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Sistemas de aire comprimido

Casi todas las plantas industriales, desde una pequeña empresa de metalmecánica hasta una inmensa fábrica de pulpa y papel, tienen algún tipo de sistema de aire comprimido. En muchos casos, el sistema de aire comprimido es tan vital que la instalación no puede funcionar sin él. Los sistemas de compresores de aire de la planta pueden variar en tamaño, desde una pequeña unidad de 5 caballos de fuerza (HP) hasta sistemas enormes con más de 50.000 HP.

En muchas instalaciones industriales, los compresores de aire utilizan más electricidad que cualquier otro tipo de equipo. Las ineficiencias en los sistemas de aire comprimido pueden ser significativas. El ahorro de energía de las mejoras del sistema puede ser sustancial, lo que resulta en miles, o incluso cientos de miles de dólares de ahorros anuales potenciales, dependiendo del uso. Un sistema de aire comprimido correctamente administrado puede ahorrar energía, reducir el mantenimiento, disminuir el tiempo de inactividad, aumentar el rendimiento de la producción y mejorar la calidad del producto.

Los sistemas de aire comprimido están compuestos por la parte de suministro (compresores y tratamiento de aire, como elementos secadores y filtros), y la de la demanda (equipos de distribución y uso final). Una parte de suministro correctamente administrada dará lugar a que aire limpio, adecuadamente seco y estable se entregue a la presión adecuada de una manera confiable y rentable. De igual modo, una demanda correctamente gestionada minimiza el aire desperdiciado y utiliza el aire comprimido en las aplicaciones adecuadas. Mejorar y mantener el rendimiento máximo del sistema de aire comprimido requiere abordar ambas partes del sistema y su interacción.


Componentes de un sistema industrial de aire comprimido

Un compresor es una máquina que se utiliza para aumentar la presión de un gas. Los primeros compresores eran los fuelles utilizados por herreros para intensificar el calor en sus hornos. Los primeros compresores industriales eran máquinas sencillas de pistón, impulsadas por una rueda de agua. Un moderno sistema industrial de aire comprimido se compone de varios subsistemas principales. Estos incluyen:

Compresor: dispositivo mecánico que toma aire del ambiente y aumenta su presión.

Motorización: sistema que impulsa el compresor.

Controles: sirven para regular la cantidad de aire comprimido que se produce.

Equipo de tratamiento: elimina los contaminantes del aire comprimido.

Accesorios: mantienen el sistema funcionando correctamente.

Sistemas de distribución: como el cableado en el mundo eléctrico, estos sistemas transportan aire comprimido hasta donde se necesita. El almacenamiento de aire comprimido también puede servir para mejorar el rendimiento y la eficiencia del sistema.


Tipos de compresores

Muchos compresores de aire industriales modernos se venden “empaquetados” con el compresor, el motor de accionamiento y muchos de los accesorios montados en un marco para facilitar la instalación. La provisión para el movimiento por carretilla elevadora es común. Los paquetes más grandes pueden requerir el uso de una grúa aérea. Se puede incluir un recinto para atenuación de sonido y estética.

En la actualidad, hay dos tipos básicos de compresores: desplazamiento positivo y dinámicos. En los de desplazamiento positivo, una cantidad determinada de aire o gas queda atrapada en una cámara de compresión y el volumen que ocupa se reduce mecánicamente, causando un aumento correspondiente de la presión antes de la descarga. A velocidad constante, el flujo de aire permanece esencialmente constante con variaciones en la presión de descarga.

En cambio, los compresores dinámicos (que pueden ser centrífugos o axiales) imparten energía de velocidad a un flujo continuo de aire o gas por medio de impulsores que giran a velocidades muy altas. La energía de velocidad se cambia a la energía de presión tanto por los impulsores como por los espirales o difusores de descarga. En los compresores dinámicos de tipo centrífugo, la forma de las aspas del impulsor determina la relación entre el flujo de aire y la presión generada.

El tipo centrífugo es el más común y es ampliamente utilizado para el aire comprimido industrial. Cada impulsor, girando a alta velocidad, imparte flujo radial al aire o al gas, que luego pasa a través de un espiral o difusor.



Figura 1. Esquema de un sistema de aire comprimido industrial y sus componentes.


Usos del aire comprimido

Las instalaciones industriales utilizan aire comprimido para multitud de operaciones. Casi todas las instalaciones industriales tienen al menos dos compresores, y en una planta mediana puede haber cientos de usos diferentes de aire comprimido.

Sus aplicaciones incluyen herramientas neumáticas de alimentación, equipos de embalaje y automatización y transportadores. Las herramientas neumáticas tienden a ser más pequeñas, ligeras y maniobrables que las herramientas eléctricas impulsadas por motores. También ofrecen una potencia suave y no se dañan por sobrecarga. Además, tienen la capacidad de variar casi infinitamente la velocidad y el par, y pueden alcanzar muy rápidamente la velocidad y par deseados. Además, a menudo se seleccionan por razones de seguridad porque no producen chispas y tienen baja acumulación de calor.

Aunque tienen muchas ventajas, las herramientas neumáticas son mucho menos eficientes energéticamente que las herramientas eléctricas. Por lo general, cuesta de 7 a 8 veces más energía para que las herramientas neumáticas produzcan la misma salida mecánica que las herramientas eléctricas.

En ese sentido, mejorar y mantener el rendimiento máximo del sistema de aire comprimido requiere no solo abordar los componentes individuales, sino también analizar ambas partes de la oferta y la demanda del sistema y cómo interactúan. Esta práctica a menudo se conoce como tomar un “enfoque sistémico”, porque el enfoque se desplaza de los componentes al rendimiento total del sistema.

La mayoría de los sistemas de aire comprimido utilizan considerablemente más energía de la necesaria para soportar la demanda. Los sistemas de aire comprimido suelen tener una eficiencia de cable a trabajo de alrededor del 10%, que es muy baja. En muchos casos, después de una revisión exhaustiva de un sistema de aire comprimido y después de tomar medidas correctivas, uno o más de los compresores pueden apagarse y mejorar la eficiencia general del sistema.


Artículo escrito en base al document “Improving Compressed Air System Performance: A Sourcebook for Industry. 3rd Edition”, del Departamento de Energía de EE.UU.
Puede descargar el documento original en https://tinyurl.com/44yjtc5f
Abril 2021
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