ndiceIntroduccin ____________________________________________ 4 Ahorro de energa en sistemas de aire comprimido. ___________ 5 Compresores _________________________________________ 5 A.- Compresores reciprocantes de una y dos etapas __________ 5 B.- Compresores rotativos de desplazamiento positivo. ________ 5 C.- Compresores libres de aceite. _________________________ 6 Motores ______________________________________________ 6 Controladores _________________________________________ 6 Equipos para tratamiento de aire y otros accesorios _________ 7 Subsistema de distribucin de aire _______________________ 7 Elementos de una Planta de Aire Comprimido ______________ 8 El sistema de aire comprimido ___________________________ 8 Rendimiento de los Sistemas de Aire Comprimido __________ 9 La calidad del aire _____________________________________ 9 Cantidad de aire (capacidad) ___________________________ 11 Nivel de presin requerido ______________________________ 12 Mejoras de Rendimiento y Ahorro de Energa ______________ 12 Determine el nivel de fugas de su sistema _________________ 13 Localice las fugas ____________________________________ 13 Elimine las fugas encontradas ___________________________ 14 Defina un programa preventivo de fugas___________________ 14 Minimice las cadas de presin __________________________ 14 Aspectos generales _________________________________ 15 Determine que causa una alta cada de presin ___________ 15 Controle la presin en el sistema ________________________ 16 Aspectos generales _________________________________ 16 Reduccin de la presin en el sistema de distribucin _______ 16 Reduccin de la presin en el sistema de compresin ______ 17 Ventajas de reducir la presin en el sistema ______________ 18 Recuperacin de Energa en Sistemas de Aire Comprimido __ 18 Recuperacin de calor para calentamiento de aire ___________ 18 Recuperacin del calor para calentamiento agua ____________ 19

Anlisis de Casos Prcticos en Sistemas de Aire Comprimido 20 Caso Prctico 1. Empresa Maderera _____________________ 20 Caso Prctico 2. Empresa de Estampados _________________ 20 Caso Practico 3. Optimizacin de Sistema de Aire Comprimido en Empresa Embotelladora _______________________________ 21 Mejora del Almacenamiento ___________________________ 22 Incorporar un Control de Flujo _________________________ 22 Filtros de Alta Eficiencia ______________________________ 23 Reduccin de Fugas de Aire __________________________ 23 ANEXO _______________________________________________ 26 Mantenimiento del Sistema de aire comprimido ____________ 26 Listado bsico de mantenimiento para un sistema de aire comprimido _________________________________________ 26 Recomendaciones ____________________________________ 27 Conclusin ____________________________________________ 29 Bibliografa ____________________________________________ 30

IntroduccinEl aire comprimido es uno de los servicios que con frecuencia utilizan las Industrias. Es verstil y seguro; se emplea como un fluido de limpieza, refrigerante, elemento transportador, activador de herramientas neumticas y de diversos sistemas de control; adems, puede mezclarse con varios productos y resulta indispensable en infinidad de maquinara. En la actualidad, muchos procesos robotizados no se conciben sin este importante recurso. Se usa en forma intensiva en la pequea y mediana empresa, principalmente en los sectores industriales de alimentos, textil, del vestido, maderera, mueblera, papelera, qumica y del plstico, entre otros. Sin embargo, su costo generalmente no se asocia a los costos de produccin, a pesar de que utiliza, sin lugar a dudas, una cantidad sumamente significativa de energa, por lo que llega a ser mucho ms caro que la electricidad, el gas y, en algunos casos, que el agua. Tpicamente, un sistema de aire comprimido, con una vida promedio de 10 a 15 aos, divide sus gastos en un 83% de electricidad, 13% en inversiones de capital y 4% en mantenimiento. A diferencia de otros servicios, el aire comprimido se genera directamente en las instalaciones del usuario, esto permite tener elementos de control para su adecuada utilizacin. El entender y poner especial atencin a la forma en que operan estos sistemas, permite identificar y aprovechar una serie de oportunidades para incrementar su desempeo, hacer un uso eficiente de la energa, aumentar la calidad, la productividad y, por ende, la competitividad de nuestra empresa.

Ahorro de energa en sistemas de aire comprimido.En general, los sistemas de aire comprimido estn compuestos por cinco subsistemas principales: 1. compresores, 2.motores, 3. controladores, 4. tratamiento de aire y 5. El subsistema de distribucin de aire. Dada la importancia de cada uno de los subsistemas mencionados y de cmo deben ser trabajados para un mejor desempeo y para obtener ahorros de energa, a continuacin se describe cmo se puede mantener o mejorar su desempeo. Compresores Existe en el mercado una gran variedad de compresores y la mayora de ellos son diseados para trabajar en etapas mltiples, dado que, bajo este diseo, trabajarn de forma ms eficiente, debido a que ahorran energa al ir enfriando el aire entre etapas, reduciendo, con ello, el volumen y el trabajo requerido para comprimir el aire. A pesar de esto, la gran mayora de los compresores industriales se fabrican de una sola etapa, ya que de esta forma los costos de manufactura son menores. El desempeo y la eficiencia de los 3 tipos ms comunes de compresores, se explican a continuacin.

A.- Compresores reciprocantes de una y dos etapas Los compresores reciprocantes de una sola etapa, generalmente, son enfriados por aire; normalmente son pequeos y no requieren de grandes cimentaciones; sin embargo, son los menos eficientes con relacin a los dems. Los compresores reciprocantes de dos etapas son, generalmente enfriados por agua o aire y requieren de grandes cimentaciones. Los compresores de etapas mltiples o multietapas, usualmente son considerados como los ms eficientes, pero tanto su costo inicial como su costo de instalacin son altos y los requerimientos de mantenimiento tambin son importantes.

