Ingeniería Energética General

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ISSN 2326-6880
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Eficiencia Energética de los Compresores Reciprocantes

Objetivos:

Sistemas de transmisión - distribución - utilización del gas comprimido.
Calculo de las pérdidas en redes neumáticas y las herramientas.


¿Qué informaciones se presentan en estas páginas?

En las páginas anteriores se han determinado las principales pérdidas energéticas del sistema motor - compresor reciprocante, considerando el accionamiento eléctrico. Se conoce como determinar el trabajo eléctrico, el trabajo de compresión y los diferentes conceptos de pérdidas en sus componentes.

Sistemas de transmisión - distribución - utilización del gas comprimido.

Para el gas Aire comprimido, muy empleado como portador energético para accionar herramientas y maquinarias neumáticas, se agrega esta página al procesador, en la que se determinan las pérdidas en el sistema de transmisión, distribución y uso de las herramientas. En esta página presentamos un procedimiento a seguir para cuantificarlas. Al incluir estas pérdidas en el balance, abarcamos la cadena energética integralmente, desde la energía primaria empleada en generar la electricidad hasta el uso final de ella, que es el componente energético que se convierte en trabajo útil al realizar una tarea cómo hacen las herramientas neumáticas que perforan, giran, levantan, mueven, agitan, atomizan, presionan materias y materiales. O en el calentamiento - enfriamiento y refrigeración de materias, materiales y locales, incluyendo el confort, tarea que realizan los gases con propiedades térmicas para esta función.

La utilización que tiene el gas comprimido puede ser diversa, como hemos visto anteriormente:

a) Portador energético para mover otros equipos como es el uso del aire comprimido. En este caso requiere un sistema de transmisión por tuberías, distribución y acondicionamiento del aire, antes de ser empleado en las herramientas. A lo largo del trazado del sistema de tuberías y en las operaciones de acondicionamiento para poder ser utilizado, se producen pérdidas diversas.

b) Portador energético para transferir calor desde una zona de baja temperatura a una zona de alta temperatura, como ocurre en los sistemas de refrigeración - bomba de calor. El gas comprimido es transportado por tuberías, expandido, condensado, distribuido uniformemente en los intercambiadores donde cede o extrae el calor. En todo este recorrido y operaciones se generan pérdidas.

c) Comprimir el gas para licuarlo, reduciendo así su volumen y poder transportar grandes masas de gas en un volumen que resulte económicamente viable. Recordemos que el volumen específico de los líquidos es mucho menor que el de los gases. El mejor ejemplo es el Gas Natural comprimido y su transportación en buques tanqueros a grandes distancias.

d) Comprimir el gas para licuarlo y posteriormente destilarlo y fraccionarlo, como es el caso de la producción de oxígeno - nitrógeno.

En este material nos ocuparemos de los sistemas de transmisión - distribución - utilización del aire comprimido y los gases con propiedades de gas refrigerantes.

Esta forma de estudiar el movimiento energético se apellida Integral, pues no deja lugar a que se nos escapen del balance ningún concepto de las pérdidas que están en juego. Todas estas pérdidas consumen energía de la fuente primaria, y si la fuente primaria es fósil, generan emisiones de gas efecto invernadero, el dañino CO2. Así que nuestra tarea será encontrar todas las fugas de energía que no se convierten en trabajo útil.

Llegar a conocer estos números, estar consciente de los resultados de baja eficiencia operativa de la mayoría de los sistemas energéticos que hoy actúan a nuestro alrededor y controlan totalmente la vida diaria de todos, se convierte en una obsesión por hacerse comprender, en una pasión por hacer todo lo que esté a nuestro alcance para mejorar globalmente esta situación. ¿Qué si podemos hacerlo?. Sí, sí podemos hacerlo, solo tenemos que comprender este impacto destructor sobre nosotros mismo y ponernos a trabajar. Lo más importante es, qué sabemos cómo hacerlo y donde debemos hacerlo.

Lea previamente, las Bases del cálculo energético y términos empleados aquí para que esté informado en el procedimiento, principalmente para conocer las unidades de trabajo que el procesador utiliza. Para el uso correcto de este procesador, debe ir a la primera página de esta serie de informaciones sobre el sistema energético motor - compresión. Active el link que sigue y vaya a eficiencia_compresión_motorelect.

El procesador abarca el análisis integral y está diseñado en tres páginas donde se realizarán los cálculos de la forma siguiente:

Página 1: eficiencia_compresión_motorelect donde se calculará el trabajo eléctrico sobre el motor que acciona el compresor (trabajo sobre el eje), de no conocerse la potencia instalada. El trabajo eléctrico se califica como el trabajo real que actúa sobre el motor compresor y a su vez, es la energía que entra al sistema motor-compresor. Paralelamente, se calcula la cantidad de energía primaria equivalente al trabajo real.
Página 2: eficiencia_compresión_compresor donde se calculará el trabajo ideal que hace el compresor sobre el gas que comprime y el incremento del calor del volumen de gas, debido a la fricción al ser comprimido. El trabajo de compresión sobre el gas y el calor absorbido, se calculará en base a relaciones teóricas y bajo consideraciones ideales, por lo que se califica como trabajo ideal.

Si al trabajo ideal le restamos el calor absorbido por el volumen comprimido, se obtiene el incremento de la energía interna de ese volumen o masa. Lo mismo sucederá con el trabajo real.

