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Aire Comprimido

LATAM WEER Training

Guayaquil Junio 2015

Aire Comprimido

1 Definiciones

2 Sistema aire comprimido

3 Aire comprimido en Cervecera

4 Administracin sistema aire comprimido

5 Referencias

2

Es un mezcla de gases, incolora, inodora e inspida , constituida

principalmente por 78% Nitrgeno, 21% Oxigeno, Alrededor de 1% restante

es argn con algunas trazas de dixido de Carbono y otros gases .

Aire Atmosfrico

Que es el aire comprimido

Es aire atmosfrico condensado

Una mezcla de gases compresibles

Un portador de energa

Energa almacenada que puede ser convertida

en trabajo cuando la presin es liberada.

La forma mas simple de generacin de aire comprimido es una bomba de aire en la cual el movimiento mecnico comprime el aire y produce calor

Todos los componentes alrededor del aire, (contaminantes, partculas de polvo, humedad) permanecen presentes en el aire comprimido, en la misma cantidad pero mas concentrados, ya que se encuentran alojados en un volumen mas pequeo.

La compresin de aire tiene un propsito bsico que es el de suministrar un gas a una presin ms alta del que originalmente tenia.

La compresin tiene variedad de propsitos: Transmitir potencia para herramientas neumticas.

Aumentar procesos de combustin.

Transportar y distribuir gas y/o materiales..

Hacer circular un gas en un proceso o sistema.

Acelerar reacciones qumicas.

Aire comprimido como fuente de energa

El aire comprimido se ha convertido en la segunda fuente de energa utilizada

en la industria, despus de la energa elctrica,

Porqu el aire comprimido?

Por su velocidad y su rapidez de respuesta de trabajo. Su accin no es

tan rpida como la elctrica, pero si es notablemente ms rpida que la

hidrulica.

La energa neumtica tiene como materia prima el aire atmosfrico el cual

se puede tomar en la cantidad necesaria, totalmente gratuito, para

comprimirlo y transformarlo como fuente de energa.

Presin

Nivel Molecular

Presin Atmosfrica

Presin Manomtrica

Presin Absoluta

Presin de aire

La presin se define como la fuerza que acta

sobre unidad de superficie.

Donde P para el sistema ingls (lbf/in2)

y para el sistema internacional (kgf/cm2).

Al confinar un gas en un recipiente, el choque de las molculas entre si y con las paredes del recipiente es lo que origina la presin. Al comprimir el gas paulatinamente

se aumentar el choque de las partculas, por tener menos rea de accin, aumentando

por ende la presin.

Al aumentar la temperatura , mas rpido se mueven las molculas con el consecuente aumento de Presin

La presin es usualmente medida por un manmetro que registra la diferencia entre la

presin en un recipiente y la presin atmosfrica. La presin tomada en el manmetro no

es la presin absoluta, para obtener la presin absoluta es necesario adicionar la presin

manomtrica.

Presin Atmosfrica

La Presin atmosfrica es generada por el peso

de la atmosfera , varia segn la densidad del aire

y la distancia desde el centro de la Tierra.

Es la presin absoluta existente en la superficie

de la tierra.

La Presin atmosfrica a nivel del mar es 1,013 bar equivalente a 760mm de Mercurio.

La presin atmosfrica decrece a medida que aumenta la altitud, aproximadamente

100mbar por cada 1000 mt en altitud

Presin Absoluta, Manomtrica y Vaco

Presin Absoluta

Es la presin de un fluido medido con referencia al vaco perfecto o cero absoluto. La

presin absoluta es cero nicamente cuando no existe choque entre las molculas lo que

indica que la proporcin de molculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy

pequea.

Presin Manomtrica

Es la diferencia entre la presin absoluta y la presin atmosfrica. Se aplica tan solo en

aquellos casos en los que la presin es superior a la presin atmosfrica, pues cuando

esta cantidad es negativa se llama presin de vaco

.

Presin Absoluta = Presin Manomtrica + Presin Atmosfrica.

