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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 2
AIRE COMPRIMIDO
Ing. Alejandro Rueda Albino
JULIO DE 2017
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 3
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Aire comprimido
Generación del aire
Redes de distribución
Unidades de mantenimiento
Secadores
Clases de calidad de aire
Optimización del sistema de generación de aire
Sugerencias para ahorrar
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Contenido
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Aire comprimido
El servicio de aire comprimido es considerado la cuarta utilidadindustrial de mayor uso, (precedida de electricidad, Agua yGas/combustible), su costo de producción y acondicionamiento, seencuentra estimado entre un 7% y 8 % del costo total de operaciónde la industria
Su condición de suministro de fuerza motriz, es preferido sobre laelectricidad, por ser mas seguro y mas flexible
Es el aire libre a quien se ha suministrado presión superior a laatmósfera y también reducido de volumen; que al expandirse producetrabajo. La compresión se efectúa mediante un equipo denominadocompresor
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
El aire comprimido constituye una fuente de energía que ofrecemuchas ventajas como seguridad, flexibilidad y simplicidad, sinembargo, el aire aspirado por un compresor contiene ciertoscomponentes indeseables por razones diversas, tales como:humedad, contenido de aceite, polvo, entre otros agentes más
Las desventajas de la presencia de humedad en el aire comprimidoorigina corrosión en las tuberías metálicas, degradación del poderlubricante de los aceites en las máquinas neumáticas, disminución deldiámetro de las tuberías por congelarse, etc. En tal sentido, por logeneral los compresores tienen trampa de agua, donde el vapor deagua se desprende en el momento que se produce el punto de rocío
Aire comprimido
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 7
INDUSTRIA EJEMPLOS DE USOS DE AIRE COMPRIMIDOAlimententos Deshidratación, embotellado, controles y actuadores, transporte, limpieza,
envase al vacíoTextiles Agitación de líquidos, transporte, equipo automático, controles y
actuadores,Muebles Accionamientos neumáticos, herramientas, acabados, controles y
actuadoresPulpa y Papel Transporte, controles y actuadoresQuímica Transporte, controles y actuadoresPetróleo Compresión de gas de proceso, controles y actuadoresGoma y plásticos Herramientas , controles y actuadores, conformado, inyección de moldesVidrio Transporte, mezclado, controles y actuadores, soplado y moldeado de
vidrio, enfriamientoFundición Hornos al vacío, controles y actuadores, izajeMetal Mecánica Assembly station powering, tool powering, controls and actuators,
injection molding, spraying
Usos del aire comprimido
Otras aplicaciones del aire comprimido en la industria incluyen los sistemas de combustión,operaciones en reactores químicos, tales como oxidación, fraccionamiento, deshidratación,aireación, etc.
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 8
Clases de compresores
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Compresor de pistón de una etapa
Compresor de pistón de dos etapas Compresor de diafragma
Clases de compresores
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Según el principio de funcionamiento:
Desplazamiento volumétrico
Compresor de pistón alternativo
Compresor de cruceta, de tronco y de diafragma alternativo
Compresor rotativo de un rotor: Tornillo, paletas, anillo líquido, etc.
Compresor rotativo de dos rotores: Tornillo, lóbulos (roots)
Dinámicos
Compresores radiales (centrífugos)
Compresores axiales (propulsión)
Compresores eyectores
Clases de compresores
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Según el tipo de servicio:
Minería
Construcción y obras civiles
Transporte
Servicios generales
Controles y otros servicios en general
Según el tamaño, transporte y duración de trabajo:
Compresores portátiles o transportables
Compresores estacionarios
Clases de compresores
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Según el tipo de refrigeración:
Compresores refrigerados con agua
Compresores refrigerados con aire o aceite
Según la presión de descarga:
Compresores de baja presión: presión de hasta 4.5 Kg/cm2 (65PSI)
Compresores de presión normal: presiones de 4.5 hasta 10 Kg/cm2
(140 PSI)
Compresores de alta presión: de 10 Kg/cm2 a más
Clases de compresores
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
La presión y la temperatura ambientales disminuyen cuando seincrementa la altitud; estos cambios afectan a la relación decompresión, por lo tanto afectan el caudal y potencia de loscompresores y otros equipos con que trabaja; igualmente afectan ala potencia disponible de los motores eléctricos y de combustióninterna
A medida que aumenta la altura baja la presión y la temperatura, estavariación afecta al rendimiento de los compresores
La altura en el rendimiento del compresor
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Presión atmosférica para diferentes altitudesAltura sobre el nivel
del mar; piesPresión
atmosférica, PSIAltura sobre el nivel
del mar; piesPresión
atmosférica, PSI
0500
1,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004,5005,0005,5006,0006,5007,000
14.6914.4214.1613.9113.6613.4113.1612.9212.6812.4512.2211.9911.7711.5511.33
7,5008,0008,5009,0009,500
10,00010,50011,00011,50012,00012,50013,00013,50014,00014,50015,000
11.1210.9110.7010.5010.3010.109.909.719.529.349.158.978.808.628.458.28
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Variación de capacidad y potencia en función a la altitud
Tipo de compresorReducción en % por cada
1000 m de incrementocapacidad potencia
Tamaño medio y refrigerado por aire 2.10 7.00De tornillo en baño de aceite 0.60 5.00Tamaño grande, pistón y refrigerado por agua 1.50 6.20Tamaño grande, tornillo y refrigerado poragua
0.30 7.00
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Algunos factores que influencian en la selección, considerando el tipode compresor y tipo de instalación son:
El uso a que se va a destinar y aquellos requerimientos relativos apresión, aire excento de aceite, etc.
