Los sistemas de aire comprimido están presentes en múltiples aplicaciones y procesos. Alrededor del 10% del consumo eléctrico de las industrias se emplea en la producción de aire comprimido.

Conozca la importancia de aplicar medidas de ahorro energético en este tipo de instalaciones que representan el 4º uso en la industria seguido de la electricidad, el agua y el gas.

Sistemas de generación y distribución de aire comprimido

El aire comprimido es una de las formas más caras de energía útil empleada debido a la alta ineficiencia del proceso de generación.

El elemento principal del sistema es un compresor, máquina destinada a incrementar la presión del aire, con el fin de proporcionarle la energía necesaria para su uso en múltiples aplicaciones.

El aire comprimido es una energía versátil con múltiples ventajas:

• Es una fuente inagotable, tansportable y que puede almacenarse.
• Es un fluido al que la temperatura no le afecta y es antideflagrante.
• Es una energía limpia que no contamina.
• Los elementos de la instalación son simples, económicos y robustos, por lo que su mantenimiento es sencillo.
• Ocupa poco espacio.

Sin embargo, existen algunos inconvenientes a considerar:

• Precio elevado: el coste es de 10 céntimos de €/min, para un caudal de aspiración de 1 m³/min.
• Fuerza limitada.
• La velocidad que proporciona no es constante debido a que el aire es compresible.
• Los equipos son ruidosos.

Usos industriales

En balance, debido a sus ventajas y a los pocos inconvenientes, su utilización es universal en la industria.  Se emplea paraa hacer funcionar máquinas y herramientas neumáticas en aplicaciones de transporte neumático, pintura con pistola, limpieza y perforadoras, entre otros.

Análisis del Coste en su Ciclo de Vida

En los 10 años de vida que puede tener un equipo compresor, el coste de adquisición supone tan sólo el 15%, el mantenimiento un 10%, mientras que el coste energético es del 75%.

Por tanto, la eficiencia en el rendimiento energético es de vital importancia en este tipo de instalaciones. El potencial de ahorro puede llegar al 30% en ahorro de energía y mantenimiento.

Rendimiento de compresión

El rendimiento termodinámico de la compresión del aire se define por la relación entre la energía proporcionada al aire por compresión y la energía eléctrica consumida por el compresor.

Inevitablemente, el proceso de compresión del aire lleva asociado un desperdicio energético muy grande. Tan sólo el 8 – 10% de la energía consumida se transfiere al aire comprimido, mientras que el resto se pierde por calor por rozamiento.

Para un buen rendimiento del compresor el aire aspirado debe estar limpio de impurezas y lo más frío posible. De tal forma que por cada 3ºC que disminuye la temperatura del aire aspirado, el compresor puede comprimir un 1% más de aire, con el mismo consumo energético. Debido a esto y, siempre que sea posible, se instalará la toma de aspiración en la cara norte del edificio.

Recomendaciones de uso

Las recomendaciones y buenas prácticas se clasifican en aquéllas que persiguen evitar las pérdidas de calor; las que garantizan la calidad del aire, y las de operación del equipo.

• Reducir las pérdidas en la aspiración eligiendo el filtro, diámetro y longitud de la tubería.
• Certificar la refrigeración del equipo.
• Lubricar convenientemente.
• Verificar el correcto estado de las válvulas de entrada y de salida
• Mantener la tubería de descarga en buenas condiciones.
• Eliminar los tiempos muertos de funcionamiento.
• Seguir las normas de mantenimiento preventivo indicadas por el fabricante.
• En caso de ser necesario, añadir capacidad de compresión según las curvas caraterísticas.
• Evitar el gasto de energía con el compresor funcionando en vacío.
• Ajustar la presión de trabajo pues por cada bar menos de presión, el consumo se reduce en un 12%.
• Reducir las fugas en la red de distribución.
• Sectorizar el circuito según necesidades.
• Monitorizar el consumo de aire por horas de producción.

De las recomendaciones anteriores un punto importante que se puede sistematizar es la detección de fugas. El fabricante Fluke de analizadores profesionales dispone de una cámara acústica Fluke ii900, que permite localizar en pocas horas las fugas de una red completa de aire comprimido.

