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AIRE COMPRIMIDO



Ing. Alejandro Rueda Albino

JULIO DE 2017 2

Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Contenido        

Aire comprimido Generación del aire Redes de distribución Unidades de mantenimiento Secadores Clases de calidad de aire Optimización del sistema de generación de aire Sugerencias para ahorrar

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Aire comprimido  El servicio de aire comprimido es considerado la cuarta utilidad industrial de mayor uso, (precedida de electricidad, Agua y Gas/combustible), su costo de producción y acondicionamiento, se encuentra estimado entre un 7% y 8 % del costo total de operación de la industria  Su condición de suministro de fuerza motriz, es preferido sobre la electricidad, por ser mas seguro y mas flexible  Es el aire libre a quien se ha suministrado presión superior a la atmósfera y también reducido de volumen; que al expandirse produce trabajo. La compresión se efectúa mediante un equipo denominado compresor

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Aire comprimido  El aire comprimido constituye una fuente de energía que ofrece muchas ventajas como seguridad, flexibilidad y simplicidad, sin embargo, el aire aspirado por un compresor contiene ciertos componentes indeseables por razones diversas, tales como: humedad, contenido de aceite, polvo, entre otros agentes más  Las desventajas de la presencia de humedad en el aire comprimido origina corrosión en las tuberías metálicas, degradación del poder lubricante de los aceites en las máquinas neumáticas, disminución del diámetro de las tuberías por congelarse, etc. En tal sentido, por lo general los compresores tienen trampa de agua, donde el vapor de agua se desprende en el momento que se produce el punto de rocío

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Usos del aire comprimido INDUSTRIA Alimententos

EJEMPLOS DE USOS DE AIRE COMPRIMIDO Deshidratación, embotellado, controles y actuadores, transporte, limpieza, envase al vacío Textiles Agitación de líquidos, transporte, equipo automático, controles y actuadores, Muebles Accionamientos neumáticos, herramientas, acabados, controles y actuadores Pulpa y Papel Transporte, controles y actuadores Química Transporte, controles y actuadores Petróleo Compresión de gas de proceso, controles y actuadores Goma y plásticos Herramientas , controles y actuadores, conformado, inyección de moldes Vidrio Transporte, mezclado, controles y actuadores, soplado y moldeado de vidrio, enfriamiento Fundición Hornos al vacío, controles y actuadores, izaje Metal Mecánica Assembly station powering, tool powering, controls and actuators, injection molding, spraying Otras aplicaciones del aire comprimido en la industria incluyen los sistemas de combustión, operaciones en reactores químicos, tales como oxidación, fraccionamiento, deshidratación, aireación, etc. 7

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Clases de compresores

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Clases de compresores

Compresor de pistón de una etapa 9

Compresor de pistón de dos etapas

Compresor de diafragma

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Clases de compresores Según el principio de funcionamiento:  Desplazamiento volumétrico  Compresor de pistón alternativo  Compresor de cruceta, de tronco y de diafragma alternativo  Compresor rotativo de un rotor: Tornillo, paletas, anillo líquido, etc.  Compresor rotativo de dos rotores: Tornillo, lóbulos (roots)  Dinámicos  Compresores radiales (centrífugos)  Compresores axiales (propulsión)  Compresores eyectores

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Clases de compresores Según el tipo de servicio:  Minería  Construcción y obras civiles  Transporte  Servicios generales  Controles y otros servicios en general Según el tamaño, transporte y duración de trabajo:  Compresores portátiles o transportables  Compresores estacionarios

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Clases de compresores  Según el tipo de refrigeración:  Compresores refrigerados con agua  Compresores refrigerados con aire o aceite  Según la presión de descarga:  Compresores de baja presión: presión de hasta 4.5 Kg/cm2 (65 PSI)  Compresores de presión normal: presiones de 4.5 hasta 10 Kg/cm2 (140 PSI)  Compresores de alta presión: de 10 Kg/cm2 a más

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La altura en el rendimiento del compresor  La presión y la temperatura ambientales disminuyen cuando se incrementa la altitud; estos cambios afectan a la relación de compresión, por lo tanto afectan el caudal y potencia de los compresores y otros equipos con que trabaja; igualmente afectan a la potencia disponible de los motores eléctricos y de combustión interna  A medida que aumenta la altura baja la presión y la temperatura, esta variación afecta al rendimiento de los compresores

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Presión atmosférica para diferentes altitudes Altura sobre el nivel del mar; pies 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 5,500 6,000 6,500 7,000

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Presión atmosférica, PSI 14.69 14.42 14.16 13.91 13.66 13.41 13.16 12.92 12.68 12.45 12.22 11.99 11.77 11.55 11.33

Altura sobre el nivel del mar; pies 7,500 8,000 8,500 9,000 9,500 10,000 10,500 11,000 11,500 12,000 12,500 13,000 13,500 14,000 14,500 15,000

