Optimización en la generación de aire comprimido: Menores gastos energéticos, mejores costos operativos

Jose Luis Ordóñez Jiménez

Periodista

La generación de aire comprimido permite el suministro de flujos constantes de aire limpio y seco en una planta. Los elementos que componen esta red deben demandar bajos costos operativos que no representen pérdidas económicas que afecten directamente el desempeño de una empresa, de allí la importancia de realizarles controles efectivos que permitan la optimización de los costos operativos.

El insumo más utilizado en la industria, para accionar herramientas neumáticas, equipos de control automático y sistemas de transporte, es el aire comprimido, un elemento que genera grandes cantidades de energía de forma segura y fiable, por lo que es empleado para procesos de corte y pintura, para la elaboración de muebles, y el procesamiento de plástico, vidrio y textiles, entre otros.

Pero la producción de aire comprimido representa un alto uso de energía para las empresas, pues para que un compresor suministre los psi (libra por pulgada cuadrada) necesarios, requiere de altos consumos de kW por hora, y, por ende, es uno de los más costosos en cuanto a total de energía consumida se refiere, si se tiene en cuenta que para aumentar cada psi de presión es necesario un mayor porcentaje de energía.

Por ejemplo, para que un compresor, en optimas condiciones, produzca 80 CFM (pies cúbicos por minuto), requiere alrededor de 20 hp (caballos de fuerza), y un consumo de 15 a 16 kW/h, lo cual representa, en promedio, un costo de energía, en Colombia, según datos presentados para enero de 2015 1, de $3.000 por kW/h; dicho consumo superaría anualmente los $15 millones, aproximadamente.

Y si ha dicho gasto energético se le suman las pérdidas de aire por fugas o por falta de mantenimiento de los equipos, anualmente la inversión económica para una compañía puede tener un alza del 30%, en promedio.

Según datos presentados por la Unidad de Planeación Minero Energética de Colombia (UPME) y Colciencias 2, un aproximado de lo que puede representar una fuga anual para un sistema convencional que opere de forma continua, con un costo de la electricidad de US$0.5 por kW/h, y una presión de descarga de 115 psi, es la siguiente:

Por ello, inspeccionar y medir el consumo de energía de un sistema de aire, las tasas de flujo, la presión y el porcentaje de fugas, es vital para controlar el consumo energético en la producción de aire comprimido, y con ello reducir, no solo los costos de energía, sino los tiempos muertos que se producen por reparaciones inesperadas o mantenimientos correctivos no presupuestados en una jornada de trabajo.

A continuación, se describirán los factores a tener en cuenta para optimizar la operatividad en una red de aire comprimido, desde la detección de fugas de aire y la elección del compresor de aire adecuado, hasta la consultoría que prestan empresas nacionales en pro de la mejora en los procesos industriales.

Controlar la corriente eléctrica y las fugas

Las pérdidas en los sistemas de aire comprimido –que pueden representar hasta un 30%, y en casos extremos, hasta el 50% de la producción de aire en una empresa– son comunes, pero si una planta realiza un mantenimiento adecuado del sistema y controles periódicos en la red, las pérdidas no sobrepasan el 10% de la producción de los compresores, un promedio estimado y aceptado dentro de los costos de operación de una empresa.

Para el ingeniero Javier Enríquez, gerente de ventas y marketing de SFM Compresores: “Las fugas se pueden presentar en la red, la maquinaria o las herramientas. Para determinar el punto exacto, lo recomendable es medir la presión justo en la salida de los compresores de aire y compararla con la presión que está justo a la entrada de la herramienta final de aplicación; al comparar esas presiones, si no son iguales, existe una pérdida. Por ello se debe evaluar cada uno de los puntos con los que cuente la red de aire, y determinar de cuánto es la pérdida y a qué se debe”.

Si la pérdida se presenta por desgaste en alguno de los elementos es necesario evaluar el funcionamiento de las máquinas y las herramientas neumáticas, y determinar si su ciclo de funcionamiento se ajusta a los tiempos de uso y, de ser necesario, realizar el respectivo mantenimiento, o en un caso extremo, el remplazo de la máquina o la herramienta.

