Como fuente de energía ampliamente utilizada en el sector industrial, el aire comprimido representa entre el 10 % y el 35 % del consumo total de energía en la producción industrial. El 96 % del consumo energético de los sistemas de aire comprimido corresponde al consumo de energía de los compresores industriales, y el consumo anual de energía de estos compresores en China representa más del 6 % del consumo energético nacional total. Los costos operativos de los compresores de aire, incluyendo los costos de adquisición, mantenimiento y energía, según la teoría de la evaluación del ciclo de vida completo, representan solo alrededor del 10 %, mientras que el costo energético asciende al 77 %. Esto demuestra que China necesita mejorar significativamente la eficiencia energética de los sistemas de aire comprimido durante su proceso de reestructuración industrial y económica.
Con la profundización del conocimiento sobre el aire comprimido y las necesidades de ahorro de energía y reducción de emisiones de las empresas, resulta urgente elegir la tecnología adecuada para el sistema existente, con el fin de lograr los mejores resultados en materia de ahorro energético. En los últimos dos años, la investigación realizada en empresas industriales chinas ha demostrado que la demanda de renovación energética proviene principalmente de los siguientes tres aspectos:
El consumo energético de los compresores de aire representaba una proporción demasiado alta del consumo eléctrico de la empresa; la inestabilidad del suministro del sistema de aire comprimido, las fluctuaciones de presión y otros impactos afectaban al funcionamiento normal del equipo; con la expansión de la escala de producción, la empresa optimizó la transformación del sistema de aire comprimido original para adaptarse al aumento de la demanda. Debido a que las características del sistema de aire comprimido de la empresa y la tecnología de ahorro energético aplicable son diferentes, para mejorar la tasa de éxito de la transformación, esta no puede implementarse a ciegas. Es especialmente importante seleccionar medidas de ahorro energético adecuadas basándose en un análisis, prueba y evaluación integrales de todo el sistema. Los autores han analizado y explorado las características y el alcance de aplicación de algunas tecnologías de ahorro energético existentes y emergentes mediante la investigación del uso de aire comprimido en un gran número de empresas industriales.
Estrategia de ahorro de energía del sistema
Basándose en la teoría de la evaluación del consumo energético del sistema neumático y el análisis de las pérdidas energéticas, y partiendo de los diversos aspectos de la composición del sistema, se adoptan las siguientes medidas generales de ahorro energético:
Generación de aire comprimido. Configuración y mantenimiento adecuados de diferentes tipos de compresores, optimización del modo de operación, gestión diaria de equipos de purificación de aire. Transporte de aire comprimido. Optimización de la configuración de la red de tuberías, separación de tuberías de suministro de alta y baja presión; supervisión en tiempo real de la distribución del consumo de aire, inspección diaria y minimización de fugas, mejora de la pérdida de presión en las juntas. Uso de aire comprimido. Mejora del circuito de accionamiento del cilindro, uso de productos de ahorro de energía desarrollados para esta industria, como válvulas especiales de ahorro de aire para cilindros de descascarillado en la industria del aluminio electrolítico, así como pistolas y boquillas de aire de ahorro de energía. Recuperación del calor residual del compresor. El calor generado durante la compresión del aire se recupera mediante intercambio de calor, etc., y se utiliza para calefacción auxiliar y calefacción de procesos, etc.
Generación de aire comprimido
1 compresor de aire individual de bajo consumo energético
Actualmente, los compresores de aire más utilizados en la industria se dividen principalmente en alternativos, centrífugos y de tornillo. El tipo alternativo todavía se utiliza en grandes cantidades en algunas empresas antiguas; el tipo centrífugo se utiliza ampliamente en empresas textiles por su funcionamiento estable y alta eficiencia, pero es propenso a sobretensiones cuando la presión del sistema cambia repentinamente. Las principales medidas de ahorro de energía utilizadas son: garantizar la limpieza del aire importado, especialmente en empresas textiles, realizar una buena filtración gruesa para eliminar una gran cantidad de fibras cortas en el aire. Reducir la temperatura de entrada del compresor de aire para mejorar la eficiencia. La presión del aceite lubricante sobre la vibración del rotor de la centrífuga tiene un gran impacto, por lo que se debe elegir un aceite lubricante que contenga agentes antiespumantes y estabilizadores de oxidación. Prestar atención a la calidad del agua de refrigeración, descarga razonable de agua de refrigeración, reposición de agua planificada. Los puntos de descarga de condensado del compresor de aire, secador, tanque de almacenamiento y red de tuberías deben descargarse regularmente. Para evitar sibilancias causadas por cambios bruscos en la demanda de aire, etc., preste atención al ajuste de la banda proporcional y el tiempo integral configurados por la unidad, y evite reducciones repentinas en el consumo de aire. Seleccione centrífugas de tres etapas con un notable efecto de ahorro de energía y procure utilizar motores de alta presión para reducir las pérdidas en la línea y mantener bajo el aumento de temperatura de la estación de presión de aire.
