Bienvenido al Seminario de Aire Comprimido · Bienvenido al Seminario de Aire Comprimido ... Capitulo 1 Fundamentos ... varía de acuerdo a la densidad del aire y la distancia del

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Bienvenido al Seminario de Aire Comprimido


1. Fundamentos


El aire es un gas sin color, sin olor y sin sabor.

Las moléculas libres se mantienen unidas por la fuerza molecular

El movimiento provoca fuerzas de impacto expresadas como presión

- A mayor temperatura, más rápido se mueven las moléculas

- Aumento de la presión

Qué es el Aire Comprimido?De aire atmosférico a aire comprimido

Impacto de las moléculas contra la

superficie.

Fuerza

Nitrógeno

Oxígeno

Otros gases

Capitulo 1 Fundamentos


Aire Comprimido es...

aire atmosférico condensado,

una mezcla de gases,

compresible,

un portador de energía.

Qué es el Aire Comprimido?

Definición de aire comprimido

Cuando el aire comprimido es liberado, este

puede ser utilizado como trabajo (W).

Aire Comprimido

Expansión

= Trabajo (W)


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Einfachwirkender_Zylinder_funktionsprinziep.gif

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Einfachwirkender_Zylinder_funktionsprinziep.gif


Generalmente, se aplica lo siguiente:

Unidades:

Principios FísicosDefinición de Presión

A = 1 m2

Presión =Fuerza

Area

1 Pa (Pascal) =1 N (Newton)

1 m² (metro cuadrado)

Qué tanto es …

1 bar = 14.514 psi



PresiónFundamentos

0 psi (abs)

Presión manométrica

0 psi (g)

Presión atmosférica

14.5 psi(abs)

Presión de trabajo

114.5 psi(abs)


100 psi (g)

Presión de trabajo

159,5 psi(abs)


145 psi (g)


CaudalFundamentos

Qué tanto es …

1 m3/min = 35.31 cfm

1 cfm = 1.7 m3/h

Caudal =Volumen

tiempo

10 m31 m3


La presión atmosférica es creada por el peso de la atmósfera en sí, y

varía de acuerdo a la densidad del aire y la distancia del centro de la tierra.

La presión atmosférica normal al nivel del mar es 14,7 psi (absoluto).

11,610,8710,159,428,77,25 7,970

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

12,32

Presión atmosfericaConcepto

La presión absoluta cae aprox. 1,45 psi por cada mil 1000 metros en altitud.

Ins

tala

ció

n a

ltit

ud

[m

etr

os s

ob

re e

l n

ivel d

el m

ar]

Presión Atmosférica [psi (abs)]

4500

5000


Bogotá

Medellín

Cali

Barranquilla

Raura - Perú

Kaeser Kompressoren GmbH / www.kaeser.com / Pag 9 Capítulo 1: Fundamentos

Especificaciones en Ingenieria de aire comprimidoMedición de entrega acorde a la ISO 1217: 2009 Anexo C

para todo el sistema

Volumen

de salida V2

Presión de salida

p2

Temperatura

de salida T2

Humedad a

a la entrada Frel

Presión a

la entrada pA

Temperatura

a la entrada TA

Cálculo inverso

VA =V2 x p2 x TA

T2 x (pA – (pD x Frel))

Acorde con ISO 1217:2009 Annex C:

TA = 20 °C = 293.15 K

pA = 1 bar (a)

Frel = 0 % Humedad relativa

Tolerancias = +/- 10 K; +/- 0.1 bar

Flujo normal de aire/ entrega? VA


Cálculo sencillo:

Una maquina tejedora requiere 150 scfm volumen estandar

en ISO 1217 Anex C a 100 psi(g).

Condiciones ambientales dadas:

Máxima temperatura ambiente : 20 ℃

Máxima humedad relativa: 80 %

La mas baja presión atmosferica: 10,7 psi(abs)

Pregunta:

¿Cual compresor de tornillo puede ser usado?

