Evaluación del uso de energía, las fugas y el costo del ciclo de vida del aire comprimido para manipuladores industriales neumáticos

00 Resumen ejecutivo

Los manipuladores industriales neumáticos utilizan aire comprimido para el equilibrio de carga, elevación, sujeción, giro, liberación del freno y generación de vacío. El consumo de aire por dispositivo, las fugas durante las paradas de producción, las pérdidas de presión por sección y el retorno de la inversión deben calcularse a partir de los datos medidos. La potencia de la placa de identificación del compresor y la presión de entrada no pueden reemplazar estos resultados. ISO 11011:2013 divide el sistema en subsistemas de suministro, transmisión y demanda y pide la evaluación a través de la recopilación de datos, análisis y un informe escrito [ 1 ]. En consecuencia, este método alinea los contadores de electricidad, el flujo total, el flujo de rama, la presión dinámica y los conteos de producción en una base de tiempo común.

El volumen de aire libre utiliza la atmósfera de referencia de la norma ISO 8778:2003: 20 ℃, 100 kPa de presión absoluta y 65%de humedad relativa, expresada en m³(ANR)[8]. Los datos del medidor que utilizan otras condiciones de referencia deben convertirse antes de la agregación.
La potencia específica media concurrente del lado de la fuente SP_sys Se utiliza para asignar el consumo de electricidad. El ahorro real de electricidad y los beneficios financieros utilizan solo un modelo de flujo de potencia marginal con intervalos de carga emparejados, o valores medidos antes y después normalizados para toda la estación de compresores. En el lado de la demanda, la integración de flujo separa el aire de producción de la fuga; en el lado de transmisión, las formas de onda de presión sincronizadas se evalúan muestra por muestra para la acción de flujo máximo y la acción con la presión de entrada más baja. ISO 1217:2009 define la aplicabilidad del flujo del compresor y los datos de aceptación de potencia [4], mientras que la serie ISO 6358 cubre las características de flujo en estado estacionario y los cálculos de capacidad de flujo del sistema dentro de su ámbito declarado [5][6][7]. Ninguna de las dos sustituye las mediciones simultáneas del sitio.

Principales conclusiones

• Los cálculos del consumo de energía utilizarán el volumen de aire libre en un estado de referencia común. Si se mezclan la presión manómetra, la presión absoluta, el volumen en condiciones reales y m³(ANR), el informe falla la puerta de calidad de datos.
• Clasificar por el límite superior conservador R_leak,U de la proporción anual del volumen de fugas de la rama: ≤ 5% es Grado A; > 5% y ≤ 10% es Grado B; ambos pasan; > 10%. Los porcentajes de fugas en EE.UU. La información del Departamento de Energía utiliza la capacidad del compresor o el suministro de aire del sistema como el límite de contabilidad [ 9 ], que difiere del denominador de este informe del volumen anual de la rama para una máquina. Los dos porcentajes no se convertirán directamente. Este informe fija 10% como el límite superior de la liberación del proyecto.
• El criterio de presión pasa solo cuando el límite superior conservador de la pérdida de presión total desde la descarga del compresor-paquete a la entrada del actuador crítico no es mayor que 10% y el límite inferior conservador de la presión de entrada dinámica mínima cumple con el mínimo de diseño. El fracaso de cualquiera de las condiciones significa que el criterio de presión falla [ 9 ].
• Para una máquina, utilice m³(ANR) por 1,000 ciclos y kWh asignados por 1,000 ciclos como métricas de eficiencia energética, e informe por separado el uso de aire de producción, el uso de aire de fuga y el uso de aire de retención de presión inactivo. El consumo de electricidad asignado no es evidencia de ahorros reales de electricidad.
• La liberación general utiliza una regla de rechazo de uno de cada seis que cubre datos, fugas, presión, eficiencia energética, economía y seguridad funcional. Las fugas, la presión, la eficiencia energética y los criterios económicos se evalúan en límites de incertidumbre expandidos en la dirección desfavorable. El proyecto pasa solo cuando los seis criterios pasan.

01Alcance, límites del sistema y terminología

La evaluación cubre el manipulador, las herramientas finales, los generadores de vacío, el almacenamiento de aire local, los conjuntos de filtros reguladores, las mangueras y la rama de equipos. El límite de medición se divide en oferta, transmisión y demanda. El suministro incluye electricidad para compresores, refrigeración, secado, filtración y auxiliares. La transmisión incluye redes, redes de anillo, ramas y conexiones terminales. La demanda se extiende desde la válvula de aislamiento de la rama de equipo hasta actuadores, generadores de vacío y salidas de soplado de proceso. ISO 4414:2010 y GB/T 7932-2017 especifican reglas generales y requisitos de seguridad para sistemas neumáticos y componentes en maquinaria [ 2 ][ 3 ]. Ningún reacondicionamiento de eficiencia puede debilitar la protección contra pérdida de presión, descarga de energía residual, aislamiento, limitación de presión, retención de agarre o prevención de liberación involuntaria.

Se define un “ciclo” desde la autorización de recogida de piezas hasta la liberación completa y el retorno al estado inicial para la siguiente recogida. Cuente los ciclos de reprocesamiento, sin carga y puesta en marcha por separado; no los incluya en los ciclos de producción conformes. Siempre que la rama del equipo permanezca presurizada durante la producción, el cambio, los descansos o los períodos fuera de turno, incluya todo ese tiempo en horas presurizadas.

Los estados operativos son mutuamente excluyentes, con cada muestra asignada a un código solamente: P producción aceptada, R reprocesamiento, S puesta en marcha o ciclo vacío, C cambio, I inactivo y presurizado, F fallado y presurizado, y D despresurizado. Si los códigos de estado del controlador no están disponibles, reconstruya el estado utilizando las cuatro fuentes: señales de permiso de ciclo, alarmas de equipo, retroalimentación de válvula de aislamiento de rama y registros de cambio. Si falta algún origen, el informe de estado resuelto falla el criterio de datos.
P es el uso de aire de producción; R/S/C/I/F se informan por separado. El flujo no cero en el estado D se trata como una anomalía de fuga interna de compensación cero o válvula de aislamiento. Esta clasificación distingue el aire de producción, el consumo no productivo y el aire utilizado para el mantenimiento seguro de la presión. Las fugas fuera de turno no deben incluirse en la eficiencia de la acción individual.