Vacio: Es la presin resultante por debajo de la presin atmosfrica, es la presin

negativa. Normalmente la presin de vaco se expresa en pulgadas de agua o de

mercurio

Presin Manomtrica y Presin Absoluta

CERO ABSOLUTO

PRESIN ATMOSFERICA

PRESIN DEL SISTEMA

PSIG

Manomtrica

PSIA

Absoluta

PSIA=PAtm+PSIG

La Presin atmosfrica y la

temperatura ambiente decaen

al aumentar la altitud,

afectando el rendimiento de

compresores .

Cantidad de aire de

refrigeracin para motores

elctricos se reduce,

disminuyendo la potencia

entregada

El Compresor succiona

una menor masa de aire lo

que implica una menor

demanda de potencia.

Humedad Absoluta, Humedad Relativa

El vapor de agua presente en el aire ambiente puede medirse en trminos Absolutos

(masa) o Relativos (% presiones)

Humedad Absoluta H.A.= (mH20 / mAire)

La humedad relativa normalmente se considera cuando se trata del aire atmosfrico. Es

la relacin entre :

La presin parcial de vapor actual en la mezcla aire-vapor y la presin de vapor

saturada a la temperatura de bulbo seco en la mezcla, se expresa en porcentaje.

H.R = (Presin parcial de vapor) / (Presin de vapor saturado).

H.R.= (PVP / PVPsat)|Temp. Bulbo Seco

La humedad relativa es la cantidad de humedad en el aire, comparado con la que el aire

puede "mantener" a esa temperatura. Cuando el aire no puede "mantener" toda la

humedad, entonces se condensa como roco.

Punto de Roco

El punto de roco o temperatura de roco es la

temperatura la que empieza a condensarse el vapor de

agua contenido en el aire, produciendo roco, neblina o,

escarcha si la temperatura es lo suficientemente baja.

Para una masa dada de aire, cuando el aire se satura

(humedad relativa igual al 100%) se llega al punto de

roco. La saturacin se produce por un aumento de

humedad relativa con la misma temperatura, o por un

descenso de temperatura con la misma humedad relativa.

Capacidad

Parmetro bsico para la especificacin de los compresores, es la cantidad de

aire en la unidad de tiempo que suministra el compresor entre las presiones de

trabajo.

Unidades

Sistema internacional: Nm3/ min. (Normal Cubic Meter Per Minute)

Sistema Ingls: CFM ( Cubic Feet Per Minute)

Estas unidades se utilizan nicamente para referirse al desplazamiento terico

del pistn, esto es para compresores reciprocantes o de pistn, es el volumen

fsico del cilindro. No debe usarse para especificar un equipo ya que solo indica

el volumen por tiempo, pero no indica que condiciones.

Unidades de capacidad

SCFM: Pies cbicos por minuto estndar (DIN 1343) 1.01 Bar ( a nivel de mar)

0 C = 273K

0% Humedad relativa (H.R)

SCFM: Pies cbicos por minuto estndar (DIN / ISO 2533) 14.696 Psia 1.01 Bar ( a nivel de mar)

15C = 288K

0% Humedad relativa (H.R)

NCFM: Pies cbicos por minuto normal (ISO 1217)

Se utiliza para referirse a las condiciones normales de aire atmosfrico. 1.0 Bara

20C = 293K

0% Humedad relativa (H.R

ACFM: Pies cbicos por minuto actual (Medio ambiente en el sitio de instalacin del compresor)

Referido para indicar el aire realmente entregado a las condiciones de admisin del

compresor, o sea a las condiciones del sitio de funcionamiento del equipo, tomado antes

del filtro de admisin.

ICFM: Pies cbicos por minuto a la admisin (en la brida de la admisin)

Se refiere al aire atmosfrico suministrado por el equipo, tomado en la admisin, o sea

despus del filtro.

Potencia

Potencia terica

Es la potencia requerida, de acuerdo con un proceso

terico, para llevar a cabo el proceso de compresin.

