EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LOS SITEMAS DE AIRE COMPRIMIDO

La sencillez en la operación, la disponibilidad, la facilidad y la seguridad en el manejo de las herramientas y elementos neumáticos han propiciado la gran utilización de la energía de presión contenida en el aire comprimido. A pesar de esto, los sistemas de producción de aire comprimido se mantienen, muchas veces, en estado de descuido y no se les da el valor que se merecen, por lo que presentan malos rendimientos y elevado desperdicio de energía.

La conversión de energía, la generación, distribución y uso de aire comprimido están acompañados por pérdidas, lo cual se busca minimizar para lograr un rendimiento óptimo de la planta. El rendimiento de una instalación de aire comprimido depende de algunos factores como:

Buen funcionamiento de los equipos.

Cantidad de aire perdido por fugas y escapes.

Pérdidas excesivas de carga que afectan la potencia de las herramientas y equipos.

Selección y funcionamiento óptimo de los equipos consumidores de aire comprimido.

Transmisión de energía con un mínimo de pérdidas.

El sistema neumático presenta los siguientes problemas: problemas de diseño de red, problemas de funcionamiento de herramientas y máquinas, problemas de mantenimiento. Estos problemas se traducen en mayores costos de operación, mantenimiento y energía, y por supuesto en menor rendimiento.

Recomendaciones para un buen funcionamiento del sistema:

Eliminar todas las fugas de aire que se presentan en la red de distribución. Las fugas pueden alcanzar hasta un 50% de la capacidad instalada en instalaciones descuidadas. Con una inversión moderada deben limitarse a menos del 5%.

Eliminar líneas de distribución que no sean necesarias.

Limpieza periódica de los filtros de aire.

No usar aire comprimido para ventilación o limpieza.

Controlar las mediciones de consumo para corregir anormalidades.

Determinar la presión mínima requerida para la operación satisfactoria de todos los equipos y efectuar su control.

Dimensionar correctamente el tamaño de las líneas.

Apagar los compresores cuando no se requiera aire comprimido.

La temperatura del aire de aspiración no debe ser mayor a la recomendada por el fabricante.

Instalar separadores de condensado y drenajes en los extremos de los ramales con el fin de eliminar la necesidad de soplar las líneas para extraer el agua.

El aire comprimido es una tecnología probada con muchas aplicaciones en la industria. Se usa en procesos de extrusión, pulverización de pintura, moldeo por soplado pero también en procesos más genéricos como la producción por vacío, procesos de manipulación, y para aplicaciones de control y transporte.

Pero el reparto de aire comprimido es una operación costosa. El reparto requiere equipos costosos que consumen grandes cantidades de electricidad y mantenimiento frecuente. La estructura de costes de un sistema de aire comprimido y sus componentes son los siguientes:

Producción: 4,45...8,90 euros/kNm3.

Secadores: 0,45...1,60 euros/kNm3.

Distribución: 0,25...0,75 euros/kNm3.

Pérdidas: 0,75...2,25 euros/kNm3.

En general, el coste de la energía relacionado con el sistema de aire comprimido representa alrededor del 10 al 15 % de la cuenta de electricidad en un consumidor industrial. En este artículo daremos una revisión técnica y soluciones organizativas que maximicen la eficiencia energética del sistema completa. La implementación de estas medidas puede ahorrar hasta el 25 % de los costes de electricidad relacionados con los sistemas de aire comprimido.

Aspectos Técnicos Del Aire Comprimido. Para la producción con aire comprimido se usan tres tipos de compresores:

Compresores de pistón o recíprocos.

Compresores de tornillo rotatorios.

Compresores centrífugos rotatorios.

Los compresores recíprocos son máquinas de desplazamiento positivo: Incrementan la presión del aire reduciendo su volumen. Esto significa que están tomando sucesivos volúmenes de aire, que se confinarán con un espacio cerrado, y elevarán el aire a una presión más alta.

El compresor recíproco funciona por la actuación de un pistón dentro de un cilindro como elemento de compresión y desplazamiento. El compresor está disponible en una configuración mono-etapa o multi-etapa, dependiendo del nivel de presión. Los compresores de pistón tienen una alta eficiencia (75 %) pero requieren un mantenimiento considerable, debido a las válvulas de pistón.