Como y cuanto son los puntos de utilización o puntos de consumo
Demanda de aire (máxima, mínimo, variaciones estaciónales,previsión a futuro)
Tipo de edificación en que se instalara el compresor cuyos factoresa considerar son:
Limitaciones del espacio
Carga que puede soportar el suelo
Limitaciones de vibración
Selección del compresor
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Disponibilidad y costo de agua de refrigeración
Costos de energía, limites de disponibilidad de potencia,limitaciones del ruido y continuidad o intermitencia de necesidadde aire
Condiciones ambientales; los factores que aquí hay que considerarson:
temperaturas externas, grado de contaminación del aire, altitud,etc.
Continuidad o intermitencia en la necesidad de aire
Experiencia del usuario enmantenimiento y manejo
Selección del compresor
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Capacidad de aire a instalar
Para calcular la capacidad del aire a instalar se debe considerar lossiguientes factores:
La necesidad de aire total no debe ser el total de losrequerimientos máximos individuales. Si no la suma del consumode aire en valor promedio de cada consumidor
La determinación del consumo de aire en valor promedio seobtiene por medio del llamado “factor de energía”
El factor de carga viene dada por la relación entre el consumo deaire real, el consumo continuo máximo de aire a plena carga
El primer factor es el de tiempo, durante el cual el sistema estarealmente funcionando
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El segundo factor es el de trabajo, porcentaje de aire requeridopor el mecanismo que ha de realizar realmente el trabajo, paraobtener el rendimiento máximo posible
El factor de carga es el producto de factor tiempo por factor detrabajo
En el cálculo total de la demanda de aire debe contemplarse lasfugas; y por ello debe añadirse un consumo adicional equivalenteal 10% del consumo total
Las líneas de aire se deben mantenerse herméticas
Capacidad de aire a instalar
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Instalación centralizada o descentralizada
En la planificación para una instalación de aire comprimido seestablecerá una planta compresora a una serie de unidades situadasa los puntos principales de consumo
El consumo de aire en los diferentes puntos variará de tal maneraque el máximo no se dé simultáneamente
El caudal requerido para el caso de una planta compresora central,será algo mas bajo que el consumo teórico máximo, la mismacondición se aplicará al consumo mínimo en los diferentes puntosya que la tendencia general se encamina hacia el consumo deaire un tanto mayor. Todo ello significará un menor funcionamientoen vació de la planta central de la compresora y a la mejorutilización de energía. Una planta central permite que se instalenunidades compresoras más grandes que generalmente ofrecen unrendimiento mas elevado
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Es importante disponer de cierta reserva de suministro deaire en el caso de una instalación de compresores centralizadas,esto significará un incremento adicional sobre la capacidad de laplanta compresora, ya que el caudal de reserva le puedasuministrar cualquier compresor
El costo inicial de una planta compresora es mas bajo así mismoel costo del bastidor, fundación e instalación será más pequeñoen una gran planta concentradora centralizada que los costosderivados de la instalación de varias unidades o pequeñasplantas descentralizada. Los costos de mantenimiento osupervisión son también bajas y a todo esto hay que añadir laventaja inicial relativa a un funcionamiento con mayor rendimientoque es tanto como decir a más bajo costo
Instalación centralizada o descentralizada
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Los costos de instalación y mantenimiento de tuberías dedistribución son mas bajas en un suministro descentralizado,debido a que las tuberías son pequeñas y cortas, así mismosignifican menos fugas y consecuentemente menor costo deenergía
Las plantas compresoras por encima de un tamaño determinadonecesitan de un operador
Instalación centralizada o descentralizada
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Sistema de aspiración
La aspiración de un compresor debe estar lo menos contaminado posible,estos contaminantes sólidos producen desgastes y los gaseosos corrosión
Tuberia de Aspiración.- Son de las siguientes características:
La tubería de aspiración es generalmente circular, de acero y conespesores de pared comprendidos entre 1.5 y 2.5 mm. Su instalaciónse facilita si la misma va embridada
En los compresores de simple efecto la velocidad de aire de aspiraciónes de 5-6 m/seg. y en los de doble efecto de 6-7m/seg. Instalandosilenciadores tipo Venturi pueden admitirse velocidades superiores enun 50%
En compresores alternativos (flujo de aspiración pulsante) con lo quesurge el fenómeno de la resonancia, si la longitud de la tubería tiene unvalor critico. La resonancia puede originar una sobrecarga delcompresor o por el contrario una capacidad reducida
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Distribución del aire comprimido
Una vez estimado el consumo real de aire comprimido en cadafrente de trabajo, se realiza el diseño de las instalacionespertinentes para su distribución. El consumo de aire se calcularáteniendo en cuenta las proyecciones futuras de las labores,aplicaciones del aire comprimido en otros equipos a parte de lasperforadoras
