Variadores de velocidad en compresores de tornillo, casi siempre un excelente aliado 1w176t
El aire comprimido es una de las principales fuentes de energa utilizada en la industria y tambin una de las ms caras. La tecnologa de variacin de velocidad en los compresores se ha desarrollado para reducir ese costo, pero son realmente rentables?
Los compresores de velocidad variable se utilizan en gran variedad de procesos y no solo en la industria manufacturera. La razn principal para utilizar esta tecnologa, en la que se vara el consumo energtico del motor en funcin de las necesidades del , est relacionada con el ahorro energtico.
Cada vez son ms las empresas motivadas a implementar este tipo de tecnologa, ya sea por la reduccin de la huella de carbono que se produce en la sala de compresores, por los ahorros energticos o por las subvenciones relacionadas con el uso de variadores. La pregunta es: realmente ahorran tanto como se piensa?
Ventajas de los compresores de velocidad variable
Como en todo proceso industrial, los equipos que lo componen estn sometidos a un continuo anlisis energtico. En este sentido, los compresores de velocidad variable presentan una serie de ventajas:
Ajuste del consumo de energa de acuerdo con la demanda. Habitualmente, los variadores de velocidad se montan en compresores de desplazamiento positivo como los de tornillo. Basados en los requerimientos de la demanda de aire comprimido, el motor del compresor girar a mayor o menor velocidad consumiendo una energa ms o menos proporcional al caudal entregado. En teora, cuando se tiene una demanda de aire comprimido baja se reduce a su vez el consumo de energa y, por el contrario, cuando la demanda se incrementa se produce un mayor consumo energtico. Todo esto se gestiona en una sola mquina.
Arranque en rampa. Los arranques suaves, que favorecen la vida til del motor y el nmero de arranques por hora. Como el variador permite que la rampa de arranque sea suave, la corriente se incrementa gradualmente y por lo tanto tambin la temperatura interna del motor. Al no estar sometido a altas variaciones de temperatura, se espera tener un motor con mayor confiabilidad y durabilidad.
Control de la presin de la sala. Como el compresor vara las revoluciones del motor, de acuerdo con la demanda de aire comprimido, se espera que la presin de la sala est alrededor de una banda de 0,3 bar, lo que redunda en beneficios para la planta y los s finales.
Variacin del caudal. La capacidad del compresor se adapta a la demanda, de manera que, en teora, es como si siempre hubiera un compresor del tamao que necesita la planta en cada momento.
Conocer su funcionamiento ahorra energa
En los compresores de velocidad variable se pueden encontrar algunos puntos no tan positivos, pero su conocimiento permitir saber dnde y cmo utilizarlos para aprovechar al mximo sus posibilidades en el ahorro energtico:
La curva de consumo especfico vs demanda es variable. Esto quiere decir que estos equipos no tienen el mismo consumo especfico en todos los valores de sus revoluciones.
Para apoyar este concepto, primero se analizar qu es el consumo especfico:
Cantidad de kW requeridos para producir 1 m3/min de aire comprimido
Esta definicin indica que cuanto ms alto sea este valor, el compresor ser menos eficiente y por el contrario, un valor reducido implica una eficiencia elevada.
Curva de un compresor hipottico A, segn la figura 1.
Figura 1. Curva de potencia especfica vs caudal de un compresor de velocidad variable
En este caso se puede observar cmo el consumo especfico es muy alto en dos momentos de la curva:
Cuando el compresor entrega poco caudal
Cuando est cerca de entregar el mximo
El compresor es realmente eficiente solo cuando el caudal producido est entre 7 y 12 m3/min, un rango muy reducido para las posibilidades mximas del caudal del compresor. En este caso, es posible que varios equipos de velocidad fija trabajando juntos sean ms eficientes que la solucin de un solo compresor con variador.
Alta dependencia en la calidad de la energa. Cuando en las instalaciones se tiene problemas con las puestas a tierra, existen subtensiones o sobretensiones que pueden generar a su vez importantes problemas en el bobinado del motor. Como consecuencia, el nivel de reparaciones es mayor y los costes derivados de las mismas se elevan considerablemente.
Inversin. El coste de inversin de los equipos de velocidad variable es ms alto que los equipos de velocidad fija. Adicionalmente, los costes de mantenimiento tienden a ser ms altos cuanto se tiene en cuenta el mantenimiento requerido por el variador de velocidad.
Equipo de reserva. Es habitual que solo se utilice un solo compresor de velocidad variable para abastecer a la planta debido al concepto de entrega y consumo proporcional a la demanda. Esto obliga a tener otro compresor del mismo tamao como equipo de respaldo o en el peor de los casos, a depender de un solo compresor cuando no se cuenta con el presupuesto suficiente para un equipo de apoyo.