El estado óptimo de los elementos que componen una red de aire comprimido, como los compresores, las herramientas y equipos, mejora el uso de la energía eléctrica requerida para su operatividad.

Según Leonardo Bueno Gaitán, asesor de ventas de Neumática del Caribe S.A., para una correcta optimización en la generación de aire comprimido es necesario tener en cuenta:

  • Una presión de 100 psi en un orificio de 1/8”, expulsa 26 CFM de aire comprimido, (véase tabla Descarga de aire a través de un orificio), lo que representa una fuga que, al año, alcanza los $11.739.000. Determinar el tamaño de las fugas y corregirlas a tiempo es vital para un proceso de optimización.
  • Medir y/o regular la presión del sistema. Recuerde que cada 2 psi que incrementa la generación de aire, representan el 1% en consumo de potencia instalada. Lo que anualmente puede representar $1.728.000, esto según el cálculo del costo energético que genera un motor eléctrico. (Véase Fórmula para determinar el costo energético de operación de un motor eléctrico).
  • Elija tecnologías de baja caída de presión, módulos en vez de filtros de línea y equipos libres de aceite (utilizados en procesamientos de alimentos), en vez de filtraciones redundantes y tuberías de aluminio, así genera aire limpio y sin fugas.

Si la red presenta fluctuaciones en los flujos de aire, es un indicativo de que alguno de los componentes del compresor se encuentra en mal estado, y es necesario verificar, tanto el estado de los compresores, como la capacidad para la que fueron diseñados y determinar si deben o no ser remplazados.

Por esta razón, es necesario verificar que los compresores no estén subdimensionados –que no genere el suficiente aire para suplir la red– o sobredimensionados –que generen más de lo que soporta o necesita la red– mediante una evaluación técnica; de nada sirve tener una red neumática al ciento por ciento, si no se cuenta con los equipos apropiados.

Si los compresores producen más de lo requerido por la empresa, están consumiendo más energía de la necesaria. Si están generando menores niveles de los requeridos, se está sobre cargando la capacidad del compresor, y con ello, reduciendo su ciclo de vida. De aquí la importancia de elegir el compresor ideal para cada tipo de industria.

Controlar las fugas existentes en la red, por medio de inspecciones periódicas, permitirá mejorar los consumos energéticos de la misma.

Elección del equipo adecuado

Si bien, en el mercado nacional existe gran variedad de tipos de compresores –con paletas, turbo, Roots, helicoidales– los sistemas de tornillo y pistón son los más utilizados en la industria. Un comparativo entre ellos –de la energía utilizada, los ciclos de trabajo, y la temperatura del aire suministrado– permitirá conocer sus características, y con ello determinar la opción más indicada para la generación del aire comprimido según cada tipo de industria. (Véase cuadro comparativo Compresores: Pistón Vs Tornillo).

Al tener en cuenta cada una de las características de los compresores para invertir en el más indicado, se está contribuyendo a un retorno de inversión positivo, que se ajusta a cada una de las necesidades reales de la industria.

Una de las principales razones por la que se adquiere un compresor de pistón es el precio, pues es más bajo que uno de tornillo. El precio de los compresores de pistón se encuentra entre un millón y dieciocho millones de pesos , mientras que los de tornillo oscilan entre los doce y doscientos millones de pesos, Dichos precios, para cualquiera de los dos tipos de compresores, varía en función de la marca, su procedencia, y la capacidad y tipo de motor que integre.

Pero al comparar factores como la eficiencia y la productividad, se puede observar que si bien la inversión inicial en la compra de un compresor de tornillo es mayor, el retorno de inversión se da más rápido debido a las ventajas operativas y ahorros energéticos que ofrece.

La elección del compresor adecuado depende directamente del flujo de aire requerido por cada proceso industrial.

