El ahorro de energía en los procesos productivos es uno de los grandes retos de la industria en general. Uno de los sistemas que más energía consume es la producción de aire comprimido.

Habitualmente, las industrias no consideran las instalaciones de aire comprimido como un consumidor de energía más allá de cualquier otro equipamiento eléctrico. Sin embargo, una sala de compresores mal gestionada y poco controlada puede provocar consumos eléctricos muy elevados. Aproximadamente entre el 70 al 80% de los costes totales de una planta de aire comprimido provienen del consumo de energía.

En este artículo se mostrará en cuatro pasos, cómo gestionar una instalación de aire comprimido para conseguir su mayor eficiencia y un importante ahorro energético.

Paso 1: Monitorización de los costes de la energía consumida por los compresores de aire

El primer paso consiste en analizar la producción de aire comprimido y su consumo de energía. Para ello se deben instalar unos medidores de caudal en puntos estratégicos:

• El punto principal para la instalación del medidor de caudal es la tubería de salida de la sala de compresores. El medidor tiene que estar ubicado en un punto común antes de que se distribuyan los tubos a las distintas zonas de consumo.

• En plantas de gran tamaño y con una producción de aire comprimido elevada, también se puede instalar un medidor de caudal adicional en aquellas derivaciones a zonas de consumo puntualmente altas.

Al mismo tiempo, hay que instalar un sensor de corriente que permita analizar el consumo de los equipos instalados. Estos sensores son fáciles de instalar porque se componen básicamente de una pinza amperimétrica con una bobina de núcleo abierto conectada a un convertidor que transforma la señal a una salida de 4-20 mA.

El análisis del funcionamiento de la sala de compresores se puede ampliar con la instalación de sensores de presión diferencial para analizar las pérdidas de carga en zonas como los filtros de línea, un medidor de punto de rocío que permita ver si el sistema de secado está funcionando correctamente, así como un sensor de presión de línea.

Toda esta información se recoge en un registrador gráfico que realiza un análisis de energía según DIN EN 50001, una medición del consumo, un cálculo de fugas en equipos de aire comprimido, etc.

En el ejemplo de la imagen se ha utilizado un medidor de caudal VA 500, 520 o 570, un medidor de punto de rocío FA 510, un sensor de corriente AC RMS y el registrador de gráficos inteligente DS 500, de CS Instruments.

La monitorización debe estar operativa al menos una semana para que el análisis del funcionamiento sea completo y permita conocer qué está ocurriendo en la sala de compresores durante los periodos de producción, periodos nocturnos o fines de semana. Este tipo de análisis se puede alargar el tiempo que se considere oportuno para adaptarlo a las necesidades productivas de la planta.

Este tipo de registradores, como el DS 500, ofrecen una información muy útil:

• Costes en € por cada m³ de aire generado.
• kWh/m³ de aire generado.
• Caudal de aire comprimido producido.
• Caudal de aire comprimido consumido en redes individuales.
• Variación del punto de rocío.
• Pérdida de carga en filtros de línea u otros puntos.
• Variación de la presión de línea durante el periodo analizado.
• Balance de actividades completo del equipo.
• Análisis de fugas.

Con toda esta información, se pueden tomar decisiones correctivas para conseguir mejorar el rendimiento de la sala de compresores y lograr un importante ahorro energético.

Paso 2. Localización de las fugas de aire responsables de las pérdidas en el sistema de aire comprimido

Uno de los grandes consumidores de aire comprimido en las plantas industriales son las fugas de aire. Por lo general, en todas las instalaciones de aire comprimido aparecen puntos de fuga con el paso del tiempo.

Se considera que se pierde aproximadamente un 25 % del aire comprimido como consecuencia de la presencia de fugas. Esta cifra podría ser un coste muy elevado en la factura eléctrica de las empresas.  

Analizando el funcionamiento de un compresor de 150 kW y considerando ese 25% de fugas, se están perdiendo unos 27.000 € al año:

• Compresor de 150 kW
• Horas de servicio anuales 6000
• Estimación del precio del kW/h 0,12 €

150 x 6000 x 0,12 = 108.000 € x 25% = 27.000 €

En este paso, se explicará cómo localizar o detectar estos puntos de fuga que pueden llegar a provocar consumos de aire muy elevados.