B.- Compresores rotativos de desplazamiento positivo. Los compresores rotativos tipo tornillo, lubricados por inyeccin tienen algunas ventajas por encima de los reciprocantes, incluyendo bajos costos iniciales de instalacin y mantenimiento; son pequeos, emiten muy poco ruido y vibracin, reducen los requerimientos de espacio en piso, proveen flujo continuo y no presentan las tpicas "pulsaciones" de presin, asociadas con los compresores reciprocantes. Los compresores de dos etapas son ms eficientes que los de una

sola etapa. Los lubricados por inyeccin son generalmente menos eficientes que los compresores reciprocantes de doble accin y de dos etapas, o que los compresores centrfugos de tres etapas. En general, los compresores rotativos tipo tornillo son menos eficientes a carga parcial que los compresores reciprocantes.

C.- Compresores libres de aceite. Los compresores centrfugos inherentemente son libres de aceite, pero tambin hay disponibles compresores reciprocantes y rotativos tipo tornillo con este tipo de tecnologa. Los compresores libres de aceite son apropiados para aplicaciones especficas o para cumplir con requerimientos y especificaciones relativas a leyes o normas ecolgicas. Los compresores reciprocantes y los rotativos tipo tornillo, libres de aceite, usualmente son menos eficientes que sus respectivos hermanos lubricados por inyeccin.

Motores La mayora de los sistemas de aire comprimido industriales utilizan motores elctricos como impulsores. En el 90% de los compresores se utilizan motores trifsicos, jaula de ardilla, a pesar de sus altos requerimientos de arranque, debido a su confiabilidad, niveles de eficiencia (85-95%, dependiendo de su tamao) y su excelente torque de arranque. Hoy en da, la mayora de los grandes fabricantes de sistemas de aire comprimido ofrecen paquetes de compresin con motores del tipo estndar o tambin de alta eficiencia. La intensidad de los ciclos de trabajo y de carga nos dar la pauta para adquirir motores energticamente ms eficientes, en el entendido de que su mayor costo regularmente tiene un perodo de recuperacin no mayor a un ao y se paga con los ahorros de energa obtenida por el uso de estos motores; sin embargo, los usuarios deben de considerar que estos motores de alta eficiencia, en ocasiones, tienen un torque de arranque inferior al de los motores estndar y tambin velocidades de operacin ms altas, por lo que se recomienda adecuar las velocidades de operacin al momento de remplazarlos. Controladores Se debe tener mucho cuidado con la estrategia de control de los compresores, ya que con frecuencia ste es configurado de manera errnea. Una buena estrategia de control siempre nos dar la posibilidad de que el compresor opere

eficientemente a carga parcial y con ello obtener substanciales ahorros energticos.

Equipos para tratamiento de aire y otros accesorios El equipo de tratamiento de aire, por un lado, debe eliminar toda clase de contaminantes y, por otro lado, preparar el aire para ser utilizado por todo el sistema. El nivel de acondicionamiento de aire y los accesorios que se necesita para lograrlo, con frecuencia dependen directamente de los requerimientos de la calidad del aire en el proceso. Para su ptimo desempeo, estos equipos deben ser operados a las condiciones de diseo tanto como sea posible.

Subsistema de distribucin de aire El subsistema de distribucin de aire est constituido por las lneas principales, mangueras y vlvulas (colocadas en puntos especficos de uso), reguladores de presin, lubricadores, filtros y trampas y cualquier equipo complementario de tratamiento de aire. La mayora de las fugas de aire ocurren dentro de este subsistema y, como ya se ha dicho, esto significa desperdicio de energa y un mayor mantenimiento. Estos equipos deben ser seleccionados considerando las menores cadas de presin y fugas; adems, se debe considerar el tamao adecuado de cada uno de los equipos a utilizar y hacer un adecuado lay-out para tener un buen sistema de distribucin de aire. El sistema completo de secado, filtracin y distribucin deber disearse y colocarse de tal manera que la cada total de presin, medida desde el compresor hasta el punto de uso final, sea menor al 10% de la presin total de descarga del compresor. La eficiencia del sistema puede mejorarse con una correcta seleccin, aplicacin y mantenimiento de cada componente.

Elementos de una Planta de Aire Comprimido El aire del ambiente es, por as decirlo, la materia prima en los sistemas de aire comprimido. Est compuesto bsicamente de nitrgeno (78%), oxgeno (21%), argn (0.9%) y trazas (0.1%) de bixido de carbono, nen, helio y kriptn; fsicamente es inodoro, incoloro y no tiene sabor. El aire comprimido no es otra cosa que el mismo aire del ambiente atrapado en un mecanismo donde se incrementa su presin -por la reduccin del volumen- a travs de un proceso mecnico. La mquina que realiza este trabajo es conocida como compresor, del cual existen bsicamente dos tipos: los compresores de desplazamiento positivo y los compresores dinmicos.

En los compresores de desplazamiento positivo, se aumenta la presin de un volumen determinado de gas mediante la reduccin de su volumen inicial. La compresin se verifica por el movimiento de vaivn de un embolo encerrado en un cilindro. En un compresor dinmico, el aumento de presin se obtiene aplicando a un flujo de gas, cierta velocidad (o energa cintica), que se convierte en presin al desacelerar el gas, cuando ste pasa a travs de un difusor.

El sistema de aire comprimido Un sistema de aire comprimido se divide en dos partes: el suministro y la demanda.

Del lado del suministro, se encuentra el paquete de compresin, compuesto por el compresor, el motor del compresor, controladores y equipo de tratamiento del aire, como filtros, enfriadores, secadores, tanques de almacenamiento, etc. Por el lado de la demanda, estn el cabezal principal, compuesto por las lneas principales de distribucin, mangueras, reguladores de presin, vlvulas, lubricadores, equipo neumtico, etc.

