Salidas a la crisis energética

La salida de la crisis energética debe ir acompañada de las acciones necesarias en todos los potenciales puntos de ahorro. Esto requiere un gran compromiso y cooperación con empresas que ofrezcan soluciones que permitan mitigar los aumentos extremos de los costes del suministro de gas y electricidad, incluso a corto plazo.

En la búsqueda de posibles ahorros, siempre destaca el suministro de aire comprimido, indispensable para la industria, porque esta forma de energía se produce en las propias empresas por tanto, se puede influir directamente en sus costes.

Y como "la atención en las pequeñas cosas de la vida trae recompensas significativas" en el sentido más estricto de la palabra, se necesitan especialistas para los distintos niveles, desde la producción hasta el tratamiento y la distribución, pasando por la calidad requerida del aire comprimido en el punto de consumo. Por ejemplo, Donaldson, uno de los principales fabricantes de filtros, consiguió ahorrar 460.000 kWh de electricidad en el ejercicio fiscal 2021 mediante acciones específicas en el suministro de aire comprimido en sus plantas estadounidenses (fuente: Informe de sostenibilidad de Donaldson, ejercicio fiscal 2021). Tradicionalmente, los esfuerzos de ahorro se han centrado en los compresores de aire. Su consumo de electricidad es fácil de rastrear, y los avances tecnológicos en los compresores y sus controles parecen estar llegando a sus límites en cuanto a los principios de diseño significativos relacionados con la reducción de la demanda de electricidad.

Entonces, ¿por dónde empezar si se practica la generación de vanguardia, se registran digitalmente los datos e incluso se controlan con éxito las fugas en una red de aire comprimido bien diseñada (Fig. 1)?

Evitar las pérdidas de presión es una tarea permanente y uno de los puntos de ajuste más eficaces en el camino hacia una mayor eficiencia energética. Y la tecnología de filtración desempeña un papel decisivo en este sentido. Incluso una filtración mejorada del aire de admisión (Fig. 2) influye en los componentes filtrantes posteriores (Fig. 3) durante el proceso de compresión y, por tanto, también en la purificación del aire comprimido. Hasta que el portador de energía "aire comprimido" llega a los actuadores, a los elementos de mando neumáticos y, incluso hasta su cometido como aire de proceso, cabe suponer un mínimo de unos seis hasta varias decenas de filtros específicos según la aplicación. Y cada filtración supone una pérdida de presión, que se compensa con una mayor demanda energética de los compresores.

Por tanto, no hay que subestimar la influencia de la tecnología de filtración en las necesidades energéticas. En Donaldson durante una fase muy temprana de la investigación y el desarrollo reconocieron en que la interacción del rendimiento de la filtración y la presión diferencial puede diseñarse a través de la estructura del medio filtrante, de tal manera que se pueden conseguir considerables potenciales de ahorro de energía.

Los factores de éxito de la tecnología UltraPleat™...

La tecnología de filtración UltraPleat (Fig. 4) utiliza una nueva estructura de fibras recubiertas de alta tecnología, que se procesan en un medio filtrante plisado con alta eficacia de separación de partículas líquidas y gran capacidad de absorción de partículas sólidas. La estructura multicapa del nuevo medio filtrante se ha diseñado para proporcionar unas condiciones fluídicas óptimas y, al mismo tiempo, una superficie filtrante superior en más de un 400 % a la del medio filtrante bobinado.

Para la separación de aerosoles de aceite, se alcanza una eficiencia de ≥ 99,9 % según la norma ISO 12500-1:2007. Los datos de rendimiento de los filtros según las normas ISO 12500-1 e ISO 12500-3:2009 también han sido validados por un instituto independiente de investigación energética y medioambiental. El hecho de que haya sido posible alcanzar este alto rendimiento de filtración reduciendo al mismo tiempo la presión diferencial en un 50% adicional subraya el éxito del desarrollo de esta tecnología de filtración para aumentar la eficiencia energética y conservar los recursos (Fig. 5). Un sencillo ejemplo de cálculo muestra la gran ventaja económica de esta tecnología: Una presión diferencial sólo 300 mbar inferior durante 8.000 horas de funcionamiento ahorra unos 4.700 euros por filtro UltraPleat al año (7 bares de presión de red, 110 kW de potencia instalada del compresor, 0,18 euros/kWh).