Capítulo 1: Fundamentos

Especificaciones en Ingenieria de aire comprimidoConversión de volumen normal (aire entregado)

a volumen estandar acorde a ISO 1217 C


Principios FísicosCambio de Estado de Gases Ideales

Ejemplo:

Ciudad: Bogotá

10,7 psi(abs)

68°F = 20 °C

80% Humedad relativa

Caudal requerido por el cliente entregado

en Bogotá 150 scfm

Capacidad requerida por el compresor:

207 cfm FAD

Fórmula

Fórmula SCFM-FAD_march_2004.xlsm

Fórmula SCFM-FAD_march_2004.xlsm


Energía

eléctric

a

Mtto

Inversió

n

Observando los costos del aire comprimido en 10 años, la energía eléctrica tiene el

mayor impacto, de manera que cualquier ahorro en este renglón en significativo para

que su estación de aire comprimido sea más productiva.

1. Componentes del costo del aire

El aire es gratis, lo costoso es comprimirlo



Analizar como un sistema



El primer consumidor de energía es el COMPRESOR


Ejemplo 1:

• Compresor 50 hp

• Operación 80% de su capacidad

• Presión 115 psi

• Costo del kW/h $ 250

• Horas año 2 turnos (8*2*365) = 5.840 h

𝑪á𝒍𝒄𝒖𝒍𝒐 𝒆𝒏 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂

kW x horas año x %utilización x $

42,5 x 5.840 x 80% x $250

$49´640,000 consumo en carga

𝑪á𝒍𝒄𝒖𝒍𝒐 𝒆𝒏 𝒗𝒂𝒄í𝒐


10,6 x 5.840 x 20% x $250

$3´095.200 consumo en vacío

Consumo Total

Carga: $ 49´640.000

Vacío: $ 3´095.200

Total: $ 52´735,200

2. Cómo calcular el costo

energético del aire



Ejemplo 1:

• Compresor 50 hp





𝑪á𝒍𝒄𝒖𝒍𝒐 𝒆𝒏 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂


38 x 5.840 x 80% x $250

$44´384,000 consumo en carga

𝑪á𝒍𝒄𝒖𝒍𝒐 𝒆𝒏 𝒗𝒂𝒄í𝒐


9,5 x 5.840 x 20% x $250

$2´774.000 consumo en vacío

Consumo total

Carga: $ 44´384.000

Vacío: $ 2´774.000

Total: $ 47´158.000





Ejemplo 2:

• Compresor 50 hp





Consumo Total

Carga: $ 44´384.000

Vacío: $ 2´774.000

Total: $ 47´158.000

Ejemplo 1:

• Compresor 50 hp





Consumo Total

Carga: $ 49´640.000

Vacío: $ 3´095.200

Total: $ 52´735,200

Diferencia

$ 5´577.200

Proyección de ahorros a 10 años

$ 55´772.000





• Fugas

• Usos inadecuados

• Caídas de presión

• Mayor presión por “seguridad”

• Configuración de equipos

• Sistema de tratamiento

• Deficiencias de mantenimiento

• Instalaciones

• Recuperación de calor

3. Potencial de ahorro en sistemas

de aire comprimido


Horas de trabajo al año 8,760

Costo del kW/h $ 250

Eficiencia del sistema kW/100cfm 19.12

Diámetro Presión psiCaudal perdido

scfm

kW/h

consumidos

kW año

consumidos

Costo de la

fuga

Cantidad en

la plantaCosto total

0,8 mm (1/32") 90 1.48 0.3 2478.9 $ 619,717 30 $ 18,591,523

1,6 mm (1/16") 90 5.92 1.1 9915.5 $ 2,478,870 20 $ 49,577,395

12,7 mm (1/2") 20 126 24.1 211038.9 $ 52,759,728 1 $ 52,759,728

COSTO TOTAL EN FUGAS DE AIRE COMPRIMIDO $ 120,928,646

ESTAS FUGAS EQUIVALEN A TENER UN COMPRESOR DE 74 HP OPERANDO

Normalmente nos acostumbramos a escuchar las fugas, verlas, e inclusive sentirlas. . .

