Cómo actualizar su sistema de aire comprimido para lograr eficiencia y productividad

Cuando una compañía de empaques, ubicada en el medio oeste de los Estados Unidos, contactó a la empresa Diversified Air Systems, ubicada en Cleveland, Ohio, únicamente buscaba satisfacer sus necesidades de reserva de aire. El aire comprimido es un componente vital en el negocio de la compañía de empaques, ya que se emplea en varias secciones, como en las máquinas de corrugado, las transportadoras, los actuadores y otros.  Al final, la compañía recibió mucho más que sólo la redundancia de aire, ya que obtuvo un controlador de velocidad variable, un compresor de aire de dos etapas, un sistema de tuberías completamente actualizado y reconfigurado con mejoras en la eficiencia del proceso, ahorros en energía y un reembolso significativo en energía.

Diversified, junto con el gerente de ventas de Sullair, se reunieron con el nuevo cliente para llevar a cabo un estudio preliminar del sistema de aire. La planta informó que el total de horas de operación anuales era de 8.728, con una tasa de utilidad de $0,08 por kWh. La tasa de demanda era de $10,00 por kW por mes. Los compresores de aire se sometieron a un registro de datos durante un período de siete días en los cuales la temperatura ambiente fue de 49°F y la humedad relativa fue del 72%. El personal de la planta confirmó que los tiempos de operación y las cargas de la planta durante este período fueron una muestra significativa de la producción anual. Las herramientas de registro de datos almacenaron cada 15 segundos.

El siguiente paso consistió en recolectar información de los seis compresores de aire instalado. La planta trabajaba con 5 compresores de aire de 50 HP y con uno de 20 HP, todos con controles de carga y descarga.  Todos estos compresores de aire eran de tornillo rotativo lubricado de una sola etapa. La confiabilidad de las máquinas era “sólida”.  Los datos recolectados en cada compresor fueron potencia nominal, eficiencia del motor en psig, acfm, potencia de frenado con carga completa y potencia del ventilador.

La situación “antes”
La auditoría mostró que cada compresor de aire trabajaba con cargas parciales, con un total de flujo promedio de 623,8 scfm durante el período de prueba de una semana. Todos los compresores eran necesarios para hacer que la planta trabajara y, como consecuencia de ello, no se contaba con ningún tipo de redundancia. Por tanto, si alguno de los compresores entraba en mantenimiento, la compañía no podía mantener la producción. El costo anual de energía del sistema actual totalizó USD$149.000.  Tanto el cliente como el distribuidor reconocieron la importancia de incorporar un sistema eficiente de reserva de aire. También se puso en evidencia que trabajar tantas máquinas de carga y descarga con cargas parciales era ineficiente.

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Asegurando la eficiencia en la redundancia
Después de analizar la información de la auditoría, Diversified sugirió instalar un Sullair V320-TS-250H junto con el nuevo secador de aire refrigerado RC2000 de Sullair, filtros pre y post y un tanque receptor de 1550 galones. Este nuevo sistema no solamente cumplía con el requerimiento de redundancia al 100 por ciento sino que el compresor VSD también sería más duradero y eficiente. Los compresores de Sullair de dos etapas en cascada emplean dos conjuntos de rotores dispuestos en configuración de terminal con terminal que permiten eficiencia tanto en carga completa como en carga parcial y tienen una recuperación de la inversión en dos años de ahorro de energía, al hacer la comparación  con un compresor de una sola etapa.  La capacidad se ajusta a las necesidades del sistema para tiempos de ciclo reducido y un mayor tiempo de vida. La compañía de empaques emplearía este nuevo sistema como su fuente de aire primaria y sus compresores antiguos como respaldo a la operación.

La instalación existente consistía de 5 compresores de aire de tornillo rotativo lubricado de una sola etapa de 50 HP y uno de 20 HP, cargados parcialmente.

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La distribución en planta importa en la presión

Desde el comienzo, Diversified sabía que esta no sería una instalación tradicional. Primero, no iba a haber reemplazo de máquinas una a una, sino que existiría una revisión completa de las líneas del sistema de aire.  No existía el espacio suficiente en ninguno de los cuartos de compresores para los nuevos equipos Sullair y para el tanque receptor. Además, tras más de 50 años de operación, la compañía de empaques había expandido sus instalaciones en múltiples oportunidades, por lo que la distribución del espacio era una de las preocupaciones.  Adicionalmente, debido a los diferentes tamaños de las tuberías a lo largo de la planta, el cliente experimentaba pérdidas de presión en diferentes puntos de uso en el edificio.  Después de analizar las instalaciones y de estudiar el diagrama esquemático de las tuberías que suministró el cliente de toda la planta, Diversified sugirió una nueva ubicación del compresor de aire.

Infortunadamente, la nueva ubicación del compresor solamente contaba con tubería de dos pulgadas que rodeaba la habitación y no cumplía con el diámetro recomendado para un compresor de 200HP, por lo que no se maximizaría la eficiencia del nuevo compresor. Diversified propuso expandir la cabecera principal en el nuevo lugar de instalación a cuatro pulgadas, saliendo del tanque en dos direcciones, conectando la cabecera existente en dos lugares separados.

También era parte de la instalación conectar la salida de corriente ascendente de aire de refrigeración con el compresor, para luego recuperar este calor en dos porciones de la planta, usando un desviador para los modos “invierno” y “verano”.  Diversified también trajo un contratista externo para hacer el soporte de la máquina, lo que aseguraba que se tendría contacto completo y uniforme con la superficie de montaje.  Aunque estos servicios se contrataron con terceros, el personal de Diversified manejó la instalación de más de 600 pies de tubería de aluminio de marca Infinity.  El resultado final fue un impresionante sistema con una mejora en la consistencia de la presión a lo largo de la planta.

Ahorro de energía y un cheque de reembolso
La compañía de empaques no sólo recibió una actualización completa de su sistema de aire y su plan de respaldo, también recibió un bono imprevisto: ahorro significativo anual en energía y un reembolso de miles de dólares.  En un estudio posterior llevado a cabo por Diversified, el nuevo perfil de carga mostró que la capacidad de carga del VSD de la máquina variaba entre 30 y 80%, con un promedio de 388.9 scfm.

El estudio de una semana mostró un costo anual de energía proyectado inferior a $75.000 con una reducción anual de 550.536,13 kWh. Estas cifras equivalieron a una sorprendente reducción del 50 por ciento en comparación con el sistema previo. Sumado al ahorro anual por energía, el estudio post proyecto de verificación de aire comprimido resultó en un reembolso de energía de más de USD$46.000 por parte de la compañía local de comercialización de energía eléctrica, duplicando así el monto que se había previsto.  Además, al alimentar el tubo de salida de aire nuevamente en la planta durante la operación en invierno, se alcanzó un ahorro estimado de cerca de $15.000, en comparación con el costo del suministro de gas natural para generar la misma cantidad de calor (761.700 BTUs/h).

Este artículo fue publicado originalmente en la revista Compressed Air Best Practices