Presión atmosférica, PSI 11.12 10.91 10.70 10.50 10.30 10.10 9.90 9.71 9.52 9.34 9.15 8.97 8.80 8.62 8.45 8.28

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Variación de capacidad y potencia en función a la altitud Reducción en % por cada 1000 m de incremento Tipo de compresor capacidad potencia Tamaño medio y refrigerado por aire 2.10 7.00 De tornillo en baño de aceite 0.60 5.00 Tamaño grande, pistón y refrigerado por agua 1.50 6.20 Tamaño grande, tornillo y refrigerado por 0.30 7.00 agua

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Selección del compresor Algunos factores que influencian en la selección, considerando el tipo de compresor y tipo de instalación son:  El uso a que se va a destinar y aquellos requerimientos relativos a presión, aire excento de aceite, etc.  Como y cuanto son los puntos de utilización o puntos de consumo  Demanda de aire (máxima, mínimo, variaciones estaciónales, previsión a futuro)  Tipo de edificación en que se instalara el compresor cuyos factores a considerar son:  Limitaciones del espacio  Carga que puede soportar el suelo  Limitaciones de vibración 16

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Selección del compresor  Disponibilidad y costo de agua de refrigeración  Costos de energía, limites de disponibilidad de potencia, limitaciones del ruido y continuidad o intermitencia de necesidad de aire  Condiciones ambientales; los factores que aquí hay que considerar son:  temperaturas externas, grado de contaminación del aire, altitud, etc.  Continuidad o intermitencia en la necesidad de aire  Experiencia del usuario enmantenimiento y manejo

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Capacidad de aire a instalar Para calcular la capacidad del aire a instalar se debe considerar los siguientes factores:  La necesidad de aire total no debe ser el total de los requerimientos máximos individuales. Si no la suma del consumo de aire en valor promedio de cada consumidor  La determinación del consumo de aire en valor promedio se obtiene por medio del llamado “factor de energía”  El factor de carga viene dada por la relación entre el consumo de aire real, el consumo continuo máximo de aire a plena carga  El primer factor es el de tiempo, durante el cual el sistema esta realmente funcionando

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Capacidad de aire a instalar  El segundo factor es el de trabajo, porcentaje de aire requerido por el mecanismo que ha de realizar realmente el trabajo, para obtener el rendimiento máximo posible  El factor de carga es el producto de factor tiempo por factor de trabajo  En el cálculo total de la demanda de aire debe contemplarse las fugas; y por ello debe añadirse un consumo adicional equivalente al 10% del consumo total  Las líneas de aire se deben mantenerse herméticas

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Instalación centralizada o descentralizada En la planificación para una instalación de aire comprimido se establecerá una planta compresora a una serie de unidades situadas a los puntos principales de consumo  El consumo de aire en los diferentes puntos variará de tal manera que el máximo no se dé simultáneamente  El caudal requerido para el caso de una planta compresora central, será algo mas bajo que el consumo teórico máximo, la misma condición se aplicará al consumo mínimo en los diferentes puntos ya que la tendencia general se encamina hacia el consumo de aire un tanto mayor. Todo ello significará un menor funcionamiento en vació de la planta central de la compresora y a la mejor utilización de energía. Una planta central permite que se instalen unidades compresoras más grandes que generalmente ofrecen un rendimiento mas elevado 20

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Instalación centralizada o descentralizada  Es importante disponer de cierta reserva de suministro de aire en el caso de una instalación de compresores centralizadas, esto significará un incremento adicional sobre la capacidad de la planta compresora, ya que el caudal de reserva le pueda suministrar cualquier compresor  El costo inicial de una planta compresora es mas bajo así mismo el costo del bastidor, fundación e instalación será más pequeño en una gran planta concentradora centralizada que los costos derivados de la instalación de varias unidades o pequeñas plantas descentralizada. Los costos de mantenimiento o supervisión son también bajas y a todo esto hay que añadir la ventaja inicial relativa a un funcionamiento con mayor rendimiento que es tanto como decir a más bajo costo

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Instalación centralizada o descentralizada  Los costos de instalación y mantenimiento de tuberías de distribución son mas bajas en un suministro descentralizado, debido a que las tuberías son pequeñas y cortas, así mismo significan menos fugas y consecuentemente menor costo de energía  Las plantas compresoras por encima de un tamaño determinado necesitan de un operador

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Sistema de aspiración La aspiración de un compresor debe estar lo menos contaminado posible, estos contaminantes sólidos producen desgastes y los gaseosos corrosión Tuberia de Aspiración.- Son de las siguientes características:  La tubería de aspiración es generalmente circular, de acero y con espesores de pared comprendidos entre 1.5 y 2.5 mm. Su instalación se facilita si la misma va embridada  En los compresores de simple efecto la velocidad de aire de aspiración es de 5-6 m/seg. y en los de doble efecto de 6-7m/seg. Instalando silenciadores tipo Venturi pueden admitirse velocidades superiores en un 50%  En compresores alternativos (flujo de aspiración pulsante) con lo que surge el fenómeno de la resonancia, si la longitud de la tubería tiene un valor critico. La resonancia puede originar una sobrecarga del compresor o por el contrario una capacidad reducida 23