02 Arquitectura de medición y criterios de calidad de datos

Coloque los medidores a lo largo del flujo de energía: el medidor de electricidad principal registra la entrada de energía del sistema de suministro, el medidor de flujo total registra los m³(ANR)que ingresan al sistema de distribución, el medidor de rama de equipo registra el uso total de aire manipulador, y el controlador registra ciclos, modelos, estados y alarmas. Los cuatro canales de presión sincronizados se fijan como sigue: P0 abajo de la válvula de retención de descarga del compresor y arriba del primer componente de tratamiento de aire; P1 en la entrada principal aguas abajo de todos los equipos de tratamiento de aire; P2 en el extremo principal y aguas arriba de la válvula de aislamiento de la rama del equipo; y P3 En la entrada del actuador crítico. Si varios componentes tienen requisitos de presión críticos, reubique P3 Y probar cada uno de forma independiente; cada ubicación debe pasar. El uso total de electricidad y el flujo total de aire libre para compresores paralelos deben sumarse en la misma ventana de tiempo.

Este método limita la incertidumbre expandida relativa a 5% para el flujo de rama, 2% para la energía eléctrica, y 2% para la presión. El presupuesto debe incluir calibración, repetibilidad, conversión de estado de referencia, cronometraje, clasificación de estado y extrapolación anual; la precisión de la placa de identificación del instrumento por sí sola es insuficiente. Si se supera un límite, la comparación de eficiencia energética no puede proceder a la evaluación económica. Utilice los mismos pesos de mezcla de productos, definición de ciclo de conformidad y horas anuales de presurización antes y después de la readaptación. Si la mezcla de productos cambia, normalice ambos períodos utilizando los pesos congelados en lugar de comparar sus totales no ajustados.

Antes de la evaluación, congele los pesos del producto w_j utilizando el plan de producción anual formalmente aprobado de la compañía. Si no existe un plan anual, utilice las cuotas de ciclos conformes para cada modelo durante 7 días de base consecutivos. Cada modelo ponderado completará al menos 30 ciclos de conformidad tanto durante la línea de base como después de la adaptación; de lo contrario, el criterio de datos fallará. Calcule la intensidad normalizada de uso del aire utilizando la siguiente ecuación, con el mismo w_j antes y después y Σw_j=1 :

El error del reloj entre el flujo de la rama y el estado del ciclo será ≤ 100 ms, y el error del reloj entre la energía eléctrica y el flujo total de la fuente será ≤ 1 s. Los cuatro canales de presión utilizan la misma adquisición de datos con un límite superior de muestra 1 de sesgo de canal. No interpole las muestras faltantes. El criterio de datos falla inmediatamente si la tasa total faltante excede 5%, un segmento faltante cubre una acción máxima, o cualquier muestra falta durante una prueba de fuga. Informe la incertidumbre ampliada del instrumento con el factor de cobertura k=2. Las incertidumbres estándar de la utilización anual del aire en los dos períodos son u_base=U_base/2 y u_after=U_after/2, con un coeficiente de correlación ρ :

U_base y U_after son incertidumbres absolutas expandidas del uso anual de aire en los dos períodos. Utilice el ρ registrado solo cuando la evidencia escrita establece la independencia de la cadena de calibración, los instrumentos, el muestreo y los errores de conversión. Si falta alguna evidencia, utilice el límite superior conservador fijo U_ΔV=U_base+U_after. Los ahorros de aire se establecen solo cuando ΔV_L>0 ; igualdad a cero también falla. Todas las puertas duras derivadas usan los siguientes límites de dirección desfavorable:

Un denominador no positivo falla el criterio de datos. La eficiencia energética requiere tanto η_air,L≥5% y ΔV_L>0; la fuga requiere R_leak,U≤10%. Las ecuaciones vinculadas a la presión y a la incertidumbre económica aparecen en los capítulos 06 y 08 respectivamente.

03 Línea base de aire comprimido y métricas de eficiencia energética

Utilice la potencia específica promedio del sistema medido simultáneamente solo para calcular la métrica de consumo de energía asignada:

E_sys debe incluir la electricidad consumida por los motores principales, ventiladores de refrigeración, secadores, drenajes y auxiliares de control dentro del límite de evaluación. V_supply es el m³(ANR) entregado a la red durante el mismo período. La potencia nominal por sí sola omite la carga parcial, la operación sin carga y las pérdidas auxiliares. ISO 1217:2009 Los datos de flujo y aceptación de potencia para compresores de desplazamiento pueden ser utilizados para verificar el punto de operación nominal, pero no pueden reemplazar la potencia específica anual específica del sitio [ 4 ]. Los E_device,alloc y I_e,alloc resultantes son solo para asignación de costos y no representan el ahorro real de electricidad de la estación de compresores.

El ahorro real de electricidad utiliza un modelo marginal de potencia frente a flujo dentro del mismo contenedor de carga. Ponga los promedios sincronizados mínimos de 1 del flujo total de la estación y de la potencia activa total en la bandeja de carga b. Cada contenedor utilizado contendrá al menos muestras completas 30 tanto en la línea de base como después de la adaptación; su rango de caudal muestreado cubrirá los caudales previos y posteriores a la adaptación en ese contenedor; y la secuencia de arranque/parada del compresor, el modo de control, el ajuste de la presión de suministro y la combinación de operación de tratamiento de aire serán los mismos. En cada contenedor, ajuste la potencia activa medida versus el flujo de aire libre por los mínimos cuadrados como P_b=α_b+m_bq_b y defina SP_marg,b=m_b/60. Debido a que m_b está en kW/[m³/min(ANR)], SP_marg,b está en kWh/m³(ANR). Incertidumbre ampliada U_SP,b incluye contribuciones de la pendiente de regresión, el medidor de electricidad y el medidor de flujo total:

El modelo interno es inválido si un contenedor de carga tiene muestras insuficientes, el flujo posterior a la readaptación está fuera del rango medido, la secuencia del compresor o el modo de control cambia, m_b≤0, o U_SP,b/SP_marg,b>10%. Como alternativa, normalice las mediciones de toda la estación por el estrato de condición de funcionamiento g, definido por la mezcla de producto, la secuencia del compresor, el modo de control, la temperatura de entrada del compresor en las bandas 5 ℃, y el ajuste de la presión de suministro en las bandas 0.02 MPa. Cada estrato requiere al menos 30 muestras completas 1 de potencia activa mínima antes y después de la adaptación y las mismas horas anuales aprobadas H_g :

Utilice ΔE_full,L en lugar de ΔE_actual,L para los cálculos económicos. Si ni el modelo marginal interno ni las mediciones normalizadas de toda la estación satisfacen los requisitos de datos de esta sección, el criterio económico falla.