La forma más eficaz de hacerlo es enumerando de forma individual los mayores puntos de consumo de aire comprimido (ya sean líneas, máquinas de alta producción o zonas de trabajo). Realizando una medición en estos consumidores se puede ver enseguida y de forma clara, dónde centrar los esfuerzos en la eliminación de fugas.

Existen varios métodos para la detección de fugas, pero sin duda los más eficientes y rápidos son los detectores ultrasónicos. En la imagen superior se pueden ver algunos de los puntos más habituales donde aparecen fugas en una sala de compresores, pero estos puntos también hay que buscarlos en el resto de la planta.

Para ello es de gran ayuda el uso de un detector ultrasónico, como los modelos LD500/510 de CS Instruments.

Las ventajas de este tipo de equipos son evidentes porque pueden registrar y documentar fácilmente las fugas más pequeñas de hasta 0,1 l/min. Además, los datos medidos se pueden almacenar de forma fiable en el servidor de la empresa durante muchos años.

Con este sistema se puede crear un proceso de control para dar trazabilidad a las actuaciones realizadas. Asimismo, se pueden revisar los umbrales de alarma que se han configurado para las diferentes áreas de consumo y de esta forma reconocer inmediatamente los consumos indeseados como malas prácticas, mangueras defectuosas, roturas de elementos de unión, etc., dentro de las zonas controladas. Se pueden programar avisos vía mail, SMS o incluso actuar para cerrar las válvulas de aire comprimido con los relés de alarma.

Gran cantidad de fugas se pueden eliminar fácilmente sustituyendo acoplamientos de aire comprimido, conectores rápidos, pequeños tramos de tubo, etc. Desde luego, esto es mucho más laborioso si hace tiempo que no se revisa la instalación o si la instalación es antigua y con secciones de tubería pequeñas.

Lo que está claro es que el control y la eliminación de fugas dentro del sistema de aire comprimido de la planta puede suponer un gran ahorro económico a las empresas.

Paso 3. Análisis de los resultados. Aplicación de soluciones

Los pasos 1 y 2 indican el proceso a seguir para la obtención de los datos y la información básica que permitirán tomar decisiones sobre las soluciones a adoptar.

Hay que interpretar toda la información recogida en el registrador gráfico y definir las acciones correctivas que solucionen esos puntos conflictivos en la red de aire comprimido.

-  Soluciones relacionadas con el caudal.

El consumo o producción de aire comprimido no consumido es uno de los gastos de energía inútil más elevados.

• Es posible que en el registrador se observen consumos muy variables que aconsejen cambiar un compresor de velocidad fija por otro de velocidad variable.

• El registrador puede detectar consumos de aire comprimido durante la noche o fines de semana donde se supone que no hay producción y no debería haber consumo.

• Una combinación inadecuada de compresores podría hacer necesaria la instalación de un sistema de control centralizado de equipos.

-  Soluciones relacionadas con la presión.

Una reducción en la presión de línea de 1 bar podría ahorrar aproximadamente el 8% de la energía consumida. La velocidad del aire comprimido en el interior de la tubería no debería exceder los 6m/s. A partir de esa velocidad, la presión cae drásticamente y podría crear una pérdida de carga excesiva. Es muy habitual que este fallo en el diseño de las tuberías se supla aumentando la presión de generación de los compresores, desperdiciando así la energía consumida.

• Si se observa que la pérdida de carga es muy elevada, se podría estar consumiendo una cantidad de energía excesiva. Analizar cuidadosamente si pudiera ser económicamente ventajoso sustituir tuberías demasiado pequeñas por tuberías con diámetros interiores más grandes.

• Analizar si se debieran sustituir sistemas de medición del caudal más anticuados y con caídas de presión como los que usan las placas de orificio, por otros más actuales que utilizan una sonda para realizar la medición.

• Sustitución de las válvulas que no abren o cierran correctamente.

• Los filtros sucios incrementan la pérdida de presión al paso del aire por su interior. Es vital mantener controlada la presión diferencial de estos filtros y realizar el mantenimiento en los periodos recomendados.

-  Soluciones relacionadas con el punto de rocío.

Es importante mantener controlado este parámetro en la instalación de aire comprimido. Si en el análisis que aparece en los datos del registrador gráfico se detecta que el punto de rocío de la instalación no es el adecuado, podría haber problemas que generaran también consumos de energía excesivos.