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Distribución del aire comprimido  Una vez estimado el consumo real de aire comprimido en cada frente de trabajo, se realiza el diseño de las instalaciones pertinentes para su distribución. El consumo de aire se calculará teniendo en cuenta las proyecciones futuras de las labores, aplicaciones del aire comprimido en otros equipos a parte de las perforadoras  Todo ello debe de transformarse en un plano vista en planta y en tridimensional, indicándose los puntos de referencia y cotas  Los parámetros claves que deciden en una distribución de aire comprimido son: La presión atmosférica en el lugar de instalación del compresor y puntos de trabajo, el caudal del aire comprimido que suministrará el compresor, las pérdidas de presión y la velocidad de circulación 24

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Caída de presión Los puntos más importantes para el rendimiento, seguridad y económico de una red de distribución de aire comprimido comprende:  Reducir al mínimo las caídas de presión entre la sala de compresor y los puntos de consumo de aire  Reducir al mínimo la fugas  Reducir al mínimo el contenido de humedad en todo el sistema  Una caída de presión significa que en los puntos de consumo de aire, la presión es inferior a la de la sala de compresores y consecuentemente las máquina pierden potencia. Por ello la red debe dimensionarse de manera que cualquier incremento futuro en el consumo de aire no signifique una caída de presión excesiva que obligue a reemplazar todo el sistema 25

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Caída de presión  Las redes permanentes deben diseñarse de modo que la caída de presión entre las compresoras y el punto del consumo más alejado no sea superior a 0.3 bars en el caso de minas con instalaciones de redes muy largas se pueden aceptar caídas algo mayores, aunque nunca deben ser superiores a 0.5 bars  Se considera que un sistema bien diseñado debe tener una caída de presión inferior al 10% de la presión de descarga de los compresores, medida entre la salida del tanque recibidor y los puntos de uso del aire  La tubería de aspiración debe ser lo más recta y corta posible, ya que por cada 25 mbar de caída en la línea de succión el consumo se incrementará en alrededor de un 2 %

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Caída de presión  Un incremento en la temperatura de aspiración de 3ºC representa, aproximadamente, un 1 % más de consumo de potencia en el compresor. Por ello la toma de aire debe realizarse del aire ambiente, y preferentemente estará orientada al norte. si la aspiración se realiza desde el interior de la sala de máquinas, como es usual en los compresores pequeños, entonces debe ubicarse la aspiración en zonas bajas y los más frías posibles, alejadas de las fuentes de calor

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Flujo por tuberías Para iniciar y mantener el flujo de aire por una tubería se requiere una cierta diferencia de presión para vencer la resistencia por rozamiento del fluido contra las paredes de la tubería y acoplamientos  La cuantía de la caída de presión depende:  Del diámetro de la tubería  Longitud y forma de tubería  Rugusidad interior superficial  Tipo de acoplamientos  Número de Reynols.  La pérdida de presión es una disminución de energía y por lo tanto un incremento en el costo operacional 28

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Caída de presión por fricción

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Fugas Redes de distribución con un mantenimiento insuficiente, pueden llevar a cifras por fugas extremadamente altas; se ha llegado a casos de hasta un 30% de la capacidad instalada cuando la red de tuberías no es mantenida adecuadamente En la practica no es posible eliminar totalmente las fugas, ya que con un mantenimiento moderado las pérdidas por fugas se pueden mantener entre un 5% a 10%. Las mediciones de fugas son particularmente necesarias, ya que éstas se pueden determinar por cada sección del sistema de instalación Diámetro del orificio en mm.

Fugas de aire a 6 bar Litros/seg

1 3 5 10 30

1 10 27 105

m3/min 0.06 0.6 1.6 6.3

Potencia necesaria para compresión KW

HP

0.3 3.1 8.3 33.0

0.4 4.2 11.2 44.0

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Fugas Las fugas se pueden encontrar rápidamente utilizando un spray para detección de fugas o jabón. Además, es posible oír silbidos al recorrer la zona próxima a los equipos neumáticos. Independientemente de estos métodos, se sugiere utilizar un detector de fugas ultrasónico, ya que es el método más efectivo COSTOS PLAN DE CORRECCION DE FUGAS COSTO ENERGIA AHORRADA

COSTO CORRECCION

COSTO DETECCION

0%

20%

40%

60%

80%

NOTA: TIEMPO ESTIMADO 4 MESES

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Fugas  Aunque las fugas se pueden presentar en cualquier parte del sistema, los puntos de fuga más frecuentes son:  Acoplamientos, mangueras y accesorios  Reguladores de presión  Trampas de condensado  Uniones de tuberías En la tabla siguiente se ofrece una idea de lo que puede representar una fuga en costo anual, para un sistema convencional que opere de forma continua, para un costo de la electricidad de 0.05 USD/kW y una presión de descarga de 115 psig