Los compresores de tornillo rotatorios son también compresores de desplazamiento positivo. Este tipo de compresores consiste en dos rotores con una envolvente donde los rotores comprimen el aire internamenta. Ya que no hay válvulas, el mantenimiento es menos intensivo. Estas unidades están básicamente refrigeradas por aceite (con refrigeradores de aceite enfriados por aire o agua), donde el aceite sella los espacios internos. La eficiencia es aproximadamente del 71 %.

Los compresores de tornillo libres de aceite utilizan terminales de aire especialmente diseñados para comprimir aire sin aceite en la cámara de compresión produciendo verdadero aire libre de aceite. La eficiencia de este tipo de compresores es alrededor del 73 %.

El compresor centrífugo es un compresor dinámico, que depende de la transferencia de energía de un impulsor rotatorio en el aire. Los compresores centrífugos producen descarga de alta-presión convirtiendo el momento angular impartido por el impulsor rotatorio. Estos tipos de compresores están diseñados para capacidades más altas porque el caudal del compresor es continuo. La eficiencia es aproximadamente del 75 %.

TRATANDO CON DEMANDAS VARIABLES

La demanda de aire cambia continuamente en una factoría industrial. Por lo tanto, los controles del sistema necesitan acoplar el suministro de aire comprimido con la demanda del sistema y uno de los determinantes más importantes en la eficiencia de energía del sistema total. El control clásico es el control de carga/descarga. La presión del sistema se controla y descarga el compresor cuando la presión de descarga es adecuada.

Cuando la presión del sistema alcanza un nivel mínimo predeterminado, el compresor se carga, y la presión se elevará. Cuando el motor funciona de forma continuada, un compresor de tornillo rotatorio descargado consumirá entre el 15 y el 35 % de la potencia a plena carga, sin producir ningún trabajo útil. Cuando la demanda es volátil, hay mucha conmutación entre carga y descarga, resultando un consumo durante los periodos de descarga del 40 % o incluso más alto.

Cuando cambiamos de carga a descarga, la potencia de descarga mínima no se alcanza inmediatamente. Los cambios rápidos de carga a descarga dan como resultado una potencia de descarga promedio más alta. El almacenaje puede usarse para controlar la variabilidad de la demanda en un sistema de aire comprimido. Los depósitos del receptor almacenan aire comprimido, que puede satisfacer la demanda temporal de aire comprimido sin grandes caídas de presión en el sistema.

Esto permite a los compresores más pequeños satisfacer cargas variables. Debido a que los compresores más pequeños funcionan más continuadamente que los grandes compresores, esto puede dar como resultado un ahorro de energía significativo.

TRABAJANDO CON MÁS DE UN COMPRESOR

Cuando la demanda de aire está variando entre caudales de volumen alto y bajo, el tiempo de descarga puede llegar a ser muy alto. El tiempo de descarga, y un consumo de energía inútil puede reducirse instalando más de un compresor con una capacidad nomina más pequeña, de esa forma los compresores no necesarios pueden apagarse cuando no son necesarios.

El tiempo de descarga, y el consumo de energía inútil pueden reducirse instalando más de un compresor con una capacidad nominal más pequeña, de esa forma los compresores se apagan cuando no se necesitan. Para los compresores de múltiples etapas, la presión de activación del compresor de la carga base es un poco más alta que la presión de activación de los compresores que van con retraso. Solamente generará ahorro energético ya que los compresores continuarán funcionando sin carga mientras que extraen una fracción significa de la potencia a plena carga. Sin embargo, la mayoría de los compresores tienen un modo "sleep" o "automático" en el que el compresor se apaga si funciona descargado durante 5 o 10 minutos.

TÉCNICAS DE AHORRO ENERGÉTICO

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

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

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

Ahorrando El Consumo Específico Con Variadores De Velocidad Variable

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

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

Para obtener los mejores resultados es importante que la capacidad del compresor de velocidad variable sea mayor que la variación del caudal. De otro modo, ocurren huecos de regulación. Para ciertas demandas de caudal, el sistema de regulación no tiene respuesta óptima y el compresor trabaja sin carga.