Potencia del gas

Es la potencia requerida para comprimir y entregar el gas. Incluye las prdidas termodinmicas, por escapes y friccin.

Potencia al freno

Es la potencia requerida en el acople de la mquina.

Tiene en cuenta todas las prdidas de la mquina.

Potencia especfica

Es la potencia al freno requerida para comprimir 100 CFM. [BHP / 100 CFM]

Puede tomarse como una medida de la eficiencia del proceso de compresin.

Eficiencia terica

Es la eficiencia del proceso real de compresin comparado con un proceso terico.

TEO = Potencia TEO / Potencia REAL

SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

Elementos de un sistema de aire comprimido

En general un sistema de aire comprimido cuenta con los siguientes 7 dispositivos

Filtro del compresor: Este dispositivo es utilizado para eliminar las impurezas del aire

antes de la compresin con el fin de proteger al compresor y evitar el ingreso de

contaminantes al sistema.

Compresor: Es el encargado de convertir la energa mecnica, en energa neumtica

comprimiendo el aire. La conexin del compresor a la red debe ser flexible para evitar la

transmisin de vibraciones debidas al funcionamiento del mismo.

Postenfriador: Es el encargado de eliminar gran parte del agua que se encuentra

naturalmente dentro del aire en forma de humedad.

Tanque de almacenamiento: Almacena energa neumtica y permite el asentamiento de

partculas y humedad.

Filtros de lnea: Se encargan de purificar el aire hasta una calidad adecuada para el

promedio de aplicaciones conectadas a la red.

Secadores: Se utilizan para aplicaciones que requieren aire seco.

Unidades de mantenimiento (Filtro, reguladores de presin, lubricador) , secadores

adicionales.

Red de aire comprimido

Lnea que sale del conjunto de compresores y conduce el aire que consume la

planta. Debe tener la mayor seccin posible para evitar prdidas de presin. La

velocidad mxima del aire en la tubera principal es de 8m/seg.

Tuberas secundarias Son las que alimentan los puntos de consumo , en estas

la velocidad del aire puede llegar a 15 m/seg

Para dimensionar una red de aire comprimido se deben tener en cuenta:

Presin: Generalmente una red industrial de aire comprimido trabaja entre 6 y 7 barg

Caudal: El caudal de la red deber ser diseado con base en la demanda

Prdidas de presin: Los componentes de una

red de aire comprimido como codos, tes,

cambios de seccin, unidades de manteni-

miento, y otras se oponen al flujo generando

prdidas de presin..

Elemento Caida Presin

Postenfriador de aire 0,09 bar

Secador frigorfico 0,20 bar

Secador adsorcin 0,30 bar

Separadores 0,10 bar

Red de tuberas 0,14 bar

Filtros en general 0,15 bar

Mtodos de Compresin

Se usan cuatro mtodos para comprimir un gas. Dos estn en la clase intermitente y los

otros dos en la clase de flujo continuo, estos mtodos son:

1. Atrapar cantidades consecutivas de gas en algn tipo de encerramiento, reducir el

volumen incrementando la presin para despus desalojar el gas del encerramiento.

2. Atrapar cantidades consecutivas de gas en algn tipo de encerramiento, trasladarlo

sin cambio de volumen a la descarga y comprimirlo por contra flujo.

3. Comprimir el gas por la accin mecnica de un impulsor o un motor con paletas en

rpida rotacin, que imparten velocidad y presin al gas que esta fluyendo.

4. Alimentar el gas en un chorro de alta velocidad del mismo o diferente gas y convertir

la alta velocidad de la mezcla a presin en un difusor.

Los compresores que usan los mtodos 1 y 2 son de la clase intermitente y se conocen

como compresores de desplazamiento positivo.

Aquellos que usan el mtodo 3 se conocen como compresores dinmicos

Los empleados en el mtodo cuatro se denominan eyectores.