Informe la intensidad del aire de producción I_prod, la intensidad del aire de fuga I_leak, la intensidad total del aire I_air y la intensidad de electricidad asignada I_e,alloc juntos. Una reducción en el uso total de aire acompañada solo por menos ciclos no demuestra una eficiencia mejorada. Compare la intensidad total del aire antes y después de la readaptación, utilizando la tasa de reducción definida a continuación:

El criterio de eficiencia energética requiere la estimación puntual η_air≥5%, el límite inferior conservador η_air,L≥5%, y, utilizando el factor de cobertura k=2, un límite inferior de ahorro de aire ΔV_L>0. El fracaso de cualquier condición significa que el criterio falla. Informe la diferencia bruta, la incertidumbre expandida y el límite inferior conservador, así como el porcentaje.

04 Consumo de aire efectivo del manipulador industrial neumático

La integración directa por el medidor de flujo de la rama del equipo produce el resultado medido oficial:

La variable de integración dt está en min. b(t) es el intervalo de presión de entrada del equipo en el momento t, con un ancho de tanque fijo de 0.02 MPa ; k(t) es la combinación de posición de válvula de estado estacionario mapeada desde las salidas del PLC. q_leak,s,b,k es la línea base de fuga medida en la Sección 05.1 para el mismo estado, intervalo de presión y combinación de posición de válvula. Cada combinación s-b-k observada requiere una línea base; si falta alguna, el informe del componente falla. V_total es la integral total del medidor de flujo de rama. V_prod y V_R/V_S/V_C/V_I/V_F son componentes funcionales después de restar la línea base de fuga concurrente. Dentro de la ventana de evaluación 7 -day, el error total de cierre |V_total-(V_prod+V_R+V_S+V_C+V_I+V_F+V_leak)|/V_total debe ser ≤ 2% ; si excede 2%, el informe del componente falla. Si q_ANR<q_leak,s,b,k en cualquier muestra, no trunque el resultado para forzar el cierre. Primero vuelva a probar la línea base de fuga para esa combinación; si la condición permanece, el criterio de datos falla. El retrabajo R y los ciclos de puesta en marcha o sin carga S ingresan el uso de aire de producción total pero no conforme.

La cantidad teórica de aire libre para un cilindro de doble efecto se utiliza solo para comprobar el orden de magnitud del caudal medido. Deje que A_b sea el área del agujero, A_r el área de la barra del pistón, y L carrera. Con las presiones absolutas de suministro p_1,abs y p_2,abs para la extensión y retracción, respectivamente, y las temperaturas de suministro T_1 y T_2, la cantidad teórica para un ciclo alternativo completo es:

Aquí, p_abs = p_gauge + p_atm. Al comprobar los volúmenes teóricos, incluya por separado los volúmenes muertos, el llenado y la ventilación de la manguera, la amortiguación, los pilotos del colector de válvulas, los frenos, las herramientas y los generadores de vacío. Los circuitos de equilibrio neumático no necesariamente llenan y agotan su volumen completo cada ciclo, por lo que los cálculos formales deben usar flujo integrado. Integre el consumo del generador de vacío sobre el tiempo real de funcionamiento. El soplado continuo, el escape abierto por error y la retención de vacío durante el tiempo de inactividad pertenecen a V_I y no deben contarse como trabajo productivo.

Agrupe datos de equipos de modelos mixtos por estado de funcionamiento y modelo de producto. La ventana de integración de cada ciclo comienza en el borde ascendente de permiso de recogida y termina en el borde ascendente confirmando el estado inicial para el siguiente ciclo. Asignar tiempo presurizado sin una señal de confirmación de ciclo a I en lugar de ciclos adyacentes. Utilice el flujo medio en el estado D sobre 60 segundos consecutivos como el cheque cero diario. Si su valor absoluto excede 0.5% del medidor de escala completa, los datos de flujo de rama de ese día fallan. Mantenga la secuencia original de 1, los resultados por ciclo y los totales diarios; las diferencias acumulativas de volumen entre estos niveles no deben exceder 0.5%.

ISO 6358-1:2013 con sus enmiendas 2020 y 2026, y ISO 6358-2:2019 con su enmienda 2026, se utilizan para probar las características de flujo de componentes de trayectoria de flujo fijo o variable dentro de sus ámbitos declarados [ 5 ][ 6 ]. ISO 6358-3:2014 utiliza características conocidas de componentes y tuberías para calcular la capacidad de flujo del sistema en estado estacionario [ 7 ]. No aplique ecuaciones fuera del alcance de la parte aplicable a cilindros, recipientes de aire, dispositivos de control con presión de agrietamiento, válvulas de escape rápido o reguladores pilotados internamente. Para un regulador, utilice la curva de presión-flujo del fabricante que cubre la presión establecida del proyecto y los rangos reales de presión ascendente, presión descendente y flujo. Si esa curva no está disponible, utilice mediciones sincronizadas de presión arriba, presión abajo y flujo; no sustituya un cálculo ISO 6358.

