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Optimización en la generación
de aire comprimido:
Menores gastos energéticos,
mejores costos operativos
Jose Luis Ordóñez Jiménez
Periodista
La generación de aire comprimido permite el suministro de flujos constantes de aire limpio
y seco en una planta. Los elementos que componen esta red deben demandar bajos costos
operativos que no representen pérdidas económicas que afecten directamente el desempeño
de una empresa, de allí la importancia de realizarles controles efectivos que permitan la
optimización de los costos operativos.
Foto: sullairargentina.com
E
l insumo más utilizado en laEl estado óptimo de los elementos que componen una red de aire comprimido, como los compresores, las herramientas y equipos, mejora 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), re-quiere alrededor de 20 hp (caballos de fuerza), y un consumo de 15 a 16 kW/h, lo cual representa, en prome-dio, un costo de energía, en Colombia, según datos presentados para enero
de 2015 1, de $3.000 por kW/h; dicho
consumo superaría anualmente los $15 millones, aproximadamente. Y si ha dicho gasto energético se le suman las pérdidas de aire por fugas o por falta de mantenimiento de los equipos, anualmente la inversión eco-nómica para una compañía puede te-ner un alza del 30%, en promedio. Según datos presentados por la Uni-dad de Planeación Minero Energética
de Colombia (UPME) y Colciencias 2,
un aproximado de lo que puede repre-sentar una fuga anual para un sistema convencional que opere de forma con-tinua, con un costo de la electricidad de US$0.5 por kW/h, y una presión de descarga de 115 psi, es la siguiente:
fugas de aire y la elección del com-presor de aire adecuado, hasta la consultoría que prestan empresas nacionales en pro de la mejora en los procesos industriales.
Controlar la corriente
eléctrica y las fugas
Las pérdidas en los sistemas de aire comprimido –que pueden representar hasta un 30%, y en casos extremos, hasta el 50% de la producción de aire en una empresa– son comunes, pero si una planta realiza un mantenimien-to adecuado del sistema y controles periódicos en la red, las pérdidas no sobrepasan el 10% de la producción de los compresores, un promedio esti-mado y aceptado dentro de los costos de operación de una empresa.
Para el ingeniero Javier Enríquez,
ge-rente de ventas y marketing de SFM
Compresores: “Las fugas se pueden presentar en la red, la maquinaria o las herramientas. Para determinar el punto exacto, lo recomendable es medir la presión justo en la salida de los compresores de aire y comparar-la con comparar-la presión que está justo a comparar-la entrada de la herramienta final de
Diámetro
de la fuga Costo anual, US$/año
1/16 “ 523
1/8” 2.095
1/4 “ 8.382
Por ello, inspeccionar y medir el consu-mo de energía de un sistema de aire, las tasas de flujo, la presión y el porcen-taje de fugas, es vital para controlar el consumo energético 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 manteni-mientos correctivos no presupuestados en una jornada de trabajo.
A continuación, se describirán los fac-tores a tener en cuenta para optimi-zar la operatividad en una red de aire comprimido, desde la detección de
aplicación; al comparar esas presio-nes, si no son iguales, existe una pér-dida. Por ello se debe evaluar cada uno de los puntos con los que cuente la red de aire, y determinar de cuán-to es la pérdida y a qué se debe”. Si la pérdida se presenta por desgas-te en alguno de los elementos es ne-cesario evaluar el funcionamiento de las máquinas y las herramientas neu-máticas, y determinar si su ciclo de funcionamiento se ajusta a los tiem-pos de uso y, de ser necesario, rea-lizar el respectivo mantenimiento, o en un caso extremo, el remplazo de la máquina o la herramienta.
Componentes de un sistema de aire comprimido industrial
Compresores Controladores de flujo
Filtros de succión y aire comprimido Sistema de enfriamiento de compresor Secadores
Trampas y drenajes
Sistema de distribución de aire
Los diferentes componentes de una red de aire com-primido deben recibir mantenimientos preventivos y correctivos para asegurar una estabilidad en el flujo de aire en toda la red.