Mejorando la eficiencia de producción reduciendo la temperatura de admisión de aire.

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

Distribución Eficiente Energéticamente Del Aire Comprimido

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

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

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

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

Realzando El Rendimiento Del Sistema Usando Secadores

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

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

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

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

El Uso Apropiado Del Aire Comprimido Puede Ahorrar Mucha Energía

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

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

Las Pérdidas Cuestan Mucho Dinero, Pero Pueden Reducirse

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

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

Si bien las pérdidas pueden venir de cualquier parte del sistema, las áreas de problemas más comunes son:

Acoplamientos, mangueras, tubos y accesorios.

Reguladores de presión.

Trampas de condensado abiertas y cerradas.

Equipos no operando.

Ya que las pérdidas son casi imposibles de ver, y no pueden siempre ser escuchadas, deben usarse otros métodos para localizarlas. La mejor forma de detectar pérdidas es usar un detector acústico ultrasónico, que puede reconocer los silbidos de alta frecuencia asociados con pérdidas de aire.

Una Presión De Salida Inferior Da Como Resultado Un Mayor Ahorro Energético.

El aire que se comprime a una presión más alta que lo necesario es un derroche de energía. Nuestro modelo termodinámico muestra que una presión de salida más alta demanda una mayor potencia en el compresor para la misma cantidad de aire comprimido. El consumidor que necesita la presión más alta a menudo determina la presión de salida. En muchos casos, es útil dividir la red en una presión neta baja y una presión neta alta, que es alimentada por un compresor diferente.

Ejemplo De Cálculo De Ahorro Potencial:

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

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

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

EFICIENCIA EN LOS SISTEMAS DE CLIMATIZACION

EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACION

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN:

La refrigeración de productos para su conservación es un proceso que requiere del consumo de una cantidad apreciable de energía. En la industria en muchos casos se observa operar un equipo de refrigeración bajo condiciones muy desfavorables que incrementan su consumo de energía. El usuario normalmente está más interesado en mantener las temperaturas requeridas que el estado de operación de los equipos o del costo de la producción.

Las razones principales de un bajo coeficiente de rendimiento de la planta se resumen, considerando el ciclo refrigerante y su uso que debe analizarse desde dos puntos principales:

El mantenimiento deficiente de los intercambiadores de calor hace que la capacidad de refrigeración se vea disminuida y aumente el requerimiento de potencia del compresor. Si no se mantiene la carga del refrigerante adecuado para el ciclo, baja la temperatura de evaporación, lo que también reduce la capacidad del sistema. Por otro lado, la mala regulación o temperaturas de termostatos muy bajas incrementan los requerimientos de refrigeración. En cuartos fríos los requisitos de refrigeración aumentan inadmisiblemente debido a las aperturas de puertas del cuarto y defectos en los aislamientos. Las líneas de succión se mantienen aisladas.

El mantenimiento deficiente de los intercambiadores de calor hace que la capacidad de refrigeración se vea disminuida y aumente el requerimiento de potencia del compresor. Si no se mantiene la carga del refrigerante adecuado para el ciclo, baja la temperatura de evaporación, lo que también reduce la capacidad del sistema.

Por otro lado, la mala regulación o temperaturas de termostatos muy bajas incrementan los requerimientos de refrigeración. En cuartos fríos los requisitos de refrigeración aumentan inadmisiblemente debido a las aperturas de puertas del cuarto y defectos en los aislamientos. Las líneas de succión se mantienen aisladas para evitar un aumento innecesario en los requerimientos de refrigeración.

APLICACIONES

Aplicaciones al Acondicionamiento Ambiental de Confort.

Refrigeración residencial.

Refrigeración comercial.

Refrigeración para usos de pública concurrencia, docentes, de oficinas,

Recreativos, centro de comunicaciones, etc.

Aplicaciones Industriales.

Refrigeración aplicada a la preparación de alimentos sólidos y líquidos (a distintas temperaturas).

Refrigeración de almacenes para la conservación de alimentos.

Refrigeración de procesos de fabricación diversos.