05 Medición, conversión y clasificación de fugas

05.1 Método del medidor de flujo másico de rama

El método primario para el valor de liberación de fugas del equipo utiliza un medidor de flujo másico de rama. Para cada estado s, 0.02 MPa intervalo de presión b, y combinación de válvula-posición de estado estacionario k que ocurre en el Capítulo 04, reproduzca esa combinación en modo de prueba; retire la pieza de trabajo y la carga suspendida; bloquee mecánicamente el movimiento; apague el soplado, el generador de vacío y los comandos del actuador; y registre continuamente por 30 min. Las funciones de seguridad que requieren aire continuo para el control de riesgos se medirán en una rama independiente y se clasificarán como uso de aire funcional, no como fugas. Si el uso del aire de la seguridad-función no se puede separar de la salida, los datos para esa combinación de s-b-k fallan.

Tome muestras de cada combinación a intervalos no mayores que 1 s, mantenga la presión de entrada dentro de ± 0.01 MPa del centro de la bandeja y logre al menos 95% cobertura de datos válidos. Cualquier actuador o comando de uso de aire intencional invalida la prueba. Tome q_leak,s,b,k como la media de muestras válidas para esa combinación. Incluya la calibración del medidor de flujo, repetibilidad, conversión de estado de referencia, desplazamiento cero y estabilidad de presión en incertidumbre ampliada U_q,s,b,k. Mida las fugas de base y posteriores a la renovación por separado; no reutilice el valor de un período en el otro.

Cuando el medidor de flujo másico comunique directamente el estado de referencia ISO 8778, registrar su configuración de humedad relativa 20 °C, 100 kPa absoluta y 65%. Cuando el instrumento comunique el caudal volumétrico en condiciones reales q_op, conviértelo utilizando el factor de compresibilidad Z del certificado de calibración:

Adquiere p_op,abs y T_op con la misma marca de tiempo que el flujo. Si el registro carece de presión absoluta, temperatura absoluta, factor de compresibilidad o configuración de humedad, los datos de esa bandeja fallarán. La fuga de puerto cruzado de la válvula, los drenajes de consumo de aire no cero y el aire utilizado por las líneas de impulso del instrumento se incluyen dentro del límite de fuga.

05.2 Comprobación cruzada de presión-decaimiento de apagado

Utilice el método de caída de presión solo cuando se cumplan todas las siguientes condiciones: la pieza de trabajo y la carga suspendida se han eliminado; las piezas mecánicas están bloqueadas; el aire comprimido está bloqueado y etiquetado; el circuito de retención de seguridad está aislado físicamente de la sección de prueba; el P&ID controlado, la lista de segmentos de tubería, la lista de receptores de aire y la lista de componentes proporcionan una cobertura 100% artículo por artículo del volumen aislado; y el permiso de prueba está firmado por los propietarios del equipo y la seguridad. No inicie una prueba de caída de presión si falta alguna condición.

Después de que el sistema alcance la presión manómetra de funcionamiento p_1,g registrada en la receta controlada, aísle el suministro de aire. Fije el punto final en p_2,g=0.50p_1,g e interpole linealmente el tiempo de cruce t de la serie de tiempo de presión. El factor DOE 1.25 se aplica solo a este punto final de media presión y corrige la fuga media durante la descomposición a la presión inicial del sistema [ 9 ][ 11 ]. Calcular utilizando temperaturas absolutas del punto final:

Utilice m³ para V_sys; utilice la misma unidad de presión para p_1,abs, p_2,abs, y p_ANR=100 kPa(abs); utilice K para T_1, T_2, y T_ANR=293.15 K; take Z_1, Z_2, y Z_ANR de certificados de calibración o tablas de propiedades controladas; y utilice min para t. El resultado es inválido si |T_2-T_1|>2 K, falta cualquier factor de compresibilidad, cualquier elemento de volumen carece de dimensiones controladas, la presión mínima del terminal alcanza el límite inferior del diseño del circuito de seguridad o la curva de presión no cruza el punto exacto de media presión. Calcular la diferencia relativa entre las dos pruebas como |q_1-q_2|/[(q_1+q_2)/2] y utilice la media aritmética solo cuando no sea mayor al 10%.

Si el resultado de la caída de presión difiere en más de 10% del resultado del medidor de flujo másico en el mismo contenedor de presión inicial, los datos de fuga fallarán. Esta comprobación cruzada no reemplaza las mediciones de estado-presión-depósito-posición de la válvula en la sección 05.1 ni proporciona directamente el volumen anual de fuga.

05.3 Método de cribado de carga/descarga del compresor

Publicar el tiempo medio cargado T_on y el tiempo descargado T_off solo cuando un compresor de velocidad fija suministra el sistema de forma independiente bajo control de carga/descarga, todo el uso de aire sin fugas está aislado, la salida cargada es igual al flujo controlado de carga completa y la salida descargada es cero. Para los ciclos 10, las presiones de conmutación cargadas y descargadas deben permanecer dentro del ± 1% de sus respectivos medios de ciclo 10. Calcular la fuga como proporción de la capacidad del compresor utilizando el método DOE [ 9 ]:

No publique la proporción correspondiente si no se cumple alguno de los requisitos previos del método de carga/descarga. Ese método analiza la fuga total del sistema de suministro; los dispositivos individuales se miden según la Sección 05.1. Los dos métodos utilizan diferentes límites y denominadores del sistema, por lo que sus porcentajes no deben promediarse directamente.

05.4 Fuga de la rama del equipo

V_device,year es el aire anual suministrado a la misma rama en todos los estados presurizados, incluidos los estados de producción, reprocesamiento, puesta en marcha, cambio, inactividad, fallo y fuga. No agregue la fuga de nuevo a V_device,year cuando ese total ya ha sido integrado por el medidor de flujo de la rama. Agregue V_leak,year a los componentes funcionales solo cuando esté estimando el total anual del modelo de componentes. Release utiliza R_leak,U como se define en el Capítulo 02 ; la estimación de puntos es solo para visualización.