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DIÁMETRO DE LA FUGA

COSTO ANUAL, USD/AÑO

1/16 “

$ 523

1/8”

$ 2,095

1/4 “

$8,382 Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Fugas  Fuga se entiende como la pérdida de aire comprimido en zonas no estancas a lo largo de un año pueden ser considerable  Estanquidad equivale a fuga admisible 1x10-10mbar litro/seg  Prácticamente estanquidad entre 10-2 a 10-5 mbar litro/seg. Los racores FESTO cumplen con dicho valor. Diámetro del orificio de la fuga en mm

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Perdida del aire comprimido(6 bar) en l/s

Perdida de energía en KW

1

1.3

0.3

3

11.1

3.1

5

31.0

8.3

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Fugas Equipo Racores Aparatos conectados a la red Válvula de vías Herramientas neumáticas Tubería Actuadores Otros

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Fugas de aire % 26 18 12 10 8 1 25

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Usos finales

 El 10% de aire comprimido en una industria, es usado para limpieza sin regulación

USOS DE AIRE COMPRIMIDO OTROS USOS BOMBEO LIMPIEZA ACTUADORES LINEALES VALVULAS DE CONTROL VALVULAS ON/OFF 0%

5%

10%

15%

20%

25%

 El aire comprimido es usado erróneamente para refrigeración (uso directo), lográndose un ahorro del 10% en consumo de aire usando equipos mas adecuados

NOTA: COMPILACION NACIONAL

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ENERGIA ELECTRICA

•Fuerza Eléctrica

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GENERACIÓN GENERACIÓN

•Compresores

PREPARACIÓN PREPARACIÓN

• Filtros • Secadores

DISTRIBUCIÓN DISTRIBUCIÓN

•Sistema de Tubería / Red

USOS DIVERSOS

•Equipo neumático

Gran oportunidad de ahorro

¿Quién dijo que el aire es gratis?

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Usos y gastos del aire comprimido Distribución del aire comprimido

20%

FUGAS USOS INAPROPIADOS 10% 60% 6%

CONDICIONES NO OPTIMAS DE COMPRESION Y TRATAMIENTO CONDICIONES ERRONEAS DE TRAZADO PRODUCCION

4%

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Usos y gastos del aire comprimido Costo del aire comprimido COSTO ADQUISICION COSTO 10% INSTALACION 3%

COSTO ENERGIA 70%

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COSTO DE MANTENIMIENTO ORDINARIO 10% COSTO MANTENIMIENTO EXTRA 7%

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Usos y gastos del aire comprimido Consumo de energía de un compresor

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Gasto promedio de un compresor

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Equipo Operación

: Compresor de 150 HP : Trabaja 24 h/día y 365 días/año

Cálculo

: Total gastos

$ 1,200,000

Energía eléctrica (79%) Mantenimiento (21%) depreciación refacciones servicio

$ 960,000 $ 240,000

35% desperdicio promedio Equivalente a $ 420,000 264,000 pérdidas en la máquina + 156,000 pérdidas en suministro

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Generación del aire comprimido

•

Principio por mecánica de fluidos Características:  Altos caudales  Bajas presiones  Sin contaminación por lubricación mecánica

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Generación del aire comprimido

Principio desplazamiento positivo Características:  Altas presiones  Relativos bajos caudales  Contaminación por partes mecánicas lubricadas

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Generación del aire comprimido ACUMULADOR – TANQUE DEPOSITO DE AIRE

 Reduce las caídas de presión en la línea Tanque vertical

 Sirve como respaldo de energía neumática

 Ayuda a eliminar la humedad  Sistema de seguridad Tanque horizontal

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Generación del aire comprimido El tamaño del depende de:

tanque

 Caudal de compresor  Cantidad de aire requerida por el sistema  Red de tuberías  Regulación del compresor  Oscilación de la presión en el sistema

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El tanque se debe instalar a la sombra

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Generación del aire comprimido Entre el compresor y nuestro tanque acumulador es necesario contar con un secador en frío

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Red de aire comprimido  La red de distribución de aire comprimido es el sistema de tubos que permite transportar la energía de presión neumática hasta el punto de utilización  Es el conjunto de tuberías que parte del deposito, colocadas fijamente unidas entre si y que conducen el aire comprimido a los puntos de toma para los equipos

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Red de aire comprimido El material de la red de aire debe ser de un material con superficies lisas preferentemente. Dependiendo de su longitud la red de distribución de aire comprimido se aplica alguna de las siguientes configuraciones:

x

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 Longitud corta

 Longitudes largas

 Pocos elementos

 Elementos indefinidos

 Caídas de presión

 Estabiliza la presión

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Red ideal de aire comprimido  Porcentaje de caudal en fugas 0-5% de la producción total  Velocidad de aire en la red 6-10 m/s  Humedad relativa del aire comprimido 0,1 %  Temperatura del aire comprimido 20°C  Caída de presión máxima del sistema, 10% con respecto a la presión de entrega de los compresores  Porcentaje de uso de aire comprimido 98%