Producción de Frío.

Los métodos corrientemente empleados para la producción de frío, a nivel de la tecnología actual, se basan fundamentalmente en dos sistemas o ciclos termodinámicos: el ciclo de compresión de vapor, y el ciclo de absorción.

En general puede decirse que las instalaciones de producción de frío basada en el ciclo de absorción encuentran su mejor mercado en el campo de las instalaciones para acondicionamiento ambiental, aunque nada se opone técnicamente a su utilización en instalaciones de refrigeración industrial a temperaturas moderadamente bajas.

ELEMENTOS CLAVES PARA EL USO RACIONAL DE ENERGÍA

Refrigerador Doméstico.

Ubicarlo en el lugar más fresco del local, no exponerlo a los rayos del sol. Seguir esta simple recomendación significa mayor duración y menor consumo.

Colocar el termostato en posición mínimo o medio, si está en posición máximo se consume aproximadamente 50% más.

El consumo de energía del refrigerador se incrementa con el número y la duración de la apertura de la puerta. En el caso de congeladores debe limitarse aún más las aperturas.

Si no se cuenta con dispositivo automático de deshielo, es conveniente evitar la acumulación del hielo (espesor menor de 5 mm) sobre la pared interna, pues ésta incrementa el consumo de energía y reduce el tiempo de vida del equipo.

Los sistemas destinados al acondicionamiento ambiental de confort, tienen por objeto conseguir unas condiciones ambientales de temperatura mantenidas entre márgenes relativamente estrechos. De hecho estas temperaturas pueden mantenerse con facilidad si se dispone de una fuente de frío a temperaturas entre 4ºC y 10ºC. Termodinámicamente hablando, la producción de frío exige la existencia de un foco caliente, al que se “bombea” el calor que se extrae del lugar en el que se produce el frío deseado. Pues bien, en aplicaciones de

acondicionamiento ambiental de confort, este foco caliente suele estar a temperaturas entre 40 ºC y 60º C.

Refrigeración Industrial.

En el caso de la refrigeración industrial, en general, las condiciones de temperatura, tanto del foco frío como del foco caliente, varían dentro de márgenes mucho más amplios. De hecho y desde un punto de vista puramente científico, cabría pensar que el foco frío o la fuente de frío pueden estar entre unos pocos grados por encima del cero absoluto y unos pocos grados por debajo de la temperatura ambiente normal.

En realidad este curso considera solamente aplicaciones técnicas y como tales, los márgenes de la temperatura de la fuente de frío cabe establecerlos entre los +20ºC y los -150ºC. Esta última, refrigeración criogénica, y cuya consideración queda fuera del alcance del curso.

A título de ejemplo puede decirse que la refrigeración industrial debe cubrir el objetivo de producir frío para el almacenamiento de caramelos a unos 15ºC, en condiciones estrictas, tanto de temperatura como de humedad; para el oreo de carne de vacuno entre 0ºC y - 2ºC; debe atender simultáneamente a las exigencias de frío a -30ºC para la conservación de helados, a -20ºC para la conservación de congelados y a -4ºC para la conservación de carne, caso típico en las cámaras de un supermercado; otro tipo de aplicaciones puede exigir el enfriamiento a -70ºC del aire necesario para la combustión de motores de aviación en una instalación de ensayos, o bien utilizar el frío en un ciclo de licuefacción de cloro, condensado a 0ºC, -25ºC y - 45ºC.

COMPORTAMIENTO ENERGÉTICO.

A continuación del análisis del funcionamiento de los componentes de los sistemas, parece oportuno resumir los puntos más importantes de su comportamiento energético.

Debe tenderse a una regulación minuciosa de la capacidad de los compresores, para adaptarse a las exigencias de la carga.

Un correcto dimensionado de los conductos de paso de líquido y gas contribuye a disminuir las pérdidas de carga y, en consecuencia, el consumo energético del sistema.

La elevación de la presión de aspiración (o la temperatura de evaporación), contribuye a disminuir el consumo energético por unidad de refrigeración.

La disminución de la temperatura de condensación hace disminuir el consumo energético por unidad de refrigerante.

