Posteado por: marcelocassani | 6 de enero de 2015

Nota en la revista Mantenimiento en Latinoamérica

Feliz año 2015!

Aquí les dejo la última nota escrita para la revista Mantenimiento en Latinoamérica.

En la página 36 de la revista encontraran una nota acerca de “La importancia de los tanques, su contexto operacional y la etapa inicial del ciclo de vida en los sistemas de aire comprimido”

A la revista la encuentran en el siguiente link: http://issuu.com/mantenimientoenlatinoamerica/docs/ml_volumen_7-1/37?e=1132333/10748133

La nota completa sin imágenes:

Hoy conversando con un cliente, luego de pasar por el banco para realizar unas operaciones, me di cuenta que los tanques acumuladores de aire son como la cuenta bancaria que tenemos en cuanto a la eficiencia del sistema.
Usted y yo tenemos un ingreso mensual determinado lo cual nos hace que podamos vivir más o menos tranquilos, usando la cuenta del banco podemos cubrir algún imprevisto. Pensemos que en el sistema nosotros somos los compresores que aportamos dinero a la familia pero inesperadamente nuestra esposa o alguno de los niños choca el auto (aparece una demanda no prevista) entonces cuanto más abultada sea la cuenta en el banco podremos superar el imprevisto de manera más facil y rápida, con menos consecuencias secundarias que en la planta será alguna maquina parada o alarma por baja presión, producción defectuosa por falta de fuera en las maquinas, etc., en casa tendremos que suspender alguna actividad o posponer la compra de la caña de pesca que ansiábamos porque nuestra cuenta esta en rojo.
Teniendo suficiente almacenamiento (o capacidad en el tanque) del sistema el compresor pondra el aire comprimido en el tanque cuando pueda y/o sobre capacidad de producción de aire frente a la demanda de la producción. Así la producción tendrá menos oscilaciones en la presión y el compresor operara en una de sus condiciones más eficientes: a plena carga.

El almacenamiento apropiado del aire comprimido es una de las partes más importantes de un sistema de aire comprimido bien diseñado, pero frecuentemente una de las partes menos contempladas y cuidadas. Llámelo como usted quiera, tanques, tachos o pulmones ellos hacen siempre lo mismo: almacenan el aire comprimido. Este almacenamiento puede ayudarlo a mejorar la eficiencia haciendo que la presión sea constante y no se reflejen en la línea las pulsaciones de la presión de los compresores, ayudan a precipitar parte de la humedad, estabiliza y balancea la presión y mejora el rendimiento de los compresores operando en carga parcial además de suplir el aire necesario para cubrir una demanda eventual.

Cuando haga una reingeniería del sistema o compre un nuevo tanque, hágalo generosamente ya que usted no cambiara el tanque con el próximo compresor que agregue en su instalación.
La regla general para compresores a tornillo lubricados que operan en carga y descarga se orienta a usar aproximadamente 0.4 a 0.7 m3 de almacenamiento por cada m3/min de aire entregado por el compresor. Este almacenamiento también será función del tipo de compresor, sistema de control, y la cantidad de eventos transitorios que ocurran.

En el caso de diseño de un sistema con múltiples compresores, el equipo a considerar para diseño o selección del tanque es el de punta a fin de evitar que funcione con carga parcial. Es muy importante considerar también el tiempo que demora en entrar en servicio y comenzar a entregar aire comprimido el compresor que actuara como compresor de punta a fin de evitar caídas de presión en la línea.
Un tanque con aire y sin un diferencial de presión con la línea no tendrá ningún efecto y no almacenara aire. El tanque debe ser visto como un dique en un rio. Si existe un caudal que ingresa igual al que sale no tendremos acumulación. Cuando la salida es menor que el ingreso comenzaremos a acumular para que cuando tengamos una demanda puntual mayor al ingreso podamos cubrir dicho déficit con la diferencia acumulada.
El volumen de aire usable en el tanque dependerá de la diferencia de presión.

Cuidado, no caiga en la tentación de creer que por elevar la presión del sistema aumentara la capacidad de almacenamiento ya que por cada bar adicional de presión sobre los 6 bar, el consumo se incrementa entre 7 y 10%. Además, recuerde que a mayor presión, mayores son las fugas. Los controladores de presión y caudal, al igual que los reguladores de presión lo ayudaran a maximizar las ventajas del almacenamiento
En USA todos los tanques deben ser construidos acorde a las normas ASME, llevan una estampilla, numero de serie y deben ser registrados. En Argentina los fabricantes, generalmente construyen los tanques acorde a la norma ASME dado que no existe una norma local que regule el diseño de los tanques, aunque si normas provinciales que exigen medición de espesores y pruebas hidráulicas regulares.

Una alternativa cuando el almacenamiento es escaso y existen varios compresores es escalonar y comenzar a prender compresores a medida que la presión disminuye. Pero en el caso que el evento sea puntual de muy corta duración estaremos encendiendo un compresor y para el momento en que la unidad esta en régimen y operando el evento, seguramente, habrá finalizado, la caída de presión en la línea la tuvimos igual y encima encendimos un compresor consumiendo más energía.