Vale señalar que la frecuencia de uso de las herramientas neumáticas es un factor a tener en cuenta al momento de adquirir un compresor; pues si las máquinas o herramientas neumáticas se usan permanentemente se recomienda invertir en un compresor de tornillo el cual está diseñado para permanecer largos periodos de tiempo en funcionamiento.

Por el contrario, si las herramientas neumáticas no se usan de manera continua es una mejor opción un compresor de pistón. Con dicha diferenciación, los consumos energéticos estarán acordes con la producción de la empresa y se optimizarán los costos de operación por cada ciclo de trabajo.

Para el ingeniero Enríquez, de SFM Compresores, la simultaneidad con la que se usen las máquinas es crucial, “pues si un taller cuenta con cuatro herramientas neumáticas, y se usan dos al mismo tiempo, puede usar un compresor de pistón; pero si se usa las cuatro a la vez, es mejor uno de tornillo para generar menores consumos eléctricos”.

Para una mejor calidad del aire

Debido al amplio rango de uso que tiene el aire comprimido en la industria es necesario verificar que su procesamiento genere aire de calidad que no afecte el funcionamiento de los demás procesos que requieren de este insumo.

Por ejemplo, en procesos como la aplicación de pintura, esta no puede mezclarse con aire que contenga humedad o partículas de grasa pues los acabados presentarán imperfecciones que retrasarán los procesos productivos; una pieza defectuosa tendrá que pintarse de nuevo, lo que ocasionará pérdidas de tiempo y dinero.

Verificar el estado de cada uno de los filtros permitirá que el aire no contenga impurezas que afecten su calidad.

Entre las fallas que puede presentar una red para generar aire de baja calidad, se encuentran:

Si el flujo de aire presenta humedad o residuos de aceite es un indicativo que algo está funcionando mal en el equipo, y para determinar la razón, un procedimiento a aplicar es el mantenimiento de las herramientas de trabajo. La ausencia de este procedimiento incrementará los problemas técnicos y, por ende, los gastos de producción.

Los filtros en mal estado, el desgaste en componentes que permiten la circulación de aire en la red y en la tubería, las uniones y las conexiones entre los compresores, la red y las herramientas, permitirán filtraciones de impurezas (suciedad, óxido, residuos de aceite lubricante y humedad) que, además de generar un aire comprimido ineficiente, en ocasiones originan averías en las instalaciones y elementos neumáticos.

Por ello, y gracias a la evolución en el desarrollo de los compresores, la maquinaria y las herramientas en cuanto a su diseño, funcionalidad y capacidad tecnológica, el mantenimiento de estos equipos –que anteriormente se realizaba de manera frecuente– hoy en día debe realizarse cada tres meses en promedio.

El costo de mantenimiento para un  compresor de pistón puede oscilar entre los $150.000 y $300.000; y entre $200.000 y $1.5 millones para los de tornillo, el costo depende del tipo de tecnología, motor, potencia, entre otras características, con las que cuente el compresor.

Verificar la correcta operación del sistema y realizar mantenimiento periódicos, (controles y auditorias con personal experto) permitirán reducciones de fugas de entre el 20% y 30%.

Los mantenimientos preventivos son seguimientos que realiza el técnico especializado para inspeccionar la funcionalidad del equipo, y para que todos sus componentes estén operando de manera correcta. Estos seguimientos pueden ser desarrollados por la compañía proveedora de la maquinaria, o por un técnico de la empresa capacitado para tal fin.

Si el seguimiento se hace de manera frecuente se garantiza la hermeticidad del sistema para que no filtre aire o genere ruidos molestos para los operarios; además, evitará que el equipo no presente fugas considerables, y opere en condiciones óptimas, con bajos consumos de energía.

Consultoría para un buen futuro:

Si bien los costos operativos de una empresa están directamente relacionados con el consumo y la adecuada administración de la energía eléctrica, la correcta elección de la maquinaria, realizar los mantenimientos preventivos periódicos y verificar la calidad de la tubería, aumentará la eficiencia de la red.