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinmicos

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinmicos

Paquetes sucesivos de gas son atrapados en cmaras cuyo volumen se reduce,

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinmicos

No hay Paquetes de fluido. Un impulsor acelera el gas.

La energa de velocidad se

convierte en presin parcialmente

en el impulsor y parcialmente en

el difusor.

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinmicos

Reciprocante Tornillo Centrfugo Axial Mixto

Otros

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinmicos

Reciprocante Tornillo Centrfugo Axial Mixto

Otros

palets deslizante lbulos rotatorios

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinmicos

Reciprocante Tornillo Centrfugo Axial Mixto

El elemento que comprime y

desplaza el gas es un pistn

en movimiento reciprocante

dentro de un cilindro.

Eficiencia Volumtrica

P.M.I

Compresin

Admisin

P.M.S

Final de

la Compresin

Espacio Muerto

Expansin

Descarga

vol = ACFM / D

.

Es la relacin entre el volumen de aire que entra

al compresor (que efectivamente pasa por las

vlvulas) y el volumen que barre el pistn.

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinmicos

Reciprocante Tornillo Centrfugo Axial Mixto

El aire es atrapado entre

dos lbulos helicoidales, los

cuales al girar comprimen y

desplazan el gas

Compresores rotativo de tornillo

Es una mquina con dos rotores que comprime gas entre las cmaras de los lbulos

helicoidales entrelazados y la carcaza.. Est compuesto por dos rotores de perfiles

conjugados: uno de ellos se denomina macho y posee lbulos (perfil convexo), mientras que

el otro se llama hembra y posee alvolos (perfil cncavo). En general, el rotor macho posee 4

lbulos y el rotor hembra consta de 6 alveolos; sin embargo, existen relaciones de 3/5 y 5/7

El rotor macho o gua (rotor principal) consume alrededor del 85 al 90% de la potencia y el

hembra o guiado requiere a lo sumo slo del 10 al 15% de la potencia total.

Existen dos tipos de estos compresores, uno usa piones acoplados para mantener los

dos rotores en fase todo el tiempo. Esta clase no requiere lubricacin

y el sello entre lbulos lo hacen las pequeas tolerancias.

El segundo tipo usa un bao de aceite a lo largo de la

mquina para lubricar, sellar y enfriar el gas comprimido.

Funcionamiento compresor tipo tornillo

Aspiracin.-el fluido penetra a travs de la entrada de aspiracin y llena

el espacio creado entre los lbulos, los alveolos y la carcasa. El espacio

aumenta progresivamente en longitud durante la rotacin a medida que

el engrane de los rotores se aproxima hacia el lado de descarga. Esta

fase acaba una vez el fluido ha ocupado toda la longitud del rotor.

Compresin.-el fluido disminuye su volumen debido al engrane final de

los rotores y en consecuencia aumenta su presin.

Descarga.-el fluido es descargado continuamente hasta que el espacio

entre los lbulos de los rotores desaparece.

.

Tipos de compresores

Desplazamiento

Positivo

Compresores

Dinamicos

Reciprocante Tornillo Centrfugo Axial Mixto

Uno o ms impulsores imparten

velocidad al gas. La energa

cintica se convierte en energa

de presin en un difusor corriente

abajo. El flujo de gas es radial u

oblicuo.

Dos conjuntos de aletas (uno

giratorio y otro fijo) por etapa

llevan a cabo la compresin.

mquina para altas capacidades,

bajas presiones.

Compresor centrfugo

El compresor centrifugo tiene un impulsor con alabes radiales o inclinados y hacia atrs. El gas es obligado a pasar a travs del impulsor por la accin mecnica de los alabes. La velocidad generada se convierte en presin, parcialmente en el impulsor (la cantidad depende del diseo) y parcialmente en los difusores estacionarios que se encuentran inmediatamente despus del impulsor.

Los compresores centrfugos multi-etapa utilizan dos o ms impulsores dispuestos para flujo en serie, cada uno con difusor radial y canal de retorno separando los impulsores..