Cada uno de los elementos mencionados, tanto del suministro como de la demanda, tienen una aplicacin especfica para el mejor desempeo del sistema y, en cada caso, se deber cuidar su funcionamiento a travs de un adecuado mantenimiento.

Rendimiento de los Sistemas de Aire Comprimido Las necesidades del aire comprimido estn definidas por tres factores determinantes: 1) La calidad del aire 2) La cantidad del aire 3) El nivel de presin requerido por los usuarios finales en una planta. Si determinamos cuidadosamente estas necesidades, estaremos asegurando que la configuracin de nuestro sistema de aire comprimido ser la ms apropiada.

La calidad del aire La calidad del aire est determinada por la proporcin de humedad y de contaminacin (partculas de polvo o aceite) que permita la aplicacin final del mismo. En general, se utilizan 4 niveles de calidad en funcin de su aplicacin. En la industria se utiliza alguno de los tres primeros, como enseguida se describe:

Aire de planta. Aire que puede estar relativamente sucio y hmedo. Por sus caractersticas, es empleado en herramientas neumticas y para usos generales. Aire para instrumentos. Aire con cantidades de humedad y suciedad moderadas, por lo que es usado enlaboratorios, sistemas de aplicacin de pintura por roco o pintura en polvo, controles de climas, etc. Aire de proceso. Aire con muy poca humedad y casi nula suciedad; por sus caractersticas, es utilizado en la industria qumica, alimenticia, farmacutica y electrnica. Aire para respiracin. Aire sin humedad y totalmente libre de aceite y polvos, por lo que se usa para recargar tanques de equipos de buceo, en hospitales, consultorios dentales, etc.

Estas calidades se pueden obtener a travs de equipos de secado para controlar el nivel de humedad, y por filtracin, para el caso de partculas de polvo y aceite. Es importante subrayar que a mayor calidad del aire, mayor ser el costo para producirlo, porque una alta calidad de aire usualmente implica equipo adicional, el cual no nicamente incrementa la inversin del capital inicial, sino que tambin hace que el sistema global sea ms caro de operar en trminos de consumo de energa y costos de mantenimiento. Uno de los principales factores cuando se determina la calidad del aire comprimido, es si ste puede o no estar libre de aceite. El aire comprimido libre de aceite puede ser producido con alguno de los compresores denominados libres de aceite, o con compresores que utilizan lubricacin por inyeccin pero que tienen equipo adicional de separacin y filtracin de aceite. Los compresores rotativos tipo tornillo y los reciprocantes libres de aceite usualmente tienen un alto costo, inicial y de mantenimiento, en comparacin a los lubricados por inyeccin, sin embargo, el equipo adicional de separacin y filtracin que stos ltimos requieren, puede causar una reduccin en su eficiencia, especialmente en sistemas a los que no se les da un buen mantenimiento.

Antes de seleccionar un compresor libre de aceite o uno lubricado por inyeccin, se deber de considerar cuidadosamente las necesidades del proceso y de los equipos, esto en cuanto al nivel de aceite permitido en el aire, incluyendo en estas consideraciones el riesgo y el costo asociado de terminar con un producto contaminado. Recuerde que los compresores tienen un intervalo de eficiencia del 5 al 20% por lo que es muy importante la seleccin adecuada del equipo.

Cantidad de aire (capacidad) La capacidad del sistema de aire comprimido se determina sumando el consumo promedio requerido por cada una de las herramientas y por la operacin de cada proceso en toda la planta, tomando en cuenta factores de carga de cada uno de stos. Todo sistema puede presentar picos de demanda que se pueden satisfacer a travs de tanques de almacenamiento o tanques pulmn; stos sern ms efectivos si se localizan lo ms cerca posible de donde se requieran estas altas demandas. En muchos casos, una evaluacin cuidadosa de la demanda del sistema nos puede llevar a una adecuada estrategia de control a travs de estos tanques, de tal suerte que podamos reducir la capacidad global del compresor que se vaya a adquirir. Sobredimensionar los compresores de aire es extremadamente ineficiente, porque la mayora de los sistemas, operando a carga parcial, consumen ms energa por unidad de volumen de aire producido. Es preferible comprar varios compresores pequeos con un control secuencial de arranque, permitiendo as una operacin ms eficiente cuando la demanda es menor que la demanda pico. Si a pesar de que el sistema fue diseado apropiadamente y recibe un mantenimiento adecuado, sigue experimentado problemas de capacidad, una alternativa, antes de aadir otro compresor, es volver a analizar el uso del aire comprimido en cada una de las reas de aplicacin, ya que tal vez pueda utilizar, de manera ms efectiva, sopladores o herramientas elctricas o, tal vez, simplemente pueda detectar usos inapropiados. Otra forma efectiva de disear y operar apropiadamente un sistema de aire comprimido es evaluar su perfil de carga.

Las variaciones de demanda durante el tiempo total de uso del aire comprimido es una de las principales consideraciones cuando se disea un sistema de esta ndole. Las plantas con grandes variaciones de demanda necesitarn de un sistema que opere eficientemente bajo carga parcial; en tales casos, el uso de compresores mltiples con controles secuenciales de arranque, pueden operar el sistema de forma ms econmica. En cambio, en plantas con un perfil de carga con pocas o nulas variaciones, se pueden utilizar estrategias de control simples. Por otro lado, los usos inapropiados dan lugar a una demanda artificial ya que requieren de un exceso en el volumen de aire y, por consecuencia, una mayor presin que el requerido por las propias aplicaciones. El uso de controladores de flujo puede ayudar a minimizar esta demanda artificial.

