Post on 12-Jan-2015
Aire Comprimido
Costos de Operación
Costo de un ciclo de vida típico de 5 años – 100 hp
Costo Energía Eléctrica 75%
Costo Instalación 2%
Costo Mantenimiento Promedio 10%
Costo Inicial 13%
• 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
Costos eléctricos de Operación
Oportunidades de ahorro
Oportunidades de ahorro
Caso típico en redes de distribución
Caída presión Secador y filtros
Rango de trabajo del compresor
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
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 *
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
Bajar presión de operación
1)/P(P
)/P(P)/P(P Savings Frac
0.28612h
0.28612l
0.28612h
Fracción de ahorro
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) Compresores reciprocantes de 1 etapa y de tornillo
• B) Compresores reciprocantes de 2 etapas y centrífugos
B)
Bajar presión de operación
A B
Reducir al máximo 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.
Fugas de Aire
Para evitar las fugas importantes es necesario llevar a cabo una vigilancia especial, un mantenimiento planificado y el correspondiente entrenamiento.
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
Fugas de Aire
Ejemplo:
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/añoCosto de la energía: US$ 0,16 / kw-hrEficiencia del compresor: 90 %
Fugas de Aire
Ejemplo:
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
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 1 : 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 sistemaP2 = Presión final del sistema
Metodo 2 : cálculo fugas de Aire
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
Bajar temperatura de succión
Temperaturade entrada (°C)
% de airerelativo
% Energíaahorrada
-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
Efecto del aire de entrada en el consumo de energía
Empleo de Controles de capacidad
Para lograr que el compresor opere a cargas parciales se emplean varios sistemas de control:
A. Paro y arranque automático.B. Carga y Descarga.C. Control Dual.D. Modulación.E. Desplazamiento variable “Válvula de Giro o
VCC (control capacidad variable)”.F. Velocidad Variable.
Controles de capacidad
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