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Elaborado por: Ing. Leonardo Bohórquez Email: [email protected] Optimización de Instalaciones de Sistemas de Aire Comprimido Kaeser COMPRESORES Kaeser Compresores - Colombia 1

OPTIMIZACION INSTALACIONES

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Optimización de instalaciones de aire comprimido

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Page 1: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Elaborado por: Ing. Leonardo Bohórquez

Email: [email protected]

Optimización de Instalaciones deSistemas de Aire Comprimido

Kaeser

COMPRESORES

Kaeser Compresores - Colombia 1

Page 2: OPTIMIZACION INSTALACIONES

1. Componentes del costo del aire. Análisis como sistema

2. Efectos en los costos de una deficiente instalación.

3.Elementos a tener en cuenta en una instalación.

1.Civil

2.Ventilación

3.Eléctrica

4.Sistema de distribución (Tubería)

Índice

Page 3: OPTIMIZACION INSTALACIONES

1. Componentes del costo del aire

Analizar como un sistema

Page 4: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Energía

eléctrica

Mtto

Inversión

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

Page 5: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Sistema: 50 hp

Calidad de aire : 1.4.2. (ISO 8573-1 2010)

Entrega de aire: 236 cfm

Presión de trabajo: 110 psi

Horas de trabajo al año: 8760 (24/7)

Costo del kW/h: $180

85%

7,2%

7,5%

1. Componentes del costo del aire

El aire es gratis, lo costoso es comprimirlo

Ejemplo de distribución de costos en un proyecto real:

Page 6: OPTIMIZACION INSTALACIONES

• Fugas

• Caídas de presión

• Disminución eficiencia equipos

• Aumento frecuencias de mantenimiento

• Deficiencias en la calidad del aire

• Deficiencias de mantenimiento

2. Efectos en los costos de una

deficiente Instalación

Page 7: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Espacios inadecuados Dificultad en mantenimientos

Espacios de escape

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 8: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Espacios inadecuados Dificultad en mantenimientos

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 9: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Espacios inadecuados Vías de acceso y escape

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 10: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 11: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Ubicación de equipos Fallas en la circulación de aire

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Los equipos no deben “lanzarse”

aire caliente entre ellos.

Evitar corto circuitos entre el aire de

ingreso y el de extracción.

Page 12: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Ubicación de equipos Fallas en la circulación de aire

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Los equipos no deben “lanzarse” aire

caliente entre ellos.

Page 13: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Ubicación de equipos Fallas en la circulación de aire

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

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

Page 14: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 15: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Condiciones ambientales Calidad aire ingreso

Temperatura ambiente cuarto

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 16: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Condiciones ambientales Calidad aire ingreso

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

El ambiente que rodea los equipos debe ser lo menos contaminado posible, para evitar

desgastes innecesarios de los componentes.

El compresor concentra los contaminantes del aire.

Page 17: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Un ambiente limpio garantiza una

admisión de aire limpio al compresor.

Page 18: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Condiciones ambientales Instalación de elementos de pre filtrado (Hasta 10 um)

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 19: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Condiciones ambientales Altas temperaturas. Instalaciones cerca a hornos o calderas

Radiadores expuestos a los rayos solares

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación civil

Page 20: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Ingreso de aire: Aire para compresión

Aire para refrigeración compresor.

Aire para refrigeración secador.

Aire para refrigeración componentes eléctricos (Variador de Frecuencia)

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Compresores refrigerados por agua

también necesitan ingreso de aire

fresco.

Page 21: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

• Bomba

• Tubería

• Sistema de refrigeración Torre

Chiller

• Costos de energía

Motor bomba

Energía torre

Tratamiento (químicos)

• Ductos / extractor

• Costos de energía

Ventilador (extractor)

Page 22: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Page 23: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Ingreso de aire Uso de pre filtros y mantas filtrantes. Tener en cuenta área neta.

Velocidad de ingreso del aire: 2 – 6 m/s

Tener en cuenta tamaño máximo de partícula.

Sistemas de ingreso de aire forzado. (Reduce eficiencia energética)

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Área neta efectiva :

Flujo de aire de ingreso (Total)

Velocidad de ingreso del aire

Page 24: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Extracción de aire: Uso de ductos de extracción.