Todo ello debe de transformarse en un plano vista en planta y entridimensional, indicándose los puntos de referencia y cotas
Los parámetros claves que deciden en una distribución de airecomprimido son: La presión atmosférica en el lugar de instalacióndel compresor y puntos de trabajo, el caudal del aire comprimidoque suministrará el compresor, las pérdidas de presión y lavelocidad de circulación
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Caída de presión
Los puntos más importantes para el rendimiento, seguridad yeconómico de una red de distribución de aire comprimidocomprende:
Reducir al mínimo las caídas de presión entre la sala decompresor y los puntos de consumo de aire
Reducir al mínimo la fugas
Reducir al mínimo el contenido de humedad en todo el sistema
Una caída de presión significa que en los puntos de consumode aire, la presión es inferior a la de la sala de compresores yconsecuentemente las máquina pierden potencia. Por ello lared debe dimensionarse de manera que cualquier incrementofuturo en el consumo de aire no signifique una caída de presiónexcesiva que obligue a reemplazar todo el sistema
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Las redes permanentes deben diseñarse de modo que la caídade presión entre las compresoras y el punto del consumo másalejado no sea superior a 0.3 bars en el caso de minas coninstalaciones de redes muy largas se pueden aceptar caídasalgo mayores, aunque nunca deben ser superiores a 0.5 bars
Se considera que un sistema bien diseñado debe tener unacaída de presión inferior al 10% de la presión de descarga delos compresores, medida entre la salida del tanque recibidor ylos puntos de uso del aire
La tubería de aspiración debe ser lo más recta y corta posible, yaque por cada 25 mbar de caída en la línea de succión elconsumo se incrementará en alrededor de un 2 %
Caída de presión
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Un incremento en la temperatura de aspiración de 3ºCrepresenta, aproximadamente, un 1 % más de consumo depotencia en el compresor. Por ello la toma de aire deberealizarse del aire ambiente, y preferentemente estará orientadaal norte. si la aspiración se realiza desde el interior de la sala demáquinas, como es usual en los compresores pequeños,entonces debe ubicarse la aspiración en zonas bajas y los másfrías posibles, alejadas de las fuentes de calor
Caída de presión
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Flujo por tuberías
Para iniciar y mantener el flujo de aire por una tubería se requiere unacierta diferencia de presión para vencer la resistencia por rozamientodel fluido contra las paredes de la tubería y acoplamientos
La cuantía de la caída de presión depende:
Del diámetro de la tubería
Longitud y forma de tubería
Rugusidad interior superficial
Tipo de acoplamientos
Número de Reynols.
La pérdida de presión es una disminución de energía y por lo tantoun incremento en el costo operacional
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Caída de presión por fricción
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Fugas
Diámetro del orificio en mm.
Fugas de aire a 6 bar Potencia necesaria paracompresión
Litros/seg m3/min KW HP
135
10
11027
105
0.060.61.66.3
0.33.18.3
33.0
0.44.211.244.0
Redes de distribución con un mantenimiento insuficiente, pueden llevar acifras por fugas extremadamente altas; se ha llegado a casos de hasta un30% de la capacidad instalada cuando la red de tuberías no es mantenidaadecuadamenteEn la practica no es posible eliminar totalmente las fugas, ya que con unmantenimiento moderado las pérdidas por fugas se pueden mantener entreun 5% a 10%. Las mediciones de fugas son particularmente necesarias, yaque éstas se pueden determinar por cada sección del sistema deinstalación
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Las fugas se pueden encontrar rápidamente utilizando un spray paradetección de fugas o jabón. Además, es posible oír silbidos alrecorrer la zona próxima a los equipos neumáticos.Independientemente de estos métodos, se sugiere utilizar un detectorde fugas ultrasónico, ya que es el método más efectivo
Fugas
0% 20% 40% 60% 80%
COSTO DETECCION
COSTO CORRECCION
COSTO ENERGIAAHORRADA
COSTOS PLAN DE CORRECCION DE FUGAS
NOTA: TIEMPO ESTIMADO 4 MESES
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Aunque las fugas se pueden presentar en cualquier parte del sistema, lospuntos de fuga más frecuentes son:
Acoplamientos, mangueras y accesorios
Reguladores de presión
Trampas de condensado
Uniones de tuberías
Fugas
DIÁMETRO DE LA FUGA COSTO ANUAL, USD/AÑO
1/16 “ $ 523
1/8” $ 2,095
1/4 “ $8,382
En la tabla siguiente se ofrece una idea de lo que puede representar una fugaen costo anual, para un sistema convencional que opere de forma continua,para un costo de la electricidad de 0.05 USD/kW y una presión de descargade 115 psig
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Fuga se entiende como la pérdida de aire comprimido en zonas noestancas a lo largo de un año pueden ser considerable
Estanquidad equivale a fuga admisible 1x10-10mbar litro/seg
Prácticamente estanquidad entre 10-2 a 10-5 mbar litro/seg. Losracores FESTO cumplen con dicho valor.