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La distribución del aire

La instalación áerea impide que la humedad “trepe” hacía las máquinas 49

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Instalación de las Tuberías  Debe tener fácil acceso: favorecer la vigilancia  En los puntos más bajos de la red de tuberías se deben colocar dispositivos para acumular y evacuar el agua de condensación producida  Es conveniente instalar las tuberías en forma de anillo  La red de aire comprimido debe subdividirse en secciones mediante válvulas de bloqueo

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Ventajas de la tubería de aluminio  Reducción en el trabajo de instalación de la tubería de aire comprimido  Fácil modificaciones en el diseño de tuberías  Sistemas de Aire libre de fugas  Eficiencia en energía: Reducción en la demanda de aire comprimido  No existe corrosión en las tuberias  Sistema de bajo costo para el usuario:  Fácil de modificar  Resultados en bajos tiempos muertos de producción  Todos los componentes son reutilizables  Aire limpio: Tuberías de aluminio

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Ventajas de la tubería de aluminio  El aire contaminado produce fallas en los equipos:  Miles de pesos en gastos anuales en reparación  Muy elevados costos a causa de tiempos muertos en producción

Tubería Acero Galvanizado

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Tuberia de Aluminio

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Perdida de carga  El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerablemente. Siempre debe preveerse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo motivo deberán sobredimensionarse las tuberías  El montaje posterior de una red de mayor capacidad, supone grandes costos

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Dimensión de las Tuberías  El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino en conformidad con:  El caudal  La longitud de las tuberías  La pérdida de presión (admisible)  La presión de servicio  La cantidad de estrangulamientos en la red

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Factores que influyen en el diámetro en una tubería  Velocidad de circulación admisible  Perdida admisible de la presión  N° de puntos de estrangulación  Longitud de la tubería  La circulación debe estar comprendida entre 6-10 mts  La caída de presión no debe superar el valor de 0.1 Kp-cm2  Los puntos de estrangulación provocan caída de presión: codos, curvaturas, desviaciones

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Unidades de mantenimiento  La unidad de mantenimiento es el enlace entre la red de distribución de aire y el circuito neumático de control  Este controla la presión suministrada al circuito que limpia el aire que puede añadir aceite para lubricar los componentes del circuito

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Unidades de mantenimiento

 Filtro. Evita el paso de partículas indeseables y acumula condensados de agua. Los hay para 40, 5, 1, 0.01 y 0.003 micras

 Regulador.

Mantiene la presión de salida constante independientemente de la presión de entrada. Presiones de 0 a 15 bar

 Lubricador. Por medio del aceite se reduce el desgaste, disminuyen las perdidas por rozamiento y protección contra la corrosión ( 32 mm2 / seg = ISO VG 32 )

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Unidades de mantenimiento

 El tamaño de las unidades de mantenimiento depende del consumo del aire. Si es demasiado pequeña pueden producirse oscilaciones de la presión y los filtros quedan obstruidos demasiado pronto  Las unidades de mantenimiento montadas al principio de un sistema neumático deben admitir un caudal mayor, ya que dichas unidades tienen que encargarse de limpiar una mayor parte del aire

 Tratándose de aire con aceite, la lubricación no deberá superar los 25 mg/mts3 (de 0.5 a 5 gotas / 1000 litros)

 De

ser posible, los lubricadores deberán inmediatamente antes de los cilindros consumidores

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ser

instalados

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Secadores Punto de roció. Es la temperatura a la que el vapor se condensa Comprimir el aire significa reducir su volumen El aire comprimido no puede contener tanta agua como el aire atmosférico Cuanta mas alta la temperatura del aire, mayor es su concentración de humedad

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Secadores refrigerantes Principio:

A. Aire comprimido con una temperatura aprox. 30°C B. Intercambiador de calor C. Unidad refrigerante D. Purga de condensados

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Secadores de membrana Están compuestos por un haz de fibras huecas permeables al vapor y que está circundando de aire seco que no está sometido a presión. El secado se produce a raíz de la diferencia parcial de presión entre el aire húmedo en el interior de las fibras huecas y el flujo en sentido contrario del aire seco. El sistema procura crear un equilibrio entre la concentración de vapor de agua en ambos lados de la membrana 61

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Secadores de membrana Principio de funcionamiento en detalle: 1. Aire sucio y húmedo entra por el filtro coalescente 2. Aceite y agua es retenida por el filtro y evacuada por la purga automática 3. Aire comprimido limpio y saturado entra al secador 4. El aire pasa por un paquete de membranas con fibras huecas 5. El vapor de agua se dispersa a través de las paredes de las membranas 6. Aire de purga (aire seco de la salida del secador) 7. El aire de purga en sentido contrario pasa sobre la superficie de las membranas eliminando las moléculas de agua 8. Aire limpio y seco es suministrado por la salida del secador Coalescente: dos o más materiales se unen en un único cuerpo 62