El sub-enfriamiento del líquido con extracción de calor fuera del ciclo produce una mejora del rendimiento de compresión. Si se emplea un intercambiador entre los gases aspirados y el líquido condensado, se puede mejorar el funcionamiento del compresor, ya que éste funciona con los cilindros más fríos.

Es importante mantener limpias las superficies de intercambio térmico en condensadores y evaporadores.

CONDICIÓN APROPIADA DEL SISTEMA.

Previo a cualquier acción es preciso conocer el funcionamiento del sistema bajo las mismas condiciones que se establecieron al realizar el proyecto. Se debe llevar reportes de operación como en el formato indicado más adelante.

Ejemplo. Funcionamiento del Compresor. Las principales complicaciones que presentan y sus principales causas son:

Poca Capacidad de Enfriamiento:

Presión de succión demasiado baja.

Sistema de regulación del compresor no funciona correctamente.

Defectos o fugas en las válvulas de succión o descarga.

Daños en los anillos del pistón o rodamientos en mal estado.

Alto Consumo de Energía:

Presión de descarga demasiado alta.

Motor eléctrico defectuoso.

Válvulas de cierre que no abren completamente en el lado de la descarga.

Mal funcionamiento de la válvula de retorno.

La localización de estas fallas se hace mediante pruebas sencillas al compresor, primero verificando el funcionamiento sin ruidos o vibraciones anormales, y luego examinando los siguientes puntos:

Presión de Succión y Descarga:

Nivel y presión de aceite en el compresor.

Temperaturas de sobrecalentamiento y descarga.

Válvulas del compresor.

Recomendaciones Generales De Operación De Equipos De Refrigeración

El empaque de las puertas de los equipos de refrigeración debe permitir un cierre hermético para impedir la entrada de aire caliente al espacio refrigerado.

Revise con cuidado el funcionamiento de los termostatos de modo que apague el equipo cuando se alcance la temperatura programada.

Inspeccione regularmente el estado del refrigerante con el fin de prevenir fugas del mismo.

Revise el estado de aislamiento en las líneas de succión.

Optimice la temperatura de operación del refrigerador asesorándose con un experto en asuntos de conservación de alimentos, bebidas, etc.

Cualquier ruido que se presente en el sistema de refrigeración debe corregirse inmediatamente.

Limpie con frecuencia los filtros y los condensadores de los equipos de refrigeración.

SISTEMA DE ACONDICIONAMIIENTO DE AIRE

El acondicionamiento de aire es un proceso necesario para la optimización de algunos procesos industriales y para el bienestar de las personas que se encuentran dentro de un recinto.

Como en el proceso de refrigeración, el acondicionamiento de aire requiere del suministro de energía, alcanzando costos muy significativos. Por esta razón, es de los sistemas que más control y mantenimiento requieren.

El propósito de un sistema de acondicionamiento de aire es tratar el aire para lograr controlar condiciones de humedad, temperatura, pureza y ventilación, con el fin de proporcionar ambiente confortable a las personas y adecuado a máquinas y materiales cuyas condiciones de operación y conservación así lo exijan.

El cumplimiento de este objetivo se lleva a cabo por los procesos de ventilación, calentamiento, enfriamiento, humidificación, deshumidificación, filtrado y refrigeración.

Cada uno de los cuales cumple una función específica y diseñada para operar correctamente dentro de rangos establecidos.

ELEMENTOS CLAVES PARA EL USO RACIONAL DE ENERGÍA

Existen diferentes estrategias para obtener un ahorro energético en los sistemas de acondicionamiento de aire. En el programa que se sugiere se establecen cuatro elementos claves que deben verificarse, tanto en el sistema de acondicionamiento de aire propiamente dicho, como en el local que se acondiciona, los cuales son:

Asegurar una operación adecuada.

Reducir la demanda y controlar la carga.

Reducir las pérdidas por control de los dispositivos de distribución y del sistema.

Ahorrar y recuperar energía.

RECOMENDACIONES GENERALES PARA EL ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

Mantenga puertas y ventanas cerradas en los ambientes acondicionados con el fin de evitar la entrada de aire caliente del exterior.