Nivel de presin requerido El nivel de presin del sistema debe ser definido, primero a travs de los requerimientos de cada una de las herramientas que normalmente han sido probadas por los fabricantes, a su vez las presiones requeridas por los diferentes procesos deben ser especificadas por el ingeniero de proceso. Con ambos requerimientos se puede definir el nivel de presin del sistema, no olvidando que a mayor nivel de presin el sistema ser ms costoso, desde el punto de vista energtico y de mantenimiento. Por otro lado, cuando se defina el nivel de presin del sistema, se deben de tomar en cuenta las prdidas del sistema a travs de las tuberas y accesorios de los equipos adicionales, como secadores, separadores, filtros, etc.

Mejoras de Rendimiento y Ahorro de Energa Las fugas en el sistema de aire comprimido representan un problema tpico con la consecuente cada de presin en todo el sistema. Esta situacin origina varios problemas operativos como son: un trabajo ineficiente de los equipos que utilizan este servicio lo que equivale a menor productividad; un aumento en la frecuencia de los ciclos del sistema de compresin, lo cual disminuye la vida til de ste y la de los dems componentes del sistema; un aumento en los requerimientos de

mantenimiento, que incrementa los paros no programados y, por ltimo, obligar a elevar innecesariamente la capacidad del sistema de compresin.

Determine el nivel de fugas de su sistema El porcentaje de fugas, en trminos de la capacidad del compresor, deber ser menor al 10% si el sistema recibe un buen mantenimiento, de lo contrario, este porcentaje puede llegar a ser del orden del 20-30% de prdidas de la capacidad del compresor. La mayora de los compresores modernos estn dotados de medidores de tiempo que llevan un registro de los perodos de carga y no carga, por lo que un incremento en el perodo de carga para el mismo nivel de produccin, nos indica que los niveles de fugas han aumentado. Si su compresor no est equipado con un medidor, esto se puede contabilizar de manera prctica con un simple cronmetro.

Localice las fugas Debido a que la mayora de las veces las fugas del aire comprimido son imperceptibles, inodoras y prcticamente imposibles de ver, se pueden emplear diferentes mtodos para su localizacin; la mejor forma para detectarlas es mediante la utilizacin de un detector acstico ultrasnico, el cual puede reconocer la alta frecuencia de los ruidos y sonidos asociados con las fugas de aire. Sin embargo, la compra o renta de ese tipo de detectores resulte muy caras, por lo que un mtodo simple y econmico consiste en utilizar espuma de jabn, la cual se aplica con una brocha en las reas a inspeccionar. Las fugas pueden estar localizadas casi en cualquier parte del sistema; sin embargo, comnmente se localizan en: acoplamientos, mangueras, tubos, reguladores de presin, trampas abiertas de condensados, vlvulas fuera de operacin, sellos de las tuberas, desconexiones y juntas en mal estado, por mencionar algunas. La tubera de distribucin ubicada en el exterior est ms propensa a la corrosin, debido a la humedad del ambiente y del aire comprimido; si bien es cierto que el equipo de secado ayuda, siempre considere la opcin de utilizar tubera de plstico en esas reas.

Elimine las fugas encontradas Eliminar una fuga puede ser tan sencillo como apretar bien una conexin o tan complejo como reparar el accesorio con falla; pero, en general, el gasto para eliminarla siempre ser ms econmico que el costo de no hacerlo. Para limitar las fugas de aire comprimido en las horas de produccin, instale vlvulas de aislamiento en todos los ramales las cuales, adems, nos ayudarn a aislar equipos que no sern utilizados por largo tiempo. Se recomienda utilizar vlvulas del tipo bola, ya que son fciles de abrir y cerrar. Cuando requiera agregar equipos que utilicen aire comprimido, haga la menor cantidad de uniones posibles. En ocasiones, para eliminar algunas fugas es necesario esperar hasta que se lleve acabo un paro programado de la planta; mientras tanto, puede localizar o marcar las fugas con una seal de alerta y eliminarlas cuando el paro se presente. Una manera de minimizar el problema de fugas de aire es reducir la presin del sistema, ya que entre ms bajo sea el diferencial de presin a travs del orificio de la fuga, ms baja ser la cantidad de flujo de aire perdido.

Defina un programa preventivo de fugas Un buen programa preventivo de fugas debe incluir los siguientes componentes: identificacin (incluyendo marcado), ajuste, reparacin, verificacin e involucramiento de todos los empleados. Todos los usuarios involucrados con el sistema de aire comprimido deben cumplir este programa preventivo de fugas. Al efecto, se sugiere formar equipos en los que participen personas que puedan tomar decisiones y, por supuesto, la gente de produccin. La prevencin de fugas debe ser parte de un programa global, en el que se pruebe el desempeo de los sistemas de aire comprimido. Una vez que se detectan y reparan las fugas, el sistema debe de ser nuevamente evaluado.

Minimice las cadas de presin La "cada de presin" es un trmino utilizado para caracterizar la reduccin en la presin del aire desde la descarga del compresor hasta el punto final de uso. La

cada de presin ocurre cuando el aire comprimido viaja, primero, a travs del equipo de acondicionamiento (secadores, filtros, etc.) y, segundo, cuando lo hace a travs de todo el sistema de distribucin. Implementando algunas acciones correctivas, se pueden lograr importantes reducciones en el consumo energtico; por esto, a continuacin se presentan algunas ideas para minimizar las cadas de presin en su sistema.