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Secadores de adsorción

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Comparación de los secadores

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Comparación de los secadores

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Clases de aire comprimido La calidad del aire comprimido es expresada en clases de acuerdo a la norma ISO 8573-1. En dicha norma se establece el grado de impurezas máximo en cada clase de calidad de aire

El aire recomendado para cilindros es 3.3.5 66

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Calidad de Aire: ISO 8573.1

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Aire recomendado por ISO

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Aire recomendado por ISO

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Visión general de las posibilidades de optimización Mantenimiento del equipo en condiciones ideales

Control de la humedad y tratamiento del aire Tamaño del receptor

Reducción del nivel de presión

Fugas de aire

Uso de calor recirculado

Tipo de sistema de control

Problemas de amplitud del sistema

Tipo de sistema de control

Comportamiento de los usuarios finales

Eficiencia del compresor

¿Cuánto aire y con qué calidad?

Operaciones a baja presión

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Las siete principales posibilidades de optimización Nivel de presión (tamaño del receptor) Mantenimiento Nivel de presión

Fugas

Recuperación del calor

Regulación

Regulación

Consumidores

Eficiencia de compresores Nivel de presiones

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Visión de las irregularidades en las estaciones de aire comprimido y espacios de producción 30%

Tratamiento innecesario

50%

Solenoide /Derivadora por f lotador

90%

Falta sist. para mantener constante la presión

60%

Conf iguración equivocada de compresores

90%

Secador de f río con bypass gas caliente

70%

Falta recuperación de calor

60%

Mando f altante o mando superior def ectuoso

20%

Unidad sucia

50%

Problemas de entrada y salida de aire Falta de componentes de …

20% 20%

Mangueras de aire comprimido largas

40%

Válvulas de asiento

50%

Diámetro muy reducido

20%

Agua en la red de aire comprimido

0%

72

20%

40%

60%

80%

100%

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Las Variables del Ahorro de Energía

CALIDAD DE AIRE

MEDICIÓN Y CONTROL

SECTORIZACIÓN

PRESIÓN

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Presión ■

Debemos asegurar que la presión a la que trabajen las máquinas sea la MENOR posible

■

Reduciendo la presión de funcionamiento de la máquina de 7 a 5.5 bar, ahorraremos casi un 20% en el consumo de energía. Las FUGAS de la máquina se reducirán también en un 20%

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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Presión 8 7 6

TIPO 1 TIPO 2 TIPO 3 COMPRESOR

5 4 3 2 1 0

Maquina Maquina Maquina 3 1 2

Maquina Maquina 4 5

Al reducir la presión podemos encontrarnos con 3 casos diferentes. Debemos analizar nuestra instalación

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Presión

 AR: Reducción de la presión por máquina  EVBA: Aumento de la presión sólo para aplicaciones puntuales  ISE30: Control visual y mediante señales digital/analógica del rango de presión adecuado

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Presión

CAUSAS DE PERDIDA DE PRESION CORROSION

DISEÑO

16%

USOS FINALES

OTROS

13% 15%

56%

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• Por cada 10 PSI, que se reduzcan en el set point de funcionamiento de los compresores, se reducirá un 5% en el consumo energético del mismo • Como regla práctica se puede tener que por cada 2 lb/pulg2 de incremento en la presión de operación se incrementa el consumo de energía en aproximadamente un 1%

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Sectorización  Formas de sectorizar nuestro circuito:  Por Zonas: Se consigue eliminar FUGAS en periodos de no

operación  Por Niveles de Presión: Se consigue reducir el consumo de las

máquinas y de las fugas  Reduciendo la presión de trabajo de las máquinas de 7 a 5.5 bar, se

ha reducido su consumo energético en un 20%  Reduciendo la presión y cortando el suministro en periodos de no

operación, se puede reducir su consumo energético hasta en un 36%

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Medición y Control ■

Un soplado con una boquilla de 5mm de diámetro consume la misma cantidad de aire que 300 cilindros de diámetro 50mm y carrera 100mm haciendo 1 ciclo/min funcionando a 5 bar Ø5 mm

■

=

300 X

Es habitual que el nivel de fugas en un sistema suponga un alto % (>25) del consumo energético total de una instalación

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Medición y Control  El mayor problema que encontramos para reducir fugas es como localizarlas. No es fácil saber en que puntos de nuestros sistema se están produciendo fugas  El sistema de redes interconectado hace que no podamos conocer cuanto aire se está consumiendo en cada parte del sistema