Apagar los equipos de acondicionamiento de aire en las áreas desocupadas.

Contemple la posibilidad de apagar los equipos de acondicionamiento de aire en oficinas así :

Durante las horas de refrigerio.

Una hora o media hora antes de la hora de salida.

En los espacios acondicionados disminuya en lo posible la carga de calor introducida por la excesiva iluminación, por maquinarias o equipos que permanezcan encendidos innecesariamente.

Analice la posibilidad de aislar térmicamente los edificios e instalaciones o, al menos, secciones de los mismos.

Por todos los medios posibles favorezca la arborización alrededor de las edificaciones con ello se consigue disminuir la transferencia de calor hacia el interior de las mismas, el resultado será la reducción sensible de las cargas de los acondicionadores de aire.

Ventilación:

Los ventiladores son máquinas muy útiles en la industria, sus campos de aplicación más comunes son: secadores, torres de enfriamiento, hornos rotatorios, acondicionadores de aire y calderas. Se consideran equipos básicos, sin embargo, generalmente son escogidos y operados sin seguir ninguna metodología aceptada. Como consecuencia, el rendimiento de estos aparatos se ve muy afectado, incrementando su consumo de energía.

Los ventiladores son construidos en una gran variedad de tipos y tamaños, siendo los de tamaños grandes que trabajan en sistemas conductos los que presentan mejores oportunidades de ahorro.

Elementos Claves Para El Uso Racional De Energía.

Aunque la operación de los ventiladores siempre esté asociada a unas pérdidas de presión normales, deben evitarse todas aquellas pérdidas innecesarias en presión y consecuentemente de energía.

La causa de pérdidas más común es la pobre adaptación del ventilador con la demanda, es decir, el ventilador entrega un flujo distinto al requerido. Para propósitos tales como ventilación de cuartos, edificios y refrigeración en la etapa de planeación no son conocidas las necesidades reales y se opta por escoger un ventilador sobredimensionado. Esto conlleva a una descarga excesiva. Mientras una descarga deficiente se hace evidente por mal funcionamiento del respectivo sistema, una descarga excesiva no es percibida del todo, o puede adaptarse por medios antieconómicos como una válvula de estrangulamiento.

Otra causa de desperdicio de energía es la instalación de más ventiladores en cuartos donde no existe la vía que permita que el flujo adicional que entra, salga.

Los desperfectos de construcción y las obstrucciones en los ductos aumentan la resistencia al paso del flujo, necesitándose más energía para hacerlo circular: los filtros obstruidos y el material extraño son ejemplos de ello.

Por último el mal funcionamiento del ventilador por defectos mecánicos o del impulsor, estator o incrustaciones y sucio, ocasiona un requerimiento mayor de energía.

Para evitar todas aquellas pérdidas innecesarias de presión y su consecuente desperdicio de energía debe ser aplicado un programa encaminado a reducirlas.

Aplicaciones Térmicas:

Dentro de los consumidores que influyen en el consumo de energía eléctrica se encuentran los equipos que realizan procesos de calentamiento por resistencias eléctricas, como es el caso de los hornos eléctricos.

En los hornos de resistencia, el calor es desarrollado por la circulación de corriente a través de resistencias distribuidas. El servicio de estos hornos es para la aplicación de calor a cuerpos sólidos y se emplea para el tratamiento térmico de los metales, para el recocido del vidrio y para la cocción de esmalte vítreo. Pueden ser de dos tipos, intermitentes o de tipo continuo.

Un aspecto importante de ahorro de energía en estos procesos son los aislamientos térmicos ya que en este punto es en donde se presentan las mayores pérdidas.

ELEMENTOS CLAVES PARA EL USO RACIONAL DE ENERGÍA

Control Del Aislamiento. Si se tienen pérdidas de calor por defecto en aislamientos o aislamiento no apropiado, habrá una baja en la eficiencia, lo que hará que todo el sistema trate de corregirla, traduciéndose en un incremento de consumo de energía. Por esta razón es aconsejable chequear si los aislamientos que se tienen son los apropiados.

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior, mayor es la tendencia a un incremento de pérdida de calor. Por lo tanto, es importante aumentar la resistencia a la pérdida de calor, aumentando el espesor del aislamiento y/o disminuyendo el valor de la conductividad térmica.

