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Cómo aumentar la eficiencia del compresor de aire

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    El aire comprimido es una de las formas de energía más utilizadas en muchas industrias, con aproximadamente 70% de fabricantes que utilizan sistemas de aire comprimido.

    El aire comprimido puede ser una de las formas de energía más caras en una planta de fabricación y, a menudo, utiliza más energía que otros equipos. Un caballo de fuerza de aire comprimido necesita ocho caballos de fuerza de electricidad. Dado que muchos compresores de aire funcionan con una eficiencia tan baja como 10%, a menudo hay mucho margen de mejora. Afortunadamente, los 50% de sistemas de aire comprimido en instalaciones industriales pequeñas y medianas tienen oportunidades de ahorro de energía de bajo costo.

    Ocho formas de mejorar la eficiencia del sistema de aire comprimido

    Eficiencia del compresor de aire

    ¿Cuáles son los factores que afectan la eficiencia energética de los compresores de aire? Estos factores incluyen tipo, modelo, tamaño, potencia del motor, diseño del sistema, mecanismo de control, uso y programa de mantenimiento. Las principales causas de la ineficiencia en la compresión del aire son el aumento de la temperatura del aire comprimido y la pérdida de calor por la fricción causada por las numerosas partes móviles del sistema.

    Cuando se trata de la eficiencia del compresor de aire, es vital verificar todo el sistema, incluido el compresor de aire en sí y la línea de suministro, el receptor de aire, el secador de aire, el receptor y el posenfriador. Puede ahorrar energía y dinero realizando los ajustes correctos en su sistema de aire comprimido.

    ¿Qué factores contribuyen a la ineficiencia en un compresor de aire?

    Muchos factores pueden contribuir a un compresor de aire ineficiente. El rendimiento del compresor de aire puede volverse menos eficiente con el tiempo cuando entra en juego cualquiera de los siguientes factores:

    a) Mala captación de calidad del aire.

    Si el aire entrante está demasiado caliente, contiene impurezas o tiene mucha humedad, la eficiencia del compresor de aire puede reducirse significativamente.

    b) Control inconsistente de la presión del aire

    El control del compresor de aire proporciona una alta presión constante o inconsistente. Cuando los compresores de aire funcionan cerca de la presión máxima, ejercen más presión sobre el sistema y reducen la eficiencia.

    c) Defectos del sistema de diseño

    Los defectos en el diseño del sistema pueden provocar compresores de aire ineficientes. Los defectos de diseño pueden incluir:

    • Sistemas de distribución mal dimensionados.
    • Falta de sistemas de recuperación.
    • Mayor desperdicio de calor.
    • Dobleces innecesarias en las tuberías.
    • Fugas no reparadas.

    d) Desajuste del compresor de aire

    El compresor de aire debe adaptarse o ajustarse adecuadamente a las necesidades de aire comprimido del equipo. Cuando un compresor de aire no se adapta a la aplicación, la eficiencia y el rendimiento general pueden reducirse significativamente.

    e) Caída de presión

    Una caída de presión en un sistema de compresor de aire puede afectar dramáticamente la eficiencia del compresor de aire. Las tuberías de tamaño inadecuado, el exceso de humedad, los filtros sucios o las distancias excesivas de recorrido del aire pueden provocar caídas de presión.

    f) Mantenimiento no programado

    El mantenimiento no programado puede provocar un desgaste prematuro del sistema, aumentando los costes de reparación. Debido a la cantidad de piezas móviles y al uso intensivo de estos sistemas, no desarrollar un programa de mantenimiento regular puede provocar compresores de aire ineficientes.

    Cómo aumentar la eficiencia del compresor de aire

    Cómo aumentar la eficiencia del compresor de aire.

    El aumento de la eficiencia del compresor de aire a menudo comienza con la identificación de la causa del desgaste del sistema. Los compresores energéticamente eficientes dependen de controles y diseño para proporcionar la máxima eficiencia.

    Los sistemas de compresores de aire más eficientes requieren controles ajustados adecuadamente, que funcionen cerca de la presión mínima y un diseño de sistema bien mantenido que se adapte a la aplicación.

    Mejore la eficiencia del sistema mediante:

    • Mejorar la calidad del aire de entrada.
    • Controles de compresor de aire a juego.
    • Mejorar el diseño del sistema.
    • Considere los requisitos de aire comprimido.
    • Minimizar la caída de presión.
    • Mantenga su compresor.

