COSTO DEL AIRE COMPRIMIDO

El aire comprimido como cualquier otra fuente de energía tiene su costo asociado el cual va a depender del tipo de sistema seleccionado. Esto incluye el tipo de compresor, secador y filtros así como el material de la tubería y el diseño del layout para su distribución. Esto hace difícil calcular el costo del aire comprimido. Sin embargo, hay algunas guías generales que podemos usar para calcular este costo. La condición más común para comparar el costo de un sistema neumático es la presión de descarga de 100psig. Este es el estándar de presión de entrada usado para la selección de secadores de aire y será el que usaremos en los siguientes estimados de costos.

Compresores de aire
El compresor de aire más utilizado en la actualidad es del tipo tornillo lubricado. Estos están disponibles en su versión de una sola etapa o doble etapa, siendo este ultimo más eficiente que el primero. Generalmente un compresor reciprocante de una etapa es el menos eficiente mientras que el multi-etapa, doble actuado, enfriado por agua es el más eficiente. Los compresores dinámicos (Centrífugos) están muy cerca de la eficiencia de estos compresores reciprocantes multi-etapas.
Una forma común de comparación esta expresada en bhp/100cfm con una presión de descarga de 100psig. La capacidad del compresor en cfm es la cantidad de aire entregado por el compresor medido en condiciones ambientales. Mientras que los bhp/100cfm pueden variar desde los 18 para un compresor reciprocante multi-etapa enfriado por agua hasta 30 para un compresor reciprocante de una etapa enfriado por aire, un compresor de tornillo de una etapa consume alrededor de 22.2bhp/100cfm.
De esta manera si tenemos un motor a full carga cuya eficiencia es de 92% y 1 bhp = 0.746KM, la potencia resultante en términos eléctricos es 18KW/100cfm. Es importante destacar que estos cálculos están basados en 100psig a la descarga del compresor de aire y no en el punto de uso. La caída de presión ocurrirá a través de la tubería y componentes aguas abajo del sistema neumático, resultan en menos presión en el punto de uso. Si es necesario aumentar la descarga de presión del compresor para lograr la presión requerida en el punto de uso, es necesario asegurarse de que el compresor está en la capacidad de alcanzar dichas presiones más altas. Adicionalmente debemos considerar que por cada 2psig de incremento en la presión de descarga, el consume de energía se incrementara en 1%.
Los compresores de aire normalmente no operan continuamente en full capacidad. Mientras que el promedio de aire usado puede ser menor que la capacidad del compresor de aire, la reducción en consumo de energía no es directamente proporcional a la capacidad actual. Algunos compresores de aire utilizan una válvula reguladora de admisión la cual no provee una reducción significante en KW a medida que la capacidad es reducida. A pesar de que la masa de flujo de aire es reducida en proporción a la presión de entrada de la cámara de aire, la reducción en presión de entrada absoluta resulta en un correspondiente incremento del radio de compresión, afectando negativamente la razón KW/100cfm. Otros tipo de control de capacidad están disponibles pero todos resultan en altos KW/100cfm en capacidades de operación reducidas (menos de 80% de capacidad). Hoy en día el uso de variadores de frecuencia para adecuar la producción de aire comprimo a la demanda está siendo empleado con mayor frecuencia debido al ahorros en materia de energía que esta tecnología provee. Para mas información sobre variadores de frecuencia puede visitar www.ssddrives.com.

Secadores de aire:
Al igual que los compresores, los secadores de aire son especificados basados en la cantidad de aire medido a condiciones ambientales con una presión a la entrada de 100psig y temperatura ambiente de 100F. Diferentes tipos de secadores tienen diferentes caídas de presión a medida que el aire comprimido pasa a través de ellos. Esto debe ser considerado con el el incremente requerido de presión de descarga del compresor de aire y sus consumos de energía (1% por cada 2psig).

Secadores refrigerados (Punto de rocio +35F a +40F):
Una regla generalmente empleada es un requerimiento de 0.5-0.8KW/100cfm. Los secadores refrigerados de pequeña capacidad normalmente requieren mas energía/100cfm y secadores grandes menos energía, pero la aproximación descrita arriba es Buena para capacidades entre 500cfm hasta 1000cfm, sin incluir la energía necesaria para cubrir la caída de presión la cual se estima entre 3-5 psig, un adicional de 0.27-0.45KW/100cfm.

Secadores del tipo disecante regenerativo (Punto de rocio -40F):
La cantidad de purga de aire requerida para regenerar la cama disecante puede variar, basado en el tipo de control empleado. Los secadores de aire sin calentamiento estándar requieren aproximadamente 15% de la capacidad del secador para la purga de aire. Por lo tanto el requerimiento de energía para este tipo de secadores será del 15% del requerimiento de energía del compresor de aire debido a que la cantidad de aire suministrada por el secador al sistema será reducida en un 15%. Basado en este hecho, esto representa 2.7KW/100cfm. Controles especiales están disponibles para reducir a un 10% o menos los requerimientos de energía, lo cual representa 1.8KW/100cfm, de nuevo, esto sin incluir la energía necesaria para cubrir la caída de presión la cual se estima entre 3-5 psig, un adicional de 0.27-0.45KW/100cfm.
Calentamiento interno o externo puede ser usado para reducir la cantidad de purga de aire en estos secadores. La purga de aire puede ser suministrada por un soplador, en vez de un compresor de aire. Purga por vacio también puede ser empleada, estos métodos pueden reducir el consume total de energía.

Filtros, accesorios y red de distribución:
Existen las caídas de presión presentes en los filtros la cuales pueden estar alrededor de 1-15psig así como a través de la red de distribución en forma de codos, tees y el material de la tubería lo cual va creando fricción a medida que el aire pasa a través del sistema, traduciéndose en caídas de presión que se irán sumando dependiendo del tamaño del sistema y con el consecuente impacto en el consume de energía que hemos estudiado en este breve resumen. Finalmente, otro problema frecuente son las fugas de aire las cuales están presentes en más del 80% de los sistemas neumáticos y cuyo impacto puede evaluarse en la tabla mostrada en el siguiente enlace: http://www.industrialaircompressors.biz/files/943922/uploaded/Air%20Flow%20Through%20Orifices.pdf. (Fuente: McGuire Air Compressors, Inc.).