Los EE.UU. La tercera edición del Sourcebook del Departamento de Energía describe la fuga por debajo de 5% – 10% en sistemas bien mantenidos y 20% – 30% en sistemas mal mantenidos [ 9 ]. Su método de carga/descarga se refiere a la capacidad del compresor o al suministro del sistema entero. Aquí, el denominador de R_leak es el volumen de aire total anual suministrado a una sola rama de equipo, por lo que no se puede convertir directamente a la relación DOE. R_leak,U≤10% es un límite de proyecto definido independientemente para este método de evaluación, no una especificación de equipo universal. Las fugas en un circuito de retención de presión relacionado con la seguridad deben abordarse primero bajo los criterios de seguridad del equipo. Después de la reparación, repita las seis evaluaciones en el Capítulo 11.

06Pérdida de presión, capacidad de flujo y presión mínima

Para evaluar la presión, seleccione la acción de flujo máximo y la acción con la presión de entrada más baja. Primer registro de flujo y presión sincronizados para 10 se ejecuta de cada acción neumática para cada modelo de producto lanzado. Seleccione como acción de flujo máximo la acción con el máximo de flujo dinámico más alto, y como acción de presión de entrada más baja la acción con el mínimo P3 más bajo; si son la misma acción, retenga solo una. Durante la evaluación formal, registre 30 ejecuciones consecutivas de cada acción seleccionada. El flujo dinámico y los cuatro canales de presión utilizarán el mismo reloj de muestreo 1 kHz y tendrán un ancho de banda combinado − 3 dB de al menos 200 Hz.

Calcule la pérdida de presión en cada muestra de cada forma de onda de prueba formal, aplicando incertidumbre expandida en la dirección desfavorable. p_0, p_1, p_2, y p_3 son presiones manométricas sincronizadas; U_0, U_1, U_2, y U_3 son sus correspondientes incertidumbres absolutas expandidas:

i abarca las formas de onda 30 de todas las acciones seleccionadas y t abarca cada muestra; si cualquier denominador no es positivo, el criterio de datos falla. El DOE Sourcebook establece que la pérdida de presión desde la descarga del compresor hasta el punto final de uso debe estar muy por debajo de 10% de la presión de descarga, con una caída de presión de cabezal de diseño máximo de 1% – 2% [ 9 ]. Este informe utiliza R_Δp,total,U≤10% como el límite del proyecto y R_Δp,main,U≤2% como el límite para un encabezado nuevo o reconstruido. Estas son las compuertas de liberación para la caída de presión total y del cabezal, respectivamente; el capítulo 11 define la base de aceptación. El equipo también satisfacerá p_3,min,L≥p_required,min,g. Tome p_required,min,g solo de la presión mínima de funcionamiento del manómetro en un documento de diseño controlado; sin ese documento, el criterio de presión falla.

Para un flujo insuficiente en el punto final, identifique primero la restricción; aumentar la presión de descarga del compresor no es un sustituto para el trabajo correctivo. Compruebe los filtros, los accesorios push-in, las mangueras, los colectores de válvulas y los silenciadores con el caudal máximo dinámico medido. Utilice los datos ISO 6358 para componentes dentro de su ámbito y los cálculos ISO 6358-3 para ensamblajes de componentes. Para los reguladores, utilice las curvas de presión-flujo del fabricante o las mediciones sincronizadas especificadas en el Capítulo 04. Después de la modificación, todas las formas de onda 30 para cada acción seleccionada deben ingresar al cálculo del límite protegido. La evaluación de presión solo se aprobará cuando se cumplan todos los criterios de presión y funcionalidad.

La segmentación por caída de presión utiliza muestras sincronizadas de los tres segmentos fijos P0-P1, P1-P2 y P2-P3. Si algún segmento representa más de 40% de la caída de presión total simultánea P0-P3, haga que ese segmento sea la primera prioridad de acción correctiva; no calcule la proporción cuando la caída de presión total no sea positiva. Esta proporción determina la prioridad correctiva solamente y no cambia el encabezado 2% o los límites totales de la caída de presión 10%. El límite superior de cada rango de sensor de presión no excederá 2 veces la presión de manómetro de operación de diseño controlado, y las diferencias cero entre los cuatro canales en el estado de despresurización serán menores que 0.5% de escala completa; de lo contrario, los datos de presión fallarán.

07Asignación de electricidad y costo anual

Calcular el consumo anual asignado de electricidad y el costo asignado de electricidad para una sola máquina utilizando la potencia específica promedio del sistema contemporáneo [ 10 ]:

c_e es el precio unitario de electricidad de la factura de la compañía, en yuanes/kWh. Etiquete los tres resultados anteriores como “asignados”; no deben contarse como ahorros de electricidad reales o beneficios financieros realizables. Los ahorros anuales reales de electricidad y de costos de electricidad utilizan los resultados de carga del capítulo 03 :

Cuando se aplique el precio por tiempo de uso, también divida los intervalos de carga por período tarifario; tome c_e,b,L como el límite inferior del precio unitario de electricidad facturado correspondiente. Incluya los cargos de demanda solo cuando la renovación reduzca la demanda máxima dentro de la ventana de facturación y la factura proporcione una cantidad definida; sin esa evidencia, use cero. Utilice solo cantidades documentadas del sistema de finanzas o mantenimiento para mantenimiento, piezas de repuesto y pérdidas por parada de línea. Utilice cero para los artículos no documentados; los promedios de la industria están prohibidos.

Calcule la potencia específica media del sistema de suministro sobre una base mensual continua. Utilice el valor común ponderado por volumen SP_sys,common=(E_sys,base+E_sys,after)/(V_supply,base+V_supply,after) para la asignación; no introduzca reglas de ponderación no documentadas. Los ahorros reales siempre usan SP_marg,b para el mismo contenedor de carga o la diferencia normalizada de toda la estación medida, nunca SP_sys,common.

