Una Tecnología de Filtración que Ahorra Energía

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, durante el ejercicio 2021 nosotros ejecutamos ocho proyectos de mejoras en líneas de aire comprimido en nuestras plantas de producción, con lo que conseguimos a una reducción de aproximadamente 460.000 kWh anuales de electricidad y 250 tCO2e anuales (fuente: Informe de sostenibilidad de Donaldson, ejercicio 2021). Tradicionalmente, los esfuerzos de ahorro se han centrado en los compresores de aire comprimido. Su consumo de electricidad es fácil de medir y el desarrollo tecnológico de los compresores y su control parece haber alcanzado sus límites en cuanto a los principios de diseño pertinentes para reducir la demanda de electricidad.

Entonces, ¿por dónde empezar cuando se practica la generación de vanguardia, se registran digitalmente los datos y también se lucha con éxito contra 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 optimizada del aire de admisión (fig. 2) influye en los posteriores componentes filtrantes (fig. 3) durante el proceso de compresión y, por tanto, también en el tratamiento 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.

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 una alta eficacia de separación de partículas líquidas y una gran capacidad de absorción de partículas sólidas. La estructura multicapa del nuevo medio filtrante se diseñó de forma que se obtuvieran unas condiciones óptimas al paso del fluido y, al mismo tiempo, se dispusiera de una superficie filtrante más de un 400% mayor en comparación con los medios filtrantes enrollados.

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 este alto rendimiento de filtración pudiera lograrse reduciendo simultáneamente la presión diferencial en un 50 % adicional subraya el éxito del desarrollo de esta tecnología de filtración para aumentar la eficiencia energética y ahorrar recursos (fig. 5). Un sencillo ejemplo de cálculo muestra la gran ventaja económica de esta tecnología: una presión diferencial inferior a sólo 300 mbar 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).

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. El indicador más económico del punto óptimo de sustitución la proporciona en la versión estándar el econometer 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. De este modo el tiempo de sustitución más económico calculado se indica mediante diodos luminosos y -si el control digital y los requisitos de mantenimiento lo permiten- se transmite al controlador superior de la estación de aire comprimido.

Para caudales de aire comprimido mayores, que requieren de 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 significa: larga vida útil de los elementos 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. – Ya que las fuentes de energía renovables tampoco salen gratis (fig. 8).

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, con los que se cumplen las especificaciones de la norma ISO 8573-1:2010 con las clases de calidad 1-2:1-2:1-2 así como 0, utilizan sistemas de secado equipados con filtros de ahorro energético UltraPleat™ (fig. 9).

Para el uso económico de los secadores de adsorción, la elección del proceso de regeneración tiene una importancia decisiva, teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento. 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.

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. Se pueden conseguir niveles de calidad especialmente altos de forma más económica en el punto de consumo utilizando el sistema de tratamiento 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 el último paso, las partículas sólidas restantes de hasta 0,01 μm se retienen en el posfiltro UltraPleat™ integrado.