Por David De Pril, director de gestión de producto y marketing, ELGi Compressors Europe 

La eficiencia energética es cada vez más importante porque se relaciona directamente con los costes. El aumento de la presión regulatoria también se vislumbra en la revisión propuesta por la Comisión de la UE a la Directiva de Eficiencia Energética (EED) de la UE. La EED revisada hará que el objetivo de ahorro energético de la UE sea legalmente vinculante y obligará a los países de la UE a reducir conjuntamente su consumo de energía para el año 2030 en un 9 % por debajo de los niveles de 2020. Además, es probable que los países de la UE tengan que lograr nuevos ahorros anuales del 1,5 % del consumo total de energía a partir de 2024, frente al nivel actual del 0,8 %.

Las mejoras en la eficiencia energética son fundamentales en los procesos de fabricación que utilizan aire comprimido debido a que los compresores consumen aproximadamente el 12 % de la energía eléctrica. Además, durante la vida útil de un compresor de aire, el 80 % del coste corresponde al uso de energía y solo el 20 % corresponde al de la unidad.

Pero ¿tienen los usuarios de aire comprimido una idea general sobre el origen de estos costes y de lo que contribuye a producirlos?

Mirando más allá del sistema

Existen diversas opciones técnicas y económicas cuando se adopta el criterio adecuado para reducir el consumo energético de los sistemas de aire comprimido. No hace mucho tiempo que la industria cambió su foco en la eficiencia de la unidad, para concentrarse en el sistema y en su eficiencia. La mayor conciencia de las necesidades operativas y la mayor presión para reducir el uso de energía y mejorar la eficiencia requieren de un examen más detallado del sistema. Más detalladamente, en cómo se equilibran las necesidades operativas, los costes de explotación, la vida útil de activos esenciales y el uso de energía.

El enfoque tradicional del coste total de propiedad (TCO, por sus siglas en inglés) analiza el coste de la energía en función de la potencia de un paquete de compresores o de su consumo de energía específico. Por su parte, un análisis operativo completo analizará desde el compresor hasta el entorno en el que funciona, así como las demandas operativas, tales como los picos y caídas en la demanda de aire o la planificación de la expansión operativa. Un análisis más detallado de la idea general implicara comprender cómo afectan al consumo de energía asociado con el compresor, incluso los elementos de menor importancia del sistema.

El objetivo es lograr el equilibrio adecuado entre las opciones técnicas y económicas en unidades compresoras, sus capacidades, parámetros operativos, eficiencia energética, planificación de futuros cambios en la demanda de aire comprimido y la consideración de los costes de energía asociados con fugas, uso inadecuado del aire, demanda artificial, etc.

Los usuarios de aire comprimido deben analizar su demanda operativa y determinar qué tipo de aire comprimido es necesario para su funcionamiento específico durante todo el ciclo de producción. Después deberían estudiar cómo optimizar la sala de compresores y cuestionar el hardware y la configuración de la instalación de aire comprimido. Después de este estudio, los usuarios de aire comprimido podrán proteger realmente los activos, inversiones y costes de energía y, en última instancia, alcanzar un valor bajo de TCO de aire comprimido.

Estamos cerca, pero echemos un vistazo más amplio a la protección de la inversión

Para entenderlo mejor, echemos un vistazo a un proceso hipotético en el que un cliente piensa ampliar su centro de fabricación agregando otra línea de producción, aumentar su capacidad de fabricación, etc., En un caso como este, la conversación habitual entre el usuario de aire comprimido y el proveedor de compresores sobre las nuevas demandas de aire comprimido comienza con la solicitud de más aire por parte del cliente, que asume que la solución es un compresor adicional o más grande. Pero la realidad es que agregar simplemente otro compresor no es la respuesta cuando el sistema circundante no cambia. Esto podría provocar demasiada tensión sobre la estructura del sistema existente y conducir a una reducción de la eficiencia general. ¿Por qué?

Cuando se construye una planta o línea de fabricación por primera vez, se planifica y diseña un sistema de aire comprimido para adaptarse a la capacidad de un determinado proceso de producción. Todo funciona según lo planificado y alcanza los resultados esperados. Cuando las operaciones de la empresa crecen y la planta aumenta la producción, la demanda de aire cambia. Agregar otro compresor para satisfacer las crecientes necesidades no es la respuesta.

Antes de pensar en esta opción, los usuarios de aire comprimido deberían trabajar con expertos para realizar un análisis detallado del rendimiento del sistema existente en un momento determinado y con demandas específicas. Antes de tomar cualquier decisión, se debe llevar a cabo un análisis integral del sistema de producción en su totalidad, de los requisitos de aire históricos y planificados, de las tuberías existentes, y se debe hacer una verificación de fugas.

A menudo, la ampliación de un centro de fabricación o línea de producción no tiene por qué requerir agregar otro compresor. La optimización de los activos existentes para que funcionen con cargas adecuadas y adaptadas, no con las presiones más altas o niveles de trabajo extremo, puede dar como resultado una presión más baja en todo el sistema y reducir el consumo de energía. Agregar otro compresor es fácil, sin embargo, adoptar un enfoque integral, analizar y optimizar el sistema existente y sus elementos es la clave para proteger los activos y lograr las mejoras de eficiencia energética deseadas.