El aire tiene su entrada por el centro del impulsor el cual imparte velocidad al gas, la direccin que toma es radial. La admisin se da por que se crea un vaco en la boca del compresor, debido al perfil que tienen los alabes.

El aire es dirigido al difusor, que es donde la totalidad de la energa cintica se convierte en presin. Este cambio se debe al choque de las partculas con la pared del difusor. Este principio se puede experimentar fcilmente si usted le pone la mano al flujo de aire que genera un ventilador. En la mano se siente el choque y en la cara posterior se siente presin..

Como seleccionar un compresor de aire

Factores para la seleccin de sistemas de aire comprimido

Presin de operacin

Demanda de aire

Temperatura de compresin y sistemas de enfriamiento

Calidad del aire a la succin

Variabilidad de la demanda de aire comprimido

Condiciones ambientales ( altura snm, calidad del aire a la succin, temperatura

ambiente..)

Condiciones de instalacin

Necesidad de secuenciamiento entre varios equipos

Rgimen de operacin

Calidad del aire requerida

Costos Totales del sistema de aire comprimido (evaluacin econmica del

proyecto)

Presin y Flujo de Aire

CENTRIFUGO

RECIP

TORNILLO

P

V

Secado de aire comprimido

Generalmente se usan dos tecnologas:

Secadores Regenerativos

Permiten alcanzar puntos de roco por debajo de 0C. Trabajan utilizando materiales desecantes, que son aquellos que tienen, la propiedad de adsorber

agua, capacidad que se va perdiendo al irse saturando de esta, pero la cual

pueden recuperar regenerndose.

Secadores por refrigeracin

Consisten en una maquina con un circuito de refrigeracin mecnica el cual se encarga de enfriar aire por debajo de la temperatura de rocio deseado

producindose intencionalmente condensados que son retirados por medio de

un separador centrfugo.

Solo pueden ser utilizados en sitios donde el punto de roco sea mayor o igual a 0 C ya que de lo contrario el agua se congela y obstruye la tubera.

Tanque pulmn aire comprimido

Permite absorber las pulsaciones inherentes al sistema de compresin

reciprocante, a la vez que suministra una superficie grande de intercambio de

calor que permite disminuir parcialmente la alta temperatura del aire luego de

la compresin. Tambin absorbe picos de consumo alto y de corta duracin.

Debe contar con :

Vlvula de seguridad que abra a una presin un 20%

mayor que la presin mxima del sistema y que tenga

una capacidad de evacuacin mayor a la del compresor.

Un manhole de inspeccin,

Un sistema de evacuacin de condensado automtico,

Un manmetro

Filtros de aire comprimido

El propsito de los filtros de aire comprimido es suministrar aire libre de contaminantes a

los diferentes puntos de aplicacin. Contaminantes tales como agua, aceite, polvo,

partculas slidas, neblinas, olores, sabores y vapores, pueden estar presentes en el

sistema.

Filtros de partculas. Diseados para retener partculas slidas, interceptando las mismas

mediante un elemento filtrante que puede ser de diversos materiales (Papel, rejillas

metlicas, mallas de nylon, espumas, etc.),

Filtros coalescentes. El propsito de estos retener lubricantes, emulsiones y neblinas,

mediante el principio de coalescencia, el cual consiste bsicamente en tener una red

aleatoria de fibras, la cual ante el paso de aire, produce formacin de gotas alrededor de

las fibras, cayendo luego estas a un recipiente de acumulacin por efecto de gravedad.

Como consecuencia del diseo del filtro pueden retenerse partculas slidas incluso de

menor tamao que las retenidas por un filtro de partculas, por esto se recomienda instalar

primero un filtro de partculas antes que uno coalescente y as evitar que este se sature.

Filtros de vapores. Son filtros diseados para remover olores sabores y vapores

orgnicos. Su principio de funcionamiento consiste en lechos de carbn activado que

mediante adsorcin remueven dichos contaminantes.

