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Los KPI del sistema de aire comprimido ayudan a controlar y mejorar el rendimiento de su sistema.
Por Pascal van Putten, Director General, VPInstruments.
Es un hecho conocido que aproximadamente el 15% de la energía eléctrica absorbida por los compresores de aire se convierte en aire comprimido. El 85% restante se pierde en forma de calor. A pesar de esta baja eficiencia, el aire comprimido sigue siendo una utilidad muy popular en muchas industrias. Los usuarios de sistemas de aire comprimido se enfrentan al reto de obtener la mayor eficiencia posible y reducir al máximo los costes asociados (energía, mantenimiento). Por lo tanto, la supervisión del conjunto adecuado de KPI es hoy en día una necesidad para cualquier gestor energético o propietario de una planta. En este artículo aclaramos cómo se pueden monitorizar los principales KPI, y examinaremos con más detalle algunos KPI clave: eficiencia, pérdida de presión y fugas.
Los Indicadores Clave de Rendimiento (KPI) son variables o medidas con las que se puede medir y analizar el rendimiento de las organizaciones, las máquinas y/o los procesos de forma específica. Por ejemplo, un KPI puede ser un determinado número de producción por unidad de tiempo, pero también la cantidad de beneficios que obtiene una empresa con un producto concreto.
Un cuadro de mando de KPI es como una cabina simplificada para el piloto de un avión. Proporciona la información correcta a tiempo, en la que puede confiar a la hora de tomar decisiones. Por ejemplo: si la eficiencia general del sistema está apagada, puede examinar más detenidamente los ajustes de su controlador principal. Si el consumo es significativamente más alto de lo normal o se observa un evento de presión, hay que examinar las líneas de producción o hablar con los operarios de la planta. Si el punto de rocío está apagado, arregle o repare el secador o compruebe si está bien dimensionado. Para cada problema hay muchas soluciones y los KPIs le dirán pronto si la solución implementada fue la correcta. Además, los KPI pueden utilizarse para calcular el retorno de la inversión en el futuro. De este modo, le ayudarán a predecir sus futuros costes energéticos relacionados con el aire comprimido.
Para los sistemas de aire comprimido, algunos KPI importantes son:
- Eficiencia
- Punto de rocío
- Tasa de fuga
- Pérdida de presión
- Coste por producto/parte producida
La potencia específica (eficiencia), el índice de fugas y la pérdida de presión son un buen punto de partida para cualquier sistema de aire comprimido, por lo que este artículo profundizará en estos tres KPI: Qué influye en ellos, cómo puede medirlos y cómo interpretarlos.
KPI: Potencia/eficiencia específica del compresor
La potencia específica de un compresor de aire es la relación entre la salida del compresor (la cantidad de aire comprimido producido) y el consumo de energía del compresor. Así, el KPI se calcula dividiendo la potencia de entrada por el caudal de salida, expresado en kW/100 cfm o kW/m3/min.
La potencia específica es importante en las siguientes situaciones:
- Gestión de activos: cuando la eficiencia empieza a desviarse de la situación inicial, esto puede considerarse una señal de alerta temprana (por ejemplo, necesidad de cambiar el filtro de una máquina centrífuga o engaño interno de los intercambiadores de calor).
- Aire por encima de la valla: En estos contratos, la eficiencia es una parte importante del trato. El compresor tiene que suministrar una cantidad X de aire predeterminada por una cantidad Y de energía eléctrica.
- Cumplimiento: El control permanente es cada vez más importante en todo el mundo para alcanzar los objetivos medioambientales y de reducción de CO2. En este contexto, los gobiernos también desempeñan un papel crucial con legislaciones como el Título 24 en California y la Directiva de Eficiencia Energética en Europa.
- Pruebas de aceptación: cuando se prueba un compresor en un laboratorio (ISO1217).
- Optimización del sistema de control: La eficiencia de un conjunto determinado de compresores controlados por un controlador maestro, debe coincidir con la media de referencia de la industria.
Eficiencia total de la estación de compresión frente a las máquinas individuales
Cuando el presupuesto para instrumentación es limitado, se puede utilizar un flowmeter para controlar todos los compresores. Esto implica medir el consumo de energía por compresor y medir el caudal en la tubería principal, es decir, después de los secadores y el depósito de inercia. La ventaja de colocar el flowmeter en la tubería principal es que también se supervisa el consumo real de aire comprimido de la planta. Esta información puede utilizarse para determinar fugas y crear una "huella digital" de la demanda de aire mediante una función de histograma.
