¿Cómo funciona una instalación de aire comprimido industrial?
En toda instalación de aire comprimido industrial tendremos un compresor que nos aportará el caudal de aire necesario para dar servicio a todos los puntos de consumo de la instalación, de forma que, si los puntos de consumo demandan menos caudal de aire del que aporta el compresor, la presión del sistema subirá. En caso contrario, cuando haya consumo de aire la presión bajará.
El equipo fundamental en una instalación de aire comprimido industrial es el compresor.
Tipos de compresores: Compresores de velocidad fija o de velocidad variable
Ya hablamos de los tipos de compresores en el artículo: Compresores de aire, ¿cuál necesitas para tu instalación? pero el más utilizado en la industria es el compresor de tornillo y dentro de este tipo de compresor tenemos dos posibilidades: compresor de velocidad fija y compresor de velocidad variable
A continuación, intentaremos explicar qué entendemos por velocidad fija y velocidad variable y analizar los pros y contras de ambos tipos.
Compresores de velocidad fija
También llamados TODO-NADA o CARGA-DESCARGA. El compresor de velocidad fija, es un compresor en la que la velocidad de rotación del motor eléctrico es fija.
Su funcionamiento es el siguiente.: supongamos un compresor conectado a la corriente eléctrica pero parado. Cuando hay demanda de aire comprimido en la instalación, la presión del sistema baja. Cuando esta presión llega a un valor mínimo determinado y establecido en el control del compresor, el motor eléctrico arranca y el bloque compresor comienza a comprimir el aire. Con ello aumenta la presión y si esta llega a un valor máximo determinado y establecido en el control del compresor, en ese momento el compresor no se para y en cambio, entra en lo que llamamos DESCARGA, es decir el motor eléctrico sigue girando, pero no se comprime más aire. Si pasado un tiempo, también establecido en el control del compresor, la instalación no demanda más presión, el motor eléctrico llega a parar.
Esta distribución la hacen los fabricantes de compresores para evitar que se supere el número de arranques/hora que permite el motor eléctrico.
Compresores de velocidad variable
En este tipo de compresores el motor eléctrico lleva incorporado un variador de velocidad, de forma que, cuando la presión llega a un valor máximo de consigna establecido en el control del compresor, el variador de frecuencia que lleva incorporado el motor eléctrico comienza a regular la velocidad de giro para mantener la presión establecida. Lógicamente cuando la frecuencia baja, la potencia consumida por el motor es proporcional a la velocidad de giro.
A la vista del funcionamiento de ambos tipos, inmediatamente se infiere que, a caudales parciales, el compresor fijo va a consumir más energía que el compresor variable, puesto que el compresor fijo cuando trabaja en descarga, de forma general, tiene un consumo de aproximadamente el 25-30% de la potencia del motor y en cambio el compresor variable consumirá solamente la potencia necesaria para dar el caudal demandado.
Ejemplo explicativo: compresor fijo vs variable
Supongamos una instalación que tiene una demanda punta de 15,5 m3/min. La presión de trabajo es 7 bar y trabaja 6.000 horas al año. El coste de la electricidad es 0,12 €/kWh.
Vemos que para tener este caudal a esta presión necesitamos un compresor de 90 kW, que da un caudal de 18,16 m3/min.
El consumo eléctrico que tendrán según sea el compresor será:
Compresor fijo:
Partimos del supuesto que la potencia consumida es la nominal del motor, es decir 90 kW. Puesto que la instalación necesita 15,5 m3/min y el compresor da 18,16 m3/min, esto representa el 83% del total del caudal. Por tanto, vemos las horas que trabajará:
Carga= 83%·6000 h/año= 4.980 h/año
Descarga= 17%·6000 h/año= 1.020 h/año
Gasto eléctrico:
Carga= 4980 h/año·90 kW·0.12 €/kwh= 53.784 €/año
Descarga= 1020 h/año·90 kW·25%·0.12 €/kwh= 2.754 €/año
Compresor Variable:
Como nuestra instalación necesita el 83% del caudal del compresor, el compresor variable consumirá el 83% de la potencia del compresor, es decir:
Gasto eléctrico:
Gasto= 6000 h/año·90 kW·83%·0.12 €/kWh= 53.784 €/año.
Vemos por tanto que el ahorro anual va a ser el gasto del compresor fijo trabajando en descarga, es decir 2.754 €/año.
Como hemos visto en este caso concreto hay un claro ahorro energético. Normalmente, el ahorro será mayor, puesto que, de forma habitual, el caudal que demanda una instalación suele variar y en muchos casos sustancialmente. Hay casos que, por ejemplo, en el turno de noche el consumo es apenas un 40% del total, etc…
Pros y contras de los compresores de velocidad fija y velocidad variable
Por tanto, si atendemos al consumo eléctrico, en una instalación con caudal variable, un compresor de velocidad variable consumirá menos que uno fijo.
El compresor variable, no tiene pico de consumo eléctrico en el arranque.
Necesitan un depósito de menor tamaño.
Si consideramos el coste de adquisición, de forma muy general podemos decir que el coste de compra de un compresor de velocidad variable con respecto de un compresor fijo puede variar entre un +20% y +40%. Tendremos por tanto que valorar si este incremento del coste es rentable, con respecto del gasto energético.
Si consideramos los aspectos de mantenimiento podemos decir que el coste es prácticamente el mismo, puesto que mecánicamente los compresores son idénticos, excepto el variador de velocidad.
Añadir que, a efectos de durabilidad, el compresor variable trabaja menos exigido que uno fijo.
La eficiencia de un compresor fijo trabajando al 100% por lo general es mejor que un variable al 100%.
Como conclusión, podemos afirmar que se debe estudiar cada caso. Es conveniente realizar un estudio energético para optimizar los consumos energéticos de tus compresores valorando técnicamente la instalación y contemplando por supuesto el coste energético.
Cuando se requiere un sistema de aire comprimido siempre es interesante contar con un experto que pueda asesorar y ayudar a la definición del sistema completo.
