L'aire és gratis, l'aire comprimit és car

Actualment, l'estalvi d'energia per reduir costos i conservar recursos forma part integrant de la gestió de qualsevol empresa, fins i tot, de les més petites. El més sorprenent és que encara existeixen grans plantes de producció i empreses manufactureras de grandària mitjana i gran que segueixen perdent molts diners cada any, simplement perquè deixen que enormes quantitats d'energia en forma d'aire comprimit es perdin. I això a pesar que l'aire comprimit és una energia terciària, i per tant, de les més cares de generar. Només a Europa, es calcula que sobre la potència total d'aire comprimit instal·lada, es perd entre un 20% i un 30%. Al preu al que estan actualment els kWh utilitzats per generar aquest aire comprimit que “es perd” és fàcil imaginar els milions d'euros que estem literalment tirant.

Com es malgasta l'aire comprimit?

Les fugides, totalment imperceptibles a cau d'orella humà tret que siguin de dimensions ja importants, però que els detectors de fugides disponibles al mercat sí 'senten', i justifiquen plenament la inversió en un equip d'aquest tipus.

Les pèrdues de pressió degudes al disseny del sistema de distribució de l'aire comprimit (per exemple, colzes en les canonades evitables, filtres i altres components d'una xarxa d'aire que han estat mal dissenyats).

Però, realment aquestes pèrdues i fugides representen tant? Per descomptat: si volem mesurar l'eficiència econòmica i el termini de recuperació d'una instal·lació d'aire comprimit, no podem oblidar que el preu d'adquisició representa aproximadament el 4%, els costos energètics representaran un 80%, i la resta es dedica al manteniment.

La primera i més vistosa forma de pal·liar aquestes pèrdues energètiques és minimitzar les pèrdues d'aire comprimit. El compressor ha de compensar qualsevol resistència al flux de cabal que es trobi en el sistema de distribució de l'aire comprimit (per exemple, qualsevol corba i/o canvi de sentit en les canonades). Això s'aconsegueix augmentant la pressió de funcionament del compressor, és a dir, gastant més energia: per cada bar perdut en un sistema mal dissenyat, la seva part en la factura elèctrica pot augmentar un 10%. A més, aquest augment de la pressió de funcionament comporta un augment de la temperatura de compressió, a raó de aproximadament 8 °C per 1 bar, i això al seu torn pot comportar un augment desproporcionat de la quantitat de vapors d'aigua i d'oli en l'aire. És a dir, es consumeix més energia per produir el mateix aire comprimit, i est és, al mateix temps, de pitjor qualitat, per la qual cosa el tractament de l'aire ha de ser forçosament major (filtres, purgues...) i augmentaran els costos de manteniment.

Aquest article se centrarem en les resistències al flux, en particular, en el disseny dels filtres. Les resistències al flux d'aire comprimit ocorren òbviament en punts del sistema d'aire comprimit amb colzes o colls d'ampolla, i en particular allí on es neteja l'aire, per exemple en filtrar-se. És tasca del dissenyador de la planta, i posteriorment dels seus operadors, assegurar-se que la diferència de pressió entre l'aire que entra en un filtre i el que surt sigui la menor possible. L'èxit d'aquesta tasca dependrà en gran mesura del tipus i de la qualitat dels filtres utilitzats.

En una xarxa de distribució d'aire ben dissenyada (amb absència o minimització de colzes i canvis de sentit en el flux de l'aire), la major part de la pèrdua de pressió –i per tant, de l'increment del cost energètic– es deu als filtres. Val la pena, per tant, examinar aquest factor i no únicament el del preu de compra del filtre (Figura 2).

El diferencial de pressió causat per un filtre en fluir l'aire a través seu ve causat per tres factors principals: la superfície del filtre, el seu volum buit i les propietats físiques de l'element filtrante.