Extrapole el volumen anual por separado para la producción y los estados presurizados; no multiplique un solo turno por 365. La producción utiliza la intensidad normalizada de cada modelo y el recuento de ciclo anual aprobado. La fuga utiliza el flujo de fuga para cada combinación de estado-presión-posición de la válvula y sus horas presurizadas anuales. Los estados de cambio, inactividad y fallas utilizan el flujo medio funcional para cada combinación medido durante 7 días consecutivos y las horas de combinación anuales del sistema de programación de producción. El modelo anual es:

En la ecuación, q_s,b,k para cada estado es el flujo promedio funcional después de deducir q_leak,s,b,k concurrente. Cuente el mismo volumen solo una vez. Dentro de la ventana de evaluación de 7 -day, primero se calcula el modelo de componente de N_j y H_s,b,k medidos y se compara con el total integrado bruto del medidor de rama para esa ventana; si la diferencia excede 2%, la extrapolación anual está prohibida. Solo después de que se cierre el saldo diario de 7 podrán utilizarse para la extrapolación los N_j y H_s,b,k anuales congelados. En los meses 12 después de la liberación del proyecto, verifique el modelo anual contra el total integrado del año completo del medidor de la rama. Si la diferencia supera 5%, la conclusión económica expira en la fecha de verificación y los seis criterios del capítulo 11 se reevaluarán dentro de los días laborables 5.

08Costo del ciclo de vida y criterios de inversión

Este informe utiliza un período de evaluación fijo de 5 años. Utilice únicamente la tasa de descuento del proyecto r aprobada por la empresa; sin un valor aprobado, el criterio económico falla. La entrada de cálculo del capítulo 09 fija la tasa de descuento en 5%; calcule otros casos utilizando el valor aprobado por la compañía. Calcular el costo del ciclo de vida estimado en puntos y el valor presente neto de la siguiente manera:

El cálculo de límite conservador utiliza el límite superior de la inversión C_invest,U y el límite inferior del ahorro neto anual S_y,L=C_base,y-C_after,y-U_S,y como entradas:

n es el primer año en el que los ahorros netos acumulados sin descontar alcanzan el límite superior de la inversión; supongamos que los ahorros se acumulan uniformemente en cada año. Si no existe tal n dentro de 5 años, si S_y,L≤0 en cualquier año, o si un denominador es no positivo, defina PB_U como infinito. Para ahorros anuales iguales, PB_U=C_invest,U/S_1,L. Incluya el valor residual, los beneficios fiscales y los costos de financiación solo cuando estén documentados en un contrato o sistema financiero. El lanzamiento económico requiere NPV_save,L>0 y PB_U≤3.0 years, utilizando límites de incertidumbre en lugar de estimaciones de puntos. El incumplimiento de cualquiera de las condiciones falla el criterio económico. La falla de presión, funcional o de seguridad todavía impide la liberación general incluso cuando el criterio económico pasa.

Utilice los mismos recuentos de ciclo anual, series de precios de electricidad y tasa de descuento para los casos de línea base y retrofit. Sin una tasa de crecimiento de precios aprobada por la compañía, use 0% durante el período de cinco años; sin un valor residual contractual, use 0%. Derivar los límites inferiores de ahorro real solo del modelo marginal interno en los Capítulos 03 y 07 o mediciones normalizadas de toda la estación. Excluir los ahorros asignados basados en la potencia específica promedio de S_y,L. Mantener los cálculos no redondeados; mostrar dinero a 0.01 yuan, volumen a 0.1 m³, y ratios a 0.01 puntos porcentuales. Tome decisiones a partir de valores no redondeados para que el redondeo de la pantalla no pueda cambiar un resultado de umbral.

09 Ejemplo de trabajo para una rama de equipo

Las siguientes entradas supuestas demuestran el cálculo completo: 180,000 ciclos de conformación/año, 3,000 producción h, y 4,000 rama presurizada h. El reacondicionamiento incluye la reparación de fugas, una ventana de comando de suministro de vacío más corta y una resistencia de flujo terminal reducida. Supongamos un límite superior de inversión de 4,000.00 yuan; precio de la electricidad y su límite inferior de 0.80 yuan/kWh; una tasa de descuento 5 -año de 5% ; y el crecimiento del precio de la electricidad, mantenimiento, piezas de repuesto, paradas y diferenciales de carga de demanda, y el valor residual de 0. La potencia específica promedio del sistema de 0.115 kWh/m³ (ANR) se utiliza solo para la asignación. Las conclusiones se aplican a estos insumos asumidos; los proyectos reales requieren mediciones simultáneas y registros formales de pruebas.

09.1 Datos, fugas e incertidumbre

Supongamos las siguientes entradas de calidad de datos: cobertura de siete días 98.6% ; incertidumbre relativa expandida del uso anual del aire de 4.0% en ambos períodos, incluyendo flujo, estado de referencia, tiempo, clasificación de estado y extrapolación anual; e incertidumbres expandidas absolutas de 33,960×4%=1,358.4 m³ y 12,720×4%=508.8 m³ respectivamente. Sección 09.3 da la incertidumbre del modelo de flujo de potencia marginal. Asuma la incertidumbre expandida relativa de 1.2% para cada canal de presión, calibración válida del instrumento, sesgo del canal ≤ 1 ms, y ancho de banda combinado 250 Hz. Este conjunto de datos supuesto supera los criterios de datos del capítulo 02.

Utilice un intervalo de presión 0.70 MPa para el ejemplo de trabajo. Para cada combinación de posición de válvula estable en P/R/S/C/I/F, supongamos una ventana de medición de 30 -minutos bajo la Sección 05.1 con actuador y comandos de uso intencional de aire en 0. Ajuste el caudal de cada combinación a 0.080 m³/min(ANR) antes y 0.002 m³/min (ANR) después de la readaptación. La incertidumbre expandida relativa es 4.0% en ambos períodos: U_q,base=0.0032 m³/min y U_q,after=0.00008 m³/min. Trate las horas anuales de presurización como una entrada exacta, U_H=0 :

La cantidad de fuga utiliza el método de flujo de rama. La diferencia de entrada entre el 7 -day branch total integral y el modelo de estado-componente es 0%, cumpliendo con el 2% criterio de cierre. El retrabajo, la puesta en marcha, el cambio, el uso de aire funcional inactivo y el uso de aire funcional de estado de falla se fijan en 0 ; el uso total de aire de la rama consiste solo en el uso de aire de producción y el uso de aire de fuga.

09.2 Límites de uso de aire, fugas y eficiencia energética

La intensidad de consumo de aire de producción disminuye de 82 a 68 m³(ANR) por 1,000 ciclos, correspondiente al uso anual de aire de producción de 14,760 y 12,240 m³(ANER), respectivamente.