Aspectos generales

La cada de presin no debe ser mayor del 10% entre la planta de compresin y el punto ms alejado de consumo, por lo que se recomienda mantenerla entre 5 y 15 psi como mximo. Cadas de presin mayores a los valores sealados darn como resultado un desempeo pobre del sistema y, por lo tanto, un consumo excesivo de energa ya que por cada 2 psi de cada de presin se tendr un aumento aproximado de un 1% en el costo equivalente de la potencia consumida por el compresor. Por lo anterior, antes de incrementar la presin de operacin en los puntos de uso, trate primero de reducir la cada de presin del sistema, porque al incrementarla, adems de aumentar el consumo de energa, acentuar precisamente los problemas de cadas de presin y de fugas dentro del sistema.

Determine que causa una alta cada de presin

Para identificar que componentes causan una alta cada de presin, mida la presin en mangueras, tuberas, conectores, conexiones, filtros, reguladores, vlvulas, etc. y, del lado del suministro del sistema, mida la presin en los separadores de aceite, postenfriadores, separadores de humedad, secadores y filtros. Inspeccione su instalacin en busca de tramos de tubera daada, cuyo dimetro se haya reducido por golpes; adems, busque codos, reducciones y conectores daados, y cmbielos. Recuerde que la mxima cada de presin en los puntos del lado del suministro ocurre cuando la cantidad de flujo de aire comprimido y la temperatura son altas, por lo que, para poder minimizarlas, debemos mantener el sistema tan cerca como se pueda del diseo original del mismo.

Por lo anterior, seleccione y mantenga dentro de las especificaciones de diseo todos los equipos utilizados para acondicionar el aire, o bien, trate de comprar equipos que le den una menor cada de presin para mximas condiciones de operacin. Cercirese de que los reguladores de presin, mangueras, conexiones, etc., tengan las mejores caractersticas de desempeo a presiones diferenciales bajas. Asegrese de mantener siempre limpios los componentes, principalmente filtros y secadores, a travs de un programa de mantenimiento.

Controle la presin en el sistema Muchas plantas de aire comprimido operan, por ejemplo, en carga total a una presin de descarga de 100 psi y en vaco a una igual o mayor 116 psi. Por otro lado, es tpico encontrar que la mayora de los equipos y de las herramientas operan eficientemente con un suministro de aire de 85 psi o menos. Esto nos lleva a pensar que podemos, en algunos casos, reducir la presin de descarga de nuestro sistema de compresin, o bien, reducir solamente la presin del sistema de distribucin o, en el mejor de los casos, reducir ambas presiones.

Aspectos generales

Antes de realizar cualquier cambio a su sistema, revise si la presin de descarga de su compresor fue determinada considerando las cadas de presin a travs de filtros, tuberas, reguladores, mangueras, etc., de tal suerte que se asegure la presin requerida en los equipos de uso final. Si una aplicacin en particular requiere una presin alta, en lugar de aumentar la presin de operacin de todo el sistema, utilice un regulador de elevacin (booster), que le puede dar el doble de presin pero, si por el contrario, requiere aire comprimido de ms baja presin que el resto del sistema, se puede ahorrar energa utilizando reguladores de aire que suministren esa baja presin y bajo flujo.Reduccin de la presin en el sistema de distribucin

El reducir y controlar la presin del sistema de distribucin, esto es, desde el tanque de recepcin primario hasta los puntos de utilizacin nos puede resultar en una reduccin en el consumo de energa del 10% o ms, aun cuando la presin de

descarga del compresor no haya sido cambiada. Adems, mejora el desempeo global del sistema, ya que se reducen los niveles de fugas y se minimizan los problemas de cadas de presin, aumentando con ello capacidad del sistema. Por otro lado, se reducen los esfuerzos en los componentes y en los equipos en operacin; por ello, si su sistema requiere cantidades significativas de aire comprimido, especifique los equipos que operen con bajos niveles de presin. Sin embargo, recuerde que una reduccin en la presin podra requerir modificar o cambiar algunos componentes de acuerdo a las nuevas presiones, tales como controladores, filtros, etc. Es importante hacer estos cambios para evitar que cualquier variacin en la demanda cause una disminucin en los puntos de uso y que los equipos no operen de forma adecuada; el hacer esto tendr un costo, pero normalmente ste se recupera rpidamente. Revise que se haya especificado la presin real que utilizarn sus equipos; a menudo se comete el error de especificar la presin promedio del sistema, lo que trae como resultado un alto costo en la operacin del mismo, dado que los equipos trabajarn entre la presin de descarga y su presin de trabajo; adems, habr fugas y el sistema se ir ensuciando, por lo que sus equipos trabajarn, a una presin menor de la que requieren.Reduccin de la presin en el sistema de compresin

Recuerde que a mayor presin mayor ser el consumo de energa; por ello, asegrese de que el diseo de su sistema de aire comprimido no haya considerado nicamente los requerimientos de presin mxima, sobre todo cuando unos cuantos usuarios sern los que la utilicen en estos niveles. Ciertamente reducir la presin del sistema nos da ahorros significativos pero, antes de hacerlo, revise el desempeo del compresor a diferentes presiones de descarga. Si realmente no existe problema con el compresor, cuando reduzca la presin no olvide ajustar el control del mismo para la nueva demanda y, de ser posible, poder apagarlo o ponerlo en modo sin-carga para obtener mayor reduccin en el consumo de energa. Cuando calcule el consumo promedio de aire comprimido de la planta, estime el total que requiere a baja presin (35 a 50 psi) y el total en alta presin (arriba de 50 psi) y si cualquiera de stos constituyen de un 20% a un 30% ms que otro, entonces le conviene tener un sistema de baja presin (LP) y uno de alta presin (HP).