Cuidar caídas de presión (60 Pa)

Evitar corto crcuitos

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Page 25: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Page 26: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Extracción de aire: Extractores de aire.

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Extractor 710 mm = 30000 m3/h

Aire fresco sin ductos 125 hp = 30000 m3/h

Aire extracción ductos = 13000 m3/h

Page 27: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Extracción de aire: Extractores de aire.

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Page 28: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Extracción de aire: Extractores de aire.

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Page 29: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Ventilación

Page 30: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Instalación eléctrica

Elementos electricos Diametro de cable recomendado. (Tener en cuenta distancias)

Breaker de Protección

Page 31: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Sistema de distribución (Tubería)

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

Page 32: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en

una instalación de aire comprimido –

Sistema de distribución (Fugas)

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. . .

Page 33: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en una

instalación de aire comprimido –

Sistema de distribución (Caída de presión)

Se pueden medir tomando diferentes puntos de referencia

ESPERADO

Consumidor

1

2

3

4

+

+

+

+

Caída de presión sobre la planta de tratamiento (cuando es nueva)

Caída de presión de la red

Presión mínima del consumidor

Máx.. caída permisible sobre el tratamiento

Caída de presión dentro del cuarto

Presión máxima del compresor

Diferencial del compresor

80 psi(g)

1 psi(g)

10 psi(g)

1 psi(g)

3 psi(g)

98 psi(g)

EJEMPLO

80 psi(g)

12 psi(g)

10 psi(g)

3 psi(g)

3 psi(g)

108 psi(g)

Page 34: OPTIMIZACION INSTALACIONES

3. Elementos a tener en cuenta en una

instalación de aire comprimido –

Sistema de distribución (Caída de presión)

• Analizar la presión requerida en el punto de uso y calcular la presión mínima del

compresor.

Para este caso hay una variación entre lo esperado y el ejemplo: de 98 a 108 psi(g), es

decir, 10 psi(g) de mas.

Por cada 10 psi(g) se consume 5% más de energía.

Cada 10 Kw instalados le cuestan $ 25 000 000 en energía eléctrica basados en 8 760

horas de trabajo al año y costo del Kw de $286

Page 35: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Punto de RocíoEl punto de rocío se describe como el estado saturado bajo el cual el aire escargado con la máxima humedad a cierta temperatura.

Si la temperatura alcanza o desciende bajo la °T de punto de rocío

Se presenta condensación

Al aumentar la presión del aire

Se eleva la °T de Punto de rocío

Si la °T del aire en una red se mantiene por encima del punto de rocío NO debe presentarse condensación, independiente de la longitud y configuración de la misma.

Page 36: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Presión AbsolutaEs la presión medida desde ceroabsoluto

14 bar (abs)

13 bar (g)

Presion absoluta

Manómetro

pressure

Aspiradora

100 % 0 %

0 b

ar (

abs)

1 b

ar (

abs)

0 b

ar (

g)

20

mb

ar

50

%

98

%

3 b

ar (

g)4

bar

(ab

s)

2 b

ar (

g)3

bar

(ab

s)

1 b

ar (

g)2

bar

(ab

s)

50

0 m

bar

pA = presión atmosférica, presión ambiente,

dependiente de la altitud de instalación

Vacío

Presión RelativaPresión manométrica o relativa semide desde la presión atmosférica

Page 37: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Número de

consumidoresFactor de ocurrencia

1 1.00

2 0.94

3 0.89

4 0.86

5 0.83

Ejemplos de utilización:

Máquina de perforación 30 %

Máquina de afilado 40 %

Máquina de cortado 30 %

Estampadora 15 %

Máquina de moldeado 20 %

Pistola de soplado 10 %

1. Grado de utilización:Tiempo en uso en un periodo de trabajo(ejemplos en la lista de la derecha)

2. Factor de Simultaneidad:Valor empírico cuando se usan idénticosconsumidores en una estación de trabajo(red de aire comprimido).

Para el calculo del diametro optimo de la tubería No solo debe tenerse en cuenta el consumo promedio.Deben tenerse en cuenta los picos de caudal para poder responder a la demanda.