Aire Comprimido en Cervecera

KPIs Clave

Benchmarking

Oportunidades

Punto de consumo de aire comprimido en Cervecera

Sala de Cocimientos

Transporte de afrecho

Mash filters

Actuadores de vlvulas

Aireacin mosto

Cavas:

Evacuacin de CO2 de tanques

Actuadores de vlvulas

Bombas neumticas

Filtracin:

Evacuacin tierra diatomacea gastada

Embotellado

Envasadora

Etiquetadora

Encajonadoras / Desencajonadoras

Secado botellas

Soplado botellas PET

Servicios Industriales:

Actuadores de vlvulas

Aireacin agua potable/residual

Bombas neumticas

Indicadores de desempeo en sistemas de aire comprimido

Consumo de energa elctrica para generacin aire comprimido (KWh/m3) .

Aire comprimido utilizado por Hl de cerveza producido (m3/Hl)

Tiempo de operacin de los compresores (hrs)

Fugas y/o consumos de aire no asociados a la produccin

Cada de presin en la red medida desde el sitio de generacin hasta el punto de consumo mas lejano.

Punto de Rocio (C)

Consumo de energa elctrica para generacin aire comprimido (kWh/m3)

kWh/Nm3

Cantidad de energa utilizada para comprimir 1 m3 de aire a condiciones atmosfricas (1bar a)

Para un sistema que opere a 6 bar , el consumo aproximado de energa elctrica es de 0,13 KWh por cada m3 de aire comprimido desde condiciones atmosfricas

x =a

b

x = Consumo especifico de energa (kWh/Nm3)

a = Potencia absorbida por el sistema de aire comprimido (kWh)

b = Capacidad de generacin de aire comprimido (Nm3)

Aire comprimido utilizado por Hl de cerveza producido (m3/hl)

Nm3/hl

Cantidad total de aire comprimido por cada Hl de cerveza envasada

z =d

e

z = Consumo especifico de aire comprimido (Nm3/hl)

d = Aire comprimido consumido (m3/ tiempo)

e = Volumen envasado (hl/ tiempo)

El tiempo del ejercicio necesita ser escogido con cuidado para que el valor no este afectado por afectaciones en la produccin

El ejercicio se puede realizar para toda la planta o por reas realizando benchmark con otros sitios

Aire comprimido en Europa

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0

2

4

6

8

10

12

14

Air

ge

ne

rati

on

eff

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nc

y (

kW

m/n

m3

)

Air

co

nsu

mp

tio

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cy (

nm

3/h

l)

Air generation efficiency Air Consumption Efficiency

Recomendaciones de medicin para gestin de energa

Para poder realizar gestin sobre el consumo de energa asociado al uso de aire comprimido se recomienda tener medidores de aire comprimido instalados en las siguientes reas:

Sala de Cocimientos

En cada Cocina

Cavas ( fermentacin + maduracin + levadura)

Filtracin

En cada filtro

Salon de embotellado

En cada linea

Servicios Industriales

En sala de maquinas

En plantas de tratamiento de aguas

El consumo (Nm3/hr) y el consumo especfico (m3/hl) para cada uno de estos puntos deben ser revisados peridicamente y analizar cualquier variacin inexplicada..

Curvas de eficiencia de compresores

Las curvas de eficiencia del compresor pueden ser usadas para calcular el

desempeo de este a diferentes condiciones de carga

Generalmente estas curvas se encuentran en los manuales de los

compresores o pueden ser obtenidas con los proveedores

Curvas de eficiencia de Compresores

Capacidad Vs Potencia

en compresor tipo tornillo

Capacidad vs eficiencia

en compresor tipo tornillo

Administracin Sistema aire comprimido

Adecuado tanque buffer

Adecuada banda de presin operacional

Considerar la cada de presin en el filtro

Ajustar la demanda (picos)