• Para mantener los intervalos de sustitución de los filtros en los plazos indicados por los fabricantes es imprescindible que la calidad de aire generada por los compresores sea la adecuada. Un punto de rocío defectuoso conduce a la formación de condensado y corrosión, lo que puede alterar el periodo de saturación de los filtros y provocar pérdidas de presión inadecuadas.

• Un punto de rocío inadecuado también puede producir averías en la maquinaría que usa el aire comprimido, así como puntos de fuga por corrosión o deterioro de accesorios e instrumentos.

Paso 4. Monitorización de las mejoras

Como se ha visto anteriormente en el ejemplo sobre el funcionamiento de un compresor de 150 kW, el ahorro de energía conlleva una importante reducción en la factura del consumo eléctrico. Realizar los cambios y mejoras que se desprenden del análisis en los pasos 1, 2 y 3, pero no monitorizarlos continuamente, puede provocar que, en poco tiempo, el consumo energético vuelva a deteriorarse y de nuevo se produzca la consiguiente pérdida económica.

Mantener bajo supervisión un sistema de aire comprimido es muy rentable. El registro de los costes de consumo de aire comprimido y la energía equivalente, la localización de fugas en la instalación o las pérdidas de presión del aire comprimido, así como del resto de parámetros explicados anteriormente, debe formar parte del proceso de mantenimiento y control de las empresas.

Para la realización de este trabajo se necesita un registrador de datos que guarde toda la información necesaria para su posterior análisis y control.

Este tipo de registradores poseen diferentes funciones que permiten realizar este trabajo de forma rápida y en tiempo real. Para explicar su funcionamiento se utilizará como ejemplo el DS 500 de CS Instruments.

• El registrador está desarrollado para uso industrial. Dispone de una carcasa metálica IP 65 para su montaje exterior o de una opción para el montaje en el armario de distribución o integrarlo en el panel de mando de la planta.

• El registro de valores de medición se visualiza en una pantalla a color donde se pueden ver las alarmas, el almacenamiento de los datos o las curvas descriptivas, así como los valores límite sobrepasados.

• Permite el desplazamiento sobre la pantalla para que el técnico pueda revisar los valores mostrados desde el inicio.

• Reconoce todas las sondas que tiene conectadas y realiza una toma de datos de forma continua.

• Dispone de funciones matemáticas que permiten la obtención de datos globales de forma inmediata. Por ejemplo, para el cálculo interno de los coeficientes típicos de un equipo de aire comprimido, costes en € por cada m³ de aire generado, consumo específico (kWh/m³) del aire generado o el consumo de conductos individuales.

• Tiene conectados todos los sensores instalados en la planta para la toma de datos de las diferentes funciones, como el caudal, la presión, el punto de rocío o el consumo energético.  

• Permite la conexión con los instrumentos o la comunicación mediante diferentes métodos como señales analógicas de 4-20 mA ó 0-20 mA, voltaje de 0-1 V, 0-10 V ó 0-30 V, Pt 100 (2 o 3 conductores), Pt 1000 (2 o 3 conductores), salidas de pulsos (p. ej. de contadores de gas), o protocolo de comunicación Modbus.

• Tiene alarmas configurables. Cada alarma se puede asignar individualmente a un sensor conectado, pudiendo configurar libremente los valores límite de alarma y la histéresis. También es posible que a cada relé de alarma se le asigne en periodo de retardo, de forma que se active tras concluir ese intervalo.

• Dispone de un interfaz como memoria USB, Ethernet/RS 485, Modbus RTU/TCP, SDI, así como de otros sistemas que pueden ser configurables bajo demanda.

• También dispone de un servidor web que se suele ofrecer como opcional y que permite disponer de la información desde cualquier lugar con acceso a internet.

Las salas o instalaciones de aire comprimido requieren de una monitorización continua como parte de los trabajos de control y mantenimiento de la planta en general. La supervisión y acciones correctivas sobre la propia instalación pueden generar importantes ahorros económicos en la factura eléctrica de las empresas.

La adquisición de instrumentos de medición y control no debe considerarse un gasto sino una inversión, que bien organizada, podría ser muy rentable para las empresas.

Este artículo ha sido realizado con la colaboración de CS Instruments

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