Mejora de la eficiencia del sistema de aire comprimido: Parte 1

Los sistemas de aire comprimido son los más incomprendidos de todas las instalaciones industriales;Los mejores cursos de ingeniería tienen solo unas pocas horas de educación aérea. No puede obtener la capacitación necesaria a través de un instituto vocacional, colegio o universidad. Si no puede obtener la información correcta de los vendedores que lo visitan, su principal fuente de información es la experiencia. Entonces, esto es lo que sucede a menudo en un entorno industrial:
• Si hay una queja de que la presión en el área de producción es demasiado baja, generalmente se enciende otro compresor. Si eso no ayuda, abre otro. Si las reparaciones se quedan sin compresores, compran más hasta que la presión sube lo suficiente como para que el equipo de producción deje de quejarse.
• Si el personal de producción se queja de contaminación y el compresor parece estar funcionando de acuerdo con la inspección del servicio del proveedor, el personal de mantenimiento reemplazará más del mismo equipo o lo considerará inapropiado y comprará un tipo diferente de equipo de limpieza.
• Si el problema en la máquina persiste, el mantenimiento cambiará la compañía de servicio y ya no comprará esa marca o tipo de equipo.

Ejemplo del mundo real #1

En una fábrica donde trabajé, nos pidieron reconfigurar el sistema de aire para acomodar el proceso de fabricación mejorado. Hasta ahora, el papel de las empresas de servicios públicos ha sido tan sumiso a la producción que la fabricación ni siquiera ha visto el punto de informar. Pregunté erróneamente sobre las reglas para usar aire comprimido en el punto de uso. Uno de los gerentes de producción rápidamente aclaró las cosas.Él dijo: «Lo aceptamos…¡lo hiciste!Si lo haces bien, podemos reducir costes. «Parece claro, ¿no?

Todos quieren discutir qué nuevos equipos del lado de la oferta deberíamos incluir en nuestro presupuesto. Creo que podría tener más sentido averiguar lo que necesitamos. Sin embargo, la historia muestra que no importa cuánto aire haya disponible, necesitamos usarlo todo en un período de tiempo relativamente corto. Todos estaban listos para discutir el tema candente de cuántos compresores, qué marca, tipo y tamaño, pero logré que estuvieran de acuerdo en que la demanda debería impulsar la oferta. Un vocero de producción nos dijo que necesitarán 4,000 cfm más de lo que están usando ahora. Les pregunté cómo determinar 4000 cfm y cuánta presión necesitan.

La presión que requieren es de 90 psig. Este número es más alto que cualquier presión mínima aceptada anteriormente. Las empresas de servicios públicos calcularon sus números y los inflaron con un «factor gomoso» volumétrico del 20 % y un 5 % de presión. Después de hacer todo esto, llegamos a 4800 cfm a 115 psig.

Las conjeturas preliminares sobre el compresor y los requisitos auxiliares sitúan esta expansión en alrededor de 1250 bhp. Corrija su factor de fudge para acercarse a los 800 hp. Esta es una reducción de 322 kilovatios, o $0,08 por kilovatio por hora, lo que se traduce en una reducción de $25,81 por hora solo en las facturas de electricidad (sin incluir agua, mantenimiento, mano de obra, depreciación, etc.). Esto se traduce en una variación del costo operativo anual de $266,074. La reducción de capital, incluida la instalación, superó los $ 76,000.

Luego, mejoramos la carga y determinamos que estábamos configurando el tamaño de las celdas individuales demasiado grande. Estas dimensiones se basan en un pico de 4800 cfm y están dimensionadas para nuestros proveedores. También nos dimos cuenta de que la carga base varía drásticamente con el ajuste, no solo dentro de un turno, sino entre turnos. Con esta información, nos dimos cuenta de que no tenemos ninguna capacidad de recorte, solo capacidades de sangrado. Esto nos lleva a dos tipos diferentes de compresores: uno para la base y otro para la moldura.

Por lo tanto, aumentamos la cantidad de compresores y redujimos drásticamente el tamaño de cada compresor. Si bien no nos dimos cuenta en ese momento, también redujimos el riesgo de interrupciones al reducir las consecuencias de la falla de la unidad. Al concluir este trabajo, nuestros requisitos de capital y costos operativos anuales se redujeron aún más. Estamos entrando en un proceso de reasignación y hemos reducido los costos operativos y de capital en $302,074 en el primer año simplemente reduciendo el factor de fudge.

