Por: Oscar Sánchez Sánchez (Ingeniero Mecánico – KAESER México)

Este escrito fue originalmente redactado el 19 de noviembre de 2012 por Neil Mehltretter quien gestiona los servicios de diseño e ingeniería de Kaeser, que incluyen mejoras de energía así como la selección de equipos para aire comprimido. KaeserUSA

Uno de los métodos más populares para identificar maneras de reducir el consumo de energía de un sistema de aire comprimido es completar una evaluación integral de aire comprimido, o “análisis de demanda de aire.” Si se cuenta con un tercero para realizar el servicio, se debe asegurar que el proveedor no corte camino y que se entiendan los siguientes puntos:
• Las metas de un análisis de demanda de aire (identificar puntos de baja presión en la planta, problemas de calidad del aire, capacidad de cada compresor y capacidad de la estación de aire comprimido, estado de cada equipo de la estación, modos de control de compresores, costos del aire comprimido por mencionar algunos)
• Los pasos necesarios del proveedor para proporcionar una “toma instantánea” de un sistema preciso
• El objetivo de consumo de energía estándar de la industria que contribuirá a las recomendaciones del sistema del proveedor
• La importancia de los controladores en la mayoría de los planes de optimización • Los sistemas siempre se pueden mejorar

 

Llevando a cabo una inspección del lugar

Es importante hacer una lista y comprender todo el equipamiento de un sistema de aire comprimido antes de instalar cualquier dispositivo de medición de manera que 1) los dispositivos son colocados correctamente, y 2) la dinámica del sistema se entiende correctamente. La persona responsable de la recopilación de información debe tener en cuenta: las condiciones ambientales, distribución física, detalles de todos los componentes del sistema de aire incluyendo el tratamiento de limpieza del aire, tuberías, almacenamiento y control. Los procesos en las instalaciones también deben estar documentados. Muchos auditores tendrán un cuestionario que completarán para compilar los detalles en un solo documento.

 

Midiendo y cuantificando kW / 100 cfm

Para muchos sistemas ­ la potencia, el flujo y la presión deben ser medidos por un período de aproximadamente 10 días para obtener una toma instantánea precisa del sistema (otros datos tales como el punto de rocío [para determinar la calidad del aire], la descarga y la temperatura deberán ser medidos según sean necesarios basados en los requerimientos del sistema). El período de medición debe incluir noches, fines de semana u otros tiempos muertos para identificar demandas no productivas. La verdadera potencia usada por los compresores de aire se mide usando kilowattmetros que pueden monitorear el amperaje, voltaje y factor de potencia. Los registradores de datos o “Data loggers” deben registrar los datos en cada compresor de aire cada 0.5 segundos y promediar los datos a través de un intervalo de grabación predeterminado de 20 segundos de resolución.

Un adecuado Indicador Clave de Rendimiento (KPI, por sus siglas en ingles) para todos los sistemas de aire comprimido es la potencia específica consumida (kW) por 100 pies cúbicos por minuto (cfm, por sus siglas en ingles) de aire comprimido utilizado en la planta. Esto proporciona una idea del nivel del desempeño en un sistema de aire comprimido ­ sin importar la variación de los niveles de producción de la planta. Los sistemas recomendados tienen un KPI por debajo de 21 kW / 100 cfm.

 

Comprendiendo la dinámica del sistema

La información recogida del sistema debe ser analizada a fondo y las áreas de mejora deben ser identificadas. Múltiples escenarios deben ser considerados para reducir el consumo de energía del sistema de aire comprimido, incluyendo un análisis de los principales usuarios de aire comprimido dentro de la instalación para determinar si el aire comprimido es la opción más eficiente para cada aplicación.