Diámetro del orificio de la fuga en mm
Perdida del aire comprimido(6 bar) en
l/s
Perdida de energía en KW
1 1.3 0.3
3 11.1 3.1
5 31.0 8.3
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Fugas
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Equipo Fugas de aire %
Racores 26Aparatos conectados a la
red18
Válvula de vías 12Herramientas neumáticas 10
Tubería 8Actuadores 1
Otros 25
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Fugas
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Usos finales
El 10% de aire comprimidoen una industria, es usadopara limpieza sin regulación
El aire comprimido es usadoerróneamente pararefrigeración (uso directo),lográndose un ahorro del10% en consumo de aireusando equipos masadecuados0% 5% 10% 15% 20% 25%
VALVULAS ON/OFF
VALVULAS DE CONTROL
ACTUADORES LINEALES
LIMPIEZA
BOMBEO
OTROS USOS
USOS DE AIRE COMPRIMIDO
NOTA: COMPILACION NACIONAL
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¿Quién dijo que el aire es gratis?
•Fuerza Eléctrica
• Filtros• Secadores
PREPARACIÓNPREPARACIÓN
•Sistema de Tubería / Red
DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓNGENERACIÓNGENERACIÓN
•Compresores•Equipo
neumático
ENERGIA ELECTRICA
USOS DIVERSOS
Gra
n o
po
rtu
nid
ad d
e a
ho
rro
36
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
20%
10%
6%
4%
60%
FUGAS
USOS INAPROPIADOS
CONDICIONES NO OPTIMAS DECOMPRESION Y TRATAMIENTO
CONDICIONES ERRONEAS DETRAZADO
PRODUCCION
Distribución del aire comprimido
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Usos y gastos del aire comprimido
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
COSTO ENERGIA 70%
COSTO ADQUISICION
10%COSTO
INSTALACION3% COSTO DE
MANTENIMIENTO ORDINARIO
10%COSTO
MANTENIMIENTO EXTRA
7%
Costo del aire comprimido
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Usos y gastos del aire comprimido
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Consumo de energía de un compresor
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Usos y gastos del aire comprimido
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
35% desperdicio promedioEquivalente a $ 420,000264,000 pérdidas en la máquina +156,000 pérdidas en suministro
Equipo Operación
: Compresor de 150 HP: Trabaja 24 h/día y 365 días/año
Cálculo :
Total gastos $ 1,200,000
$ 960,000$ 240,000
Energía eléctrica (79%)Mantenimiento (21%)
depreciación refacciones servicio
Gasto promedio de un compresor
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•
Generación del aire comprimido
Principio por mecánica de fluidos
Características:
Altos caudales
Bajas presiones
Sin contaminación por lubricación mecánica
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Principio desplazamiento positivo
Características:
Altas presiones
Relativos bajos caudales
Contaminación por partes mecánicaslubricadas
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Generación del aire comprimido
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Tanque vertical
Tanque horizontal
ACUMULADOR – TANQUE DEPOSITO DE AIRE
Reduce las caídas de presión en lalínea
Sirve como respaldo de energíaneumática
Ayuda a eliminar la humedad
Sistema de seguridad
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Generación del aire comprimido
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El tanque se debe instalar a lasombra
El tamaño del tanquedepende de:
Caudal de compresor
Cantidad de aire requeridapor el sistema
Red de tuberías
Regulación del compresor
Oscilación de la presión en elsistema
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Generación del aire comprimido
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Entre el compresor ynuestro tanque acumuladores necesario contar con unsecador en frío
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Generación del aire comprimido
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Red de aire comprimido
La red de distribución de aire comprimido es el sistema de tubos quepermite transportar la energía de presión neumática hasta el punto deutilización
Es el conjunto de tuberías que parte del deposito, colocadas fijamenteunidas entre si y que conducen el aire comprimido a los puntos detoma para los equipos
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x
Longitud corta
Pocos elementos
Caídas de presión
El material de la red de aire debe ser de un material con superficies lisaspreferentemente. Dependiendo de su longitud la red de distribución deaire comprimido se aplica alguna de las siguientes configuraciones:
Longitudes largas
Elementos indefinidos
Estabiliza la presión
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Red de aire comprimido
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Red ideal de aire comprimido
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Porcentaje de caudal en fugas 0-5% de la producción total
Velocidad de aire en la red 6-10 m/s
Humedad relativa del aire comprimido 0,1 %
Temperatura del aire comprimido 20°C
Caída de presión máxima del sistema, 10% con respecto a la presiónde entrega de los compresores
Porcentaje de uso de aire comprimido 98%
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La distribución del aire
La instalación áerea impide que la humedad “trepe” hacía las máquinas
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Instalación de las Tuberías
Debe tener fácil acceso: favorecer la vigilancia
En los puntos más bajos de la red de tuberías se deben colocardispositivos para acumular y evacuar el agua de condensaciónproducida
Es conveniente instalar las tuberías en forma de anillo
La red de aire comprimido debe subdividirse en secciones medianteválvulas de bloqueo
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Reducción en el trabajo de instalación de la tubería de aire comprimido
Fácil modificaciones en el diseño de tuberías
Sistemas de Aire libre de fugas
Eficiencia en energía: Reducción en la demanda de aire comprimido
No existe corrosión en las tuberias
Sistema de bajo costo para el usuario:
Fácil de modificar
Resultados en bajos tiempos muertos de producción
Todos los componentes son reutilizables
Aire limpio: Tuberías de aluminio
Ventajas de la tubería de aluminio
