Nota técnica
Soluciones de eficiencia
energética: Sistemas de aire
comprimido
Soluciones de eficiencia energética: Sistemas de aire comprimido
Nota técnica
Acciones para asegurar la entrega de energía de
forma confiable al menor costo posible
Los altos costos relacionados con la generación de energía necesaria para que la
industria pueda operar influyen de manera directa en la competitividad de las
empresas en medio de un entorno de mercados abiertos. Este puede terminar
siendo el factor definitivo para que una operación industrial continúe o cese sus
operaciones.
Tomar las acciones adecuadas para entregar energía de forma confiable al menor
costo posible es lo que se denomina: Gestión energética.
En un mercado global y altamente competitivo, el encarecimiento de los recursos
energéticos y nuevas regulaciones ambientales son ahora parte de los elementos
que las empresas deben considerar de manera prioritaria en su planificación y
operación diaria.
Cerca de la tercera parte de toda la energía que se consume en los EE. UU., se
debe a la producción industrial, y del total de la energía utilizada por la industria,
cerca de un 52 %, es energía que se pierde.
Este 52 % que aproximadamente se pierde resulta importante, ya que entre un
25 % y 30 % del presupuesto operativo está directamente relacionado con los
costos de generación de fuentes de energía.
Aun cuando los costos energéticos sean relativamente bajos, una planta de
tamaño medio en promedio puede tener un gasto de $10 millones de dólares
anualmente. Identificar dónde se consume la energía, y dónde se puede ahorrar,
sigue siendo un desafío para muchos gerentes de plantas.
Gestionando lo que se puede gestionar
A menudo la incertidumbre es la única constante cuando se trata de la gestión
energética. Los costos varían mucho. El consumo varía entre un proceso y otro.
Los desafíos son aún mayores para las empresas globales: la disponibilidad de los
recursos energéticos y los precios varían considerablemente de una región
comercial a la siguiente. No es de extrañar que pueda parecer casi imposible
operar dentro de un presupuesto energético establecido (Figura 1).
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Figura 1: Volatilidad de los costos de los recursos energéticos
Variación regional
Historial de precios globales para gas natural
Volatilidad de precios
Historial de precios del petróleo crudo en los
Estados Unidos
Fuente: BP Statistical Review of World Energy 2020
El hecho es que la energía no se debe considerar como un costo general fijo. Tratarla
como una partida presupuestaria inflexible conlleva un riesgo financiero. Sin
embargo, las plantas pueden ganar mayor control sobre el gasto energético
mediante la implementación de un programa de gestión energética continua y
proactiva.
La palabra clave es “continua”. Cualquier iniciativa energética eficaz debe ser
sustentable y centrada en la mejora continua, con un sólido respaldo de liderazgo,
personal y recursos dedicados.
La metodología debe tener en cuenta las tres barreras principales de la mejora:



falta de visibilidad en el consumo energético;
variabilidad excesiva en el consumo energético;
falta de planes o provisiones para mantener la viabilidad del
programa (sustentabilidad).
El consumo energético dentro de las instalaciones industriales es extremadamente
complejo, sin embrago, una sencilla clasificación puede ayudar a identificar los flujos de
energía más importantes y así direccionar los planes de reducción de costos energéticos:

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


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aire comprimido;
generación de vapor;
gases y combustibles;
agua;
electricidad.
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Con excepción de la electricidad, la medición de caudal es uno de los elementos
claves para poder identificar si lo que se está entregando al inicio del proceso está
llegando en la misma cantidad a los usuarios finales, por ejemplo, identificar si el
volumen másico generado en un cuarto de compresores está llegando en la misma
cantidad a los usuarios finales.
Hacer una medición de esos caudales desde la fuente hasta el punto final de
consumo permite cuantificar el tamaño de las pérdidas, pero hacer mediciones en
puntos intermedios podría permitir identificar en dónde se están generando las
pérdidas.
Figura 2: Medición del caudal a lo largo del proceso
Ahora, existen muchas tecnologías para hacer mediciones de caudal, sin
embargo, esta medición mediante el análisis de presión diferencial es una de
las tecnologías más utilizadas en la industria gracias a su amplio rango de uso y
a la confiabilidad de la medición. Entre otras, estas son algunas de las
características que hacen que esta tecnología sea una de las más usadas en la
industria:
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




