Universidad de la serena Ciencias de los Materiales
Confiabilidad del suministro y ahorro
de energía
Aire comprimido
Integrantes:
Rodrigo Cortés Díaz Carrera: ingeniería civil
Industrial Código: 2501
Introducción
El aire comprimido es un insumo clave para la operación minera, por lo que existe una fuerte preocupación por contar con equipos más eficientes, confiables y que garanticen menores costos.
Presente en las más diversas etapas del proceso productivo de la industria minera, el aire comprimido constituye una fuente energética vital para las operaciones de la faena, tan relevante como la electricidad y los combustibles. No obstante esta situación, muchas veces este insumo no es debidamente valorado por los usuarios, lo que se traduce en un mal uso o importantes pérdidas.
Si bien la mayoría de las personas lo pensarían dos veces antes de abastecerse de agua de la red industrial o de sacar derivaciones de gas para procesos no incluidos dentro del diseño inicial de la planta, no ocurre lo mismo con el aire comprimido. En las plantas se encuentran derivaciones para usos tan diversos como enfriamiento de motores, soplado permanentes para limpieza de puestos de trabajo e incluso para ventilación personal. Usos "no adecuados" como los descritos anteriormente le quitan capacidad al sistema, limitando su respuesta ante eventuales consumos "legítimos", es decir, consumos propios del proceso productivo para el cual se diseñó e implementó la red existente de aire comprimido.
Desarrollo
El aire comprimido es vital para las operaciones mineras, ya sea como fuente de energía, como medio de transporte de líquidos y sólidos, como insumo para un proceso o como medio de transmisión de señales para instrumentación y control. Muchas de las operaciones críticas de una faena minera están constantemente ligadas al suministro adecuado de aire comprimido.
¿Qué es el aire comprimido?
El aire comprimido es un gas incoloro, insípido e inodoro. El aire es sometido a una presión por medio de un compresor que lo deshumidifica, filtra, y comprime.
Usos y aplicaciones del aire comprimido
Los principales usos del aire comprimido son:
1- Para transmitir potencia, es de vital importancia en el funcionamiento de herramientas neumáticas
2- Para proveer aire de combustión
3- Como medio de transporte de elementos y partículas 4- Para facilitar una reacción química, como el vulcanizado. 5- Elevadores neumáticos.
6- Destornilladores automáticos. 7- Tornos de dentista.
8- Equipos de minería (taladros roto-percutores, martillos picadores, lámparas, ventiladores y muchos otros).
9- Arranque de motores de avión.
Debido a que el aire comprimido es generado por los compresores. Estos se clasifican según su funcionamiento, aplicación y el gas que utilizan. Dentro de los más importantes, destacan:
1- Compresores dinámicos
2- Compresores de desplazamiento positivo 3- Compresores alternaticos
4- Compresores rotativos 5- Compresores reciprocantes
Un ejemplo de compresores dinámicos es un ventilador (el más simple) que usamos para aumentar la velocidad del aire a nuestro entorno y refrescarnos. Se utiliza cuando se requiere mucho volumen de aire a baja presión.
En la minería se ocupan compresores de desplazamiento positivo para accionar martillos perforadores. Los compresores de desplazamiento positivo Aumentan la presión al reducir el volumen, a veces con pistones, tornillos o compartimentos plásticos
Diagrama de tipos de compresores
Imagen: bomba de paletas de desplazamiento positivo y sistema de engranajes para reductor.
Compresores Desplazamiento positivo Rotativo De lobulos De tornillo De paletas Alternativo Dinamico Centrifugo Flujo axial
Perdidas de energía
Para un mejor rendimiento del compresor de aire se deben evitar las fugas. Al comprimir aire, se requiere energía, por lo que las fugas, son perdidas de energía. Las perdidas por fugas, varían desde un 5% a un 10% en instalaciones con un buen mantenimiento y hasta un 30% e incluso 50% en instalaciones descuidadas. Según un estudio elaborado por el Departamento de Energía de Estados Unidos, el 10% de toda la energía eléctrica consumida en ese país se emplea para generar aire comprimido. Así lo destaca Camilo Tavera, Regional Manager Southern Cone de Ingersoll Rand, firma con una amplia tradición en el desarrollo en soluciones de aire. Según el estudio el promedio de las empresas analizadas de los más diversos sectores productivos, entre el 45% y 55% del aire que se consume se destina a labores que no tienen un uso legítimo, es decir, efectivamente vinculado con el proceso productivo.
