Generación de entropía asociada con un procesode transferencia de calorIdentificar el punto de generación de entropía nos permite determinar si un proceso es internamente reversible

Reducción del costo del aire comprimidoA continuación se describen algunos procedimientos para reducir el costo de aire comprimido en las instalaciones industriales y cuantificar la energía y el ahorro en los costos asociados con ellos. Una vez que se determina la potencia desperdiciada del compresor, la energía anual (normalmente electricidad) y el ahorro en los costos pueden determinarse a partir de

Ahorros de energía = (potencia ahorrada)/(horas de operación)/ɳmotor

Ahorros de costos = (ahorros de energía)*(costo unitario de energía)

donde ɳmotor es la eficiencia del motor que impulsa el compresor y la unidad producida de energía es comúnmente denominada en dólares por kilowatt-hora (1 kWh =3 600 kJ).

1. Reparación de las fugas en las líneas de aire comprimido

Las fugas de aire son la mayor causa de pérdida de energía en instalaciones industriales asociadas con sistemas de aire comprimido. En general, las fugas de aire ocurren en juntas, conexiones con bridas, codos, reductores, expansiones súbitas, sistemas de válvulas, filtros, mangueras, válvulas de no retorno, válvulas de alivio, extensiones y equipos conectados a las líneas de aire comprimido

La tasa de fuga de aire se puede determinar utilizando la ecuación de estado de gas ideal. La cantidad de energía mecánica desperdiciada al escapar una unidad de masa a través de las fugas de aire es equivalente a la cantidad real de energía que se requiere para comprimirlo, lo cual se determina con la ecuación

donde n es el exponente politrópico de compresión (n =1.4 cuando la compresión es isentrópica y 1 < n <

1.4 cuando hay interenfriamiento) y ɳcomp es la eficiencia del compresor, cuyo valor normalmente está entre 0.7 y 0.9.

Entonces la tasa de flujo másico de aire a través de una fuga con área mínima transversal A se vuelve

donde k es la relación de calores específicos (k =1.4 para el aire) y Cdescarga es un coeficiente de descarga (o pérdida) que incluye las imperfecciones del flujo en el sitio de la fuga. Su valor va de aproximadamente 0.60 para un orificio con bordes afilados, hasta 0.97 para uno circular con bordes bien redondeados. Los sitios de fuga de aire son imperfectos en su forma, por lo tanto el coeficiente de descarga puede tomarse como 0.65 en la ausencia de datos reales. También, Tlínea y Plínea son la temperatura y presión en la línea de aire comprimido, respectivamente.

Una vez que ṁaire y wcomp,entrada están disponibles, la potencia desperdiciada por el aire comprimido (o la potencia ahorrada al reparar la fuga) es determinada a partir de

2 Instalación de motores de alta eficiencia

potencia de salida especificada es inversamente proporcional a su eficiencia. Los motores eléctricos no pueden convertir completamente la energía eléctrica que consumen en energía mecánica y la tasa de la potencia mecánica suministrada a la potencia eléctrica consumida durante la operación se llama la eficiencia del motor, ɳmotor. Por consiguiente, la potencia eléctrica consumida por el motor y la potencia mecánica (la flecha) suministrada al compresor están relacionadas por

La potencia eléctrica ahorrada gracias a que se ha remplazado el motor estándar con eficiencia ɳestándar por otro de alta eficiencia con eficiencia ɳeficiente, se determinadonde la potencia nominal

es la del motor indicado en su placa (la potencia que el motor entrega a carga plena) y el factor de carga es la fracción de la potencia nominal a la que el motor normalmente opera.

La potencia eléctrica ahorrada gracias a que se ha remplazado el motor estándar con eficiencia ɳestándar por otro de alta eficiencia con eficiencia ɳeficiente, se determina

donde la potencia nominal es la del motor indicado en su placa (la potencia que el motor entrega a carga plena) y el factor de carga es la fracción de la potencia nominal a la que el motor normalmente opera.

Entonces, los ahorros de energía anuales resultantes de remplazar un motor tipo estándar por otro de alta eficiencia son

3. Uso de aire externo para la succión del compresorSe señaló anteriormente que la potencia consumida por un compresor es proporcional al volumen específico, el cual es a su vez proporcional a la temperatura absoluta del gas a una presión dada. Que el trabajo del compresor es directamente proporcional a la temperatura de entrada del aire; en consecuencia, a temperatura más baja en la entrada de aire, menor es el trabajo del compresor. Entonces el factor de reducción de potencia que es la fracción de potencia del compresor reducida como resultado de tomar el aire de succión del exterior, se convierte en

donde Tinterior y Texterior son las temperaturas absolutas (K o R) del ambiente, dentro y fuera de la instalación, respectivamente

4. Reducción del valor de la presión del aireLa cantidad de energía requerida para comprimir una unidad de masa de aire se determina a partir de la ecuación

,de la que se observa que mientras más alta sea la presión P2, a la salida del compresor, más grande es el trabajo requerido para la compresión. Al reducir la presión de salida del compresor a P2 reducida, se disminuirá la potencia de entrada requerida por el compresor en un factor de