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Según Leonardo Bueno Gaitán, ase-sor de ventas de Neumática del Cari-be S.A., para una correcta optimiza-ción en la generaoptimiza-ción de aire compri-mido es necesario tener en cuenta: 9 Una presión de 100 psi en un
orifi-cio de 1/8”, expulsa 26 CFM de aire comprimido, (véase tabla Descar-ga de aire a través de un orificio), lo que representa una fuga que, al año, alcanza los $11.739.000. De-terminar el tamaño de las fugas y corregirlas a tiempo es vital para un proceso de optimización.
9 Medir y/o regular la presión del sistema. Recuerde que cada 2 psi que incrementa la generación de aire, representan el 1% en consu-mo de potencia instalada. Lo que
Foto: repor ts.niss an.global.com + ms ph.f r Controlar las fugas existentes en la red, por medio de inspecciones periódicas, permitirá mejorar los consumos energéticos de la misma.
Fórmula para determinar el costo energético de operación de un motor eléctrico
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐵𝐻𝑃 ∗ 0.746 𝐻𝑃 𝑎 𝐾𝑤 ∗ 𝐻𝑜𝑟𝑎 𝑠 𝑎 𝑙 𝑎 ñ𝑜 ∗ 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝐾𝑤 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
Para calcular el costo energético que genera la operación de un motor eléctrico de .0 HP ó 1.1 BHP, el cual produce en promedio 4 CFM, se tiene en cuenta: Potencia = 1.1 BHP
Horas al año = 8.000 Costo Kw = $250
Eficiencia del motor = 0.95
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 = 1.1 ∗ 0.746 ∗ 8.000 ∗ 250 0.95
Lo que indica que 1 HP representa en la factura de energía $1.728.000 al año.
anualmente puede representar $1.728.000, esto según el cálculo del costo energético que genera un motor eléctrico. (Véase Fórmu-la para determinar el costo ener-gético de operación de un motor eléctrico).
9 Elija tecnologías de baja caída de presión, módulos en vez de filtros de línea y equipos libres de aceite (utilizados en procesamientos de alimentos), en vez de filtraciones redundantes y tuberías de aluminio, así genera aire limpio y sin fugas. Si la red presenta fluctuaciones en los flujos de aire, es un indicativo de que alguno de los componentes del com-presor se encuentra en mal estado, y es necesario verificar, tanto el estado
de los compresores, como la capacidad para la que fueron diseñados y deter-minar si deben o no ser remplazados. Por esta razón, es necesario verificar que los compresores no estén subdi-mensionados –que no genere el sufi-ciente aire para suplir la red– o sobre-dimensionados –que generen más de lo que soporta o necesita la red– mediante una evaluación técnica; 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 me-nores niveles de los requeridos, se está sobre cargando la capacidad del compresor, y con ello, reduciendo su ciclo de vida. De aquí la importan-cia de elegir el compresor ideal para cada tipo de industria.
Elección del equipo
adecuado
Si bien, en el mercado nacional existe gran variedad de tipos de
compreso-res –con paletas, turbo, Roots,
helicoi-dales– los sistemas de tornillo y pistón
Descarga de aire a través de un orificio
Presión del orificio. psi
Diámetro del orificio en pulgadas
1/64 1/32 1/16 1/8 1/4 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 1
Descarga de aire en ft³ por minuto
1 .028 0.112 0.450 1.80 7.18 16.2 28.7 45.0 64.7 88.1 115 2 .040 0.158 0.633 2.53 10.1 22.8 40.5 63.3 91.2 124 162 3 .048 0.194 0.775 3.10 12.4 27.8 49.5 77.5 111 152 198 4 .056 0.223 0.892 3.56 14.3 32.1 57.0 89.2 128 175 228 5 .062 0.248 0.993 3.97 15.9 35.7 63.5 99.3 143 195 254 12 .095 0.379 1.52 6.07 24.3 54.6 97.0 152 218 297 388 15 .105 0.420 1.68 6.72 26.9 60.5 108 168 242 329 430 20 .123 0.491 1.96 7.86 31.4 70.7 126 196 283 385 503 30 .158 0.633 2.53 10.1 40.5 91.1 162 253 365 496 648 50 .229 0.916 3.66 14.7 58.6 132 235 366 528 718 938 100 .406 1.62 6.49 26.0 104 234 415 649 934 1272 1661
Compresores: Pistón Vs Tornillo
Característica Compresor de pistón Compresor de tornillo Consideración
Pico de energía:
Los gastos energéticos se incre-mentan cuando se generan al-tos picos de corriente dentro de una empresa y no se mantienen flujos estables.