Control De La Temperatura. Un adecuado control de temperatura dentro del horno de resistencias implica la regulación de la corriente eléctrica a través de los elementos calefactores, con el fin de aumentar o disminuir, la cantidad de energía entregada al ambiente interior del horno. Esta regulación implica la existencia de un controlador de lazo cerrado o retroalimentación, cuya misión será detectar la temperatura real dentro del horno por medio del dispositivo sensor adecuado (termómetro o termocupla), conocer la temperatura deseada de trabajo, establecida por el operario; con base en la diferencia existente entre las dos (señal de error) deberá tomar la acción adecuada para tratar de igualarlas, accionando en el momento oportuno los reguladores de corriente de las resistencias. Este controlador puede ser manual o automático.

Control Manual de Temperatura:

Control Automático:

El controlador también podrá ser de tipo proporcional, variando en forma continua y no discontinua la corriente a través de cada elemento calefactor, con la ventaja de obtener una regulación más precisa de la temperatura. La desventaja de este tipo de regulador estriba en un elevado costo, puesto que se precisa la utilización elementos electrónicos como tiristores.

Control De La Demanda. Las demandas máximas durante un período de tiempo determinado (actualmente es de 15 minutos), las potencias activas y reactivas son factores que se registran y se tienen en cuenta para el cobro mensual. Es importante entonces, que el consumidor de la energía estudie la forma de lograr picos bajos y evitar en cuanto sea posible los picos altos de consumo de potencia, mediante un programa de entrada de potencia en los hornos teniendo en cuenta cual es el consumo de cada horno al comenzar su operación. Los hornos pueden ser programados para operar durante horas de menos carga y en empresas donde posean varios, procurar no comenzar simultáneamente la operación de todos ellos, sino establecer horarios para el encendido y trabajo secuencial de los hornos, obteniéndose con ello que el pico de demanda máxima sea más bajo y se mejore entonces el promedio, ahorrándose energía y dinero.

La eficacia con la cual una industria usa su demanda de energía es estimada en términos de factor de carga, (relación entre el consumo promedio de potencia y la potencia máxima en un intervalo de tiempo determinado), cuanto más bajo sea el factor de carga, más alto será el costo por servicio eléctrico. El mejoramiento del factor de carga se logra mediante la programación de la carga.

Deficiencias En Trabajos Discontinuos. Este problema hace referencia más directamente a las condiciones de operación del horno y se plantea como una de las limitaciones más importantes que ha de tenerse en cuenta si se pretende ahorrar energía eléctrica.

Como ya se ha dicho, este método de calentamiento exhibe una gran inercia térmica, lo cual, dicho en palabras sencillas, significa que el horno se demora mucho en calentarse hasta la temperatura de operación normal y se demora mucho en enfriarse una vez que se apaga. Esto indica que para trabajar con la mayor eficiencia posible, debe operarse el horno en forma continua, evitando los frecuentes encendidos y apagados que implicarán un desperdicio energético, debido a que la gran cantidad de calor acumulado dentro del horno en el momento de apagarlo (y que alguna vez fue energía, eléctrica que pasó a través de nuestros contadores) no tendrá otro destino que el de disiparse en la atmósfera sin realizar ningún trabajo útil.

Según esto, puede ser más económico para una industria operar un horno eléctrico durante varios días seguidos en el mes, y después pararlo durante un lapso similar, que trabajarlo durante todo el mes, pero en forma discontinua.

Calentamiento De Agua

El voltaje de operación del calentador debe ser el indicado en la placa de características técnicas del equipo.

Revise periódicamente los controles termostáticos de cada equipo para asegurarse de su buen funcionamiento.

Revise periódicamente los contactos eléctricos de cada unidad.

Defina bien las necesidades de calentamiento para graduar adecuadamente las temperaturas que deben controlar los termostatos.

BIBLIOGRAFIA:

Pere Esquerra i Pizà Dr Ingeniero Industrial.

Un proyecto de la unidad de planeación minero energética para el desarrollo de la ciencia y la tecnología.

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