Control gap. Cuando se tienen dos compresores iguales, uno de ellos con variador de velocidad y otro de velocidad fija, existe un rango en la demanda que no es posible controlar de manera eficiente y sostenible para los compresores, el llamado agujero de regulacin o control gap.
Agujero de regulacin o control gap
Para estudiar el trmino agujero de regulacin o control gap es importante tener en cuenta que los compresores de velocidad variable no trabajan del 0% al 100% de sus revoluciones. Estos equipos tienen un rgimen mnimo de trabajo y, por lo tanto, un caudal mnimo de entrega. Debido a esta caracterstica, existe un intervalo de la demanda que no es abastecido eficientemente por los compresores que se tienen disponibles y que es lo que se conoce como agujero de regulacin o control gap.
Hay que tener precaucin y entender que no es una falta de capacidad de los compresores para abastecer la planta, sino que, en un agujero de regulacin, los compresores pueden tener capacidad suficiente, pero no trabajarn correctamente.
A continuacin, se expone un ejemplo de la vida cotidiana para luego ir a uno ms prctico en un sistema de aire comprimido. Imaginemos una pequea tienda de confituras y dos opciones para llevar los productos a los clientes: una bicicleta o un camin.
En el primer caso, la bicicleta es un vehculo muy pequeo que no permite transportar de manera segura la mercanca. El segundo vehculo es muy grande, lo que representa un alto consumo de combustible para llevar pequeas cajas de un lugar a otro. En resumen, no se dispone del vehculo con el tamao adecuado para las necesidades y que sea eficiente.
Es obvio que el camin podra servir, pero puede que las ganancias en la venta de confitura se pierdan a la hora de pagar el combustible disel del camin. La solucin en este caso sera disponer de un vehculo del tamao adecuado a las necesidades.
Imaginemos ahora un sistema de aire comprimido con un compresor de 10 m3/min de velocidad fija y un compresor de 10 m3/min de velocidad variable.
Como se mencion anteriormente, los compresores de velocidad variable no llegan a 0 m3/min (ver figura 2), por lo que para este ejemplo se considerar un caudal mnimo de 2 m3/min. Vale la pena decir que estos valores son totalmente razonables en la vida real.
Con estos datos se analizan las siguientes grficas:
El problema surge cuando se tiene que establecer una demanda que se encuentra entre los 10 y 12 m3/min. Para este anlisis se supone un caudal de 11 m3/min.
En la figura se puede observar que el compresor con variador no es capaz de abastecer la demanda requerida trabajando solo, incluso a mximas revoluciones (I). Justo en ese momento, el compresor de velocidad fija entra en carga (II), de manera que entre los dos compresores se entregan 20 m3/min, que es demasiado para lo que necesita la planta, que son 11 m3/min. Al ser muy grande el caudal aportado a la red, la presin se incrementa y el variador de velocidad desacelera hasta sus mnimas revoluciones (III), es decir, el caudal se reduce hasta los 12 m3/min. Pero dado que la demanda es de 11 m3/min, la presin seguir subiendo hasta que el equipo de velocidad fija pase a vaco, justo cuanto el variador est en mnimas revoluciones (IV).
Como la capacidad del variador no es suficiente, este acelerar a lo mximo posible (I) y todo volver a comenzar. Como se puede ver, el agujero de regulacin es un juego sin fin y solo terminar cuando la demanda sea mayor a los 12m3/min o menor que 10 m3/min.
El resultado errtico de este tipo de operacin es:
Aumento del nmero de horas de trabajo de los compresores, lo que incrementa los intervalos de mantenimiento.
Altos costes energticos por la operacin itinerante del equipo de velocidad fija.
Desgaste acelerado en los equipos por fluctuaciones en su operacin, principalmente en el equipo de velocidad fija.
Presin inestable en el sistema de aire comprimido.
Como se puede observar, el efecto conseguido es todo lo contrario a lo que se espera cuando se tiene un compresor de velocidad variable.
La solucin para resolver un agujero de regulacin est en disear los compresores del tamao adecuado, tratando de evitar que el compresor de velocidad variable sea de la misma capacidad o menor que el compresor de velocidad fija.
Los equipos de velocidad variable ofrecen grandes ventajas desde el punto de vista energtico, siempre que se dimensionen correctamente de acuerdo con las necesidades de cada planta. Un compresor provisto con este tipo de tecnologa operando a bajas revoluciones ofrece un consumo energtico alto, y reduce la confiabilidad y disponibilidad del aire comprimido en la planta.
Viernes, 23 de mayo de 2025 
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