Factor de utilización y Factor de Simultaneidad

Page 38: OPTIMIZACION INSTALACIONES

DISEÑO REDES DE TUBERÍA

Elementos iniciales para el calculo de la red:

• Condiciones de operación y calidad del aire. (Material a emplear).

• Caudal de aire y consumo en los puntos de uso.

• Velocidad del flujo de aire.

• Presión en los puntos de uso.

• Caídas de presión admisibles.

• Factor de ampliación.

• Distribución de los puntos de consumo.

(Configuración de la red)

(Cantidad de estrangulamiento en accesorios)

Page 39: OPTIMIZACION INSTALACIONES

ELECCIÓN DEL MATERIAL A EMPLEAR

• Las redes de tubería pueden ser en materiales metálicos o materiales plásticos.Para el uso de materiales plásticos se debe tener muchas precauciones por losproblemas de seguridad que se pueden presentar.

• Para la selección del material se debe tener en cuenta:

• El tipo de aplicación especifica (vacío, aire, alta presión, sopladores (bajapresión), gases inertes, oxigeno, etc.).

• Calidad de aire requerida.

• Ambiente de trabajo (Entorno)

• Presiones de trabajo.

• Rugosidad del material.

Page 40: OPTIMIZACION INSTALACIONES

ELECCIÓN DEL MATERIAL A EMPLEAR

MATERIAL

APLICACIONESACERO AL

CARBONO / GALVANIZADO

ACERO AL CARBONO SOLDADO

ACERO INOXIDABLE COBRE ALUMINIO

AIRE COMPRIMIDO SI SI SI SI SI

AIRE COMPRIMIDO MEDIA PRESIÓN (145 - 232 psi)

SI SI SI SI SI

AIRE COMPRIMIDO ALTA PRESIÓN SI SI SI NO NO

VACÍO SI SI SI SI SI

GASES INERTES SI SI SI SI SI

AIRE MEDICINAL / OXIGENO NO NO NO SI NO

AIRE BAJA (SOPLADORES) SI SI SI SI NO

PRESIONES DE TRABAJO MAS DE 1000 psi MAS DE 1000 psi MAS DE 1000 psi 560 psi / 4" / TIPO K 232 psi

MAX. TEMPERATURA DE TRABAJO MAS DE 200 °C MAS DE 200 °C MAS DE 200 °C 180°C 60°C

RUGOSIDAD INTERNA ALTA ALTA MEDIA BAJA BAJA

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN NO NO SI SI SI

COSTO MATERIAL BAJO BAJO ALTO MEDIO ALTO

COSTO MANO DE OBRA MEDIO ALTO ALTO ALTO BAJO

COSTO MANTENIMIENTO ALTO MEDIO/ ALTO BAJO BAJO BAJO

Page 41: OPTIMIZACION INSTALACIONES

COMPARATIVO MATERIALES SISTEMAS DE TUBERÍAACERO AL CARBONO

Ventajas:

• Bajo costo de los componentes.• Fácil adquisición• Capacitado para altas presiones.• Sistema ampliamente conocido.

Desventajas:

• Dificil de instalar.• Mano de obra calificada.• Problemas de corrosión y material

particulado.• Dificultad de modificación.• Pesado, mayor carga sobre las

estructuras.• Instalación contaminante y con mayor

riesgo.• Acabado interior deficiente. Mayor

rugosidad y caídas de presión.• Facil deterioro en ambientes extremos

o a la intemperie.• Mayor mantenimiento.• Alta probabilidad de fugas (Sistema

roscado)

Page 42: OPTIMIZACION INSTALACIONES

CORROSIÓN• Genera material particulado en el aire

disminuyendo la calidad del aireentregado afectando los equipos de aire.

• La corrosión forma depósitos que reducenel área y aumentan la fricción,incrementando las perdidas de presión enla línea y por consiguiente el consumo deenergía de los compresores.

LA TUBERÍA Y ACCESORIOS QUE NO PRESENTAN CORROSIÓN, SE TRADUCEN EN ENTREGA DE AIRE LIMPIO Y MENOR CONSUMO DE ENERGÍA

Page 43: OPTIMIZACION INSTALACIONES

CORROSIÓN Y MATERIAL PARTICULADO

ACERO NUEVO?