    Al utilizar estos métodos para aumentar la eficiencia del compresor, también puede mejorar el rendimiento y la vida útil de su compresor de aire.

    1) Mejorar la calidad del aire de entrada

    Tres componentes de un sistema de compresión de aire afectan el rendimiento:

    una temperatura

    La temperatura del aire de admisión determina la densidad del aire. El aire frío requiere menos energía para comprimirse, por lo que es mucho más eficiente bombearlo a un sistema de compresor de aire. Evite el aire caliente, que es menos denso, ya que puede reducir significativamente su productividad.

    b) Composición

    Una entrada de aire limpio garantiza que el aire comprimido pueda pasar a través del sistema con mayor suavidad. La suciedad, el polvo u otras impurezas del aire pueden acumularse dentro del compresor de aire. Estos contaminantes pueden llegar a componentes vitales, provocando desgaste y reduciendo la capacidad de almacenamiento.

    c) Humedad

    La humedad puede ser perjudicial para los sistemas de compresión de aire, ya que puede acumularse dentro del sistema y provocar la oxidación de los componentes. Esto puede provocar desgaste, fugas y reducción de la capacidad de almacenamiento. Es menos probable que el aire seco dañe su sistema de compresión de aire y las herramientas que funcionan mientras están en uso.

    2) Control del compresor de aire correspondiente

    Los controles del compresor de aire adaptan la salida del compresor a las necesidades de un sistema de compresor, que puede consistir en un solo compresor o varios compresores. Estos controles son fundamentales para la eficiencia y el alto rendimiento de los sistemas de compresores de aire.

    Los sistemas de aire comprimido están diseñados para mantener un rango de presión específico y entregar volúmenes de aire que varían según las necesidades del usuario final. Cuando la presión alcanza un cierto nivel, el sistema de control reduce la salida del compresor. Por otro lado, si la presión cae, la potencia del compresor aumenta.

    Los sistemas de control más precisos pueden mantener una presión promedio baja sin caer por debajo de los requisitos del sistema. No cumplir con los requisitos del sistema puede provocar fallas en el dispositivo. Por eso es tan importante hacer coincidir los controles del sistema con la capacidad de almacenamiento.

    Los siguientes controles ayudan a mejorar la eficiencia de los compresores individuales:

    • Dependiendo de la presión, los controles de arranque y parada encienden y apagan el compresor.
    • La función de carga y descarga descarga el compresor para descargar la presión.
    • El control modulante gestiona la demanda de flujo, mientras que el control de múltiples pasos permite que el compresor funcione en condiciones de carga parcial.
    • El control dual dual y automático permite la selección de arranque/parada o carga/descarga.
    • El desplazamiento variable puede funcionar en dos o más condiciones de carga parcial.
    • Los variadores de velocidad ajustan continuamente la velocidad del motor para satisfacer los requisitos cambiantes de la demanda.
    • Los sistemas con múltiples compresores utilizan el control maestro del sistema para coordinar todas las funciones necesarias para optimizar el aire comprimido.
    • Los controles maestros del sistema pueden coordinar los sistemas de aire comprimido cuando la complejidad excede las capacidades de los controles locales y de red. Dichos controles pueden monitorear los componentes del sistema y los datos de tendencias para mejorar las funciones de mantenimiento.
    • Los controladores de presión y flujo almacenan aire a una presión más alta, que puede usarse más adelante para satisfacer las fluctuaciones de la demanda.

    Un sistema bien diseñado debería utilizar lo siguiente:

    • control de la demanda
    • Almacenamiento
    • Buena ubicación de señal.
    • Control del compresor

    El objetivo principal de dichos sistemas es suministrar aire comprimido a la presión constante más baja y al mismo tiempo soportar las fluctuaciones con el aire comprimido almacenado a alta presión.

    Con múltiples compresores, el control de secuenciación puede satisfacer la carga del sistema haciendo funcionar los compresores y desconectándolos cuando no es necesario para satisfacer la demanda. Los controles de red también ayudan a gestionar la carga de todo el sistema.