Calcula el límite superior de la proporción de fugas en la dirección desfavorable:

La estimación puntual del ahorro anual de aire es 21,240 m³ (ANR). Sin evidencia documentada de correlación entre los períodos, utilice el límite lineal conservador: U_ΔV=1,358.4+508.8=1,867.2 m³ y ΔV_L=21,240-1,867.2=19,372.8 m³. Las incertidumbres expandidas de intensidad son 7.5467 y 2.8267 m³ per 1,000 cycles respectivamente:

Debido a que η_air,L≥5% y ΔV_L>0, la eficiencia energética pasa. Después de la renovación R_leak,U=4.0881%≤5%, por lo que la fuga es Grado A y pasa.

09.3 Ahorro real de electricidad y límites económicos conservadores

La matriz de entrada de la bandeja de carga utiliza 60 completa 1 muestras mínimas tanto antes como después de la readaptación. La secuencia de inicio / parada del compresor, el modo de control, el ajuste de suministro 0.70 MPa y la combinación de operación de tratamiento de aire se mantienen iguales. Tres intervalos de carga cubren todo el flujo antes y después de la modernización. La suma de las incertidumbres expandidas en el ahorro de aire entre los contenedores se fija en 1,867.2 m³, y la incertidumbre expandida en la potencia específica marginal para cada contenedor es 0.005 kWh/m³(ANR):

La estimación real del punto de ahorro de electricidad es 2,380.32 kWh/año; el valor conservador es (5,520-500)×(0.100-0.005)+(10,080-880)×(0.112-0.005)+(5,640-487.2)×(0.124-0.005)=2,074.4832 kWh/year. La estimación anual del punto de ahorro de costos de electricidad es 2,380.32×0.80=1,904.256 yuan, y su límite inferior es 2,074.4832×0.80=1,659.58656 yuan.

El factor de valor presente del flujo de efectivo anual igual a 5 -año es 4.32947667. La estimación puntual del ahorro neto es 1,904.256×4.32947667-4,000=4,244.43 yuan ; el límite inferior es 1,659.58656×4.32947667-4,000=3,185.14 yuan. El punto estimado de recuperación es 4,000/1,904.256=2.10 years. Con límites inferiores de ahorro anual iguales, la rentabilidad del límite superior es 4,000/1,659.58656=2.41 years. NPV_save,L=3,185.14>0 y PB_U=2.41≤3.0 years, por lo que el criterio económico pasa.

09.4 Presión, seguridad funcional y decisión general

Para el cálculo de la presión, supongamos una presión mínima de funcionamiento del actuador crítico de 0.60 MPa. Las acciones de flujo máximo y presión de entrada más baja son las mismas, con 30 formas de onda. Utilice los valores de entrada menos favorables: P0=0.70 MPa y U_0=0.0084 MPa; mínimo de referencia P3=0.61 MPa y U_3=0.00732 MPa; post-retrofit mínimo P3=0.65 MPa y U_3=0.0078 MPa:

El límite superior de la pérdida de presión total de la línea base excede 10%, por lo que la presión falla. Después del reacondicionamiento no es mayor que 10%, y el límite inferior de presión mínima excede 0.60 MPa, por lo que la presión pasa. Este ejemplo no incluye ningún encabezado nuevo o reconstruido; el criterio adicional de encabezado 2% no se aplica.

La matriz de seguridad funcional cubre la retención de carga después de la pérdida de suministro, parada de emergencia, frenado, confirmación de agarre, prevención de liberación involuntaria y gestión de energía residual. Cada prueba requiere su carga, estado inicial, comando, duración de retención y criterios de aceptación binaria. Para este cálculo, supongamos que los seis estados de prueba pasan y el recuento de bypass de seguridad es 0. Combinado con las entradas anteriores, los datos, las fugas, la presión, la eficiencia energética, la economía y la seguridad funcional pasan todos, dando un paso calculado general. La liberación real requiere un registro de prueba correspondiente para cada artículo.

10Prioridades de reacondicionamiento y reprueba

Realice el reacondicionamiento en la siguiente secuencia fija. Primero, después de retirar la pieza de trabajo y la carga suspendida y completar el bloqueo mecánico y el bloqueo/etiquetado, aísle las ramas abandonadas, el equipo inactivo y los drenajes con consumo de aire no cero. En segundo lugar, repare las fugas en los accesorios, mangueras, válvulas y sellos. En tercer lugar, según los resultados segmentados de la caída de presión, limpie o reemplace filtros, conexiones rápidas, mangueras, colectores de válvulas y silenciadores; dirija los reguladores utilizando curvas del fabricante o mediciones sincronizadas. Cuarto, reduzca el ajuste de presión local en incrementos de 0.02 MPa. En cada configuración, realice todas las pruebas de forma de onda de presión y seguridad funcional en el Capítulo 06. El ajuste liberado es el ajuste más bajo probado satisfaciendo R_Δp,total,U≤10%, p_3,min,L≥p_required,min,g, y 100% aceptación de seguridad funcional. En quinto lugar, establezca una ventana de lista blanca del PLC para cada comando de soplado y generador de vacío; registre la señal de inicio de la ventana, la señal de finalización y la duración en la receta controlada. La condición falla si un comando es igual a 1 fuera de su ventana en cualquier ciclo. Sexto, complete todas las pruebas de seguridad funcional. Séptimo, repita la medición de eficiencia energética 7 -day. Aumentar la presión del compresor o agregar un compresor no está entre los primeros seis pasos.

Vuelva a realizar la prueba utilizando los pesos de la mezcla de productos fijada y la definición de ciclo sin cambios. En la Sección 05.1, registre cada combinación estado-intervalo de presión-válvula-posición de nuevo por 30 minutos. Las pruebas de presión incluyen cada forma de onda de los dos tipos de acción definidos en el capítulo 06. Las pruebas de seguridad cubren la retención de pérdida de suministro, parada de emergencia, frenado, confirmación de agarre, prevención de liberación no intencionada, gestión de energía residual y todas las demás funciones requeridas por la evaluación de riesgos del proyecto. El fallo de cualquier elemento impide la producción en el modo de ahorro de energía.