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El aire contaminado produce fallas en los equipos:
Miles de pesos en gastos anuales en reparación
Muy elevados costos a causa de tiempos muertos en producción
Tubería Acero Galvanizado Tuberia de Aluminio
Ventajas de la tubería de aluminio
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Perdida de carga
El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si elconsumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y elconsumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presiónexcede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada yel rendimiento disminuirá considerablemente. Siempre debepreveerse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyomotivo deberán sobredimensionarse las tuberías
El montaje posterior de una red de mayor capacidad, supone grandescostos
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Dimensión de las Tuberías
El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otrostubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino enconformidad con:
El caudal
La longitud de las tuberías
La pérdida de presión (admisible)
La presión de servicio
La cantidad de estrangulamientos en la red
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Factores que influyen en el diámetro en una tubería
Velocidad de circulación admisible
Perdida admisible de la presión
N° de puntos de estrangulación
Longitud de la tubería
La circulación debe estar comprendida entre 6-10 mts
La caída de presión no debe superar el valor de 0.1 Kp-cm2
Los puntos de estrangulación provocan caída de presión: codos, curvaturas, desviaciones
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Unidades de mantenimiento
La unidad de mantenimiento es el enlace entre la red de distribuciónde aire y el circuito neumático de control
Este controla la presión suministrada al circuito que limpia el aire quepuede añadir aceite para lubricar los componentes del circuito
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Filtro. Evita el paso de partículas indeseables y acumulacondensados de agua. Los hay para 40, 5, 1, 0.01 y 0.003 micras
Regulador. Mantiene la presión de salida constanteindependientemente de la presión de entrada. Presiones de 0 a 15bar
Lubricador. Por medio del aceite se reduce el desgaste, disminuyenlas perdidas por rozamiento y protección contra la corrosión ( 32 mm2
/ seg = ISO VG 32 )
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Unidades de mantenimiento
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
El tamaño de las unidades de mantenimiento depende del consumodel aire. Si es demasiado pequeña pueden producirse oscilaciones dela presión y los filtros quedan obstruidos demasiado pronto
Las unidades de mantenimiento montadas al principiode un sistema neumático deben admitir un caudal mayor, ya quedichas unidades tienen que encargarse de limpiar una mayor partedel aire
Tratándose de aire con aceite, la lubricación no deberá superar los 25mg/mts3 (de 0.5 a 5 gotas / 1000 litros)
De ser posible, los lubricadores deberán ser instaladosinmediatamente antes de los cilindros consumidores
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Unidades de mantenimiento
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Secadores
Punto de roció. Es latemperatura a la que el vaporse condensa
Comprimir el aire significareducir su volumen
El aire comprimido no puedecontener tanta agua como elaire atmosférico
Cuanta mas alta latemperatura del aire, mayores su concentración dehumedad
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Principio:
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Secadores refrigerantes
A. Aire comprimido con unatemperatura aprox. 30°C
B. Intercambiador de calor
C. Unidad refrigerante
D. Purga de condensados
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Secadores de membrana
Están compuestos por un hazde fibras huecas permeablesal vapor y que estácircundando de aire seco queno está sometido a presión.El secado se produce a raízde la diferencia parcial depresión entre el aire húmedoen el interior de las fibrashuecas y el flujo en sentidocontrario del aire seco. Elsistema procura crear unequilibrio entre laconcentración de vapor deagua en ambos lados de lamembrana
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Principio de funcionamiento en detalle:
1. Aire sucio y húmedo entra por el filtro coalescente
2. Aceite y agua es retenida por el filtro y evacuada por la purgaautomática
3. Aire comprimido limpio y saturado entra al secador
4. El aire pasa por un paquete de membranas con fibras huecas
5. El vapor de agua se dispersa a través de las paredes de las membranas
6. Aire de purga (aire seco de la salida del secador)
7. El aire de purga en sentido contrario pasa sobre la superficie de lasmembranas eliminando las moléculas de agua
8. Aire limpio y seco es suministrado por la salida del secador
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Secadores de membrana
Coalescente: dos o más materiales se unen en un único cuerpo
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Secadores de adsorción
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Comparación de los secadores
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Comparación de los secadores
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
La calidad del aire comprimido es expresada en clases de acuerdo a lanorma ISO 8573-1. En dicha norma se establece el grado deimpurezas máximo en cada clase de calidad de aire
El aire recomendado para cilindros es 3.3.5
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Clases de aire comprimido
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Calidad de Aire: ISO 8573.1
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Aire recomendado por ISO
68
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Aire recomendado por ISO
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Control de la humedad y tratamiento del aireMantenimiento del
equipo en condiciones ideales
Reducción del nivel de presión
Uso de calor recirculado
Tipo de sistema de control
Eficiencia del compresor
Operaciones a baja presión
¿Cuánto aire y con qué calidad?