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tecnología simple, sencilla de entender e implementar;
cumple con los estándares globales (AGA, API, ISO, etc.);
medición altamente repetible;
excelente tiempo de respuesta;
gran variedad de elementos primarios que satisfacen una
gran variedad de aplicaciones;
capacidad para calibrar en el campo;
solución económica.
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Sistemas de aire comprimido
El aire comprimido es importante en varios procesos industriales. El accionamiento de
válvulas y otros mecanismos de control, así como equipos de limpieza y purga, son
algunos de los ejemplos donde monitorear los flujos de aire permite identificar
posibles fugas, pero a su vez permite tomar acciones y optimizar el funcionamiento
de los compresores para impactar positivamente el uso de recursos energéticos.
Figura 3: Pérdida permanente de presión de los elementos primarios
Durante la selección del caudalímetro es crucial considerar el desempeño y la
pérdida de presión permanente que se genera alrededor del elemento primario
(Figura 3). Esta es una aplicación ideal para hacer una actualización tecnológica
y sustituir las placas de orificio tradicionales por elementos primarios tipo
“pitot”, como el caudalímetro “Annubar”de Rosemount, que junto con un
programa de detección y reparación de fugas puede generar importantes
ahorros desde el punto de vista energético (Figura 4).
Figura 4: Placa de orificio vs. Annubar
Las placas de orificio crean una gran pérdida de
presión, capacidad reducida y mayor costo.
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Los caudalímetros Annubar limitan la pérdida de
presión de las mediciones de caudal.
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La medición de caudal en sistemas de aire comprimido requiere un
caudalímetro que ofrezca la menor pérdida de presión, por lo que la selección
adecuada del elemento primario resulta determinante.
La caída de presión y, por ende, el impacto energético que tiene un elemento
primario, como el Annubar de Rosemount, puede llegar a ser hasta un 95 %
menor que el causado por una placa de orificio tradicional (Figura 5).
Figura 5: AnnubarTM de RosemountTM
La evaluación del sistema de aire comprimido es indispensable antes de
especificar el sistema de medición del caudal, especialmente en condiciones de
bajo caudal.
Otro aspecto para analizar son las condiciones de presión y temperatura y su
efecto en la medición del caudal másico. Una compensación adecuada en
función de los cambios de temperatura permite medir el flujo de aire en
términos másicos y no volumétricos, lo que es especialmente importante en el
desempeño de los sistemas y en el impacto económico desde el punto de vista
de ahorro energético. En este tipo de aplicaciones, debe especificarse un
transmisor de caudal compensado.
En la medición de flujo de gases, como el aire, la presión no significa
necesariamente volumen másico, esto por el impacto en la densidad que
generan los cambios en la temperatura.
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Figura 6: Rosemount ™ 3051S Transmisor MultiVariable ™
Una aproximación holística donde se analiza el sistema de aire comprimido en
conjunto para definir la mejor tecnología y cumplir con las expectativas de
desempeño, es la forma ideal de lograr los mejores resultados, desde el punto
de vista de optimizar los recursos energéticos.
Hablando del sistema en términos holísticos, debe analizarse el impacto en el
desempeño y el impacto energético que pueden ocasionar los siguientes
aspectos que son los retos tradicionales en la medición de caudal mediante
presión diferencial;


Líneas de impulso:
•
longitud;
•
mantenimiento;
•
puntos de fuga.
Desgaste del elemento primario:
•
tramo recto aguas arriba y aguas abajo del
elemento primario;
•
costos de instalación;
•
espacio físico.
¿Por qué resulta importante trabajar en los sistemas de aire comprimido?
Estudios a nivel industrial estiman que para producir 1HP de aire comprimido
se requieren alrededor de 8HP en términos de energía. Si consideramos que
el costo por kilovatio a nivel industrial viene en aumento y constituye uno de
los elementos que afectan directamente la competitividad de nuestra
industria en el mercado global, tomar acciones para reducir estos costos debe
ser parte de la estrategia para aumentar la competitividad en el mercado.
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Impactar los gastos energéticos, tiene un efecto directo en los costos de
producción de los bienes vendidos (COGS). En medio de un mercado global y
cada vez más competitivo, puede resultar ser un elemento determinante para
asegurar la permanencia de la operación productiva.
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