A continuación, pregunté sobre la presión de aire mínima aceptable en producción y si se requería. El departamento de producción dice que necesitan 90 psig, pero sería genial si pudieran tener más. Pregunté cuántos más. Dicen 100 psig. De nuevo, ¿por qué?Dicen que más sería «bueno». Eso requeriría 2008 hp para aumentar la presión general del sistema en 15 psig, por encima de la presión mínima actual de 85 psig. Hacerlo costará 1,14 millones de dólares. Les pregunté qué obtendrían por el aumento del estrés. El portavoz dijo: «No lo sé… Podría sentirme un poco mejor acerca de la confiabilidad del sistema de aire, pero no pensé en cuánto costaría. «¡Puede comprar mucho tiempo en el sofá psiquiátrico por $ 1.3 millones para mejorar cómo se siente!

Ejemplo del mundo real #2

El segundo ejemplo involucró una planta de ensamblaje de automóviles que tenía 73 000 scfm pero filtró más de 19 000 cfm. La planta está operando 24/7;Nunca cierran a menos que sea absolutamente necesario. En este caso, nadie se da cuenta de la cantidad de aire que se suministra al sistema en el modo de apagado. Esto se basará en la cantidad de compresores que deben operar para mantener la presión cuando no están haciendo nada. Todo el mundo está de acuerdo en que hay muchas filtraciones.

Nadie sabe a cuánto ascienden las fugas ni la energía necesaria para soportarlas. Una persona mencionó que había tratado de obtener apoyo de la administración para corregir el error. Aprendieron que la gerencia no quería gastar sumas no reveladas para obtener resultados no medidos.

Determinamos la cantidad que no podíamos cerrar y la restamos del suministro total con carga mínima. A presión de línea completa, eso es 19,000 scfm, ¡el aire que usó la planta cuando se cerró!(He visto cientos de plantas alcanzar este porcentaje, y varias tienen más fugas). Usamos más de 4800 hp de equipo de compresión para mantener un desperdicio excepcional. Más de $318 por hora, o $2,79 millones al año.

Tres conceptos para recordar

Unos años más tarde, estaba trabajando en el campo para un gran fabricante de grúas y herramientas neumáticas. Esta experiencia proporcionó el siguiente paso en mi proceso de pensamiento. Durante la capacitación de nueve semanas, aprendimos cómo optimizar las herramientas neumáticas cuando se usan en aplicaciones industriales. Tres ideas principales surgieron de esta investigación.

uno es La eficiencia del equipo depende de cómo esté instalado . Cada vez que demostramos o probamos herramientas para los usuarios, siempre debemos intentar usar mangueras y accesorios de nuestra propia empresa. No se proporciona ninguna explicación o técnica aparte de que la herramienta funciona mejor. Obtendrá más torque, triturará más metal, etc. Hemos descubierto que la mayoría de los fabricantes, incluido mi empleador, no se desviven por especificar el volumen o la presión necesarios para un funcionamiento adecuado.

El segundo pensamiento es Puede hacer que su aplicación funcione de manera más eficiente a la misma presión u obtener la misma eficiencia en un volumen mayor a una presión más baja . La cantidad de aire requerida por la herramienta es una función de la presión del aire de suministro, por lo que cuanto mayor sea la presión del aire de suministro, mayor será el flujo de escape. Puede obtener la misma cantidad de energía de trabajo aumentando la masa inversamente proporcional a la disminución de la presión absoluta.

La tercera idea es A veces se requieren diferentes tipos de herramientas o tamaños de motores neumáticos debido a las limitaciones del suministro de aire comprimido. .

Para complicar las cosas, los usuarios a menudo dividen las decisiones de aire comprimido en dos o tres niveles diferentes de gestión en función del costo de capital de los componentes. Con demasiada frecuencia, las decisiones sobre compresores las toma un ejecutivo que no tiene conocimiento de los compresores de aire para molinos. Cuando lo clasifica todo, según la cantidad de postores necesarios en cada grupo, más el nivel de gestión, hay 20 o 30 opiniones diferentes sobre lo que se debe hacer. Todos estos grupos tienen diferentes intereses y prioridades. No es de extrañar que funcionen tan pocos sistemas de aire. Un resultado es que si el sistema funciona, incluso de forma remota, como pretendían los diseñadores, todos estarán felices. Cuando empiezas a mirarlos a todos sistemáticamente, tienes que conseguir un nuevo par de anteojos para entender lo que está pasando.

Medición de aire comprimido

Durante años, se han realizado intentos para medir el rendimiento de los sistemas de aire comprimido sin éxito. Por supuesto, esto se ha hecho con todas las demás utilidades sin problema. El viejo pensamiento de «el aire comprimido es gratis» surgió de la falta de comprensión del volumen y el costo. Los costos no se pueden determinar sin el uso. A continuación, debe comparar la demanda frente a la oferta de energía bajo presión en tiempo real.

