel de control
Pistón
Tornillo
80 a 90 decibeles
60 a 70 decibles
Mayor
Menor
50% de carga, 50% detenido
100% de carga
38 ºC por arriba de la temperatura ambiente
5 ºC por arriba de la temperatura ambiente
148 ºC a 204 ºC
76 ºC a 93 ºC
No
Si
Con información de: airumlogistic.com y airecomprimidokaeser.com
procedimiento incrementará los problemas técnicos, lo que aumentarán los gastos económicos de producción.
Consultoría para un buen futuro
Los filtros en mal estado, el desgaste en componentes que permiten la circulación de aire en la red como la tubería, las uniones, y las conexiones entre los compresores, la red y las herramientas, permitirán filtraciones de impurezas como suciedad, óxido, residuos de aceite lubricante y humedad que, además de genera un aire comprimido ineficiente, en ocasiones originan averías en las instalaciones y elementos neumáticos.
Si bien los costos operativos de una empresa están directamente relacionados con el consumo y una adecuada administración de la energía eléctrica, la correcta elección de la maquinaria, realizar los mantenimientos preventivos periódicos y verificar la calidad de la tubería, permitirán aumentar la eficiencia de la red.
Por ello, y gracias a la evolución en el desarrollo de los compresores en cuanto a su diseño, funcionalidad y capacidad tecnológica, el mantenimiento de la red, los compresores, la maquinaria y las herramientas, debe realizarse cada tres meses en promedio. Los mantenimientos preventivos son seguimientos por parte del técnico especializado, para inspeccionar la funcionalidad del equipo y que todos sus componentes estén operando de manera correcta. Estos seguimientos pueden ser desarrollados por la compañía proveedora de la maquinaria, o por un técnico de la empresa capacitado para tal fin. Si este seguimiento se hace de manera frecuente se garantiza la hermeticidad del sistema para que no filtre aire o genere ruidos molestos para los operarios; que el equipo no presente fugas, y opere en óptimas condiciones, con consumos de energía óptimos.
Actualmente, las redes de aires pueden ser diseñadas con tuberías, tanto de polipropileno, como de aluminio. Los flujos de aire que presenta una red de polipropileno son de calidad, siempre y cuando se tengan todas las medidas de cuidado necesarias, pero si la empresa piensa optimizar su operatividad, puede optar por el cambio a una red de aluminio, la cual permite mejorar la presión de aire en la red, y por consiguiente, si la presión de descarga se reduce, se presentarán ahorros de energía en el sistema. Para dicho cambio, es necesario contar con una correcta planeación de la red, para desarrollar un óptimo montaje que permita proyectar el consumo energético, y obtener una red totalmente funcional y rentable. Como lo resalta el ingeniero Javier Enríquez, “para que una red neumática de aire opere de manera adecuada, debe estar bien calculada y bien diseñada, por lo que la consultoría para hacer el trabajo debe
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Foto: airbestpractices.com Foto: img.directindustry.es
Una debida planificación del diseño de una red de aire comprimido, permitirá contar con un sisteman que suministre el aire necesario para un determinado tipo de producción industrial.
ser de calidad, porque de lo contrario, inevitablemente, presentará pérdidas económicas y productivas a futuro”. Para aquellas empresas que ya cuentan con una red en uso, y desean realizar un nuevo diseño de su red, o hacer un cálculo de la misma para verificar su operatividad, existen empresas dedicadas a la consultoría para redes de aire comprimido, que les permitirán determinar si el diseño actual cumple con los requerimientos de la producción, o si la actualización de la red les beneficiará económica y operativamente. Las consultorías para la planeación del montaje de redes permiten establecer diseños con menores números de uniones, dobleces, codos y ángulos, para que el caudal de aire tengan menores recorridos, lo que generará presiones estables. Una asistencia de este tipo da mayor confianza a las empresas que piensan en establecer una res de este tipo, al igual que para aquellas que quien optimizar su producción. Citas 1) Datos tarifarios especificados para el Sector No Residencial, Industrial Sin Contribución, Doble Horaria Nivel 3 (rango de kilovatios hora), según tarifas de energía eléctrica ($/kWh) reguladas por la Comisión de Regulación de Energía y Gas, enero 2005. Publicada por Codensa. 2) Estudio, Eficiencia Energética en los Sistemas de Aire Comprimido, un proyecto de la Unidad de Planeación Minero Energética de Colombia (Upme) y el Instituto Colombiano Para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología. “Francisco José de Caldas” (Colciencias), tomado de www.si3ea.gov.co.
Fuentes • Javier Enríquez, gerente de ventas y márquetin de SFM Compresores.
[email protected] • Diego Fernando Bravo. Gerente Bravo Inversiones.
[email protected] • sfmcompresores.com - airecomprimidokaeser.com - si3ea.gov.co - ien. com - kaeser.com