Page 44: OPTIMIZACION INSTALACIONES

ACABADO INTERIOR• El acabado de la superficie interna de la tubería incide en el coeficiente de

fricción generando perdidas de presión y depósitos que restringen el paso delaire.

TUBERÍAS CON 5 AÑOS DE OPERACIÓN

Page 45: OPTIMIZACION INSTALACIONES

COMPARATIVO MATERIALES SISTEMAS DE TUBERÍAACERO GALVANIZADO

Ventajas:

• Bajo costo de los componentes.• Fácil adquisición• Capacitado para altas presiones.• Sistema ampliamente conocido.• Protección exterior.

Desventajas:

• Labor intensiva dificil de instalar.• Mano de obra calificada (intermedio).• Problemas de corrosión y material

particulado. (Galvanizado exteriorunicamente)

• Dificultad de modificación.• Pesado, mayor carga sobre las

estructuras.• Instalación contaminante y con mayor

riesgo.• Acabado interior deficiente. Mayor

rugosidad y caídas de presión.• Facil deterioro en ambientes extremos.• Mayor mantenimiento.• Alta probabilidad de fugas.

Page 46: OPTIMIZACION INSTALACIONES

• La textura interior determina la fricción y por tanto las caidas de presión.

• Superficies rugosas o cambios bruscos de sección causan un mayor flujoturbulento.

• Transair utiliza superficies interiores bastante lisas y accesorios diseñanos parapaso completo para conservar el flujo laminar

Laminar air flow: Efficient transfer of energy.

Turbulent air flow = Loss of energy.

FLUJO AL INTERIOR DEL TUBO

Page 47: OPTIMIZACION INSTALACIONES

RESISTENCIA A LA INTEMPERIE Y RAYOS U.V.

• El someter las tuberías de acero o galvanizadas a la intemperie acelera sucorrosión y aumenta la frecuencia de mantenimiento para el repinte de latubería.

• Algunas tuberías en PP son susceptibles a la degradación por los rayos U.V.generando riesgos a mediano y largo plazo en la seguridad de las instalaciones.

TUBERÍA PLÁSTICA DEFORMADA TUBERÍA DE ACERO PINTADA CON SIGNOS DE CORROSIÓN EXTERIOR

Page 48: OPTIMIZACION INSTALACIONES

COMPARATIVO MATERIALES SISTEMAS DE TUBERÍACOBRE

Ventajas:

• Costo medio de los componentes.• Fácil adquisición, aunque con

limitación de accesorios.• Resistente a la corrosión• Sistema ampliamente conocido.• Buen acabado superficial interno.

Desventajas:

• Dificil de instalar.• Mano de obra calificada.• Dificultad de modificación.• Pesado en diametros grandes, mayor

carga sobre las estructuras.• Instalación contaminante y con mayor

riesgo.• Mayor probabilidad de robo.

Page 49: OPTIMIZACION INSTALACIONES

COMPARATIVO MATERIALES SISTEMAS DE TUBERÍAACERO INOXIDABLE

Ventajas:

• Mediana adquisición.• Resistente a la corrosión• Sistema ampliamente conocido.• Acabado superficial interno medio.• Capacitado para altas presiones.

Desventajas:

• Dificil de instalar.• Mano de obra calificada.• Dificultad de modificación. Altos

tiempos de trabajo.• Pesado en diametros grandes, mayor

carga sobre las estructuras.• Instalación contaminante y con mayor

riesgo.• Material más costoso.

Page 50: OPTIMIZACION INSTALACIONES

COMPARATIVO MATERIALES SISTEMAS DE TUBERÍATUBERIAS PLASTICAS (PP)

Ventajas:

• Costo muy bajo en los componentes.• Resistente a la corrosión• Sistema ampliamente conocido.• Acabado superficial interno medio.• Facil adquisición.• Sistema liviano

Desventajas:

• Dificil de instalar.• Mano de obra calificada (medio).• Dificultad de modificación. Altos

tiempos de trabajo.• Pesado en diametros grandes. Se

incrementa costo.• Alta dilatación y contracción termica.• Cambios de sección a lo largo de la

trayectoria.• Sistema con expectativa de vida corta.

Page 51: OPTIMIZACION INSTALACIONES

FLUJO AL INTERIOR DEL TUBO

IRREGULARIDAD EN EL DIAMETRO INTERIOR DE UNA TUBERÍA DE POLIPROPILENO TERMOFUSIONADA.