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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Medición y Control  Si identificamos la fuga y la eliminamos habremos reducido su consumo energético en un 38%  Reduciendo la presión de trabajo y cortando el suministro de aire en periodos de no operación, y eliminado FUGAS, podremos reducir su consumo energético en un 50%  PF2A: Flujostato digital programable hasta 2”. Visualización de caudal instantáneo y acumulado, salidas por pulsos, digitales y analógicas  Control de consumos  Seguimiento nivel de fugas e identificación de las mismas  Mantenimiento consumo 81

del

nivel

óptimo

de

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Calidad de Aire  La concentración de contaminantes aumenta en un 800%

al comprimir el aire a 7 bar

Polvo, suciedad, polen, humos, emisiones de gases y otras partículas Vapor de agua Aceite, hidrocarburos no quemados Gases cáusticos: Óxidos de azufre, óxidos de cloro y compuestos de Cloro 82

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Calidad de Aire

Pérdidas de carga

Oxidación

Humedad

Condensación

Corrosión

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Pérdida de volumen aire acumulado Fugas en las redes y elementos

Partículas, polvo…

Obstrucción de la maquinaria

Aceite, hidrocarburos

Pérdida calidad en producto final

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Mantenimiento adecuado del sistema MANTENIMIENTO AL SISTEMA CENTRADO EN LA EFICIENCIA

MOTOR COMPRESOR CONSUMO 84

CAPACIDAD ALMACENAMIENTO

PRODUCCIÓN CONSUMO Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Mantenimiento adecuado del sistema El potencial medio de ahorro de energía mediante mantenimiento regular y preventivo es del 10% Esto implica: 1. Limpiar y reemplazar filtros sucios (potencial de ahorro energético 1540%). Intervalo regular de recambio: 2,000-4,000 horas 2. Comprobar con regularidad los enfriadores de los compresores, para limpiarlos si es necesario 3. Limpiar con regularidad el intercambiador de calor del secador del refrigerante (mensualmente) 4. Recambiar de manera regular los filtros del aire comprimido (anualmente); pérdida de presión óptima 0.05 bar

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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Mantenimiento adecuado del sistema 5. Para compresores de pistón: comprobar válvulas, ya que pierden en las juntas continuamente. Los asientos de las válvulas pueden debilitarse o romperse. Esto puede conllevar que las cantidades producidas se reduzcan hasta un 50%. 6. Inspeccionar regularmente la correa en V y su tensión, controlando el desgaste de los discos de embrague 7. Cambiar regularmente el aceite y los filtros. 8. Recambiar los elementos de separación (cada 2000h o 4000h) 9. Modificar la relación de los compresores de tornillo cada 25000 horas de operación

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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico

Mantenimiento adecuado del sistema A continuación se ofrece una lista de chequeo básica para el mantenimiento en función de la eficiencia energética en sistemas de aire comprimido.  Elementos en Filtros de Succión. Inspeccionarlos y limpiarlos o cambiarlos según especificaciones del fabricante. La frecuencia puede acortarse dependiendo de las condiciones de operación para mantener baja la caída de presión y ahorrar energía.  Trampas de Condensado. Limpiarlas y comprobar su operación periódicamente.  Nivel de Lubricante. Inspeccionarlo diariamente y cambiarlo según especificaciones del fabricante. Cambiar elementos filtrantes según especificaciones.  Separador de Aceite. Cambiarlo según especificaciones del fabricante o cuando la caída de presión exceda de 10 psi. 87

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Mantenimiento adecuado del sistema  Correas de Transmisión. Comprobar el desgaste y la tensión. Ajustarla en caso necesario.  Temperatura de Operación. Verificar que la temperatura coincida con la establecida por el fabricante.  Filtros en Líneas de Aire. Reemplazar los elementos cuando la presión exceda de 2 a 3 psi. Inspeccionar anualmente los elementos independientemente de la caída de presión.  Sistema de Enfriamiento. Para sistemas enfriados por agua, revisar la calidad del agua (especialmente PH y sólidos totales disueltos), flujo y temperatura. Limpiar o reemplazar los elementos filtrantes según especificaciones del fabricante.  Fugas. Evaluarlas periódicamente. Inspeccionar las líneas, uniones, accesorios, válvulas, mangueras, filtros, lubricadores, conexiones de manómetros, y equipos de uso final para detectar fugas. 88

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Sugerencias para ahorrar La perdida de presión debe ser: 1. Tubería principal

0.03

2. Tubería de distribución

0.03

3. Derivaciones

0.04

4. Secador

0.30

5. Filtro

0.40

6. Unidad de mantenimiento

0.60

Perdida total

89

1.40

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Sugerencias para ahorrar  La red de tubería debe ser lo más corta posible y el diámetro de la tubería debe ser el mas pequeño posible  Las tuberías que se instalen adicionalmente deben de provenir de la fuente de aire comprimido y no de alguna derivación

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Sugerencias para ahorrar  Las unidades de mantenimiento deben montarse descentralizado y los mas cercano a los consumidores

de

modo

 Utilizar cilindros de diámetro apropiado.