Permanecen una mayor par-te del tiempo apagados, y al prender, genera altos pico eléctricos que consumen mayor corriente, hasta que se normaliza, y vuelve a apa-gase.
Al momento en el que un compresor de tornillo en-ciende, su pico de energía es bajo, se normaliza rápida-mente y se mantiene estable, por lo que no es necesario apagarlo.
Los consumos de corriente eléctrica son menores en los sistemas de tornillo, por lo que una industria que nece-site de flujos de aire constantes, verá beneficiado sus costos operativos.
Mientras que una empresa con una baja productividad, que no requiera flujos de aire constantes, puede desa-rrollar sus procesos con un sistema de pistón que en-ciende únicamente cuando así lo necesite.
Ciclo de trabajo:
Es el porcentaje del tiempo que un compresor puede operar sin riesgo de sobrecalentamiento.
Puede suministrar un flujo de aire estable por un perio-do corto de tiempo.
Tienen un ciclo de trabajo de 100% y pueden operar conti-nuamente.
El tipo de flujo de trabajo en cada empresa será lo que determine la elección del compresor.
Calor y humedad:
El aire comprimido caliente ge-nerado por los compresores, puede contener mayores grados de humedad, por lo que es ne-cesario el uso de componentes adicionales para su secado.
Operan a temperaturas in-ternas de 148 °C a 204 °C, en promedio.
Opera a temperaturas entre 76 °C a 93 °C.
84 Visítenos en: www.revista-mm.com La elección del compresor adecuado depende directamente del
flujo de aire requerido por cada proceso industrial.
son los más utilizados en la industria. Un comparativo entre ellos –de la energía utilizada, los ciclos de trabajo, y la temperatura del aire suministra-do– permitirá conocer sus caracterís-ticas, y con ello determinar la opción más indicada para la generación del aire comprimido según cada tipo de industria. (Véase cuadro comparativo Compresores: Pistón Vs Tornillo). Al tener en cuenta cada una de las ca-racterísticas de los compresores para invertir en el más indicado, se está con-tribuyendo a un retorno de inversión positivo, que se ajusta a cada una de las necesidades reales de la industria. Una de las principales razones por la que se adquiere un compresor de pistón es el precio, pues es más bajo que uno de tornillo. El precio de los compresores de pistón se encuentra entre un millón y dieciocho millones de pesos , mientras que los de torni-llo oscilan entre los doce y doscien-tos millones de pesos, Dichos pre-cios, para cualquiera de los dos tipos de compresores, varía en función de la marca, su procedencia, y la capaci-dad y tipo de motor que integre. Pero al comparar factores como la eficiencia y la productividad, se pue-de observar que si bien la inversión inicial en la compra de un compresor de tornillo es mayor, el retorno de inversión se da más rápido debido
Compesor de pistón Compesor de tornillo
Comparativo de compresores de pistón y tornillo
Características Pistón Tornillo
Nivel sonoro 80 a 90 decibeles 60 a 70 decibles
Vibración Mayor Menor
Funcionamiento 50% de carga, 50% detenido 100% de carga
Temperatura final del aire 38 ºC por arriba de la temperatura ambiente 5 ºC por arriba de la temperatura ambiente Temperatura interna de operación 148 ºC a 204 ºC 76 ºC a 93 ºC
Panel de control No Si Con información de: airumlogistic.com y airecomprimidokaeser.com
Foto: Cor tes ía Sf m Com pres or es
a las ventajas operativas y ahorros energéticos que ofrece.
Vale señalar que la frecuencia de uso de las herramientas neumáticas es un factor a tener en cuenta al momento de adquirir un compresor; pues si las máquinas o herramientas neumáti-cas se usan permanentemente se re-comienda invertir en un compresor de tornillo el cual está diseñado para permanecer largos periodos de tiem-po en funcionamiento.