Después de la liberación, calcule I_air,norm mensualmente a partir del último mes completo y vuelva a probar la fuga trimestralmente en la Sección 05.1. Repita los seis criterios del Capítulo 11 después de cualquier cambio en las mangueras, colectores de válvulas, reguladores, generadores de vacío, ajustes de presión o lógica de control. Si el límite inferior de la intensidad normalizada mensual del uso del aire excede el valor de liberación en más de 10%, o trimestralmente R_leak,U>10%, localice la fuga dentro de los días laborables 5 e inicie las seis pruebas de repetición. Si p_3,min,L cae por debajo del mínimo de diseño o una función de seguridad falla, retire inmediatamente el modo de ahorro de energía. Antes de reanudar la producción, obtenga el registro de la causa raíz, la orden de mantenimiento completada, los resultados aprobados para los seis criterios y las firmas del propietario del equipo/seguridad. Los registros que faltan impiden la restauración. Conservar los datos originales, las revisiones de fórmulas y las tablas de decisión durante al menos 5 años, cubriendo el período completo de LCC y apoyando la mejora continua del rendimiento energético [ 12 ].

11 FMEA, control de riesgos y criterios generales de liberación

La liberación total requiere decisiones separadas sobre las seis condiciones. Un pase de proyecto puede ser emitido solo cuando se cumplen todas las condiciones:

1. Datos: Cobertura, instrumentos, sincronización, ancho de banda, repetibilidad, conciliación 7 -día, y el presupuesto de incertidumbre satisfacen el Capítulo 02.
2. Fuga: R_leak,U≤10%.
3. Presión: R_Δp,total,U≤10% y p_3,min,L≥p_required,min,g; los cabezales nuevos o reconstruidos también deben satisfacer R_Δp,main,U≤2%.
4. Eficiencia energética: η_air,L≥5% y límite inferior anual de ahorro de aire ΔV_L>0.
5. Economía: NPV_save,L>0 y PB_U≤3.0 years.
6. Seguridad funcional: 100% de las pruebas funcionales y de seguridad en el paso de evaluación de riesgos controlado, con cero bypass de seguridad. La falta de evaluación de riesgos, criterios de aceptación binaria o registros de pruebas causa fallas.

Si falla alguna condición, falla todo el proyecto. Después de la acción correctiva, las seis evaluaciones deben repetirse en su totalidad; la realización de pruebas parciales no es un sustituto.

12 Conclusiones

La evaluación de la economía del aire comprimido requiere condiciones de referencia consistentes, flujo integrado de equipo-rama, mediciones de fugas de estado-presión-posición de válvula, presión dinámica de cuatro canales, recuentos de ciclos, un modelo de flujo marginal de potencia de carga combinada y registros financieros. La presión de entrada, la potencia de la placa de identificación o una captura de pantalla aislada son insuficientes para apoyar una conclusión por sí solos. Los criterios de proyecto de este método son un límite superior de la tasa de fuga de 10%, un límite superior de la relación total de caída de presión de 10%, un límite inferior de mejora del uso del aire de 5%, un límite positivo inferior del valor presente neto y un límite superior de amortización de 3 años, junto con todos los demás requisitos de liberación.

Este método apoya las líneas de base de eficiencia, revisiones de retrofit, comparaciones de adquisición de costos de ciclo de vida y re-pruebas de mantenimiento operativo. Los registros formales de medición del proyecto, las evaluaciones de riesgos, los documentos de diseño y los informes de pruebas deben cumplir conjuntamente los seis umbrales del Capítulo 11 antes de que se pueda emitir una conclusión de que “pasa este método de evaluación”. El fracaso de cualquier condición produce un “fracaso” general.

La fecha base de verificación del estado estándar es 2026-08 - 15: ISO 11011:2013, ISO 4414:2010, ISO 8778:2003, ISO 6358-1:2013, ISO 6358-2:2019, ISO 6358-3:2014 y ISO 50001:2018 están todos en el estado ISO Publicado; ISO 1217:2009 es todavía una versión publicada y en la etapa de revisión; GB/T 7932-2017 está marcado como actual en la Plataforma de Servicio Público de Información Nacional Estándar. Los capítulos 05 y 12 se incluyen en las enmiendas ISO 6358 y ISO 50001 publicadas en esa fecha. Cuando un proyecto se inicia después de la fecha base de verificación, la lista estándar debe volver a compararse en la fecha de establecimiento del proyecto; si la comparación no se completa, los elementos de datos no se aprobarán.

Referencias

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2. ISO 4414:2010. Potencia de fluidos neumáticos. Reglas generales y requisitos de seguridad para sistemas y sus componentes. https://www.iso.org/standard/44790.html
3. GB/T 7932-2017 «Reglas generales y requisitos de seguridad para sistemas neumáticos y sus componentes». https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=8F5EDDC1CD00C550340316DBCEC789DD
4. ISO 1217:2009. Compresores de desplazamiento - Ensayos de aceptación; enmienda 1: 2016. https://www.iso.org/standard/44769.html
5. ISO 6358-1:2013 , Enmienda 1 : 2020 y enmienda 2 : 2026 . Potencia de fluidos neumáticos — Determinación de las características de caudal de componentes que utilizan fluidos comprimibles — Parte 1 : Reglas generales y métodos de ensayo para el caudal en estado estacionario. https://www.iso.org/standard/56612.html
6. ISO 6358-2:2019 , Enmienda 1 : 2026 . Potencia de fluidos neumáticos — Determinación de las características de caudal de componentes utilizando fluidos comprimibles — Parte 2 : Métodos de ensayo alternativos. https://www.iso.org/standard/71270.html
7. ISO 6358-3:2014. Potencia de fluidos neumáticos — Determinación de las características de caudal de los componentes utilizando fluidos compresibles — Parte 3 : Método para calcular las características de caudal en estado estacionario de los sistemas. https://www.iso.org/standard/56616.html
8. ISO 8778:2003. Potencia del fluido neumático — Atmósfera de referencia estándar. https://www.iso.org/standard/26559.html
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