Ventajas de reducir la presin en el sistema

Se reducen proporcionalmente los niveles de fugas, puesto que el nivel de fugas es alto en un sistema que trabaja a alta presin solamente; por otro lado, se reducen los costos de operacin global, adems, de que el desgaste o deterioro del compresor es menor a baja presin. Aumenta la vida til de instrumentos, vlvulas, etc., ya que la presin alta tiende frecuentemente a daar las uniones, empaques, etc., y en algunos casos se reduce la inversin al no tener que comprar vlvulas reductoras. Recuperacin de Energa en Sistemas de Aire ComprimidoEntre un 80% y un 93% de la energa elctrica utilizada por un compresor de aire industrial se convierte en calor. En la mayora de los casos, con un diseo apropiado de la unidad de recuperacin de calor, se puede recuperar desde un 50% hasta un 90% de esa energa trmica disponible, la cual puede ser utilizada para el calentamiento de aire o de agua; por ejemplo, se puede usar para precalentar el agua tratada de compensacin en calderas. Aun cuando la cantidad de energa trmica recuperable es alta, usualmente no es suficiente como para producir vapor. Exceptuando esto ltimo, son considerables los ahorros en energa derivados del uso del calor recuperado. A continuacin se presentan las formas de recuperar dicha energa trmica y sus posibles aplicaciones.

Recuperacin de calor para calentamiento de aire Los compresores rotativos tipo tornillo enfriados por aire, son muy susceptibles para la recuperacin del calor, que puede ser utilizado para calefaccin de espacios u otros usos. El aire del ambiente es calentado al pasar a travs del sistema del post-enfriador y del sistema de enfriamiento del lubricante, en donde se extrae el calor tanto del aire comprimido como del aceite que se usa para lubricar y enfriar el compresor. Dado que los compresores son encerrados en gabinetes, regularmente incluyen intercambiadores de calor y ventiladores; la nica modificacin que requerira el sistema, sera el adicionar ductos y otro ventilador para manejar la carga en estos y para eliminar cualquier contrapresin en el ventilador de enfriamiento del compresor. Los sistemas de recuperacin de calor anteriormente descritos se pueden regular para mantener una temperatura constante mediante un simple control de

termostato; por ejemplo, en invierno se puede enviar el aire a travs de ductos a alguna oficina o al comedor de la planta y, en verano, cuando el aire caliente no es requerido, se puede enviar hacia fuera del edificio. Como regla general, se pueden obtener aproximadamente 50,000 Btu/hora de energa por cada 100 cfm de capacidad a plena carga, a una temperatura de 15C y a 20C por encima de la temperatura del aire de entrada, por lo que es normal obtener eficiencias de recuperacin del orden del 80% al 90%. No obstante, se debe de tener precaucin, porque si la toma de aire del compresor no es externa y el calor recuperado es utilizado en otro espacio, se puede reducir la presin esttica en el gabinete y reducir la eficiencia del compresor; pero si la toma del compresor es del exterior del cuarto de compresores, se debe utilizar aire de retorno para prevenir daos al compresor cuando la temperatura del aire est por debajo de la temperatura de congelamiento. La recuperacin del calor para calefaccin no es comn en compresores enfriados por agua, ya que se requiere de un paso extra de intercambio de calor y la temperatura del calor disponible es baja en este tipo de compresores. Dado que en la actualidad los compresores enfriados por agua son un poco ms grandes, es factible recuperar calor para calefaccin y, en algunos casos, esta aplicacin puede ser atractiva con eficiencias de recuperacin de entre un 50% y un 60 %.

Recuperacin del calor para calentamiento agua Con un intercambiador de calor tambin es posible extraer el calor de desperdicio de los aceites lubricantes utilizados, tanto en compresores reciprocantes como en compresores rotativos tipo tornillo, enfriados por agua, para producir agua caliente, potable o no potable. El agua caliente se puede utilizar en un sistema central de calentamiento, en el sistema de calderas, en procesos de limpieza, en bombas de calor, baos, lavanderas y en cualquier otra aplicacin en donde se requiera agua caliente. Los intercambiadores de calor tambin ofrecen la oportunidad de producir aire y agua caliente al mismo tiempo, permitiendo al operador definir la relacin entre la cantidad de agua y aire que va a calentar.

Anlisis de Casos Prcticos en Sistemas de Aire Comprimido

Caso Prctico 1. Empresa Maderera Proyecto para ahorro de energa elctrica desarrollado en empresa que procesa madera ubicada en Durango, referente a la optimizacin del sistema de aire comprimido a travs de la sustitucin del compresor actual de 100 hp por uno de 50 hp. Accin Concreta Sustitucin del compresor Gardner Denver de 100 HP. Por 1 compresor marca Quincy, modelo QSI-245, flujo mximo 243 CFM a 100 PSIG, de 50 Hp con lo cual se lograron los ahorros energticos y econmicos presentados en la tabla

Tabla de Resumen de Ahorros Energeticos y Economico

Caso Prctico 2. Empresa de Estampados Proyecto para ahorro de energa elctrica desarrollado en la empresa de estampados ubicada en San Juan del Ro, Quertaro referente a la optimizacin del sistema de aire comprimido. Accin Concreta

Como resultados del diagnstico energtico se determino que la empresa requiere de 290 a 332 CFM de acuerdo con las especificaciones de la maquinaria instalada en la planta, la empresa tiene pensado adquirir un compresor de 75 Hp para abastecer sus requerimientos de aire, la empresa inicialmente selecciono un compresor marca Ingersoll Rand Modelo SSR EP75 con una capacidad de 323 CFM y una relacin de eficiencia de 21.6 kW/100 CFM, sin embargo se tiene otra opcin de un compresor tipo tornillo de alta eficiencia de 75 Hp, marca Quincy, Modelo QSi-370i, capacidad variable 364 CFM con una relacin de eficiencia de 18.4 kW/100 CFM.