Evaluación, dimensionamiento adecuado e implementación

Antes de tomar una decisión sobre qué hacer, ya sea reemplazar un compresor, agregar otro nuevo o adaptar el sistema existente, es necesaria una auditoría de las operaciones. Un auditor de aire comprimido puede verificar todo el sistema y establecer el caudal, el estado de las unidades compresoras o cómo funcionan, y qué presiones exactas se necesitan. Esto dará una idea del sistema con su entorno, elementos, tuberías y consumo esencial. Con esta información es posible ir al siguiente paso, que es tomar una decisión informada sobre cómo optimizarlo para satisfacer las nuevas necesidades. Frecuentemente, las nuevas y mayores necesidades de producción se pueden satisfacer con la misma potencia, pero con ajustes en el caudal de aire (por supuesto, según la magnitud de la ampliación). Se trata de establecer correctamente las necesidades en aire comprimido. 

Mostremos esto con un ejemplo concreto.

Una planta con una determinada demanda de aire comprimido está ampliando sus operaciones y requiere un aumento de aire comprimido de un 35 %. En primer lugar, hay que ver cómo se puede satisfacer esta demanda adicional de aire comprimido y si es necesario agregar un nuevo compresor. Una auditoría mostrará el estado actual del sistema, incluidas las tuberías, las presiones de funcionamiento a lo largo del día y los cambios cíclicos en las demandas. El siguiente paso consiste en ver cómo se puede optimizar el sistema existente para generar la demanda adicional dentro de la misma potencia. Esto se logra mediante el análisis y el ajuste adecuado del sistema y prestando atención a los siguientes aspectos:

• El impacto de las fugas: Con el tiempo, aparecerán fugas en todo el sistema de aire comprimido. Esto puede deberse a mangueras envejecidas, juntas incorrectas, instalaciones, piezas incorrectas o corrosión. Se estima que entre el 20 y el 30 % del caudal de aire comprimido puede perderse debido a las fugas. Una fuga a través de un orificio de 3 mm (~1/8") puede consumir 4 kW/h de electricidad, lo que genera una pérdida anual de 19 200 kW (a 7 bar g. (100 psi g.) 16 h/día durante 300 días al año). Esto da un enorme margen para mejorar. Las fugas que se producen en las uniones y conexiones de las tuberías se pueden evitar apretándolas de forma sencilla y adecuada, o con sistemas de sellado apropiados. Los accesorios, tubos y conexiones de buena calidad duran más. En una auditoría se pueden establecer las áreas de riesgo, y con un programa de mantenimiento y detección de fugas a intervalos regulares reducir las fugas en el futuro.

• El uso inapropiado de aire comprimido: Este punto puede referirse a cosas tan simples y corrientes como la limpieza y secado de piezas, o incluso cuando los operadores que trabajan en un entorno polvoriento usan el suministro de aire comprimido para quitar el polvo de su ropa. Estas cosas ocurren. Controlar y eliminar el uso inapropiado de aire comprimido en toda la planta puede aportar ganancias significativas.

• La demanda artificial: Corresponde a un exceso de caudal de aire comprimido para usos no regulados como resultado de suministrar una presión más alta que la necesaria para las aplicaciones. Esto equivale a un consumo innecesario de energía. Una estrategia que resuelve este problema de una forma simple sería la selección, instalación y uso adecuados de los controladores de presión, lo que también será de gran ayuda para prevenir fugas y el uso inadecuado del aire.

• La optimización de la banda de presión: Se pueden configurar las presiones correctas mediante el establecimiento y compresión de las necesidades, determinando las pérdidas de presión en el sistema de tuberías entre el compresor y el equipo de producción, así como configurando la presión adecuada de carga y descarga en el compresor lo más baja posible para satisfacer las demandas de la aplicación. El ahorro de reducir 1 bar (14,7 psi) de la presión del compresor asciende al 7 % del consumo total de energía del compresor. Anualmente, con 16 horas/día de funcionamiento durante 300 días al año, un ahorro del 7 % en el consumo de energía de un compresor de 110 KW equivale a 36 960 kWh.

• Minimizar la pérdida de presión: Si bien no existe ningún sistema donde no se produzca una pérdida de presión en el sistema de tuberías y en los equipos instalados aguas abajo, la diferencia de presión entre el punto de descarga del compresor y el punto de consumo puede minimizarse y mantenerse lo más baja posible. Lo primero que hay que tener en cuenta es el diseño de la tubería, situando los puntos de producción y aplicación cerca uno del otro y optimizando el tamaño y el desarrollo de la tubería. Los equipos instalados aguas abajo deben seleccionarse con la caída de presión más baja posible y mantenerse siguiendo las recomendaciones del fabricante, así como limpiarse periódicamente. Debe tenerse en cuenta que la pérdida de 1 bar de presión supondrá el 7 % del consumo energético total de un compresor.

Una auditoría ejecutada correctamente con el socio adecuado mostrará un patrón completo de consumo de aire comprimido a lo largo del tiempo, lo que ayudará en la detección de fugas, a determinar el tamaño del compresor y la optimización de la energía. Finalmente se utilizarán los datos para tomar la decisión correcta sobre las operaciones en curso y la futura ampliación del sistema.

Ya se trate de usuarios de aire comprimido, proveedores de compresores de aire, equipos de servicio u operadores, todos podemos mejorar la eficiencia energética, la eficiencia del sistema y los costes mirando más allá, con el fin de optimizar la demanda y el suministro de aire comprimido. El beneficio adicional de este enfoque es la protección de los activos, la reducción del riesgo de tiempo de inactividad y la eficiencia de las operaciones.

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