La mayoría de las plantas solo tienen el manómetro de presión aceptable más bajo en el equipo. Algunos siempre miden el flujo del compresor, pero eso no mide la energía. No estoy seguro de que haya algún valor en eso más que responsabilizar al proveedor o notar cambios en las condiciones ambientales o de mantenimiento.

La mayoría de las personas que miden el tráfico están interesadas en la rendición de cuentas de la demanda. Acumulan volumen sin estrés durante un largo período de tiempo, como un mes. Esto brinda una visión muy distorsionada del uso y la energía porque no detalla los picos, los valles, la energía o la eficiencia, lo que impulsa los costos. El flujo y la presión deben medirse a lo largo del tiempo para que la información sea significativa: uso y energía requerida. Es difícil obtener apoyo para cualquier solución de parte de la administración o de la empresa de servicios públicos hasta que tenga la información para respaldar el problema cuantitativo. Hay muchos problemas con los sistemas de aire, y si gastamos muchos recursos en los problemas, las cosas mejorarán. No muchos gerentes invertirían en eso.

Los pocos sistemas sobre los que pude recopilar datos me dieron la oportunidad de medir los componentes de la demanda, como las fugas y la demanda humana. Siempre he sido feliz con 10% a 20% del valor de estos dos artículos. Me doy cuenta de que, en promedio, es más del 25 % al 40 %, y eso no incluye las ineficiencias en el suministro o el mal uso de la producción. Combine eso con las fugas y, por lo general, verá más del 75% del uso no regulado. Una vez que conoce la gravedad del problema y lo convierte en dinero, puede llamar la atención de la gerencia. A medida que profundiza en las soluciones, necesita información para medir el progreso y establecer disciplina para mantener los estándares.

A medida que los usuarios comenzaron a incorporar la recopilación de información en la modernización, pudimos ver que el uso estimado cuando el sistema se diseñó originalmente difería en una milla del uso real. Tomó mucho tiempo resolver esto. Puede llegar a creer que los fabricantes de equipos de aire no quieren que la gente conozca la relación entre el uso del aire y la potencia necesaria para soportarlo.

Requiere 30 scfm a 90 psig o flujo gravimétrico equivalente para generar 1 hp de energía de trabajo de aire comprimido en tiempo real en el punto de uso. Se necesitan compresores de 8 a 9 caballos de fuerza y ​​equipo auxiliar para generar esta energía. Típico ¼ de pulgada. Los taladros neumáticos requieren 8,5 scfm o 0,2 hp de electricidad. Una de 7 pulgadas. Una amoladora de disco requiere 60 scfm, alrededor de 15 a 18 hp para soporte eléctrico. En lugar de juzgar o adivinar por qué la industria está haciendo esto, te lo mostraré. Proporcionan factores de uso, que se dice que se basan en volúmenes típicos. Por ejemplo, estimarían ¼ de pulgada. Un taladro funcionará al 20 % durante un minuto, mientras que una amoladora podría tener un factor de utilización del 50 %, o 30 segundos por minuto. Luego estiman el volumen por minuto:

8,5 scfm × 0,20 = 1,7 scfm, o 60 scfm × 0,50 = 30 scfm

Debido a que el tamaño de todos los componentes instalados debe basarse en la tasa de flujo, no en el flujo promedio por período de tiempo ni en el flujo circulante acumulativo durante un minuto, la mayoría de los sistemas y componentes no tienen el tamaño adecuado.no puedes caminar 2 pies3Ciclos cuatro veces por minuto cada 5 segundos, llamados 8 cfm. El caudal es de 2 scfm × (60 s / 5 s) o 24 scfm. El resultado es una amplia variación y la incapacidad de manejar los picos. Un enfoque sistemático de estos problemas da como resultado presiones operativas altas y compresores adicionales funcionando todo el tiempo para gestionar eventos de demanda grandes o coincidentes.

Capacidad de almacenamiento de aire comprimido

Tal vez el problema del sistema que más invita a la reflexión y que se pasa por alto es la capacidad de almacenamiento. En la mayoría de los casos, el conocimiento sobre este factor se ha fragmentado en los últimos 20 años o más. La industria de suministro solo ve el almacenamiento desde su propia perspectiva. Lo que escucho con más frecuencia es que el vendedor del compresor especifica el almacenamiento en base a «suposiciones» o que su tipo de máquina no requiere un tanque. Las decisiones de ingeniería requieren algo más que intentarlo en la oscuridad.

