Aire comprimido - Plataforma LAC

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Aire Comprimido
Costos de Operación
Costo Inicial 13%
Costo Energía
Eléctrica 75%
Costo Instalación 2%
Costo Mantenimiento
Promedio 10%
Costo de un ciclo de vida típico de 5 años – 100 hp
Costos eléctricos de Operación
• Cálculo para equipo de 100HP (74.57 kW):
– 8,000 horas de trabajo al año.
– Costo kW/hr = 0,16 US$
US$ 95,450/año
Oportunidades de ahorro
Oportunidades de ahorro
Caso típico en redes de distribución
Rango de trabajo
del compresor
Caída presión
Secador y filtros
Caída en
la red
tuberías
Caída FRL
y válvulas
de control
Oportunidades de Ahorro
1. Bajar la presión de trabajo.
2. Eliminar las fugas de aire
3. Bajar la temperatura del aire en la
succión
4. Capacidad de regulación en carga
parcial
Bajar presión de operación
La potencia necesaria para comprimir aire
es una función directa de la presión de
compresión.
Por cada 10 psig que se puede disminuir
la presión del sistema de compresión, la
potencia se reduce aproximadamente el
5%.
Bajar presión de operación
Ahorro por bajar la presión *
Fracción de
Frac
Savings

ahorro
(P2h /P1 )
 (P2l /P1 )
0.286
(P2h /P1 )
1
0.286
P2h : Presión de descarga alta original (psia)
P2l : Presión de descarga baja deseada (psia)
P1 : Presión de entrada del aire (psia)
* Fórmula aplica sólo para compresores de tornillo
0.286
Bajar presión de operación
Ejemplo:
Un compresor de 50 hp trabaja con un factor
de carga promedio de un 89% y
trabaja a una
presión 120 psig durante 3250 hrs al año.
Determinar el consumo actual de energía así
como el ahorro de energía de bajar la presión de 120
psig a 105 psig.
Bajar presión de operación
Solución:
50 hp * 0.89 x 0.746 kW/hp = 33.2 kW
33.2 kW x 3,250 horas/año = 107,900 kWh/año
(P2h/Pl)0.286 = [(120 psig +14.7 psia) / 14.7 psia]0.286 = 1.884
(P2l/Pl)0.286 = [(105 psig +14.7 psia) / 14.7 psia]0.286 = 1.822
Ahorro = (1.884 – 1.822 ) / (1.884 – 1) =
7%
Ahorro potencia = 33.2 kW x 0.07 = 2.32 kW
Ahorro energía = 107,900 kW hr/año x 0.07 = 7,553 kWh/año
Bajar presión de operación
A
B
B)
• A) Compresores reciprocantes de 1 etapa y de tornillo
• B) Compresores reciprocantes de 2 etapas y centrífugos
Reducir al máximo Fugas de aire
Fugas de Aire
Una de las causas de desperdicio energético más común
en la producción de aire comprimido, que pueden
alcanzar hasta un 30% de la capacidad instalada.
Para evitar las fugas importantes
es necesario llevar a cabo una
vigilancia especial, un
mantenimiento planificado y el
correspondiente entrenamiento.
Fugas de Aire
Entre las medidas prácticas que pueden adoptarse para
disminuir las fugas, están las siguientes:
– Reducir la presión del aire para usos de soplado, a fin
de ahorrar aire
– Instalar separadores de condensado y drenajes en los
extremos de los ramales con el fin de eliminar la
necesidad de soplar las líneas para extraer el agua.
– Utilizar válvulas solenoides para cerrar el flujo de aire en
tramos cuya demanda sea nula.
– Cerrar sectores o tuberías en desuso.
Fugas de Aire
Métodos de cálculo
Tamaño del orificio
Cuando no hay demanda del proceso
Fugas de Aire
Cálculo de pérdidas:
V (scfm) = 14.485 x [ID (in)]2 x C x P (psia)
C = 0,61
Para estimar la potencia se puede estimar
4.2 scfm / hp
Ejemplo:
Fugas de Aire
Determinar la pérdida económica que representa una
fuga de aire a 105 psig en un orificio de un diámetro de
1/16”
Datos:
Horas de trabajo compresor: 5000 hrs/año
Costo de la energía: US$ 0,16 / kw-hr
Eficiencia del compresor: 90 %
Ejemplo:
Fugas de Aire
V (scfm) = 14.485 x (1/16)2 x 0.61 x 120 =
V = 4.14 scfm
Potencia = 4.14 / 4.2 = 0.986 HP = 0.736 kW
Pérdida = 0.736 x 5,000 x 0.16/0.90 = US$ 654 / año
Metodo 1 : cálculo fugas de Aire
En general, la magnitud de las fugas se obtiene
midiendo la cantidad de aire suministrado por los
compresores para mantener la presión normal cuando
no existe consumo de aire.
Estimación de las fugas:
Qf = c * T / (t + T)
Donde:
Qf = caudal fugado (Nm3/min)
C = caudal de suministro de compresor
(Nm3/min)
T = tiempo medio de carga (minutos)
t = tiempo medio de descanso (minutos)
Metodo 2 : cálculo fugas de Aire
Otro método para calcular la magnitud de las fugas de
aire comprimido es midiendo la diferencia de presión del
tanque acumulador en un período en el que no haya
demanda.
Estimación de las fugas:
Qf = V/t * (P1-P2)/Patm
Donde:
Qf = caudal fugado (Nm3/min)
V = Volumen del sistema (m3)
t
= tiempo de medición (min)
P1 = Presión inicial del sistema
P2 = Presión final del sistema
Bajar temperatura de succión
Por cada 6 ºC (10 ºF) que se puede
bajar la temperatura del aire de
succión, se logra un ahorro de
potencia de aproximadamente 2%.
Bajar temperatura de succión
Fracción de Ahorro = (Talta - Tbaja) / Talta
Las temperaturas deben estar en °R o K
Bajar temperatura de succión
Estimación de ahorros.
Ahorro = A x HP x FC x H
A = Porcentaje de ahorro (ver tabla).
HP = Capacidad del motor en caballos de
fuerza
FC = Factor de carga
H = Horas de operación del motor por año
Efecto del aire
de entrada en
el consumo de
energía
Temperatura
de entrada (°C)
% de aire
relativo
% Energía
ahorrada
-3,6
107,5
+7,5
4,4
105,7
+5,7
10,0
103,8
+3,8
15,5
101,9
+1,9
21,1
100,0
0
26,6
98,0
-1,9
32,2
96,0
-3,8
37,7
94,0
-5,7
43,3
92,0
-7,6
Empleo de Controles de
capacidad
Controles de capacidad
Para lograr que el compresor opere a cargas parciales
se emplean varios sistemas de control:
A.
B.
C.
D.
E.
Paro y arranque automático.
Carga y Descarga.
Control Dual.
Modulación.
Desplazamiento variable “Válvula de Giro o
VCC (control capacidad variable)”.
F. Velocidad Variable.
Curva de consumo energético a diferentes cargas
para un sistema de control carga y descarga.
Curva de consumo energético a diferentes cargas
para un sistema de control de modulación
Control de Desplazamiento Variable o Válvula Espiral
Comparación de Sistemas

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