TUBERÍA DE POLIPROPILENO TERMOFUSIONADA CON TOTAL RESTRICCION EN EL FLUJO DEL AIRE.

EXTERIORMENETE NO SE OBSERVA NINGUNA RREGULARIDAD.

Page 52: OPTIMIZACION INSTALACIONES

CAMBIOS DE SECCIÓN

• Los cambios de sección en la tubería generan perdidas de presión, que setraducen en mayor consumo de energía.

SECCIÓN INTERNA ACCESORIO PP

CAMBIOS INTERNOS DE SECCIÓNPUNTOS DE GENERACIÓN DE DEPÓSITOS

Page 53: OPTIMIZACION INSTALACIONES

RIGIDEZ Y SEGURIDAD

• Debido a los cambios de temperatura las tuberías se dilatan y contraen. Con elpaso del tiempo los sistemas con tubería plástica se deforman plásticamente yno recuperan su forma original, generando riesgos en la seguridad de lasinstalaciones.

Page 54: OPTIMIZACION INSTALACIONES

RIGIDEZ Y SEGURIDAD

Page 55: OPTIMIZACION INSTALACIONES

COMPARATIVO MATERIALES SISTEMAS DE TUBERÍAALUMINIO SMART PIPE

Ventajas:

• Impacta positivamente los tresfactores críticos en un sistema de airecomprimido:

Flujo del aire.Caída Presión.Calidad del aire.

• Reduce las caídas de presión a travésdel sistema. Diámetro constante.

• Reducción en tiempos de instalación oampliación. Sistema modular.

• Asegura una mayor vida útil de la redneumática. Sistema libre de corrosión.

• Bajos costos de mantenimiento.• Bajo peso de los componentes.

Desventajas:

• No se puede emplear en sistemas dealta presión. Por encima de 16 bar.

• No se puede emplear en sistema con °Tdel aire por encima de 85° y en algunascondiciones 60°C. (Sopladores).

Page 56: OPTIMIZACION INSTALACIONES

RESISTENCIA A LA INTEMPERIE Y RAYOS U.V.

TUBERÍA SMART PIPE A LA INTEMPERIE Y RAYOS U.V.

LA TUBERÍA DE ALUMINIO SMART PIPE GRACIAS A SU COMPOSICIÓN Y A SU RECUBRIMIENTO ESPECIAL CERTIFICADO QUALYCOAT, PRESENTAN UNA

EXCELENTE RESISTENCIA A LA INTEMPERIE SIN PRESENTAR CORROSIÓN.

Page 57: OPTIMIZACION INSTALACIONES

RESISTENCIA A LA INTEMPERIE Y RAYOS U.V.

TUBERÍA EN AMBIENTES AGRESIVOS.

LA TUBERÍA DE ALUMINIO SMART PIPE GRACIAS A SU COMPOSICIÓN Y A SU RECUBRIMIENTO ESPECIAL CERTIFICADO QUALYCOAT, PRESENTAN UNA

EXCELENTE RESISTENCIA A ENTORNOS AGRESIVOS.

Page 58: OPTIMIZACION INSTALACIONES

CAÍDAS DE PRESIÓN ADMISIBLES

Linea principal: 0.03 bar

Linea de distribución: +0.03 bar 0.1 bar

Linea de alimentacion : +0.04 bar

de consumo

Sistema de tratamiento: +0.7 bar

Caida de presion total: 0.8 bar

Ajuste de presión máxima

en el compresor, e.g., 7.3 bar (g)

Diferencial de conexión: -0.5 bar

Caida de presión total: -0.8 bar

Presión en el consumidor: 6.0 bar (g)

• La presión en la red principal debe ser lo más cercana posible a la presión

necesaria en el punto de consumo de mayor presión.

• Las caídas de presión en la red son inversamente proporcionales a la

presión de la red.

La máxima caída de presión n una red es < 1.5 – 2 % de la presión de trabajo. Sin embargo se debe hacer un analisis completo para determinar la viabilidad de este parametro

Page 59: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Causas de las Caídas de Presión:

Dimensionamiento insuficiente de las

tuberias de aire comprimido.