Tabla de Resumen de Ahorros Energeticos y Economico

Caso Practico 3. Optimizacin de Sistema de Aire Comprimido en Empresa Embotelladora Se proponen 6 medidas de mejora al sistema de aire comprimido que producirn un ahorro del 20% sobre los consumos actuales del mismo sistema. 1. Mejora de Almacenamiento mediante la adicin de 2 Tanques de 5,000 Litros. 2. Incorporar un Control de Flujo 3. Filtros de Alta Eficiencia 4. Reduccin de Fugas de Aire 5. Reubicacin de Compresores 6. Sustitucin de la Tubera de la Red de Aire

Este ahorro equivale a 74 kW en la demanda elctrica, 432,000 kWh en el consumo anual de energa elctrica, a $516,000 en la factura anual de electricidad, y $96,500 en materiales de mantenimiento. La inversin requerida ser recuperada con los mismos ahorros en 2.8 aos.

Mejora del Almacenamiento

Los tanques de almacenamiento son componentes muy importantes en el sistema de aire comprimido ya que cumplen con las siguientes funciones: Amortiguan variaciones de demanda de aire, cuando se asociacin a un control de flujo permiten compensar necesidades momentneas sin necesidad de que lo hagan los compresores. Proporcionan capacidad de aire almacenado que sirve para evitar que los ciclos de operacin de un compresor sean muy cortos, con lo que se reduce el desgaste y uso del compresor. Esto implica un ahorro de energa. Incrementar el enfriamiento y permiten recuperar posibles residuos de condensado y aceite. S actualmente ya se cuenta con 7,500 litros, por lo menos se recomiendan incorporar dos tanques adicionales de 5,000 litros para tener un almacenamiento cercano a lo aceptable. Propuesta concreta: 2 Tanques de 5,000 Litros

Incorporar un Control de Flujo

Actualmente se suministra a los usuarios aire a 96.94 Psi, sin embargo existen bandas en los cuales est trabajando la red de aire, entre 66 y 104 psi.

El control de flujo propuesto producir las siguientes ventajas: Separa el sistema de generacin de aire comprimido de la demanda de aire Permite acumular aire en los ciclos de bajo consumo Crea un almacenamiento positivo para ser usado en los picos de demanda Menor tiempo de operacin de compresores Menor consumo de energa

Sistema de presin estable Mejora la productividad Se pierde menos aire por fugas Ahorro Energtico El ahorro energtico se obtiene al controlar la presin en la red de distribucin de aire, a una presin ms estable y menor; actualmente el mtodo de control de la demanda de aire se obtiene al producir una presin ms elevada que almacena mayor cantidad de aire en la lnea, la desventaja es que al tener mayor presin se utiliza ms aire en la planta sobre todo aquellos usuarios de aire que no cuentan con reguladores de aire. A este mayor consumo de aire se le llama demanda artificial, esta demanda puede estar entre 5 a 10% de la demanda de aire real o efectivo, por tanto al contar con un control de flujo y presin de aire se eliminara esta demanda artificial.

Filtros de Alta Eficiencia

Se justifica utilizar filtros de alta eficiencia por la menor cada de presin que producen en comparacin con los filtros coalescentes convencionales y de partculas (promedio de 1 psi contra 6 psi). Las mayores cadas de presin requieren que el compresor funcione a una presin elevada, por lo que se requiere ms potencia.

Reduccin de Fugas de Aire

Las fugas en los sistemas de aire comprimido son uno de los problemas que pueden impactar fuertemente ya sea el consumo de energa, o a la produccin de la planta asociada al uso del aire en el sistema, por lo que deben tenerse en cuenta desde el diseo mismo. Un sistema en buen estado, consecuencia de un buen mantenimiento, puede tener fugas que no rebasen el 10% mencionado y que incluso estn muy por debajo de este valor, y en contraste, un sistema descuidado puede llegar a tener fugas que puedan ser del orden del 50%. Las principales fuentes de fugas son: Vlvulas de seguridad en depsitos Vlvulas de corte Vlvulas en general

Reguladores Herramientas neumticas Establecer un Programa de Correccin de fugas El objetivo de ahorro por esta medida es de obtener un 5% de consumo de energa en los compresores de aire comprimido. Resumen de Ahorros de Energa Se proponen las siguientes acciones de ahorro de energa en el sistema de aire comprimido: Propuesta 1: Mejora de Almacenamiento mediante la adicin de 2 Tanques de 5,000 Litros. Propuesta 2: Incorporar un Control de Flujo Propuesta 3: Filtros de Alta Eficiencia Propuesta 4: Reduccin de Fugas de Aire Propuesta 5: Reubicacin de Compresores Propuesta 6: Sustitucin de la Tubera de la Red de Aire Los ahorros esperados se desglosan a continuacin: De las propuesta 1, 2 y 5, se espera un ahorro de un 7% sobre el consumo actual de compresores. De la propuesta 3 se espera un ahorro de un 3% sobre el consumo actual de compresores. De la propuesta 4 se espera un ahorro de un 5% sobre el consumo actual de compresores. De la propuesta 6 se espera un ahorro de un 5% sobre el consumo actual de compresores. El ahorro total esperado con la aplicacin de todas las medidas de ahorro es de un 20%.

Tabla de Resumen de Ahorros Energeticos y Economico

ANEXOMantenimiento del Sistema de aire comprimido Al igual que todo sistema electromecnico, los sistemas industriales de aire comprimido requieren de mantenimiento para operarlos a su mxima eficiencia y, con ello, minimizar tiempos perdidos por paros. Un mantenimiento inadecuado incide fuertemente en el consumo de energa a travs de una baja eficiencia de compresin, por fugas de aire o por variabilidad en la presin. Esto tambin puede suceder por temperaturas altas de operacin, un control pobre de humedad y una excesiva contaminacin. Muchos problemas son menores y pueden ser resueltos por medio de ajustes simples, limpieza, remplazo de equipo o por la eliminacin de condiciones adversas.

