Muy a menudo la variabilidad típica en la demanda de flujo de aire comprimido no se traduce proporcionalmente en reducciones de potencia en los compresores de aire . Esto puede ser el resultado de numerosos problemas con el sistema de suministro de aire comprimido. Es importante entender la capacidad del lado de la oferta para responder al lado de la demanda del sistema de aire comprimido . Si los compresores de aire, en el lado de la oferta, no son capaces de traducir las reducciones de flujo en ahorro de energía, la implementación de proyectos de reducción de la demanda debe ser reevaluada.
¿Con qué frecuencia los productos se lanzan al personal de la planta y se promocionan como ahorro de energía porque pueden reducir el uso de aire comprimido en términos de flujo (scfm) y / o presión (psig)? Hay muchos productos y técnicas muy válidos (que implementamos durante nuestras auditorías) capaces de reducir los requisitos de demanda de aire comprimido.
La reducción del uso de aire comprimido, sin embargo, no se convertirá en ahorro de energía en los compresores de aire en un gran porcentaje de las instalaciones que visitamos. ¿Por qué? Hay muchas razones potenciales. Los compresores de aire pueden no tener los controles locales que les permite usar menos energía en cargas parciales. O, los compresores de aire pueden estar trabajando simultáneamente - todos a menos de puntos óptimos en sus curvas de eficiencia.
La demanda de aire comprimido siempre está cambiando en las plantas. Esta es la razón por la cual el uso de un controlador central para el sistema puede proporcionar un ROI alto con beneficios que se extienden a la fiabilidad y mejoras en la calidad del aire comprimido. Un sistema de control central es capaz de responder automáticamente a los cambios en la dinámica del sistema de aire comprimido y proporcionar a la planta con indicadores clave de rendimiento.
Figura 1: Un problema común: este gráfico muestra los compresores de aire que utilizan aproximadamente la misma cantidad de energía, sin importar la cantidad de flujo de aire comprimido que se requiera.
La "Norma" es Compresores de Aire Múltiples Trabajando Individualmente
Aquí están nuestras notas de lo que es un proceso de descubrimiento típico en una auditoría. Comenzamos con la búsqueda de dos salas de compresores de aire y empezar a averiguar lo que está pasando. La sala # 1 del compresor tiene varios compresores de aire disponibles para el uso para cubrir demanda de la producción. Existen tres compresores de aire de tornillo rotativo lubricados de una sola etapa de 150 caballos de fuerza de dos fabricantes diferentes. Una unidad es refrigerada por aire y dos están refrigeradas por agua. La unidad más eficiente, Compressor # 6, se utiliza principalmente como respaldo en caso de que los compresores # 1 o # 2 bajen para reparación. El compresor # 6 es aproximadamente un 15% más eficiente a plena carga que el compresor # 1 o # 2. Esta unidad, sin embargo, es bastante antigua y su fiabilidad es cuestionable.
La habitación # 1 del Compresor de Aire tiene dos secadores refrigerados. Uno es un secador refrigerado más viejo de la marca "D", clasificado para 1600 scfm. Esta unidad fue apagada y con válvulas. La segunda unidad es una marca de un secador refrigerado, de tamaño para 870 scfm, y dejado para manejar el flujo de aire total de los compresores de aire. Esta secadora funciona para el perfil de demanda actual, pero es muy pequeña si se utiliza la capacidad total de esta sala de compresores.
La habitación # 1 del Compresor de aire tiene un solo receptor de 900 galones instalado junto a los secadores y un receptor de entrada de un solo punto de 1.060 galones situado fuera de la sala del compresor, montado horizontalmente en la pared. La configuración de entrada de punto único no funciona eficazmente para suministrar al sistema almacenamiento.
La sala # 2 del compresor de aire tiene tres compresores de aire giratorios del tornillo de la solo-etapa; Una clase de 75 hp y una clase de 50 hp de la marca A y una clase de 75 hp de otra marca. Durante nuestra visita al sitio, todos los compresores estaban funcionando en algún momento con las unidades de 50 y 75 caballos de fuerza de la Marca A en bicicleta y fuera según sea necesario. Se instaló un secuenciador de marca A pero se había desactivado, por lo que los compresores de aire funcionaban con controles locales. Todos los compresores de aire están funcionando en control en línea / fuera de línea.