Com a regla general, a major superfície del filtre, menor diferencial de pressió. Si tenim en compte que el diferencial de pressió augmenta proporcionalment al quadrat de la velocitat del flux d'aire, es dedueix que una superfície del filtre suficientment gran ofereix un potencial d'estalvi d'energia considerable (Figura 3). Els elements filtrantes plegats, que es caracteritzen per una superfície molt elevada, són particularment adequats per a aquesta comesa. Aquest tipus de filtres pot utilitzar-se per al filtrat de pólvores de gasos atmosfèrics secs i com a filtres posteriors a assecadors d'adsorció; però per a certes aplicacions no resulten idonis (per exemple, són menys adequats que els filtres ultrafinos ja que, a causa de la seva alta densitat, promouen principalment la retenció de sòlids en superfície, la qual cosa comporta un ràpid increment de la resistència al flux). Per tant, és molt important seleccionar el filtre apropiat per a cada tasca.

El volum buit és l'espai lliure disponible per al pas del flux d'aire per l'element filtrante (Figura 4). A major volum buit, menor serà la pèrdua de pressió de l'aire que travessa l'element filtrante. Per raons de cost, els elements filtrantes dels filtres estàndards estan elaborats majoritàriament a partir de polietilè sinterizado, que té un volum buit de només el 45%. Els filtres Clearpoint de Beko Technologies, per contra, estan elaborats a partir de borosilicato, amb un volum buit del 96%, per la qual cosa l'àrea lliure per al flux és més del doble. Aquests filtres Clearpoint són adequats tant per al filtrat anterior com per al posterior (més fi).

L'aire comprimit, en general, està compost per una barreja d'aire, partícules de pols i aerosols. Els elements filtrantes convencionals són hidrófilos, és a dir que atreuen a l'aigua. Les fibres individuals s'inflen i el volum buit es redueix. Amb el temps, l'element filtrante s'infla i la pèrdua de pressió s'incrementa, juntament amb els costos de funcionament.

Aquest efecte negatiu pot evitar-se utilitzant un mitjà filtrante hidrófugo –repel·lent a l'aigua–, com l'escollit per als filtres Clearpoint (Figura 4). La impregnació dels seus elements filtrantes evita que aquests s'inflin, de manera que el volum buit i la capacitat de filtració romanen intactes. D'aquesta forma s'aconsegueix minimitzar el diferencial de pressió. El disseny del material utilitzat per drenar també hauria d'incloure's dins de l'anàlisi de les propietats del filtre.

Els filtres convencionals utilitzen plàstics esponjosos, segurament per consideracions econòmiques. Però aquest material té clars desavantatges (alt cost de manteniment, desgast ràpid). Aquests costos anul·len ràpidament el benefici inicial d'un preu menor. En passar l'aire comprimit, el material de drenatge de plàstic esponjoso s'expandeix considerablement. Això produeix esquerdes que poden anul·lar l'eficàcia del filtrat. A més, les capes de drenatge de plàstic esponjoso ‘perden’ inevitablement partícules de silicona (i això podria crear un autèntic caos, per exemple, en una instal·lació de pintat a pressió).

Un altre problema és que el plàstic esponjoso es torna més flexible a mesura que la temperatura augmenta, per la qual cosa temperatures de funcionament per sobre dels 60 °C no són admissibles amb aquests materials. Aquests inconvenients no apareixen si s'utilitzen capes de drenatge elaborades amb feltre punzonado (Figura 5).

Aquest material és extremadament estable des del punt de vista tèrmic (fins a 120 °C), tolera altes tensions mecàniques, és químicament molt resistent i no conté silicona. Per al responsable d'una planta d'aire comprimit, el que un filtre inclogui aquest material de drenatge de feltre punzonado hauria de ser un criteri important a l'hora de valorar la seva qualitat. Però la veritat és que només uns pocs fabricadors de filtres ofereixen aquest tipus de material de forma estàndard, mentre que la resta de fabricants ofereixen aquest tipus de material de drenatge amb un sobreprecio sovint bastant elevat. Naturalment, tots els filtres de BekoTechnologies es fabriquen amb material de drenatge de feltre punzonado.

Beko

Beko Technologies GmbH, companyia fundada en 1982, és especialista en tots els aspectes del tractament de l'aire comprimit (tecnologia de condensat, distribució de l'aire comprimit, mesura i control, tecnologia de processos...) i continua ampliant la seva cartera de solucions en aquest camp mitjançant la innovació i la compra de societats afins.

En l'actualitat, Beko fabrica els seus equips a Alemanya, EUA i Índia. Compta amb 15 filials comercials pròpies a Europa, Amèrica i Àsia, a més d'una xarxa de socis distribuïdors en altres 31 països.