Como lo explica Enríquez, “para que una red neumática de aire opere de manera adecuada debe estar bien calculada y bien diseñada. La consultoría para hacer el trabajo debe ser de calidad, de lo contrario presentará, inevitablemente, pérdidas económicas y productivas a futuro”.

Una debida planificación del diseño de una red de aire comprimido permitirá contar con un sistema que suministre el aire necesario para un determinado tipo de producción industrial.

Las consultorías de diagnóstico especializado en sistemas de aire comprimido, ofrecidas como servicio adicional, indica el ingeniero Javier Enríquez de SFM Compresores, pueden oscilar entre los $100.000 y $250.000 por hora. El costo varía a razón del tipo de empresa, la planta, el sistema de aire, los equipos a diagnosticar y la red neumática, entre otros factores.

“Dicho servicio es frecuentemente solicitado cuando una empresa desea optimizar costos energéticos. La mayoría de las veces, los clientes satisfechos manifiestan que gracias al dinero invertido en la consultoría, pudieron ahorrar millones de pesos por año”, resalta Enríquez.

De igual forma, se ofrecen servicios de capacitación y entrenamiento empresarial, ya sea en el centro de formación de la empresa capacitadora, o directamente en las instalaciones de la compañía que lo requiera, para instruir a los operarios y personal adicional que tenga acceso a la manipulación de los equipos.

El costo de dicha instrucción, –que puede oscilar entre los US$50 hasta los US$150 por hora, dependiendo del número de personas; tipo de contenido, requerimientos especiales y locaciones– incluye la certificación del curso desarrollado.

Los costos en la inversión de una red de polipropileno son menores a los de una de aluminio, por lo general las empresas acogen al polipropileno para el desarrollo de sus redes; además que posee características de resistencia, flujo, limpieza y manipulación, similares a las del aluminio, con un costo ocho veces menor.

El precio de una red neumática de polipropileno por metro oscila entre los $90.000 y $160.000 –la de aluminio puede alcanzar los $720.000–, lo que depende de factores como el tipo de red; altura de la instalación; número de técnicos a cargo de la instalación; accesorios; tipo de anclaje; número de bajantes; número de salidas para aplicaciones neumáticas, entre otros factores.

En definitiva, para aquellas empresas que ya cuentan con una red en uso, y desean realizar un nuevo diseño o hacer un cálculo de la misma para verificar su operatividad, en el país existen empresas dedicadas a la consultoría para redes de aire comprimido, que les permitirán determinar si el diseño actual cumple con los requerimientos de la producción, o si la actualización de la red les beneficiará económica y operativamente.

Las consultorías para la planeación del montaje de redes permiten establecer diseños con menores números de uniones, dobleces, codos y ángulos, para que el caudal de aire tengan menores recorridos, lo que generará presiones estables. Una asistencia de este tipo da mayor confianza a las empresas que piensan en establecer una red de este tipo, al igual que para aquellas que quieren optimizar su producción.

Citas

Datos tarifarios especificados para el Sector No Residencial, Industrial Sin Contribución, Doble Horaria Nivel 3 (rango de kilovatios hora), según tarifas de energía eléctrica ($/kWh) reguladas por la Comisión de Regulación de Energía y Gas, enero 2005. Publicada por Codensa.

Estudio, Eficiencia Energética en los Sistemas de Aire Comprimido, un proyecto de la Unidad de Planeación Minero Energética de Colombia (Upme) y el Instituto Colombiano Para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología. “Francisco José de Caldas” (Colciencias), tomado de www.si3ea.gov.co.

Fuentes

Javier Enríquez, gerente de ventas y márquetin de SFM Compresores. gerenciaventas@sfmcompresores.com

Diego Fernando Bravo, gerente de Bravo Inversiones. diego@bravoinversiones.com

Leonardo Bueno Gaitán, asesor de ventas de Neumática Del Caribe S.A. leonardo.bueno@neucaribe.com

sfmcompresores.com – airecomprimidokaeser.com – si3ea.gov.co – ien.com – kaeser.com

 

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