Ahorro de energía y sistemas de control de compresores
El aire comprimido es un insumo clave para la operación minera, por lo que existe una fuerte preocupación por contar con equipos más eficientes, confiables y que garanticen menores costos. El ahorro energético es esencial en los sistemas de aire comprimido, ya que el consumo de energía representa normalmente más del 80% del costo del ciclo de vida de un compresor. Aunque los sistemas de aire comprimido representan una media del 10% del consumo eléctrico industrial, pueden suponer hasta el 40% de la factura de electricidad de una planta.
Hoy en día comprimir aire cuesta 25% menos que hace 20 años, sobre todo gracias a los avances tecnológicos y al mejor diseño de los equipos.
En lo que a eficiencia energética se refiere, los últimos 15 años han sido muy importantes. El primer compresor creado bajo el concepto de “equipo eficiente” fue el compresor de velocidad variable modelo GA 90 VSD (Variable Speed Drive), diseñado a comienzos de los ’90; a Chile el primer compresor de estas características llegó en 1994. Con la aplicación de estas máquinas se pueden lograr ahorros de hasta un 35% de la energía que consume una planta de aire comprimido; eso va a depender del perfil de consumo.
Un sistema de control de aire comprimido se selecciona para satisfacer la demanda de aire de la manera más económica. El incremento de la eficiencia puede ser obtenida por medio de sistemas de control sobre la premisa que muchos compresores trabajan la mayoría del tiempo por debajo de su máxima carga. Un compresor que opera parcial o totalmente descargado por una apreciable cantidad de tiempo, puede consumir hasta un 75% de su potencia a plena carga, por el bajo factor de potencia y la reducción de la eficiencia del motor.
Confiabilidad del suministro de aire
Generalmente se tiende a tratar el tema de la confiabilidad del suministro de aire mediante la adición de capacidad de generación. Se agregan compresores y equipos de tratamiento, en la medida en que se haga necesario de acuerdo con el comportamiento observado en la planta. Esto crea la noción de que un sistema confiable es simplemente un sistema sobredimensionado en su capacidad de generación, que cuente con compresores de respaldo.
Un sistema sobredimensionado tendrá eventualmente la capacidad suficiente para cubrir la demanda total del sistema. Sin embargo, disponer de una gran planta de compresores no es suficiente: es preciso también contar con el sistema de regulación y la capacidad de almacenamiento adecuados para que los equipos entren en carga y salgan de carga cuando el consumo del sistema lo requiera, y no ante señales de presión que pueden generarse al interior mismo de la tubería de conducción de aire comprimido, producto de almacenamiento insuficiente o consumos de grandes volúmenes. Otro factor que se debe tener en cuenta para garantizar el suministro de aire es la entrada de los compresores de respaldo. Estos deben ser integrados al sistema de control automático para poder ser puestos en marcha sin la intervención del operario, ante una eventual falla de uno de los compresores principales (esto garantiza que se pondrán en marcha de inmediato cuando se requieran). Es importante tener en cuenta el tiempo que tarda un compresor de respaldo desde el momento en que recibe la señal de partida hasta que entra en condición de carga. El aire acumulado en el sistema debe suplir los requerimientos de consumo durante este lapso, de lo contrario la presión del sistema caerá, con lo cual se afecta la eficiencia del secado y filtración y se pueden ver comprometidos los procesos productivos.
Conclusiones
Lo más importante en una minera o fábrica es reducir la perdida de energía ya que esto implica mayor gasto de dinero.
El aire comprimido es de suma importancia en los labores de minería y también de cualquier tipo de industria por lo que se está en una constante búsqueda de compresores que entreguen una mayor eficiencia y que puedan reducir el gasto de energía que estos requieren y a la vez, con esto reducir el gasto energético de toda la planta. Los sistemas de aire comprimido representan como promedio un 10% del consumo eléctrico industrial, lo que podría llegar a ser a lo más un 40% de la factura de electricidad de una planta, y según estos números, el ahorro de energía tiene que ser vital para así reducir los costos.
Por lo tanto, se debe evitar todo tipo de gasto de energía innecesario incluyendo esto las fugas, ya que estas son una de las principales perdidas de energía que presentan los compresores en especial a los que las mantenciones están en segundo plano.
Bibliografía
Revista: Minería Chilena. Año 24/N°284/Febrero 2005/ es.wikipedia.org
www.mch.cl
www.quiminet.com
Eficiencia energética en la minería – proenergia sac