 

Implementando una recomendación para mejorar kW / 100 cfm

Muchas evaluaciones del sistema se centran en la reducción de consumo de aire comprimido mediante la corrección de fugas o través de la eliminación de los “usos inapropiados” de aire comprimido. El uso de boquillas de aire, por ejemplo, para reemplazar la tubería perforada para aplicaciones de soplado reduciría la demanda de aire comprimido. Los ahorros de energía, sin embargo, sólo se realizarán si los controles de los compresores de aire pueden capitalizar estas ganancias y cuando sea apropiado incluir el uso adecuado de una unidad con variador de frecuencia (VFD, por sus siglas en ingles). Los costos involucrados con el ajuste de los controles del compresor casi nunca se incluyen en los cálculos de ROI. Muchos compresores de aire con control por modulación seguirán consumiendo la misma cantidad de electricidad (kW) dentro de rangos de flujo de aire comprimido (CFM). No se puede asumir una relación proporcional entre el consumo de aire comprimido y el consumo de energía.

 

Verificando el rendimiento de kW / 100 cfm

Los programas de reembolso de servicios públicos a veces requieren que los ahorro de energía sean verificados por un auditor de aire comprimido adicional después de que el sistema de aire sea optimizado. En los casos en que los programas de rembolso no requieran tal grado de comprobación, las instalaciones todavía deberían considerar implementar cierta forma de evaluación posterior a la optimización. La frase común “Si no se puede medir, no se puede gestionar” aplica. Así, mientras este paso es en realidad opcional para la mayoría de los sistemas, debería ser contemplado.

Todos los sistemas se pueden mejorar – incluso los sistemas diseñados con datos de auditorías de aire y que están recién instalados. La evaluación adicional deberá verificar los resultados de las auditorías de aire comprimido, así como ayudar a identificar áreas adicionales de mejora. En muchos casos se recomienda supervisar una estación de aire comprimido a través del tiempo y hacer mejoras paso a paso, después de cada paso medir los cambios en el desempeño del sistema. Algunos controladores de sistemas rastrean y almacenan los datos de consumo de energía en curso, por lo que para muchos, una revisión con un controlador maestro del sistema proporciona suficiente información para la evaluación interna y se puede utilizar para verificar las métricas de mejora.

Para dar un ejemplo de la información que se puede determinar en el seguimiento de una auditoría de aire comprimido, consulte la tabla a continuación con datos de un cliente real. Los resultados de la verificación mostraron que aunque la demanda general de aire en la fábrica había subido, el rendimiento de la unidad VFD estaba bien dentro del objetivo kW/100 cfm. Los ahorros de energía anuales se verificaron en $19,165 al año ­ una gran reducción de 42% en el costo de la energía y un poco más alta que la estimación conservadora inicial.

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Conclusión

Es fundamental centrarse en mejorar el KPI específico de kW/100 cfm. Los usuarios de aire comprimido pueden asegurar el retorno de la inversión (basado en el ahorro de energía) en las auditorías del sistema de aire al trabajar con empresas que midan al menos la potencia, el flujo y la presión durante un periodo de tiempo lo suficientemente largo como para obtener una toma instantánea y precisa del sistema, a menudo de 10 días. Además, los datos obtenidos de la auditoría deben ser analizados a fondo y las recomendaciones deben hacerse en base a estimaciones conservadoras de reducción de potencia.

Cuando se implementa un plan de optimización, es importante recordar que sin un control adecuado del sistema, el consumo total de energía del sistema puede ser bajado a valores insignificantes. En el caso descrito en el gráfico anterior, la adición de una unidad VFD permitió que el sistema generara aire comprimido a la presión más baja aceptable, lo que redujo el consumo de energía y el costo. En muchos casos, un controlador maestro de sistema es la mejor solución porque los controladores maestros utilizan los compresores en su punto de diseño más eficiente o los apagan.

Por último, los usuarios que completan una auditoría de aire comprimido y optimizan sus sistemas con seguridad reducirán el consumo de energía y verán menores costos de operación. Sin embargo, incluso los mejores y recién optimizados sistemas siempre se puede mejorar aún más. Se debe de advertir en las instalaciones que los ahorros adicionales pueden ser determinados completando una auditoría de detección de fugas en conjunción con una evaluación completa del lado de la demanda de la planta para el uso adecuado de aire comprimido. En las instalaciones se deben determinar qué servicios son los más adecuados para ellos (detección de fugas, auditoría de aire comprimido del lado de suministro y / o auditoría de aire comprimido del lado de la demanda), y desarrollar un plan para determinar con qué frecuencia se deben realizar estos servicios.