El compresor de aire de tornillo es ampliamente utilizado. A continuación, se presenta un resumen comparativo de los modos de control del compresor de aire de tornillo: se analizan los problemas actuales de carga/descarga y regulación de presión constante del compresor de aire, y se puede concluir que, al depender de medios mecánicos para regular la válvula de entrada, el suministro de aire no se puede ajustar de forma rápida y continua. Cuando la cantidad de gas cambia constantemente, la presión de suministro inevitablemente fluctúa mucho. El control de frecuencia pura se utiliza para adaptarse a la fluctuación del consumo de aire en la fábrica mediante la adición de un convertidor de frecuencia para ajustar la producción de aire del compresor. La desventaja es que el sistema es adecuado para situaciones donde la fluctuación del consumo de aire de la fábrica no es grande (la fluctuación es del 40 % al 70 % del volumen de producción de aire de una sola máquina y el efecto de ahorro de energía es el más significativo).
2. Sistema de control experto para grupos de compresores de aire.
El sistema de control experto para grupos de compresores de aire se ha convertido en la nueva tecnología para el control y el ahorro de energía en dichos grupos. El sistema de control, en función de las variaciones de la demanda de presión, gestiona el arranque y la parada, la carga y la descarga de los diferentes compresores, asegurando así que el sistema mantenga siempre la cantidad y capacidad adecuadas de compresores en funcionamiento.
El sistema de control doméstico, mediante el control del convertidor de frecuencia, cambia la velocidad de un compresor de aire individual en el sistema de suministro de gas a baja presión de la fábrica para controlar el tiempo de producción de gas de la unidad compresora, adaptándose a las pequeñas fluctuaciones en la cantidad de gas del sistema de suministro de gas a baja presión de la fábrica. Generalmente, la elección de la conversión de frecuencia del compresor de aire requiere que un sistema profesional realice pruebas y cálculos exhaustivos para tomar la decisión. A través del análisis y la comparación anteriores, se puede encontrar que la eficiencia energética de muchos de nuestros sistemas de aire comprimido tiene mucho margen de mejora. La conversión de frecuencia del compresor solo puede lograr un efecto de ahorro de energía al combinarse con el funcionamiento del propio sistema de aire comprimido de la empresa, que debe ser completamente probado y evaluado por profesionales antes de su uso. El sistema de control experto para grupos de compresores de aire es particularmente adecuado para múltiples compresores de aire que funcionan al mismo tiempo, la implementación de la configuración de combinación por pasos puede satisfacer bien las necesidades de las empresas.
3. Mejora del proceso de secado con aire comprimido
Actualmente, los equipos de secado y procesamiento de aire comprimido más utilizados por las empresas son los de tipo refrigerado, los de tipo sin regeneración de calor y los de tipo compuesto con microregeneración de calor. La comparación de rendimiento principal se muestra en la tabla a continuación.
La transformación de la línea de defensa para el ahorro de energía se rige por los siguientes principios: si el sistema original de tratamiento de aire es demasiado puro, se cambia a un tratamiento de menor pureza. Se mejora el proceso de secado, se reduce la pérdida de presión en la etapa de secado (pérdida de presión en el secador de ciertos sistemas de hasta 0,05 ~ 0,1 MPa) y se reduce el consumo de energía.
Transporte de aire comprimido
1 sistema de tuberías sistema de tuberías yajiang no debe exceder el 1,5% de la presión de trabajo. Actualmente, muchas estaciones de presión de aire no tienen tuberías primarias y secundarias, demasiados codos y curvas innecesarios, pulsaciones de presión frecuentes y pérdida de presión grave. Algunas de las tuberías neumáticas están enterradas en la zanja y no se pueden monitorear para detectar fugas. Para garantizar la demanda de presión del sistema en cualquier caso, el personal de gestión de operaciones aumenta la presión de operación de todo el sistema en 0,1~0,2MPa, introduciendo una pérdida de presión artificial. Por cada aumento de 0,1MPa en la presión de escape del compresor de aire, el consumo de energía del compresor de aire aumentará en un 7%~10%. Al mismo tiempo, el aumento en la presión del sistema aumenta la fuga de aire. Medidas de renovación de ahorro de energía: cambiar la disposición de tuberías de ramal a disposición en bucle, implementar la separación del suministro de aire de alta y baja presión, e instalar una unidad de desbordamiento de precisión de alta y baja presión; Durante la renovación para el ahorro de energía, se debe cambiar la tubería con alta resistencia localizada, reducir la resistencia de la tubería y purificar la pared interior de la tubería mediante lavado con ácido, eliminación de óxido, etc., para garantizar que la pared de la tubería sea lisa.