Curso no lineal en las tuberias (codos,

curvas)

Conexiones y uniones

Turbulencia

Tuberias muy largas

Friccion en las paredes

Chapter 5 Distributing compressed air

Las caídas de presión reducen la salida de aire comprimido en los puntos de consumo y/o incrementa el costo de la generacion del aire comprimido y por ende la produccion!

% kW

Entrega Disponible

Presion Trabajobar (g)

6,0 100 3,0

5,5 86 2,6

5,0 74 2,2

4,5 62 1,9

4,0 52 1,6

Pérdida de eficiencia en una

herramienta por caídas de presion

Page 60: OPTIMIZACION INSTALACIONES

VELOCIDADES DEL FLUJO DEL AIRE

• La velocidad del aire es directamente proporcional a la caída de presión.

• En cuarto de compresores antes de los sistemas de filtración la velocidadrecomendada esta entre 5 – 8 m/s.

• En la tubería principal y bajantes dependiendo de la longitud de los trayectospuede llegar a ser de hasta 15 m/s.

Page 61: OPTIMIZACION INSTALACIONES

CONSUMO EN LOS PUNTOS DE USO

• Tener en cuenta el tipo de herramienta y el diámetro de la conexión para poderdeterminar el caudal necesario en el punto de consumo.

• Analizar el tipo de consumo. Regular o puntual

Page 62: OPTIMIZACION INSTALACIONES

FACTOR DE AMPLIACIÓN

• Revisar la capacidad de ampliación de la planta para los próximos años.

Tipo de proceso

Layout

• Cambiar la tubería de una planta funcionando es demasiado costoso. Resultamucho más costoso que tener una tubería un poco sobredimensionada pensandoen crecimientos.

• La tubería sobredimensionada puede servir como pulmón.

• Es una evaluación tecnico-economica.

En operaciones en crecimiento, la longitud de la tubería se

incrementa con frecuencia pero no el diámetro nominal.

Aumentando con el tiempo las caidas de presión en la red.

Page 63: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Chapter 5 Distributing compressed air

Linea de Distribucion: Distribuye el aire comprimido dentro de una red de consumo. El

recorrido debe ser lo más corto y recto posible, sin cambios bruscos de sección.

Linea de Alimentacion de Consumo (Bajante) : Entre la linea de distribución y los puntos

de salida.

AnilloCofiguracion

Combinada

Ramal

NO SIEMPRE LA CONFIGURACION EN ANILLO ES LA MAS RECOMENDADA.

DISTRIBUCIÓN DE LOS PUNTOS DE CONSUMO

Page 64: OPTIMIZACION INSTALACIONES

1. Selección del material a emplear.

2. Diseño de la configuración a emplear.

3. Dimensionamiento de los diámetros de la red. (Calculo de caídas de presión).

4. Ajustes finales de la configuración.

DISEÑO REDES DE TUBERÍA

Page 65: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Chapter 5 Distributing compressed air

Dimensionamiento de TuberíasLista de Chequeo – para tener en cuenta

Sección transversal de la

tubería:

Consumo de aire

Longitud de la tubería

Presión de trabajo

Caída de presión

Resistencia de flujo

Layout:

Anillo principal

Linea de conexión

Ramal principal

Conexiones de tubería

Instrumentos

Uniones y conexiones:

Metodos de conexión de las

líneas de consumo a la linea

principal. Válvulas de cierre

Tapones de cierre

Separadores de condensado

Lubricadores de herramientas

Filtros de polvo

Filtros de aceite

Regulador de presión

Mangueras

Acoples

Selección de material:

Condiciones ambientales(humedad, temperatura, contaminantes químicos en el aire)

Requerimientos de calidad del

aire comprimido (contenido de

humedad y aceite, temperatura)

Costos Ciclo operacional anticipado

En operaciones en crecimiento, la longitud de la

tubería se incrementa con frecuencia pero no el

diámetro nominal.

Page 66: OPTIMIZACION INSTALACIONES

CALCULO OPTIMO TUBERÍA

• Teniendo en cuenta los factores anteriormente mencionados se procede alcalculo de la tubería adecuada para la red.