Comportamiento de los usuarios finales
Problemas de amplitud del sistema
Tipo de sistema de control
Fugas de aire
Tamaño del receptor
Visión general de las posibilidades de optimización
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Mantenimiento
Nivel de presión
Recuperación del calor
Regulación
Eficiencia de compresores
Nivel de presiones
Consumidores
Regulación
Fugas
Nivel de presión (tamaño del receptor)
Las siete principales posibilidades de optimización
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
20%
50%
40%
20%
20%
50%
20%
60%
70%
90%
60%
90%
50%
30%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Agua en la red de aire comprimido
Diámetro muy reducido
Válvulas de asiento
Mangueras de aire comprimido largas
Falta de componentes de …
Problemas de entrada y salida de aire
Unidad sucia
Mando faltante o mando superior defectuoso
Falta recuperación de calor
Secador de f río con bypass gas caliente
Conf iguración equivocada de compresores
Falta sist. para mantener constante la presión
Solenoide /Derivadora por f lotador
Tratamiento innecesario
Visión de las irregularidades en las estaciones de aire comprimido y espacios de producción
72
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Las Variables del Ahorro de Energía
SE
CT
OR
IZA
CIÓ
N
ME
DIC
IÓN
YC
ON
TR
OL
PR
ES
IÓN
CA
LID
AD
DE
AIR
E
73
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
■ Debemos asegurar que la presión a la que trabajen las máquinas seala MENOR posible
■ Reduciendo la presión de funcionamiento de la máquina de 7 a 5.5bar, ahorraremos casi un 20% en el consumo de energía. LasFUGAS de la máquina se reducirán también en un 20%
Presión
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
8
7
6
5
4
3
2
1
0
TIPO 1
TIPO 2TIPO 3 COMPRESOR
Presión
Al reducir la presión podemos encontrarnos con 3 casos diferentes. Debemos analizar nuestra instalación
Maquina1
Maquina2
Maquina3
Maquina4
Maquina5
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Presión
AR: Reducción de la presión pormáquina
EVBA: Aumento de la presión sólopara aplicaciones puntuales
ISE30: Control visual y medianteseñales digital/analógica del rangode presión adecuado
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 77
Presión
• Por cada 10 PSI, que sereduzcan en el set point defuncionamiento de loscompresores, se reducirá un5% en el consumo energéticodel mismo
• Como regla práctica se puedetener que por cada 2 lb/pulg2
de incremento en la presiónde operación se incrementa elconsumo de energía enaproximadamente un 1%
13%
15%
56%
16%
CAUSAS DE PERDIDA DE PRESION
CORROSION DISEÑO USOS FINALES OTROS
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Formas de sectorizar nuestro circuito:
Por Zonas: Se consigue eliminar FUGAS en periodos de nooperación
Por Niveles de Presión: Se consigue reducir el consumo de lasmáquinas y de las fugas
Reduciendo la presión de trabajo de las máquinas de 7 a 5.5 bar, seha reducido su consumo energético en un 20%
Reduciendo la presión y cortando el suministro en periodos de nooperación, se puede reducir su consumo energético hasta en un 36%
Sectorización
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
■ Un soplado con una boquilla de 5mm de diámetro consume la mismacantidad de aire que 300 cilindros de diámetro 50mm y carrera 100mmhaciendo 1 ciclo/min funcionando a 5 bar
■ Es habitual que el nivel de fugas en un sistema suponga un alto %(>25) del consumo energético total de una instalación
Ø5 mm = 300 X
Medición y Control
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Medición y Control
El mayor problema queencontramos para reducir fugases como localizarlas. No es fácilsaber en que puntos de nuestrossistema se están produciendofugas
El sistema de redesinterconectado hace que nopodamos conocer cuanto aire seestá consumiendo en cada partedel sistema
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Si identificamos la fuga y la eliminamos habremos reducido suconsumo energético en un 38%
Reduciendo la presión de trabajo y cortando el suministro de aire enperiodos de no operación, y eliminado FUGAS, podremos reducir suconsumo energético en un 50%
Medición y Control
PF2A: Flujostato digital programable hasta 2”.Visualización de caudal instantáneo yacumulado, salidas por pulsos, digitales yanalógicas
Control de consumos
Seguimiento nivel de fugas e identificación delas mismas
Mantenimiento del nivel óptimo deconsumo
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Polvo, suciedad, polen, humos, emisiones de gases y otraspartículas
Vapor de agua
Aceite, hidrocarburos no quemados