Recuerdo el caso de un productor de bebidas que tenía una pérdida de presión en la línea en diferentes momentos del día (puntuales), lo cual causaba problemas a la producción y hacia que otro compresor debiera entrar en servicio. El cliente me había pedido asesoramiento para saber que compresor debía comprar ya que todos los vendedores de equipo ofrecían unidades muy sobredimensionadas para el caso.
Mientras trabajaba, durante la auditoria, la empresa decidió agregar un ítem al contrato y hacer un estudio detallado de las demandas de aire comprimido de todas las líneas y asi saber que era exactamente lo que estaba sucediendo. Ese estudio revelo un evento que demandaba aproximadamente 4.25 m3/min y duraba algo menos de un minuto. El estudio revelo además que sin esas demandas intermitentes, el equipamiento existente de compresores era adecuado para la demanda. La solución final fue instalar un tanque de almacenamiento auxiliar para compensar esos picos de demanda. La solución fue muy económica frente a la compra de un nuevo compresor. Gracias a los ahorros de energía que suponía un compresor de mayor potencia el repago de esta inversión fue inferior a 12 meses.

Los almacenamientos se pueden clasificar según su ubicación en el sistema en:
Almacenamiento primario
Es el almacenamiento de aire comprimido en la sala de maquinas o sus inmediaciones. Una constante que es fuente de debate es la definición de donde colocar el tanque de almacenamiento si antes o después del secador de aire comprimido. Esto lo evaluaremos posteriormente.

Almacenamiento secundario
El almacenamiento secundario de aire comprimido puede proveer una fuente de aire comprimido para operaciones puntuales, reducir perdidas de presión o ayudar a balancear el sistema. Como ejemplo podemos mencionar dos casos típicos que generan problemas frecuentemente cuanto las líneas no están bien diseñadas, las prensas y los filtros de mangas.
Estas operaciones requieren caudales instantáneos elevados en periodos cortos. Sin un almacenamiento auxiliar esto genera caídas de presión y en el caso de una prensa puede generar la liberación de un freno o embrague causando accidentes.
Para evitar inconvenientes como estos normalmente se aplican estrategias de almacenamiento secundario en las inmediaciones del foco del problema. En la imagen siguiente se muestra como resolver el conexionado del válvulas reguladoras y el pulmón de almacenamiento que pueden calcularse usando la formula antes mencionada.

De esta forma un caudal de alta demanda instantánea se puede transformar en una baja demanda constante donde el cálculo del tanque y las cañerías auxiliares serán función de los caudales de aire requeridos y la diferencia de presiones de trabajo

Recomendaciones en el uso de los tanques:
Ubicados cerca del compresor el almacenamiento primario ayuda al control de los compresores load/unload a operar en forma eficiente reduciendo las fluctuaciones o pulsaciones de la presión como el arranque y parada o carga y descarga de los compresores. Esto permite que los ciclos de funcionamiento de los compresores sean más largos y generando así un ahorro de energía para la planta.
El almacenamiento primario puede ser usado con los controladores de presión y caudal (muy frecuente en USA) que aíslan la generación de la demanda permitiendo así que la planta opere con una presión menor. En la antigüedad se estimaba una capacidad de 1 galón por cfm de salida del compresor (0.13 m3 por cada m3/min) hoy en día, como comentáramos anteriormente, esta relación es entre 3 y 5 galón por cfm o bien 0.4 a 0.7 m3 por cada m3/min de aire comprimido entregado por el compresor.

Por último, antes o después del secador?
Existen dos teorías acerca de si almacenar aire seco o húmedo.
Veamos los dos casos:

Almacenamiento Aire Húmedo (antes del secador)
Al expandir el aire y enfriarse ayuda a la eliminación de humedad ayudando al rendimiento del secador.
Al tener un pico de demanda y aumentar significativamente el caudal que debe pasar por el secador y filtro la caída de presión se no se incrementa linealmente sino en forma cuadrática debido a la relación de Darcy-Weisbach muy estudiada en mecánica de los fluidos.
Si la purga del tanque se obstruye por el oxido formado por la gran cantidad de agua que se forma en este tanque puede tener mucha humedad en el mismo. Esto disminuye su capacidad y corre el riesgo de inundar la línea como le sucedió a este cliente. Vea en la foto a continuación el nivel que sobrepaso el agua dentro del tanque por tener una purga obstruida.

Almacenamiento de Aire seco (luego del secador)
Compensa mejor picos de demanda en forma instantánea y evita las pulsaciones en la caída de presión en la línea.
Al compensar un pico de demanda no tengo caídas de presión como sucede en un tanque húmedo.
Requiere menor mantenimiento y cuidado que un tanque de aire húmedo.

Entonces?
Lo ideal es la teoría americana de usar 25-75, es decir del 100% de la cantidad calculada como ideal para almacenamiento de nuestra instalación que un 25% sea de aire húmedo y un 75% de aire seco. En caso de no disponer del dinero o lugar para los tanques el tanque con el que debemos quedarnos es el tanque de almacenamiento de aire seco.

Si usted lector es uno de esos clientes que escucho frecuentemente que me dicen que construyen la red 1/2 o 1” más grande que el cálculo para así almacenar aire ese, sepa que no es una gran idea ya que el volumen que lograra nunca llegara a equiparar el de un tanque.

Haga lo que haga ponga un tanque y siempre es preferible sobredimensionado antes que subdimensionado. Colocar un tanque le ayudara a mantener una presión constante y sin pulsaciones y prevenir la carga y descarga frecuentes en los compresores. Recuerde que los tanques deben llevar válvulas de seguridad y liberación de presión (verifique la legislación vigente en su localidad) lo ideal es que estas estén reguladas entre un 10 y un 15 % por encima de la presión de trabajo de la instalación. Se recomienda la colocación también de un manómetro para poder saber la presión de aire disponible en el interior del tanque. Por último no olvide colocar una purga de consensado automática confiable en su tanque para poder eliminar toda el agua que se juntara durante la operación.

Hasta la próxima,

Marcelo A. Cassani

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