Adecuado tanque buffer

Impacta los ciclos de arranque parada del compresor de aire

El tamao del buffer afecta el ciclo carga descarga del compresor

Puede reducir el tamao del compresor requerido

Ejemplo de un dimensionamiento adecuado del tanque buffer

Para utilizar la capacidad de almacenamiento del buffer , la capacidad del compresor debe ser cercana a la demanda promedio. De esta manera se llena durante periodos de baja carga y entrega el aire almacenado en los periodos de cargas pico

Demanda promedio del sistema de aire comprimido = 1000m3/hr

Demanda pico de aire comprimido = 5000m3/hr

Mxima duracin del pico de demanda = 10 segundos

Capacidad del compresor = 1000 (m3/hr)

Lp Lm

3600 duracin del pico =

= 11.1m3

% de demanda de los compresores relacionado con la carga promedio = LaLm

= 100%

Adecuada banda de presin operacional

Cada de presin en los filtros ( promedio 0,2 bar)

La ubicacin de los sensores de control es importante, si el sistema es

controlado por el lado de aire seco, se debe considerar la cada de presin a

travs de los filtros, secadores y dems equipos perifricos del sistema.

? ? ?

Minimizar frecuencia de ciclos Incrementando tanque buffer

Durante cada ciclo hay una perdida de energa asociada al venteo a la atmosfera

Al reducir los ciclos se puede reducir la perdida de aire comprimido y mejora la eficiencia

Adecuada banda de presin operacional

Administracin de carga

Carga pico:

Cual es el pico de carga?

Que tan larga es la duracin de los picos?

El proceso se puede realizar por baches?

Se puede incrementar el buffer para reducir la demanda?

Manejo cargas pico

Reduciendo las cargas pico se puede mejorar la eficiencia del sistema y hasta reducir

la capacidad instalada

Utilizando medicin por equipos, procesos o reas se puede identificar la demanda pico

Analizar la simultaneidad de procesos involucrados en el pico .

Distribucin de cargas que puedan reducir el pico

Staggered peak load

Original peak load

Instalacin variador de frecuencia

Si las caractersticas del pico implican un tanque buffer demasiado grande, la opcin es

instalar un variador de frecuencia que permite tener un compresor operando al 50% a

diferencia del sistema carga/descarga

Para el ejemplo la eficiencia de un compresor con control por carga / descarga al 50%

de la capacidad es de 0,13 KWh/m3

Compresor con variador al 50% tiene una eficiencia de 0,10 kWh/m3

Mejora eficiencia = 0.1320.115

1 = 15%

Optimizacin operacin a carga variable

Conocer la capacidad de regulacin de carga es importante cuando se dimensione un

sistema de aire comprimido.

Cual es la mnima condicin de operacin de un compresor?

Operar por debajo de la capacidad mnima de un equipo puede resultar en frecuentes

arranques y paradas del equipo llegando hasta dao del motor

La eficiencia a condiciones mnimas de operacin se ve en las curvas de eficiencia

Carga/ descarga mnima regulacin

18%

Consumo energa a mnima regulacin

89% mayor que a plena capacidad

(kWh/m3)

Sistema con variador de frecuencia

Mnima regulacin 18% .

Consumo energa a mnima regulacin

34% mayor que a plena capacidad

(kWh/m3)

Control de mnima regulacin de carga Sistema Modular

La solucin optima es tener un sistema

modular con varios compresores que

puedan cubrir la carga base variable

dependiendo de la secuencia en que se

coloquen en operacin y un compresor

con variador de frecuencia

Se obtiene

Flexibilidad en cargas bajas

Mejor eficiencia energtica

Facilita entrada y salida de operacin de

compresores por labores de mantenimiento

:

Manejo de la presin

Regla del pulgar

Por cada bar que se reduzca la presin de descarga de los compresores se mejora 7% la eficiencia del compresor.