    3) Mejorar el diseño del sistema

    Aquí hay seis formas de mejorar el diseño de su sistema de compresor de aire.

    a) Enderezar el camino

    Las líneas de transferencia estrechas o las curvas cerradas en estas líneas de transferencia pueden causar una mayor fricción y una caída de presión en el sistema, lo que significa que llega menos presión al punto de uso. Un mejor diseño sin tantas curvas y bucles debería generar más presión utilizando la misma cantidad de energía.

    b) Ahorra energía cuando la necesitas

    Los tanques o receptores de almacenamiento pueden amortiguar los cambios de demanda a corto plazo y reducir los ciclos de encendido/apagado. Los tanques de almacenamiento también evitan que la presión del sistema caiga por debajo de los requisitos mínimos de presión cuando la demanda es máxima. Una caída de presión puede causar un aumento en la presión del sistema, lo que resulta en un desperdicio de presión de aire. El tamaño del tanque de almacenamiento depende de la potencia del compresor. Por ejemplo, un compresor de aire de 60 caballos de fuerza requiere un tanque receptor de aire de 60 galones.

    c) Entrada de aire frío

    Dado que se necesita menos energía para comprimir aire frío que aire caliente, puede reducir la energía necesaria para comprimir moviendo la entrada del compresor a un área sombreada en el exterior. Por ejemplo, una reducción de 20 grados Fahrenheit puede reducir los costos operativos en casi un 3,8 por ciento.

    d) Utilice varios compresores pequeños

    Los compresores de aire grandes pueden ser ineficientes porque consumen más energía por unidad cuando funcionan a carga parcial. Un sistema de este tipo podría beneficiarse del uso de muchos compresores más pequeños con control secuencial, lo que permitiría apagar partes del sistema apagando sólo algunos de los compresores.

    e) Recuperación del calor residual

    El calor residual se puede utilizar para hervir agua para calentar espacios y calentar agua. Una unidad de recuperación de calor correctamente diseñada puede recuperar 50-90% de la energía eléctrica utilizada en la compresión del aire.

    f) Ubicado cerca de una zona de alta demanda

    Al colocar los receptores de aire cerca de fuentes de alta demanda, es más fácil satisfacer la demanda al reducir la capacidad general del compresor.

    4) Considere las necesidades de aire comprimido

    a) Verificar el perfil de carga

    Un sistema de aire comprimido correctamente diseñado debe considerar la curva de carga. El sistema debe funcionar eficientemente a carga parcial si la demanda de aire varía mucho. Múltiples compresores proporcionarán un uso de energía más económico cuando la demanda fluctúe mucho.

    b) Minimizar las necesidades humanas

    La demanda artificial es la cantidad de exceso de aire necesaria para un uso no regulado cuando la presión utilizada es superior a la requerida para la aplicación. El sistema produce aire nuevo si una aplicación requiere 50 psi y recibe 90 psi. Los reguladores de presión de uso final pueden minimizar las demandas artificiales.

    c) Determine la presión correcta requerida

    El nivel de presión requerido debe considerar las pérdidas del sistema en filtros, tuberías, separadores y secadores. El aumento de la presión de descarga aumentará la necesidad de usos irregulares, como fugas. En otras palabras, una mayor presión conducirá a ineficiencias. Por ejemplo, un aumento de dos psi en la presión del cabezal aumentaría el consumo de energía hasta en 1% debido al consumo de aire no acondicionado. Para ahorrar energía, debe lograr un alto rendimiento y al mismo tiempo reducir el estrés del sistema.

    d) Verificar la oferta y la demanda adecuadas

    Verifique que el compresor de aire no sea demasiado grande para el uso final. Considerando todos los usos finales, cuantifique la cantidad de aire requerida para cada aplicación. Una evaluación general de todo el sistema de aire comprimido debería ayudar a investigar los problemas del sistema de distribución y minimizar el uso inadecuado del aire.

    e) Utilizar diagramas de bloques y diagramas de distribución de presión.

    Un diagrama de bloques ayudará a identificar todos los componentes de un sistema de compresión de aire. La curva de presión muestra la caída de presión en el sistema, lo que debería proporcionar información para ajustar el control. Para completar el perfil de presión, debe medir la entrada del compresor, el separador de aire/lubricante y el diferencial de presión entre etapas en compresores multietapa. Al registrar datos de la presión y el flujo de aire del sistema, puede determinar interrupciones del sistema, cargas intermitentes, cambios en el sistema y condiciones generales. Las variaciones en la presión y el flujo de aire se pueden gestionar mediante controles del sistema para minimizar el impacto en la producción.

    f) Utilice almacenamiento de aire comprimido

    El almacenamiento puede controlar los eventos de demanda durante los picos de demanda al reducir la tasa de caída y la cantidad de caída de presión. También puede apagar el compresor cuando sea necesario para proteger operaciones críticas de otros eventos en el sistema.