Por el contrario, si las herramientas neumáticas no se usan de mane-ra continua es una mejor opción un compresor de pistón. Con dicha dife-renciación, los consumos energéticos estarán acordes con la producción de la empresa y se optimizarán los costos de operación por cada ciclo de trabajo.
Para el ingeniero Enríquez, de SFM Compresores, 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, puede usar un compresor de pistón; pero si se usa las cuatro a la vez, es mejor uno de tornillo para generar menores consu-mos eléctricos”.
Para una mejor
calidad del aire
Debido al amplio rango de uso que tie-ne el aire comprimido en la industria es necesario verificar que su procesamien-to genere aire de calidad que no afecte el funcionamiento de los demás proce-sos que requieren de este insumo. Por ejemplo, en procesos como la aplicación de pintura, esta no puede mezclarse con aire que contenga hu-medad o partículas de grasa pues los acabados presentarán imperfecciones que retrasarán los procesos producti-vos; una pieza defectuosa tendrá que pintarse de nuevo, lo que ocasionará pérdidas de tiempo y dinero.
86 Visítenos en: www.revista-mm.com Verificar el estado de cada uno de los filtros permitirá que el aire
no contenga impurezas que afecten su calidad.
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 la ra-zón, un procedimiento a aplicar es el mantenimiento de las herramientas de trabajo. La ausencia de este pro-cedimiento incrementará los proble-mas técnicos y, por ende, los gastos de producción.
Los filtros en mal estado, el desgas-te en componendesgas-tes que permidesgas-ten la circulación de aire en la red y en la tubería, las uniones y las conexiones entre los compresores, la red y las herramientas, permitirán filtracio-nes de impurezas (suciedad, óxido, residuos de aceite lubricante y hu-medad) que, además de generar un aire comprimido ineficiente, en oca-siones originan averías en las instala-ciones y elementos neumáticos. Por ello, y gracias a la evolución en el desarrollo de los compresores, la maquinaria y las herramientas en cuanto a su diseño, funcionalidad y capacidad tecnológica, el manteni-miento de estos equipos –que an-teriormente se realizaba de manera frecuente– hoy en día debe realizar-se cada tres merealizar-ses en promedio. El costo de mantenimiento para un compresor de pistón puede oscilar entre los $150.000 y $300.000; y
Fallas Consecuencias
Tener tanque húmedo sin drenaje automático. Óxido en la tubería de distribución. No tener secador. Caídas de presión por la red.
Conectar el compresor directo al secador. Fallas aceleradas en los elementos neumáticos. Alta temperatura ambiente en la sala de compresores. Alto índice de rechazos.
Utilizar el secador inadecuado para las
necesida-des. Disminución de la productividad de los equipos de producción.
Con información de www.kaeser.com
entre $200.000 y $1.5 millones para los de tornillo, el costo depende del tipo de tecnología, motor, potencia, entre otras características, con las que cuente el compresor.
Verificar la correcta operación del sis-tema y realizar mantenimiento perió-dicos, (controles y auditorias con per-sonal experto) permitirán reduccio-nes de fugas de entre el 20% y 30%. Los mantenimientos preventivos son seguimientos que realiza el técni-co especializado para inspeccionar la funcionalidad del equipo, y para que todos sus componentes estén operando de manera correcta. Estos seguimientos pueden ser desarrolla-dos por la compañía proveedora de la maquinaria, o por un técnico de la empresa capacitado para tal fin. Si el seguimiento se hace de manera frecuente se garantiza la hermeticidad del sistema para que no filtre aire o
genere ruidos molestos para los ope-rarios; además, evitará que el equipo no presente fugas considerables, y opere en condiciones óptimas, con bajos consumos de energía.
Consultoría para
un buen futuro
Si bien los costos operativos de una empresa están directamen-te relacionados con el consumo y la adecuada administración de la energía eléctrica, la correcta elec-ción de la maquinaria, realizar los mantenimientos preventivos pe-riódicos y verificar la calidad de la tubería, aumentará la eficiencia de la red.