No hay secadores de aire comprimido en la habitación # 2 del compresor de aire. Todo el aire comprimido que sale de esta área está saturado de humedad y se mezcla con el aire seco que sale de la habitación # 1. No hay filtros instalados para eliminar el aceite o las partículas sólidas. El aire comprimido saturado se envía desde la habitación # 2 a los tanques receptores ubicados en la habitación # 1.
Todos estos compresores de aire de tornillo rotativo de una sola etapa utilizan controles de dos pasos. La descarga en dos etapas es donde el compresor de aire está completamente cargado o descargado (ralentí) - sin realmente detener e iniciar el compresor, por lo que no hay problema de acumulación de calor del motor. Para funcionar bien, este tipo de control requiere de 3 a 5 galones / scfm de almacenamiento efectivo. Esta estrategia de control también se conoce como carga / descarga o en línea / sin conexión. La variable más importante aquí es el ciclo de purga - ¿cuánto tiempo se tarda en llegar a ralentí (en segundos) después de cambiar a descargado?
Tabla 1: Un escenario típico: cinco compresores de aire que trabajan por su cuenta no optimizan las oportunidades de eficiencia energética y pueden conducir a problemas de confiabilidad.
La "Norma" es que la Dinámica del Sistema está Siempre Cambiando
La única cosa con la que puede contar, de un sistema de aire comprimido, es que mañana será diferente de hoy. Los requisitos del sistema probablemente serán drásticamente diferentes en un año. Esto significa que los requerimientos de flujo de aire comprimido (cfm) pueden ser mayores. Tal vez se agregó una nueva línea de producción. Tal vez tres 1/2 "enlaces se abrió, escondido bajo algunos equipos de producción, y nadie los ha detectado. Quizás los requerimientos de flujo sean más bajos debido a una pérdida de negocio o una excelente encuesta de fugas de aire comprimido (y reparación). Quizás el ingeniero de energía de la planta ha reducido con éxito la presión de la planta de 110 a 90 psig, aislando a un usuario culpable de alta presión y prestando servicio con un refuerzo. Cualquiera que sea el futuro que pueda tener, hay que planear el cambio.
El sistema descrito estaba ejecutando múltiples compresores de aire en condiciones de carga parcial. Esto se debió en parte a las restricciones de tuberías. Una vez reconfigurada la tubería, los puntos de consigna se pueden conectar en cascada de manera que operen menos unidades a menos que el sistema de aire comprimido lo requiera. Un sistema de control central ayudará a asegurar que se mantengan los puntos de ajuste adecuados.
No se controló el punto de rocío de presión. Durante los días de producción, se midió un punto de rocío elevado debido a la mezcla de aire comprimido tratado y no tratado de las dos salas de compresores de aire. Durante el fin de semana, el punto de rocío de la presión cayó a 38 ° F, ya que el aire comprimido provenía únicamente de la habitación # 1 del compresor de aire. Un controlador central de aire comprimido monitoreará e informará cualquier variación de la especificación de calidad del aire comprimido, desencadenando acciones correctivas.
Tabla 2: Estos son los Indicadores de Desempeño Clave que medimos de forma manual cuando visitamos esta planta. Un controlador maestro instrumentado proporcionará esta información durante todo el año.
Datos del compresor de aire necesarios para evaluar el proyecto de suministro
Los proyectos del lado de la oferta aumentarán la eficiencia general a la que se suministra aire comprimido a la planta. La decisión de agregar o no un Sistema de Control Central se alcanzará después de evaluar el consumo de energía previo al proyecto, como se muestra en este artículo, antes de implementar cualquiera de los proyectos de la oferta. En segundo lugar, el patrón de funcionamiento del compresor más probable después del proyecto se establece considerando:
Qué compresores están disponibles regularmente para el funcionamiento y que están envejeciendo
Su capacidad de carga total individual y sus poderes específicos
Sus controles de capacidad
Independientemente de si cada compresor tiene una capacidad de arranque automático y parada automática
El tiempo de inactividad probable a un nivel de potencia descargado antes de ser totalmente apagado
El perfil de demanda de carga previo al proyecto.