    5) Minimizar la caída de presión

    A medida que el aire comprimido fluye a través de un sistema de distribución, se produce una caída de presión. Las caídas de presión excesivas pueden provocar un rendimiento deficiente y un mayor consumo de energía. La caída de presión aguas arriba de la señal del compresor da como resultado una presión de funcionamiento más baja para el usuario final. Esto requiere una presión más alta para cumplir con los ajustes de control del compresor. Reduzca siempre la caída de presión en el sistema antes de aumentar la capacidad o aumentar la presión del sistema. El equipo de aire comprimido debe operarse a la presión de trabajo efectiva más baja para obtener mejores resultados.

    A continuación se explica cómo reducir la caída de presión:

    a) Mantener un diseño adecuado del sistema. La causa más común de una caída excesiva de presión es la tubería de tamaño insuficiente entre el cabezal de distribución y el equipo de producción. Esto puede suceder si elige la tubería en función de la demanda promedio esperada de aire comprimido sin considerar el flujo máximo.

    b) Mantener el equipo de filtración y secado del aire para minimizar la humedad. Asegúrese de que el filtro esté libre de suciedad que pueda restringir el flujo de aire y provocar una caída de presión. El mantenimiento y reemplazo oportunos de los elementos filtrantes son fundamentales para reducir la caída de presión.

    c) Seleccionar separadores, secadores, filtros y posenfriadores con la menor caída de presión posible. Los diferenciales de presión típicos para filtros, mangueras y reguladores de presión son de 7 libras por pulgada cuadrada (psi).

    d) Elija reguladores, mangueras, lubricadores y accesorios que funcionen mejor a la presión diferencial más baja.

    e) Reducir la distancia que recorre el aire a través del sistema de aire comprimido.

    Muchas herramientas pueden funcionar eficazmente con presiones de suministro de aire de 80 libras por pulgada cuadrada (psig) o menos. Reducir la presión de descarga de su compresor de aire puede minimizar las tasas de fugas, aumentar la capacidad y ahorrar dinero. 

    Sin embargo, las reducciones en la presión operativa pueden requerir modificaciones en los reguladores de presión, los filtros y las dimensiones de almacenamiento. Tenga en cuenta que si la presión del sistema está por debajo de los requisitos mínimos, es posible que la unidad no funcione correctamente.

    La caída de presión reducida permite que el sistema funcione de manera más eficiente a presiones más bajas. Hacer funcionar el equipo a niveles de presión más bajos puede ahorrar una cantidad significativa de energía para la maquinaria que utiliza grandes cantidades de aire comprimido. Es posible que se requieran componentes como cilindros más grandes para mantener el funcionamiento adecuado a niveles de presión más bajos, pero el ahorro de energía debería superar el costo del equipo adicional.

    6) Mantenga su compresor

    Los sistemas de compresión de aire con un mantenimiento inadecuado pueden provocar un desperdicio de energía y dinero. Por lo tanto, es fundamental revisar constantemente el sistema en busca de fugas, desgaste prematuro y acumulación de contaminantes.

    Reparar fugas

    El desperdicio de aire es la principal causa de pérdida de energía en los sistemas de compresión de aire, desperdiciando entre 20% y 30% de la producción del compresor. Incluso una fuga pequeña, si no se corrige, puede perder mucho aire con el tiempo y resultar muy costosa. Recuerde que la pérdida de aire es directamente proporcional al tamaño de la fuga y la cantidad de presión de suministro en el sistema.

    Las fugas no sólo desperdician energía sino que también provocan una caída en la presión del sistema, lo que reduce la eficiencia de su herramienta neumática. Esta falta de presión significa que el dispositivo funcionará durante más tiempo para lograr el mismo resultado. Un mayor tiempo de actividad también significa mantenimiento adicional o incluso tiempo de inactividad.

    Detectar y reparar fugas puede reducir la pérdida de energía a menos de 10% de salida del compresor. Puede haber fugas en cualquier parte de un sistema de aire comprimido. Aún así, la mayoría de las fugas ocurren en reguladores de presión, colectores abiertos de condensado y válvulas de cierre, desconexiones, accesorios de tuberías, selladores de roscas, mangueras, tuberías y accesorios.