En este caso, es importante calcular el consumo medio a lo largo de un tiempo suficiente y dividirlo por el consumo medio de energía, ya que la carga/descarga provocará fluctuaciones en el KPI. Las plataformas modernas de gestión de la energía pueden perfeccionar esto, dividiendo el consumo de energía de "carga", el consumo de energía de "descarga" y dividiéndolo por el flujo de forma adecuada. Recomendamos trazar la eficiencia en función de la demanda de aire, para ver si el sistema funciona de forma óptima.
Para obtener una visión más granular necesaria para optimizar los controles del compresor, el caudal debe medirse por compresor. Preste especial atención a la selección e instalación de flowmeter debido a las duras condiciones de la tubería de descarga del compresor.
Dependiendo de los objetivos, se puede supervisar la eficiencia de toda la sala de compresores de aire, incluido el equipo de tratamiento de aire, o la eficiencia de cada compresor individual.
Incertidumbre total de la medición. Propagación de errores. ¿Tema aburrido?
Incertidumbre total de la medición. Propagación de errores. Para muchos de nosotros estos son temas que dejamos a los matemáticos. Sin embargo, son de extrema importancia cuando se analizan los datos de medición. Especialmente cuando se trata de las grandes decisiones de inversión en compresores de aire, este tema no debe subestimarse, y hay que tener mucho cuidado al comparar las cifras de eficiencia.
Por lo tanto, a la hora de controlar la eficiencia, es importante determinar qué nivel de precisión es aceptable. El nivel de precisión necesario depende de la aplicación y del tamaño de la instalación. El siguiente esquema muestra un mapa relacional (simplificado) entre todos los parámetros que intervienen, sólo para hacerse una idea de la complejidad de la medición de la eficiencia en los compresores volumétricos (es decir, de pistón, de tornillo o scroll). En la directiva ISO1217 se puede leer más sobre este tema y encontrar otras directivas que indican cómo interpretar los resultados, los intervalos de confianza, qué tipo de caudalímetros deben utilizarse, etc.
La incertidumbre total de cualquier medición se define como la variación estadística de una cantidad medida. Para más información sobre este tema, nos remitimos a la "GUM" (Evaluación de los datos de medición - guía para la expresión de la incertidumbre en la medición, 2008).
Figura 1. Diagrama de flujo relacional que muestra cómo debe medirse la eficiencia de un compresor volumétrico. El diagrama muestra todos los parámetros que intervienen y cómo influyen en la eficiencia medida.
Errores sistemáticos y su propagación
Cada señal medida tiene su propia incertidumbre. Ahora bien, ¿cuál es el efecto de un error sistemático en la eficacia medida? Veamos un ejemplo sencillo. Queremos comprobar el rendimiento de una máquina de 44 kW que funciona a plena carga. Utilizamos un medidor de potencia (lectura de ± 1%), y un flowmeter (lectura de ± 5%). ¿Cuál es el error máximo de la eficiencia?
|
|
Lectura máxima |
Lectura nominal |
Lectura mínima |
Unidad |
| Flujo |
262.5 |
250 |
237.5 |
SCFM |
| Potencia |
43.6 |
44 |
44.4 |
kW |
| Eficiencia |
16.6 |
17.6 |
18.7 |
kW/100SCFM |
| Error |
-6% |
|
6% |
Como muestra la tabla, llevando los errores sistemáticos a los extremos, la eficiencia observada puede ser de 16,6, 17,6 o 18,7 kW/ 100 SCFM. Esto es +/- 6%. Ahora supongamos que el fabricante del compresor probó el compresor de 250 CFM, la desviación permitida de la eficiencia es también del 6% (Ver hoja CAGI). En el peor de los casos, usted podría haber comprado un compresor que tiene una desviación de -6% en el caudal de salida. Al medir esto con una sonda de inserción (+/-5%) debe tener cuidado de no llegar a la conclusión de que el compresor está mal, o que flowmeter está bien y viceversa.
¿Cuál es el efecto de una cifra de eficiencia errónea en los costes anuales percibidos? En este ejemplo, con un coste de 0,06 $/kWh y 8760 horas de funcionamiento anuales, la "tolerancia monetaria" es de +/- 1400 USD anuales para este compresor. Esto puede influir en la toma de decisiones: Cualquier decisión (importante) basada en un ahorro energético inferior a +/- 1400 USD podría basarse en errores sistemáticos, por lo que podría ser una decisión "equivocada". Si se tratara de un medidor de altitud de un avión, y usted fuera el piloto que lo pilota... ¿qué haría si el medidor de altitud tiene una precisión de +/- 140 pies? Probablemente querrías quedarte a 280 pies como mínimo (2 x el error). Y esto también se aplica a la toma de decisiones para este compresor; si los costes proyectados debido a la escasa eficiencia superan los 2800 USD/año, es hora de hacer algo.
Siga leyendo sobre otros 3 KPI en el artículo original sobre las mejores prácticas de aire comprimido.
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