...y carcasas para filtros con caudal optimizado y economizador

La alta eficacia de los innovadores elementos filtrantes se aprovecha al máximo en las carcasas de flujo optimizado para los filtros. Sin embargo, un requisito previo para ello es la supervisión continua de la presión diferencial durante toda la vida útil de los elementos filtrantes de coalescencia o de partículas. Deben sustituirse cuando los costes energéticos del aumento de la presión diferencial por el rendimiento de la filtración alcancen los costes de inversión de un nuevo elemento filtrante. La indicación del tiempo de sustitución más económico la proporciona en la versión estándar el economizador o el economizador (fig. 6), que mide continuamente la presión diferencial. El microprocesador integrado evalúa los datos medidos y compara el aumento de los costes energéticos debido a la pérdida de presión con los costes de un nuevo elemento filtrante. El tiempo de sustitución más económico calculado de este modo se indica mediante diodos luminosos y -si los requisitos de control digital y mantenimiento lo permiten- se transmite al sistema de control superior de la estación de aire comprimido.

Los grandes caudales requieren soluciones individuales

Para caudales de aire comprimido mayores, que requieren soluciones individuales con carcasas adaptadas a la aplicación (fig. 7), se plantea la cuestión de si los resultados de medición de la serie estándar DF-UltraPleat pueden "ampliarse". Wolfgang Bongartz, director de ingeniería de Donaldson en Haan, explica: "Desde que disponemos de bancos de pruebas para grandes capacidades de filtrado en institutos independientes, contamos con una base de datos fiable. La estructura de los filtros se ha optimizado para los distintos grados de filtración. Con la validación de los nuevos elementos según las normas ISO 12500-1 y 12500-3, se consigue una comparabilidad exhaustiva de los datos de rendimiento. Para el usuario, esto se traduce en una larga vida útil del elemento filtrante con una presión diferencial constantemente baja, el parámetro decisivo para el ahorro de energía".

Extrapolado a los muchos millones de filtros de aire comprimido utilizados en todo el mundo, se trata de un factor de reducción de la contaminación por CO2 que no debe subestimarse, y la "electricidad verde" tampoco sale gratis (Fig. 8).

Cómo consiguen los secadores un alto rendimiento ahorrando energía

Sólo una sofisticada tecnología de filtración puede lograr el secado necesario del aire comprimido hasta obtener incluso una filtración estéril en el punto de consumo. Los conceptos de tratamiento adaptados a la aplicación, que cumplen los requisitos de la norma ISO 8573-1:2010 con las clases de calidad 1-2:1-2:1-2 y 0, utilizan sistemas de secado equipados con filtros de ahorro energético UltraPleat (Fig. 9).

Para el uso económico de los secadores de adsorción, la selección del proceso de regeneración, teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento, tiene una importancia decisiva. Si se dispone de calor del compresor, puede utilizarse de forma económica para la regeneración en el denominado proceso de calor de compresión (HOC). La duración del ciclo es de 3,5 a 5,5 horas. Si se dispone de calor de proceso, es posible mejorar aún más el balance energético.

Para una alta calidad del aire comprimido en el punto de consumo

Si no se exige en todos los puntos de consumo una calidad de aire comprimido especialmente alta, correspondiente a las clases de calidad de aire comprimido según la norma ISO 8573-1:2010, el diseño del tratamiento centralizado y de la red de aire comprimido ha de ser él adecuado. A continuación, se pueden conseguir niveles de calidad especialmente altos de forma más económica en el punto de consumo utilizando el sistema de purificación Ultrapac™ Smart (Fig. 10). Hay disponibles diez tamaños con caudales nominales de 5 a 100 m³/h. El prefiltro UltraPleat™ integrado retiene las partículas sólidas y la materia en suspensión, así como los aerosoles líquidos (aceite/agua). La etapa de secado por adsorción adsorbe la humedad hasta un punto de rocío a presión de -70 °C, con una carga nominal del 70 % (estándar -40 °C). En la etapa final, las partículas sólidas restantes de hasta 0,01 μm se retienen en el posfiltro UltraPleat integrado.

Conclusión

En el camino hacia una producción climáticamente neutra, la filtración de aire comprimido y gases es un factor en el que se puede influir positivamente. Con medios filtrantes innovadores y carcasas de flujo optimizado para filtros, se pueden conseguir grandes potenciales de ahorro de energía. Sólo un filtro de última generación consigue que los costes energéticos pueden reducirse en unos 4.700 euros al año a un precio de la electricidad de 0,18 euros/kWh. La elevada demanda de aire comprimido afecta especialmente a la industria de procesos. Cientos de miles de filtros se utilizan en todo el mundo para generar la alta calidad de aire comprimido exigida por la norma ISO 8573-1:2010 con las clases de calidad 1-2:1-2, así como 0. - ¡Un factor notable para reducir la contaminación por CO2 !