Presin optima:

Control de la presin aguas abajo ( postenfriadores, secadores)

Diagrama de la red de aire comprimido ilustrando los puntos de cada de presin

Conocer las demanda y procesos que requieren aire comprimido, definiendo la condicin mnima para cada punto de consumo

Evaluar la posibilidad de reducir la presin de suministro

Condiciones para la succin de aire

Generalmente los compresores succionan aire de la sala de maquinas, si este aire esta

caliente, el compresor generar grandes cantidades de calor

El aire frio es mas denso, a esta condicin se requiere comprimir menos aire para

generar la misma capacidad.

Por cada C que se reduzca la temperatura de succin del compresor, se obtiene una reduccin de 0.32% en el trabajo requerido en el compresor

Para equipos sin variador de frecuencia la reduccin se traduce en menor cantidad de

tiempo operando cargado

ES = WlCl + WulCul Cl VR1 Wl + Cul 1VR Wul

Para compresores con variador de frecuencia la mejora en eficiencia no es

proporcional a la reduccin de capacidad. Para cuantificar la reduccin se debe

analizar la curva del compresor

VR = Reduccin Volumtrica

ES = Ahorro energa

Wl = Potencia con compresor cargado Wul = Potencia del compresor descargado

Cl = Tiempo de operacin cargado

Cul = Tiempo de operacin descargado H = Horas de operacin por ao

Fugas de aire

Las fugas de aire se pueden estimar como el flujo de aire a travs de un orificio

Para un sistema que trabaja a 6 bar , consume 0.13 KWh/m3 y con un precio de energa elctrica de 10 centavos USD /KWh

Q= Flujo de aire (m3/sec)

Cf= Coeficiente de flujo (0.7 Rango 0.6 0.9 dependiendo del tamao del orificio, dimetro tubera y numero Reynolds)

A0= rea del orificio (m2)

p= Cambio de presin entre los dos lados del orificio (Pa para 6 bar g = 600,000Pa)

= Densidad del fluido (kg/m3)

Para reducir las perdidas por fugas se deben mantener actualizadas:

Auditorias a los procesos

Emisin de las ordenes de trabajo para eliminar las fugas

Dimetro del orificio

(mm) 1 2 3 4 5 10

Perdidas anuales de aire

comprimido NM3 16,722 66,888 150,499 267,553 418,052 1,672,208

Costo anual @ 6 bar $ 217 $ 870 $ 1,956 $ 3,478 $ 5,435 $ 21,739

Q=CfA02p

Uso de Blowers para aplicaciones de baja presin

En algunas aplicaciones se requiere alto caudal y baja presin de aire comprimido, all

puede ser mas eficiente el uso de blowers (sopladores)

Secado de botellas en rinser o previo a los inspectores

Cuchillas de aire en pasterizadoras

Transporte de afrecho

Limpieza

Blown down de tanques de proceso

Los impactos de la carga de evacuacin de afrecho hmedo en el

sistema de aire comprimido son:

Es una carga grande que incrementa la demanda al sistema de aire comprimido, durante picos peridicos.

La generacin con sopladores es mas eficiente que generar con compresores a 7 bar

La eficiencia del sistema total de aire comprimido se reduce cuando entran en servicio equipos adicionales para cubrir el pico de carga

Presin

alimentacin (bar)

Flujo de aire

(nm3/min)

1.3 0.57

2.7 0.62

4.0 0.68

5.4 0.74

6.7 0.91

Ejemplo de uso de Blower a baja presin para transporte de afrecho

En un sistema tradicional aire comprimido del sistema de 7 barg es expandido a 2,5 barg para el transporte de afrecho hmedo de la olla de filtracin

Si el aire se genera a la presin de uso (2,5 barg) se puede obtener una reduccin en el requerimiento de energa de hasta 47% vs operar con el compresor a 7 Bar

Usos inadecuados del aire comprimido

Instalacin de accesorios en mal estado o mal seleccionados que permiten fuga continua e aire comprimido

Instalacin de tubos perforados para remover agua en botellas o latas( se deben usar sopladores o boquillas adecuadamente seleccionadas)

Referencias

Fundamentos aire comprimido INGERSOL RAND

Fundamentos aire comprimido KAESER

Compressed air optimization WEER 2013