Al asumir una base ideal, el resultado que se obtiene coincide con la menor cantidad de trabajo posible para ejecutar la compresión del gas, con un 100 % de eficiencia, lo que en la naturaleza es más que imposible. De ahí que cuando se compare el trabajo real con el calculado o ideal, exista una diferencia notable. La diferencia entre ambas cifras estará compuesta por la sumatoria de las pérdidas de energía en el compresor, causada por fricción, rendimientos volumétricos y el acoplamiento motor compresor, más la irreversibilidad que existe en el proceso de compresión. En el cuadro de salida de la página 2, se reportan los resultados, y se comprueba la diferencia del valor, facilitando el cálculo.
Página 3: eficiencia_compresores_Pérdidas en redes neumáticas y las herramientas donde se cuantificarán las pérdidas en transmisión - distribución y uso del gas comprimido.

El orden de procesamiento del calculador debe cumplirse. Primero realizar el cálculo según instrucciones de la página 1 y después ir a la página 2 y seguir a la página 3. Entre estas páginas se transfieren un grupo de variables que de no seguirse el orden, no estarán presentes en la segunda y tercera página.

¿Cómo determinamos el volumen perdido de aire comprimido en toda la instalación?

El procedimiento se basa en una comprobación práctica, al pié del sistema motor - compresor - transmisión y distribución. Los pasos a dar son los siguientes:

1- Para realizar la prueba se requiere que la Fábrica, el Taller o la instalación esté fuera de servicio. La prueba se basa en realizar diferentes operaciones en el sistema durante una hora como mínimo y eso necesita que todos los servicios que alimenta, estén fuera de servicio.

2- La prueba se realizará en dos etapas.
a) Una prueba integral y muy rigurosa, que incluye todas las herramientas, equipos y servicios de la instalación. Brinda la posibilidad de terminar las fugas y pérdidas de toda la instalación.
b) Otra que bloquea las herramientas y los servicios. En esta etapa se determinan las pérdidas del sistema de tuberías.

Al final se compararán las pérdidas de ambas etapas, una vez clasificadas.

3- Se realizará primeramente la prueba integral.
a) Una vez detenido el conjunto - motor compresor y sin bloquear las alimentaciones a herramientas y equipos, se deja que la presión manométrica caiga al valor de la presión de succión del sistema. Para las tomas de aire atmosféricas, 0 psig o 14,7 psia.
b) Se pone en funcionamiento el conjunto motor - compresor y cuando haya alcanzado el valor máximo de presión P2, se cierra la succión del conjunto motor - compresor. Queda bajo presión el sistema compresor, redes, herramientas.
c) Paralelamente se mide el tiempo en que alcanza el valor máximo de la presión de descarga (desde 0 psig hasta P2 max, psig). Se anota el tiempo en min., que llamaremos de carga (tcarga).

d) Se efectúa un recorrido por toda la instalación, siguiendo las líneas principales y cada una de las tuberías de alimentación. Previamente se ha llevado a un croquis el sistema de tuberías. En ese croquis se anotan los puntos donde se detectan fugas y se precisa si la causa es una pitera, o en la conexión de los reguladores o de los filtros, o si es por las juntas o prense de las válvulas de bloqueo, o por los sellos de gomas de las herramientas. Esta defectación es básica.

La defectación es muy fácil de realizar. Al estar paradas todas las actividades industriales que producen ruidos, hay calma total y el silbido de las fugas delata el punto donde se producen.

e) Junto con la inspección del sistema, observamos la presión manométrica en la descarga del conjunto motor - compresor y medimos el tiempo en que su valor vuelve a 0 psig. Este tiempo lo llamaremos de descarga (tdescarga).
f) Ahora determinamos el tiempo total de la prueba, que llamaremos (ttotal). Finalmente, relacionaremos los tiempos: En la medida que tcarga aumente respeto a ttotal , más pérdidas. Y el inverso se cumple. En la medida que tcarga disminuya respecto a ttotal, menos pérdidas. Veamos:
tcarga = t1-to, desde el valor de la presión de succión a la presión máxima de operación.
tdesc = t2-t1, desde la presión máxima de operación hasta la presión atmosférica.
ttotal = t2-to = tcarga + tdesc, incluye el tiempo de carga y descarga del sistema.

  tcarga x 100
%, perdida = ------------
  ttotal

Una vez calculado el porciento, se multiplica el valor por la energía que sale del sistema de compresión. El resultado es la pérdida en redes y herramientas.

El usuario podrá decidir si realiza una prueba integral, donde incluyen las redes de transmisión, distribución con todos sus accesorios y las herramientas, o la prueba parcial, donde bloquea la alimentación a todas las herramientas. Si requiere de una mayor precisión, realizando ambas pruebas y diferenciándolas, podrá conocer el porciento total, el porciento debido a las pérdidas por herramientas y que porciento tienen las pérdidas en redes y accesorios. En las dos alternativas se incluye el compresor como tal, ya que el bloqueo se realiza en la succión.

Estructura del procesador:

El procesador para su funcionamiento necesita como datos primarios, el valor de la energía que sale del sistema de compresión y otros más. Si el usuario con anterioridad ha determinado la eficiencia del sistema motor - compresor, empleando para ello los calculadores de las páginas eficomp1 e eficompp2 , los resultados anteriores estarán presentes en esta página y el análisis se hará posible. Si no ha procedido así, vaya directo a la página eficomp1 para lo que puede activar el link que sigue eficiencia_compresión_motorelect. Una vez calculado los datos primarios, el proceso se realizará con éxito.
Formulario de entrada -
Pérdidas en transmisión, distribución y uso del aire comprimido. BASE: 100 pie3
Parámetro/ unidades Valor
Compresor  
Po, Presión succión, psia
P1, Presión máx. de descarga, psia
t1-to, tiempo de carga, mm
t2-t1, tiempo de descarga, mm
Rectificar sus datos
CALCULAR
 
Bloque de comprobación de los datos registrados
Debe ir a la página 1. Active el link eficiencia_compresión_motorelect