2 Fugas, detección de fugas y sellado de fugas
La mayoría de las fugas en la fábrica son graves, alcanzando entre el 20% y el 35%, y se producen principalmente en las válvulas, juntas, tripletes, electroválvulas, conexiones roscadas y la tapa frontal del cilindro de cada equipo que utiliza gas; algunos equipos trabajan bajo sobrepresión, se descargan automáticamente y expulsan gases con frecuencia. El daño causado por las fugas es casi inimaginable para la mayoría de las personas. Por ejemplo, en una estación de soldadura por puntos de automóviles, la escoria de soldadura en la tubería de gas causada por un pequeño orificio de 1 mm de diámetro genera una pérdida anual de electricidad de hasta 355 kWh, casi equivalente al consumo anual de electricidad de dos familias de tres miembros. Medidas de ahorro de energía: Instalar un sistema de gestión de medición de flujo para la tubería de suministro de gas del taller de generación principal para determinar el límite de uso del proceso. Ajustar el consumo de gas del proceso, minimizar el número de válvulas y juntas, y reducir los puntos de fuga. Fortalecer la gestión y utilizar herramientas profesionales para inspecciones periódicas. En resumen, las empresas pueden utilizar equipos de prueba profesionales, como detectores inteligentes de fugas de gas de acceso paralelo, pistolas de escaneo de puntos de fuga, etc., para tomar medidas que impidan el funcionamiento, el riesgo, el goteo y las fugas del sistema de aire comprimido, y, en consecuencia, llevar a cabo trabajos de mantenimiento y sustitución de componentes.
Uso de aire comprimido
Las pistolas de aire comprimido se utilizan ampliamente en procesos de acabado, mecanizado y otras áreas industriales, y su consumo de aire alcanza el 50 % del suministro total en algunos sectores. Durante su uso, se presentan problemas como tuberías de suministro de aire demasiado largas, presión de suministro excesiva, el uso de tubos de cobre rectos como boquillas y el aumento no autorizado de la presión de trabajo por parte de los operarios, lo que provoca un gran desperdicio de aire.
El fenómeno irracional del uso de gas en equipos neumáticos también es más prominente, como determinar si la pieza de trabajo está atascada en el lugar de detección de contrapresión de gas, suministro de gas generador de vacío, etc. Fenómeno de suministro ininterrumpido de gas Zun cuando no está en funcionamiento. Estos problemas existen especialmente en tanques químicos y otros gases utilizados para mezcla, y en la fabricación de neumáticos, como el inflado estereotípico. Medidas de reforma de ahorro de energía: Uso de nuevos dispositivos de ahorro de energía de boquilla neumática y pistolas de aire de tipo pulsante. Uso de equipos neumáticos especializados en industrias específicas, como la industria del aluminio para promover el uso de válvulas especiales de ahorro de aire para cilindros de desmoldeo.
Recuperación del calor residual del compresor de aire
Según la evaluación del ciclo de vida completo, entre el 80 % y el 90 % de la energía eléctrica consumida por los compresores de aire se convierte en calor y se disipa. La distribución del consumo de calor eléctrico del compresor de aire se muestra en la figura siguiente. Excluyendo el calor irradiado al ambiente y el almacenado en el propio aire comprimido, el 94 % restante de la energía puede utilizarse como recuperación de calor residual.
La recuperación de calor residual se realiza mediante intercambiadores de calor y otros medios apropiados de recuperación de calor del proceso de compresión de aire, utilizado para calentar aire o agua, con usos típicos como calefacción auxiliar, calefacción de procesos y precalentamiento de agua de reposición de calderas. Con mejoras razonables, se puede recuperar y utilizar entre el 50 % y el 90 % de la energía térmica. La instalación de dispositivos de recuperación de calor permite controlar eficazmente la temperatura de funcionamiento del compresor de aire a la temperatura óptima, lo que mejora las condiciones de funcionamiento del aceite lubricante y aumenta el volumen de escape del compresor de aire entre un 2 % y un 6 %. En el caso de compresores de aire refrigerados por aire, se puede detener el ventilador de refrigeración del propio compresor y utilizar la bomba de agua de circulación para recuperar el calor; los compresores de aire refrigerados por agua se pueden utilizar para calentar agua fría o para calefacción de espacios, con una tasa de recuperación del 50 % al 60 %. La recuperación de calor residual, en comparación con los equipos de calefacción eléctrica, prácticamente no consume energía; en comparación con los equipos de gas combustible, no emite gases contaminantes, lo que la convierte en una forma limpia y ecológica de ahorrar energía. Basándose en la teoría del análisis de pérdidas de energía en sistemas de aire comprimido, se analizan y resumen el fenómeno del uso excesivo de gas y las medidas de ahorro energético implementadas por la empresa. En la transformación hacia el ahorro energético en la empresa, es fundamental realizar pruebas y evaluaciones detalladas de los diferentes sistemas, para luego aplicar medidas de optimización adecuadas que permitan alcanzar los objetivos de ahorro energético y mejorar la eficiencia operativa de todo el sistema de aire comprimido.
Fecha de publicación: 2 de marzo de 2024