    Para estimar las fugas en un sistema de aire comprimido, mida cuánto tiempo tarda el compresor en cargarse y descargarse. Una fuga de aire hará que el compresor se encienda y apague debido a la caída de presión causada por la fuga. Calcule el porcentaje de fuga total usando la siguiente forma: Fuga (%) = [(tiempo de carga en minutos x 100) / (tiempo de carga en minutos + tiempo de descarga en minutos)]. En un sistema bien mantenido, este porcentaje debería estar por debajo de 10%. Los sistemas mal mantenidos pueden perder 20% o más.

    Detección de fugas

    Los detectores ultrasónicos brindan la mejor oportunidad de localizar fugas al identificar silbidos. Los detectores ultrasónicos ofrecen velocidad, precisión, facilidad de uso, versatilidad y la capacidad de probar equipos mientras están en funcionamiento.

    Si no tiene un detector de fugas ultrasónico, puede usar agua con jabón y un pincel para pintar sobre posibles áreas problemáticas.

    Reparación de fugas

    Una vez localizada la fuga, es posible que la solución sea apretar la conexión. Sin embargo, también puede requerir el reemplazo de juntas, secciones de tuberías, mangueras, acoplamientos, trampas, accesorios y drenajes. Asegúrese de utilizar el sellador de roscas adecuado para instalarlos.

    Puede reducir la fuga disminuyendo la presión en su sistema de aire comprimido hasta que se solucione la fuga. Estabilice la presión del cabezal del sistema al rango más bajo para minimizar las tasas de fuga.

    Prevención

    Un plan adecuado de prevención de fugas puede ayudar a identificar y abordar futuros derrames. También ayudará a mantener un sistema de compresión de aire eficiente, estable y rentable. Un plan de prevención de derrames puede beneficiarse si hace lo siguiente:

    • Determine el costo de una fuga de aire. Esto servirá como base para determinar la efectividad de la reparación.
    • Identifique la fuga. Si bien los detectores de fugas ultrasónicos son los más eficaces, los medidores portátiles también pueden ayudar a identificar fugas.
    • Documente la fuga. Documente el tamaño, la ubicación, el tipo y el costo estimado de la fuga para poder rastrear dónde y cómo ocurrió.
    • Priorice las fugas más grandes.
    • Ajuste los controles para maximizar el uso de energía.
    • Documente las fugas. Dicha documentación puede señalar dispositivos que pueden estar causando problemas recurrentes.
    • Revisión periódica. Las inspecciones periódicas ayudarán a mantener el sistema eficiente.

    7) Cambiar filtros

    Los filtros se utilizan para garantizar que el aire limpio llegue al usuario final. El polvo, la suciedad y la grasa pueden obstruir el filtro y provocar que baje la presión del aire en el sistema. Si el filtro no se limpia, la caída de presión puede requerir más energía para mantener la misma presión. Además, asegúrese de utilizar caídas de presión bajas, filtros de larga duración y el tamaño de estos para un flujo máximo.

    8) Mantenimiento

    Asegúrese de que existan procedimientos para el mantenimiento de los sistemas de aire comprimido y que los empleados estén capacitados adecuadamente. Esto mantendrá el sistema funcionando de manera eficiente durante los próximos años.

    Afortunadamente, existen muchas formas de aumentar la eficiencia de su sistema de aire comprimido. Con un mantenimiento adecuado, su sistema puede ofrecer un alto rendimiento y al mismo tiempo ahorrar dinero.

    preguntas frecuentes sobre Cómo aumentar la eficiencia del compresor de aire

    El cálculo isentrópico se basa únicamente en el funcionamiento a plena carga del compresor de velocidad fija. La eficiencia isentrópica más alta publicada es de aproximadamente 92%, y la más baja es de aproximadamente 50%. En general, las máquinas con más de 100 HP tienen un IE promedio más alto que las máquinas con menos HP.

    CFM son pies cúbicos por minuto, que muestra el caudal del compresor, o la cantidad de aire que un compresor puede producir a un nivel de presión determinado. Los compresores con índices CFM más altos suelen entregar más aire, lo que los hace ideales para aplicaciones más grandes.

    Para permitir una medición precisa de la eficiencia, encienda el compresor de aire, ajuste manualmente la presión de escape a la presión de trabajo nominal del compresor de aire y mantenga la presión estable durante más de 5 a 8 minutos.

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