DNG-40-250-PPV-A Consumo por ciclo = 4.05 litros

DNG-50-250-PPV-A Consumo por ciclo = 6.30 litros

Relación de aire = 6.30 / 4.05 = 1.55 55 % gasto de aire por mala elección 91

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Sugerencias para ahorrar • Hasta donde sea posible trabajar con la presión mínima posible Ejemplo: Se tiene un carga de 85 Kg a levantar. Que presión es recomendable utilizar? DNG-50-250-PPV-Aa 5 Bar = 90 Kg DNG-50-250-PPV-Aa 6 Bar = 108 Kg DNG-50-250-PPV-A

P1V1 = P2V2

El volumen de un DNG-50-250-PPV-A = 0.9 litros a presión atmosférica por ciclo Para 5 Bar tenemos = 0.9 x 6 = 5.4 litros Para 6 Bar tenemos = 0.9 x 7 = 6.3 litros

Relación de aire = 6.3/5.4 = 1.16 16 % gasto de aire por mala regulación 92

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Sugerencias para ahorrar  Las pistolas de chorro de aire para limpiar, soplar, eliminar virutas, etc., aplicar solo una presión máxima de 2 bar  Es mas recomendable utilizar bloques de distribución que utilizar varias conexiones en T a la vez por la perdida de presión, además de tener menos puntos posibles de fuga

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Sugerencias para ahorrar  Siempre que sea posible utilizar solo cilindros de simple efecto ya que estos cilindros solo consumen aire en el avance o retroceso

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Sugerencias para ahorrar  Los cilindros de carrera larga (más de 150 mm) no funcionan en modalidad de simple efecto  En la medida que sea posible utilizar el regreso de los cilindros de doble efecto utilizando un fuelle neumático

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Sugerencias para ahorrar  Si para el retroceso de un cilindro de doble efecto no se necesita toda la fuerza, utilizar una presión de 4 en vez 6 Bar El volumen de un DNG-50-250-PPV-A = 0.4107 litros a presión atmosférica en su retroceso Para 6 Bar tenemos = 0.4107 x 7 = 2.875 litros Para 4 Bar tenemos = 0.4107 x 5 = 2.0535 litros Relación de aire = 2.875/2.0535 = 1.40 40 % gasto de aire por mala regulación 96

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Sugerencias para ahorrar  Utilizar el mando neumático solo si es indispensable  Las válvulas deben montarse lo mas cerca posible de los cilindros

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Sugerencias para ahorrar  Cada 4º C de incremento de temperatura del aire aspirado se incrementa el consumo de energía en un 1% para el mismo caudal  Cada 3º C de disminución en la temperatura del aire aspirado origina un beneficio de un 1 % para el mismo caudal  El aire aspirado se debe tomar de un medio abierto no cerrado  Reducir 1 psig en la presión de descarga a 60 HP representa disminuir 1 Kwh de consumo.  Se considera pequeño un compresor de menos de 30 HP y grande a uno mayor a esta capacidad.

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Sugerencias para ahorrar  Los puntos de fugas mas frecuentes son:  Juntas de tuberías y mangueras  Conectores rápidos  Herramientas neumáticas  Evitar reducciones de alta relación en los diámetros de tuberías  Las salidas de la línea principal deben ser siempre de arriba hacia abajo  La velocidad en línea principal debe ser entre 6 y 10 m/s. y en las secundarias, máximo de 15 m/s., para mangueras se admite hasta 30 m/s

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Sugerencias para ahorrar Ejemplos de aplicaciones en las que pueden resultar más económicas otras medidas:  Utilizar aire acondicionado o ventiladores para enfriar gabinetes eléctricos en lugar de tubos vortex con aire comprimido  Aplicar bombas de vacío en lugar de sistemas Venturi con aire comprimido a alta presión  Usar sopladores en lugar de aire comprimido para soplar, enfriar, agitar, mezclar o inflar empaques  Utilizar cepillos, aspiradoras, sopladores en vez de aire comprimido para limpiar partes o remover residuos  Emplear aire a baja presión para lanzas de aire, agitación, etc. en lugar de aire comprimido a alta presión  Utilizar motores eléctricos eficientes para herramientas y actuadores en los casos en que no sean imprescindibles algunas características específicas de los equipos neumáticos 100

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Resumiendo… ■

■ ■ ■ ■ ■ ■

Análisis de la instalación  Costo del kWh  Gasto energético  Consumos de aire comprimido  Análisis del nivel de FUGAS  Turnos de trabajo  Tipología de las redes ¿Podemos reducir la presión? ¿Podemos sectorizar? ¿Nos interesa la medición continua / puntual? ¿Tenemos problemas con la calidad del aire? Realizar estudio de aplicaciones específicas (vacío,…) Propuestas y Amortización 101

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¡MUCHAS GRACIAS!

Asesores en Eficiencia Energética

E-Mail: [email protected] [email protected] Cel. 55-31-07-49-31 102

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