Listado bsico de mantenimiento para un sistema de aire comprimido1.

Inspeccione los cartuchos del filtro de entrada., lmpielos o cmbielos de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Los filtros sucios incrementan el consumo de energa. Limpie los desechos acumulados en las trampas para drenaje de condensados. Revselas peridicamente. Revise el nivel de aceite del compresor diariamente y llnelo o remplcelo cuando sea necesario. Cambie el filtro de aceite de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Reemplace los separadores de aceite de acuerdo a las especificaciones del fabricante o cuando la cada de presin exceda las 10 psi de diseo. Elija el aceite lubricante del compresor y del motor elctrico de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Revise el desgaste de las bandas y ajstelas de acuerdo a las especificaciones del fabricante. Verifique que la temperatura de operacin sea la indicada por el fabricante.

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Reemplace y/o remueva los filtros de aire en las lneas cuando la cada de presin exceda las 2 3 psi de diseo. Inspeccione todos estos elementos al menos una vez por ao. Revise la calidad del agua en los sistemas de enfriamiento., principalmente el grado de acidez (pH), el total de slidos disueltos, el flujo y la temperatura. Limpie o cambie los filtros y los intercambiadores de calor de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Asegrese de que no existan fugas en las lneas (principalmente en las uniones) herrajes, abrazaderas, vlvulas, mangueras, desacopladores, reguladores, filtros, lubricadores, conexin de medidores y equipos finales. Mantenga limpio el sistema, revise fugas de aceite tanto del compresor como del motor elctrico.

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Recomendaciones Todos los equipos en un sistema de aire comprimido se deben de mantener de acuerdo a las especificaciones de su fabricante. Algunos fabricantes ofrecen un programa de servicios de mantenimiento que puede ser contratado y ejecutado de manera estricta. En muchos casos, tiene sentido darles mantenimiento a los equipos con mayor frecuencia que los intervalos recomendados por los fabricantes, los cuales estn diseados en principio para proteger a los equipos. La nica forma de saber si al sistema se le est dando un buen mantenimiento y si ste se encuentra operando apropiadamente, es revisar peridicamente las relaciones entre la potencia, la presin y el flujo del sistema. Si la potencia utilizada indica que los valores de presin y flujo estn subiendo, la eficiencia del sistema est disminuyendo. Estas relaciones tambin permitirn saber si el compresor est operando a carga total y si la capacidad se disminuye fuera de tiempo. Las reas principales del sistema de compresin a las que se les necesita dar mantenimiento son: el compresor, las superficies del intercambiador de calor, el separador del aceite en el aire, el lubricante, el filtro de aceite y los filtros de aire a la entrada. El compresor y las superficies del interenfriador se deben mantener limpios y libres de suciedad. Si stos estn sucios, la eficiencia del compresor disminuir. Los

ventiladores y las bombas de agua tambin deben ser inspeccionados para asegurarse que estn operando a su mximo desempeo. En un compresor rotativo tipo tornillo enfriado por aceite, el separador del aceite en el aire debe de iniciar entre 2 3 psi de diseo de cada de presin a carga total cuando est nuevo. Usualmente se recomienda cambiarlos cuando la cada de presin a travs de ste se encuentre cercana a las 10 psi de diseo, pero en muchos casos es mejor cambiarlos aun antes de esa presin. Tanto el aceite como el filtro de aceite del compresor necesitan ser cambiados. Despus de ciertas horas de uso, los lubricantes empiezan a ser corrosivos y pueden degradar tanto el equipo como la eficiencia del sistema. Las fallas en el tratamiento del aire comprimido pueden generarnos un excesivo consumo de energa, lo mismo que una calidad pobre del aire puede poner en peligro otros equipos. Todos los filtros deben mantenerse limpios. Los secadores, postenfriadores y separadores se deben de limpiar para que se mantengan de acuerdo a especificaciones de sus fabricantes. Todas las trampas deben ser revisadas peridicamente y estar seguros que no estn pegadas. Una trampa pegada en posicin de abierto fugar el aire comprimido y una trampa pegada en la posicin cerrado causar que el condensado se regrese, pudiendo poner en peligro otros componentes. Los puntos de uso final donde se utilizan filtros, reguladores y lubricadores, necesitan recibir herramientas limpias, lubricadas y suministrarles aire a la presin requerida. Los filtros deben ser inspeccionados peridicamente; un filtro obstruido incrementar su cada de presin, lo cual puede hacer que se reduzca la presin en el punto de consumo, o bien puede incrementar la presin requerida del compresor, con el consecuente consumo excesivo de energa. Establecer un programa regular de mantenimiento, bien organizado y con un estricto seguimiento, har que el desempeo del sistema se mantenga en su ms alto nivel, por lo que se recomienda tener una persona responsable de asegurar que todo el mantenimiento sea realizado bajo este programa, documentando adecuadamente las acciones realizadas.

Conclusin

Bibliografahttp://www.calidadeficienciaairecomprimido.com/casospracticos.html http://www.conae.gob.mx/work/sites/CONAE/resources/LocalContent/2902/1/imag es/GUIAAIRECOMPRIMIDO01.pdf http://ingenieriaenergeticaintegral.com/casospracticos.html http://www.quincycompressor.com.mx/practico1_.html http://www.si3ea.gov.co/Eure/7/inicio.html http://www.cfe.gob.mx/sustentabilidad/publicaciones/genElectricidad/Paginas/Turb ogas.aspx http://www.stilar.net/Archivos%20Web/Eficiencia%20Compres%20y%20Bombeo.p df