Beneficios de un Sistema Central de Control y Monitoreo del Aire Comprimido
Un sistema central de gestión del aire comprimido ofrece varias ventajas, la principal es mejorar la potencia específica del compresor de aire (kW por cfm), asegurando la selección óptima del compresor de aire y la eliminación de la pérdida de presión excesiva. Un sistema central de gestión del aire comprimido también puede:
Establecer y monitorear la calidad adecuada del aire comprimido en todo el sistema
Reducir la demanda promedio de aire comprimido mediante la aplicación de la miríada de programas de conservación del aire y monitorear los niveles reales de demanda de manera continua
Un sistema de control central permitirá que menos compresores de aire funcionen en un momento dado, así como suavizar el aire producido por el sistema de aire comprimido.
En el ejemplo dado en este artículo de las dos salas de compresores de aire con seis compresores de aire, la mejora proyectada en potencia específica (a la misma demanda con los mismos compresores en línea) es de 3.17scfm / kw (716 scfm / 225.4 Entrada kw) a un proyectado de 3,76 scfm / kw (716 scfm / 190,3 kw de entrada). Una mejora en la eficiencia del aire comprimido de aproximadamente 16%. Esto daría como resultado un ahorro proyectado de costos de operación eléctrica de $ 21,000 a $ 22,000 por año.
Sin considerar otros ahorros, tales como menores costos de mantenimiento y costos de reparación, este es un pago simple de 24 a 27 meses. Estos sistemas de monitoreo y control pueden agregarse en pasos a lo largo del tiempo para disminuir la inversión anual de capital a lo largo del tiempo. Este proyecto también permitirá que cualquier reducción en la demanda de aire comprimido genere una reducción proporcional en la energía de entrada.
Instrumentos aportan 5 indicadores clave de rendimiento
Un sistema de monitoreo de aire comprimido permitirá a la planta rastrear el desempeño del sistema de aire y los niveles de eficiencia energética de forma continua para que el ahorro de energía logrado en los proyectos propuestos se pueda mantener a lo largo del tiempo. A continuación se enumeran los elementos primarios de un sistema de monitoreo tal como la ubicación del caudal recomendado, los kW y los medidores de presión. En instalaciones como la que hemos descrito en este artículo, también revisamos dónde instalar los puntos de control en la sala de compresores de aire y en la fábrica para controlar de forma óptima los compresores de aire con un sistema de control central. Los indicadores clave de rendimiento a controlar son la presión, el flujo, el punto de rocío y la potencia del compresor individual.
Los elementos recomendados instrumentos, para este proyecto, para apoyar un sistema de monitoreo integral incluyen:
(6) medidores de demanda de kW en cada compresor individual - $ 1,500 cada uno para un total de $ 9,000
(12) transductores PSI (7 en la sala de compresores y 5 en la planta) - $ 200 cada uno para un total de $ 2,400
(1) Medidor de flujo de aire comprimido - $ 3,000 cada uno
(1) Medidor de demanda de punto de rocío - $ 2,500 cada uno
(2) Integradores de datos - $ 5,000 cada uno para un total de $ 10K
La etiqueta de precio total para el equipo del sistema de monitoreo fue de $ 26,000. El costo de instalación se proyectó en $ 20,000 para un costo total de $ 46,000. Esta instrumentación proporcionaría al Sistema Central de Control de Compresores la información requerida para entregar estos indicadores de Desempeño Clave:
Los niveles de flujo en el tiempo (por ejemplo, las tendencias al alza podrían indicar un aumento de los niveles de fuga)
Las lecturas individuales del compresor kW (por ejemplo, las tendencias al alza podrían indicar un mal funcionamiento del compresor)
Eficiencia básica del sistema con el tiempo - Potencia específica definida como demanda de caudal / kW total (por ejemplo, las tendencias al alza indican pérdida de eficiencia)
Niveles de punto de rocío (por ejemplo, las tendencias al alza indican un aumento de los niveles de humedad y posible mal funcionamiento del equipo de tratamiento de aire)
Presión del sistema (por ejemplo, los niveles de presión erráticos podrían indicar una insuficiencia de la capacidad de suministro de aire, niveles excesivamente bajos podrían ser precursores del fallo del equipo de producción)
Conclusión
Los sistemas de aire comprimido son dinámicos - ¡siempre están cambiando! Los sistemas de control central, soportados por la instrumentación y la comprensión de los compresores de aire individuales, pueden responder automáticamente a estas condiciones dinámicas y asegurar un rendimiento óptimo. Los indicadores clave de rendimiento pueden seleccionarse y, a continuación, el rendimiento se puede gestionar con revisiones de "revisión" una vez al año, lo que garantiza que el sistema se mantenga de forma óptima.
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