Como lo explica Enríquez, “para que una red neumática de aire opere de manera adecuada debe estar bien calculada y bien diseñada. La con-sultoría para hacer el trabajo debe ser de calidad, de lo contrario pre-sentará, inevitablemente, pérdidas económicas y productivas a futuro”. Las consultorías de diagnóstico especializado en sistemas de aire comprimido, ofrecidas como servi-cio adiservi-cional, indica el ingeniero Ja-vier Enríquez de SFM Compresores, pueden oscilar entre los $100.000 y $250.000 por hora. El costo varía a razón del tipo de empresa, la plan-ta, el sistema de aire, los equipos a diagnosticar y la red neumática, en-tre otros factores.
Foto: Cor tes ía SFM Com pr es or es
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88 Visítenos en: www.revista-mm.com Una debida planificación del diseño de una red de aire comprimido permitirá contar con un
sistema que suministre el aire necesario para un determinado tipo de producción industrial.
“Dicho servicio es frecuentemente solicitado cuando una empresa de-sea optimizar costos energéticos. La mayoría de las veces, los clientes satisfechos manifiestan que gracias al dinero invertido en la consultoría, pudieron ahorrar millones de pesos por año”, resalta Enríquez.
De igual forma, se ofrecen servicios de capacitación y entrenamiento em-presarial, ya sea en el centro de for-mación de la empresa capacitadora, o directamente en las instalaciones de la compañía que lo requiera, para instruir a los operarios y personal adicional que tenga acceso a la ma-nipulación de los equipos.
El costo de dicha instrucción, –que puede oscilar entre los US$50 hasta los US$150 por hora, dependiendo del número de personas; tipo de con-tenido, requerimientos especiales y locaciones– incluye la certificación del curso desarrollado.
Los costos en la inversión de una red de polipropileno son meno-res a los de una de aluminio, por lo general las empresas acogen al polipropileno para el desarrollo de sus redes; además que posee ca-racterísticas de resistencia, flujo,
limpieza y manipulación, similares a las del aluminio, con un costo ocho veces menor.
El precio de una red neumática de polipropileno por metro oscila entre los $90.000 y $160.000 –la de alumi-nio puede alcanzar los $720.000–, lo que depende de factores como el tipo de red; altura de la instalación; número de técnicos a cargo de la ins-talación; accesorios; tipo de anclaje; número de bajantes; número de sa-lidas para aplicaciones neumáticas, entre otros factores.
En definitiva, para aquellas empresas que ya cuentan con una red en uso, y desean realizar un nuevo diseño o hacer un cálculo de la misma para verificar su operatividad, en el país existen empresas dedicadas a la con-sultoría para redes de aire comprimi-do, que les permitirán determinar si el diseño actual cumple con los re-querimientos de la producción, o si la actualización de la red les beneficiará económica y operativamente. Las consultorías para la planea-ción del montaje de redes permi-ten establecer diseños con meno-res números de uniones, dobleces, codos y ángulos, para que el caudal
de aire tengan menores recorridos, lo que generará presiones estables. Una asistencia de este tipo da mayor confianza a las empresas que pien-san en establecer una red de este tipo, al igual que para aquellas que quieren optimizar su producción.
Citas
1) Datos tarifarios especificados para el Sector No Residencial, Industrial Sin Contribución, Doble Horaria Nivel 3 (rango de kilovatios hora), según tarifas de energía eléctrica ($/ kWh) reguladas por la Comisión de Regula-ción de Energía y Gas, enero 2005. Publicada por Codensa.
2) Estudio, Eficiencia Energética en los Siste-mas 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 Tecnolo-gía. “Francisco José de Caldas” (Colciencias), tomado de www.si3ea.gov.co.
Fuentes
• Javier Enríquez, gerente de ventas y
már-quetin de SFM Compresores.
gerenciaven-tas@sfmcompresores.com
• Diego Fernando Bravo, gerente de Bravo
Inversiones. diego@bravoinversiones.com
• Leonardo Bueno Gaitán, asesor de ventas
de Neumática Del Caribe S.A.
leonardo.bue-no@neucaribe.com
• sfmcompresores.com - airecomprimidokae-ser.com - si3ea.gov.co - ien.com - kaeairecomprimidokae-ser.com