Todos los sistemas requieren almacenamiento, ya sea que un compresor requiera almacenamiento o no. El almacenamiento tiene una variedad de usos en el sistema, tales como:
• Aislar eventos en el sistema, eliminando la necesidad de mantener la energía en línea en todo momento debido a la demanda intermitente,
• proteger a los usuarios de otros usuarios,
• Brinda la capacidad de reemplazar el uso de aire con el tiempo y luego usarlo a tasas de flujo muy altas. Esto puede eliminar la necesidad de cantidades significativas de energía, según el tiempo de recuperación disponible entre los eventos atendidos, y
• Controlar la tasa de cambio en el sistema con base en el scf para cada psid disponible. La automatización es una pérdida de tiempo si no se hace correctamente.

cambiar nuestro camino

A mediados de los 80, dejé de luchar con los controles del sistema de puntos. Cuando puede evitar que los operadores de la planta jueguen con los reguladores, es la excepción y no la regla. Me explicó un anciano. Dijo que la gente trata con los reguladores porque pueden… Los reguladores tienen un mango.

Algunas cosas no han cambiado en absoluto. El aire comprimido sigue siendo el servicio in situ más caro. Se necesitan más de nueve unidades de electricidad (incluidas las demandas auxiliares) para generar una unidad de energía del aire. Rara vez he encontrado un sistema que logre mucho más que el resultado mínimo aceptable. De alguna manera, en el desarrollo del pensamiento de la industria, el concepto de «más es mejor» se ha asociado con el aire comprimido. Nada es más escandaloso que el almacenamiento.

Hemos aprendido a utilizar todos los recursos que tenemos a nuestra disposición para reducir al mínimo las quejas de producción… A menudo más poder. Las demandas de los ingenieros de planta, los gerentes de mantenimiento y los ingenieros de producción para controlar los costos y mejorar la calidad no nos permitirán «hacer lo que hacemos y obtener lo que obtenemos».

La fusión de todos estos temas es la magia de ejecutar un sistema de primer nivel. Te invito a mantener la mente abierta, ya que mucha información será muy diferente de lo que podrías pensar que es verdad y, en ocasiones, contradirá tu situación real. El propósito de esta serie de artículos no es «hacer que el sistema funcione» o «mantener el dispositivo funcionando». Mi propósito es brindarle conceptos e información aplicables a los sistemas de trabajo para reducir significativamente los costos de aire comprimido y aumentar la calidad y cantidad de la producción. En la Parte 2 de esta serie, exploraremos las mejores formas de diseñar un nuevo sistema de aire comprimido.

¿Qué pasaría si tratáramos los sistemas eléctricos de la misma manera que tratamos el aire comprimido?

1. Tendremos que quitar todas las placas de identificación del motor y del equipo eléctrico. Más allá de prueba y error, a menudo no sabemos qué volumen o presión de aire se requiere para usar el dispositivo.

2. Compraremos equipos eléctricos sin tener en cuenta el voltaje, la corriente o el efecto que pueda tener en el sistema, suponiendo que la empresa de servicios públicos local compensará cualquier efecto en el sistema.

3. Retiraremos todos los disyuntores, transformadores, capacitores y arrancadores del sistema y usaremos solo energía primaria, ya sea que se requiera o no. Si un usuario específico necesita control, ponemos reóstatos en esas aplicaciones y nada en otras.

4. Usaremos uno o dos tamaños de cables y conjuntos de conexión en todas las aplicaciones eléctricas, independientemente del voltaje o la corriente, y esperamos que el mantenimiento y los servicios públicos locales corrijan el sistema para compensar las prácticas de producción. El departamento de la tienda determinará el tamaño y la selección de estos componentes y se comprarán según el precio, la disponibilidad y el inventario mínimo. Ejemplo: Use ¼ de pulgada. Las mangueras y los accesorios son adecuados para todas las aplicaciones, independientemente del caudal o la presión. Una vez completada la conexión, si la aplicación no funciona, solo hay que aumentar la presión que se le da al dispositivo hasta que funcione como queremos.¿No es interesante tener algo que ver con la electricidad?

5. Proporcione a cada operador y supervisor el número de teléfono de la empresa local de servicios públicos. Si el equipo en producción no funciona como ellos quieren, sin importar cómo cambie la velocidad, la alimentación, la falla o cualquier otro problema, simplemente pueden llamar a la empresa de servicios públicos local y cambiarán la forma en que suministran energía a la fábrica para corregirlo. este solo problema. Si no pueden solucionar el problema con más cosas, simplemente comprarán más cosas o construirán otra planta de energía y volverán a intentar solucionar el problema informado por teléfono.

Este ejemplo puede parecer absurdo, pero en realidad es muy similar a cómo funcionan la mayoría de los sistemas de aire comprimido. Lamentablemente, hay recursos limitados disponibles para obtener más información sobre el aire comprimido.

R. Scot Foss es presidente de Plant Air Technology, con sede en Charlotte, Carolina del Norte, que se especializa en auditorías y diseño de sistemas de aire. Esta serie de artículos se basa en su libro Compressed Air System Solutions Series. Para pedir una copia, haga clic aquí .

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