Gases cáusticos: Óxidos de azufre, óxidos de cloro y compuestosde Cloro
Calidad de Aire
La concentración de contaminantes al comprimir el aire a 7 baraumenta en un 800%
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Humedad
Oxidación
Corrosión
Partículas, polvo…
Aceite, hidrocarburos
Pérdidas de carga
Fugas en las redes y elementos
Condensación
Obstrucción de la maquinaria
Pérdida calidad en producto final
Pérdida de volumen aire acumulado
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Calidad de Aire
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
PRODUCCIÓNCONSUMOCAPACIDAD
ALMACENAMIENTO
MOTORCOMPRESORCONSUMO
MANTENIMIENTO AL SISTEMACENTRADO EN LA EFICIENCIA
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Mantenimiento adecuado del sistema
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
El potencial medio de ahorro de energía mediante mantenimientoregular y preventivo es del 10%
Esto implica:
1. Limpiar y reemplazar filtros sucios (potencial de ahorro energético 15-40%). Intervalo regular de recambio: 2,000-4,000 horas
2. Comprobar con regularidad los enfriadores de los compresores, paralimpiarlos si es necesario
3. Limpiar con regularidad el intercambiador de calor del secador delrefrigerante (mensualmente)
4. Recambiar de manera regular los filtros del aire comprimido(anualmente); pérdida de presión óptima 0.05 bar
Mantenimiento adecuado del sistema
85
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 86
5. Para compresores de pistón: comprobar válvulas, ya que pierden enlas juntas continuamente. Los asientos de las válvulas puedendebilitarse o romperse. Esto puede conllevar que las cantidadesproducidas se reduzcan hasta un 50%.
6. Inspeccionar regularmente la correa en V y su tensión, controlando eldesgaste de los discos de embrague
7. Cambiar regularmente el aceite y los filtros.
8. Recambiar los elementos de separación (cada 2000h o 4000h)
9. Modificar la relación de los compresores de tornillo cada 25000 horasde operación
Mantenimiento adecuado del sistema
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 87
Mantenimiento adecuado del sistema
A continuación se ofrece una lista de chequeo básica para elmantenimiento en función de la eficiencia energética en sistemas deaire comprimido.
Elementos en Filtros de Succión. Inspeccionarlos y limpiarlos ocambiarlos según especificaciones del fabricante. La frecuenciapuede acortarse dependiendo de las condiciones de operación paramantener baja la caída de presión y ahorrar energía.
Trampas de Condensado. Limpiarlas y comprobar su operaciónperiódicamente.
Nivel de Lubricante. Inspeccionarlo diariamente y cambiarlo segúnespecificaciones del fabricante. Cambiar elementos filtrantes segúnespecificaciones.
Separador de Aceite. Cambiarlo según especificaciones delfabricante o cuando la caída de presión exceda de 10 psi.
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 88
Mantenimiento adecuado del sistema
Correas de Transmisión. Comprobar el desgaste y la tensión.Ajustarla en caso necesario.
Temperatura de Operación. Verificar que la temperatura coincidacon la establecida por el fabricante.
Filtros en Líneas de Aire. Reemplazar los elementos cuando lapresión exceda de 2 a 3 psi. Inspeccionar anualmente los elementosindependientemente de la caída de presión.
Sistema de Enfriamiento. Para sistemas enfriados por agua, revisarla calidad del agua (especialmente PH y sólidos totales disueltos),flujo y temperatura. Limpiar o reemplazar los elementos filtrantessegún especificaciones del fabricante.
Fugas. Evaluarlas periódicamente. Inspeccionar las líneas, uniones,accesorios, válvulas, mangueras, filtros, lubricadores, conexiones demanómetros, y equipos de uso final para detectar fugas.
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
La perdida de presión debe ser:
1. Tubería principal
2. Tubería de distribución
3. Derivaciones
4. Secador
5. Filtro
6. Unidad de mantenimiento
Perdida total
0.03
0.03
0.04
0.30
0.40
0.60
1.40
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Sugerencias para ahorrar
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
La red de tubería debe ser lo más corta posible y el diámetro de latubería debe ser el mas pequeño posible
Las tuberías que se instalen adicionalmente deben de provenir de lafuente de aire comprimido y no de alguna derivación
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Sugerencias para ahorrar
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Las unidades de mantenimiento deben montarse de mododescentralizado y los mas cercano a los consumidores
Utilizar cilindros de diámetro apropiado.