3. Potencial de ahorro en sistemas

de aire comprimido - Fugas


Uso Diámetro Presión psiCaudal

perdido scfm

kW/h

consumidos

kW año

consumidos

Costo de la

fuga

Cantidad en

la plantaCosto total

Refrigerar motores u otros

elementos que requieren

mantenimiento

6,35 mm

(1/4")20 132 25,2 221.088,4 $ 55.272.096 1 $ 55.272.096

Manguera usada para soplar las

máquinas de producción por 2

minuto en cada turno

6,35 mm

(1/4")60 67,6 12,9 471,8 $ 117.942 30 $ 3.538.252

Manguera usada para soplar la

ropa de trabajo por 1 minuto cada

turno

6,35 mm

(1/4")60 67,6 12,9 235,9 $ 58.971 30 $ 1.769.126

$ 60.579.473Ahorros potenciales al USAR el aire de manera adecuada

Nos acostumbramos a tener estos usuarios silenciosos que se comportan como fugas. . . . .

Cuidado con las secciones de la planta que “ya no están en uso” pero que

están conectadas a la red de aire

3. Potencial de ahorro en sistemas de

aire comprimido – Usos inadecuados


EjemploDiámetro

equivalentePresión psi

Caudal

usado scfm

Consumo

energético

año si se usa

compresor

Costo

energético

año si se usa

compresor

Consumo

energético si

se usa

soplador

Costo

energético

año si se usa

soplador

Ahorro por

cada usuario

Generación de aire de alta presión

para aplicaciones como : SECADO,

SOPLADO, ENFRIADO, LIMPIEZA

12,7 mm

(1/2")10 84,7 140.974,7 $ 35.243.670 52.279,7 $ 13.069.920 $ 22.173.750

Cantidad de boquillas 3

Ahorro potencial al usar el equipo correcto $ 66.521.250


aire comprimido – Usos inadecuados


Se pueden medir tomando diferentes puntos de referencia

Sistema de tratamiento Elementos muy pequeños

Mantenimiento inadecuado

Tubería en la sala Reducciones de tubería hacia los filtros

Tubos colectores pequeños


aire comprimido – Caídas de presión


Se pueden medir tomando diferentes puntos de referencia

Anillos principales Tubería antigua con el diámetro

inadecuado para el caudal

Anillos secundarios Tubería corroída internamente

Recorridos innecesarios en la

planta

Bajantes Diámetros inadecuados

Bajantes directas

Alimentación a la máquina Exceso de manguera


aire comprimido – Caídas de presión


Por cada 10 psi que se incremente la

presión en el compresor el consumo de

energía se incrementa 5%

• A 115 psi el compresor consume 42,5

kW

• A 125 psi el compresor consume 44,6

kW

En realidad es necesario

incrementar la presión del

compresor?

3. Potencial de ahorro en sistemas de aire

comprimido – Mayor presión por seguridad


La configuración de equipos se debe hacer

basados en el perfil de demanda, la utilización de

compresores con variador de velocidad o de carga

fija debe hacerse con base en el criterio del

comportamiento de la demanda para obtener el

menor costo energético


comprimido – Configuración de Equipos


1. Compresor

2. Controlador del

compresor

3. Secador

4. Filtro

5. Tanque

6. Drenaje

7. Sistema de tratamiento

de condensados

8. Válvula de control

Elementos MINIMOS a instalar para aire de instrumentos


comprimido – Sistema de Tratamiento


Fallas frecuentes:

1. Tener tanque húmedo sin drenaje automático.

2. No tener secador o tenerlo en by pass.

3. Conectar el compresor directo al secador.

4. Alta temperatura ambiente en la sala de compresores.

5. Utilizar el secador inadecuado para las necesidades.

6. Utilizar compresores “libres de aceite” sin tratamiento de aire.

Consecuencias:

1. Óxido en la tubería de distribución.

2. Caídas de presión por la red.

3. Fallas aceleradas en los elementos neumáticos.

4. Alto índice de rechazos.

5. Disminución de la productividad de los equipos de

producción.


comprimido – Sistema de Tratamiento


Los equipos no deben

“lanzarse” aire caliente entre

ellos.

3. Potencial de ahorro en sistemas de aire comprimido

Instalaciones


Los equipos no deben

“lanzarse” aire caliente entre

ellos.


Instalaciones


10°C de aumento en la

temperatura del compresor = 4%

de pérdida en la entrega.

Sala de compresores mal

ventilada = aumento en costos de

energía


Instalaciones



Instalaciones



Estudios energéticos


Su Socio para Sistemas Eficientes

De Aire Comprimido

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COMPRESORES

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