Central compresora

Se identifican los componentes de una instalación de aire comprimido en el orden de la secuencia del proceso:

Filtro

Equipos que elimina las impurezas del aire, como el polvo y el aceite, antes y después de la etapa de compresión.

Compresor

Equipo principal donde se comprime el aire en una o varias etapas a partir de la presión atmosférica. Existen varios tipos siendo el más común los de tornillo con inyección de aceite.

Los compresores alternativos tienen una aplicación limitada a pequeños talleres. Por otro lado, los compresores centrífugos se usan en el rango más alto para potencias de más de 250 kW, y libres de aceite.

Para la elección del compresor se tiene en cuenta los parámetros de diseño básicos: caudal y presión de trabajo.

Refrigerador – separador

Este componente se encarga de eliminar el agua presente en el aire comprimido a la salida del compresor.

Depósito de regulación

Almacena el aire comprimido para atender a las demandas puntas que excedan la capacidad del compresor.

Secador

Este equipo seca el aire comprimido hasta el punto de rocío inferior a la temperatura ambiente antes de ser distribuído a la red.

Medidas de eficiencia energética en este tipo de instalaciones

A continuación, se analiza la viabilidad de una serie de mejoras de ahorro energético para una central compresora con las siguientes características:

Equipo BOGE S 20-2, de 15kW, 2,5 m³/min y a 8 bar de presión.

Depósito de 750 litros y 11 bar.

El compresor opera a plena carga el 20% del tiempo.

Enfriar la toma de aire de los compresores

La admisión de aire del compresor se situará en un punto limpio y libre de contaminantes. Deberá evitarse que la aspiración del compresor se realice desde la propia sala de compresores o desde cualquier otro punto caliente. El aire debe aspirarse preferiblemente del exterior en un punto lo mas frío posible y a un mínimo de 2 m de altura. Por otro lado, la tubería de aspiración debe ser recta, corta y libre de suciedad. Por cada 25 mbar de pérdida de carga en la aspiración, se provoca una reducción de un 2% en el rendimiento del compresor.

La mejora propuesta consiste en la instalación de un equipo de secado frigorífico que elimina la humedad en la aspiración reduciendo la temperatura del aire de entrada en los meses de verano cuya temperatura media es de 30 ºC. La instalación requerirá además de la instalación de una válvula electrónica para el drenaje y retirada del condensado de agua.

El refrigerador reducirá la temperatura del aire unos 10ºC lo cual supondría una mejora máxima en el  rendimiento de la compresión del 2,5% en los meses de verano.

Concepto	Valor
Inversión secador  frigorífico BOGE DS 30 [ I ]	2.250€
Ahorro Energético Anual  (+2,5% rendimiento)	7.764kWh
Disminución anual de Costes Energéticos [ DCE ]	620€
Aumento Costes Mantenimiento y Operación [ ACMO ]	20€
Ahorro Económico Anual [ AEA ] = [ DCE ] – [ ACMO ]	500€
Periodo de Amortización Bruta [ PB ] = [ I ] / [ AEA ]	4,5 años

Recuperación de calor de refrigeración de compresores

La recuperación de calor comienza a ser viable para equipos compresores de más de 15 kW. El proyecto de mejora consiste en recuperar el calor que desprende el compresor a través de un refrigerador de agua externo BOGE Duotherm 30 con una inversión de 3.000€.

Aproximadamente el 72 por ciento de la energía usada en el compresor puede ser reutilizada durante los meses de invierno, en forma, de calor por el sistema de calefacción de su empresa o para producir agua caliente. Por consiguiente, el beneficio económico se obtiene del ahorro de combustible (gasoil C).

Concepto	Valor
Inversión e instalación BOGE Duotherm [ I ]	3.000€
Ahorro Energético Anual  (considerando que se recupera el 72% del calor producido por el compresor)	2.285kWh
Disminución anual de Costes Energéticos [ DCE ] (precio del gasoil C: 0,85 €/l; PCI: 10 kWh/l	899,6€
Aumento Costes Mantenimiento y Operación [ ACMO ]	100€
Ahorro Económico Anual [ AEA ] = [ DCE ] – [ ACMO ]	799,7€
Periodo de Amortización Bruta [ PB ] = [ I ] / [ AEA ]	3,8 años