55 % gasto de aire por mala elección
DNG-40-250-PPV-A
Consumo por ciclo = 4.05 litros
DNG-50-250-PPV-A
Consumo por ciclo = 6.30 litros
Relación de aire = 6.30 / 4.05 = 1.55
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Sugerencias para ahorrar
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
DNG-50-250-PPV-A
• Hasta donde sea posible trabajar con la presión mínima posible
P1V1 = P2V2
El volumen de un DNG-50-250-PPV-A = 0.9 litros a presión atmosférica por ciclo
Para 5 Bar tenemos = 0.9 x 6 = 5.4 litros Para 6 Bar tenemos = 0.9 x 7 = 6.3 litros
16 % gasto de aire por mala regulación
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Sugerencias para ahorrar
Relación de aire = 6.3/5.4 = 1.16
Ejemplo: Se tiene un carga de 85 Kg alevantar. Que presión es recomendableutilizar?
DNG-50-250-PPV-Aa 5 Bar = 90 Kg
DNG-50-250-PPV-Aa 6 Bar = 108 Kg
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Las pistolas de chorro de aire para limpiar, soplar, eliminar virutas,etc., aplicar solo una presión máxima de 2 bar
Es mas recomendable utilizar bloques de distribución que utilizarvarias conexiones en T a la vez por la perdida de presión, además detener menos puntos posibles de fuga
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Sugerencias para ahorrar
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Siempre que sea posible utilizar solo cilindros de simple efecto ya queestos cilindros solo consumen aire en el avance o retroceso
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Sugerencias para ahorrar
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 95
Sugerencias para ahorrar
Los cilindros de carrera larga (más de 150 mm) no funcionan enmodalidad de simple efecto
En la medida que sea posible utilizar el regreso de los cilindros dedoble efecto utilizando un fuelle neumático
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
40 % gasto de aire por mala regulación
Si para el retroceso de un cilindro de doble efecto no se necesita todala fuerza, utilizar una presión de 4 en vez 6 Bar
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Sugerencias para ahorrar
El volumen de un DNG-50-250-PPV-A =0.4107 litros a presión atmosférica en suretroceso
Para 6 Bar tenemos = 0.4107 x 7 = 2.875litros
Para 4 Bar tenemos = 0.4107 x 5 = 2.0535litros
Relación de aire = 2.875/2.0535 = 1.40
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Utilizar el mando neumático solo si es indispensable
Las válvulas deben montarse lo mas cerca posible de los cilindros
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Sugerencias para ahorrar
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Cada 4º C de incremento de temperatura del aire aspirado seincrementa el consumo de energía en un 1% para el mismo caudal
Cada 3º C de disminución en la temperatura del aire aspirado originaun beneficio de un 1 % para el mismo caudal
El aire aspirado se debe tomar de un medio abierto no cerrado
Reducir 1 psig en la presión de descarga a 60 HP representadisminuir 1 Kwh de consumo.
Se considera pequeño un compresor de menos de 30 HP y grande auno mayor a esta capacidad.
Sugerencias para ahorrar
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
Los puntos de fugas mas frecuentes son:
Juntas de tuberías y mangueras
Conectores rápidos
Herramientas neumáticas
Evitar reducciones de alta relación en los diámetros de tuberías
Las salidas de la línea principal deben ser siempre de arriba haciaabajo
La velocidad en línea principal debe ser entre 6 y 10 m/s. y en lassecundarias, máximo de 15 m/s., para mangueras se admite hasta 30m/s
Sugerencias para ahorrar
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 100
Ejemplos de aplicaciones en las que pueden resultar más económicasotras medidas:
Utilizar aire acondicionado o ventiladores para enfriar gabinetes eléctricos en lugarde tubos vortex con aire comprimido
Aplicar bombas de vacío en lugar de sistemas Venturi con aire comprimido a altapresión
Usar sopladores en lugar de aire comprimido para soplar, enfriar, agitar, mezclar oinflar empaques
Utilizar cepillos, aspiradoras, sopladores en vez de aire comprimido para limpiarpartes o remover residuos
Emplear aire a baja presión para lanzas de aire, agitación, etc. en lugar de airecomprimido a alta presión
Utilizar motores eléctricos eficientes para herramientas y actuadores en los casosen que no sean imprescindibles algunas características específicas de los equiposneumáticos
Sugerencias para ahorrar
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico
■ Análisis de la instalación
Costo del kWh
Gasto energético
Consumos de aire comprimido
Análisis del nivel de FUGAS
Turnos de trabajo
Tipología de las redes
■ ¿Podemos reducir la presión?
■ ¿Podemos sectorizar?
■ ¿Nos interesa la medición continua / puntual?
■ ¿Tenemos problemas con la calidad del aire?
■ Realizar estudio de aplicaciones específicas (vacío,…)
■ Propuestas y Amortización
Resumiendo…
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Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico 102
¡MUCHASGRACIAS!
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Cel. 55-31-07-49-31
Asesores en Eficiencia Energética