• Para realizar los cálculos se pueden emplear los siguientes métodos:

Formulas empíricas (Generales)

Métodos gráficos (nomogramas) Aplicación restringida a un tipo dematerial. Menos general que las formulas.

Software de cálculo Generalmente elaborado por el fabricante de unsistema de tubería para realizar los cálculos exclusivos

• Todos los cálculos se realizan con la longitud equivalente. La longitud equivalentees un valor experimental que relaciona la caída de presión en los accesorios con lacaída de presión en una tubería recta del mismo diámetro y depende del tipo deaccesorio, del diámetro y del material de fabricación.

Longitud Total de Tubería: Lconsolidado= Lrecta + Lequivalente

o aproximadamente: Ltotal = 1.6 x Lrecta

Page 67: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Chapter 5 Distributing compressed air

Formula de Aproximación:

1.6 x 103 x V1.85 x L

di =

Δp x ps

5

Longitud del Tubo en [m]

Entrega[m³/h] [m³/min]

Diámetro de Tubería [mm]

Presión de

Sistema[bar (g)]

Perdida Presión[bar]

4

5

6

3

2

1

78

di = Diámetro interno del tubo (m)

ps = Presión de sistema (absoluto, en

Pa)

L = Longitud nominal (m)

V = Volumen de flujo (m³/s)

Δp = Caída de presión (Pa)

Page 68: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Caída de presión de aire (psi) por cada 100 ft de tubería a 100 psi.

Page 69: OPTIMIZACION INSTALACIONES

TOOLBOX KAESER

Page 70: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Longitud de tubería equivalente en algunos accesorios

Page 71: OPTIMIZACION INSTALACIONES

TRANSAIR (RECOMENDADO)

Page 72: OPTIMIZACION INSTALACIONES

AHORRO ENERGÉTICO

Page 73: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Chapter 5 Distributing compressed air

InstalaciónSistema sin secador refrigerativo

Grandes porciones del condensado son precipitadas dentro de la red de aire.

Inclinación de la tuberia, drenajes de condensado, todas las conexiones con cuello de ganso!

Recibidor de aire- galvanizado(incl. Drenaje de condensado)

Unidad de servicio:

Filtro, Regulador

de presión, lubricador

Filtro,Regulador presión

Compresor

Drenaje condensado

Page 74: OPTIMIZACION INSTALACIONES

Recibidor de aire - galvanizado(incl. Drenaje condensado)

Chapter 5 Distributing compressed air

InstalaciónSistema de aire comprimido con secador refrigerativo

Instalacion tubería

- No es necesaria inclinación

- Posible salida vertical en redes secas: cuello de ganso es la mejor opción

Compresor Secador(incl. Drenaje condensado)

Regulado presión,

lubricador

Regulador presión

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CUELLO DE GANSO

• Colectores y bajantes con cuello de ganso.

• El objetivo del cuello de ganso es tomar el aire de un punto superior de latubería para evitar el posible arrastre de condensado hacia los puntos deconsumo.

• Para los colectores la idea es entrar por la parte superior para evitar el retornode condensados en caso de parar esa línea.

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PUNTOS DE DILATACIÓN TERMICA

• En ambientes con cambios de temperatura significativos o redes bastante largas.

• Ej: Aluminio E = 0.024 x D°T x DL (mts) = (mm)

Page 77: OPTIMIZACION INSTALACIONES

• Realice el mantenimiento adecuado y sugerido por el fabricante.

• Utilice repuestos originales.

• Mantenga la sala de compresores limpia y ventilada.

• Utilice los compresores a la presión más baja posible.

• Use los compresores de tornillo al 100% es su punto más eficiente.

• Elimine el uso de mangueras para refrigerar o limpiar.

• Mantenga un programa permanente de eliminación de fugas – Estas nunca se

acaban

• Verifique el estado de su tubería de distribución y asegúrese que la caída sea

menor al 1,5%

• Si requiere agua caliente en su planta, prácticamente el aire comprimido saldrá

gratis.

Recuerde: El MAYOR costo del aire comprimido es la energía eléctrica

4. Consejos Generales

Page 78: OPTIMIZACION INSTALACIONES

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.

Sistema de Tratamiento

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Su Socio para Sistemas Eficientes

De Aire Comprimido

Kaeser

COMPRESORES

Kaeser Compresores - Colombia 79