El aire comprimido suele denominarse el cuarto servicio básico de una fábrica, junto con la electricidad, el agua y el gas, y es, con diferencia, el más caro de producir. Sin embargo, muchas plantas funcionan durante años sin saber cuánto cuesta realmente un metro cúbico de aire, ya que el coste se incluye en una única factura mensual de electricidad. Las decisiones se toman entonces basándose únicamente en el precio de compra, y la máquina que parecía la más barata en el presupuesto se convierte, sin que nadie se dé cuenta, en el activo más caro de la sala de compresores.
Compresor de aire El coste de la electricidad se calcula multiplicando la potencia total de entrada del equipo, expresada en kW, por las horas de funcionamiento anuales, la proporción de tiempo que se pasa en cada estado de carga, la fracción de la potencia máxima consumida en ese estado y el precio local de la electricidad por kWh; a continuación, se suman los resultados de cada estado de carga. Esto da como resultado los kilovatios-hora anuales, que se convierten en coste con una sola multiplicación. Al dividir el coste entre el volumen de aire suministrado realmente, se obtiene el coste por metro cúbico o por cada 1.000 pies cúbicos, la única cifra que permite realizar una comparación justa entre máquinas, presiones y emplazamientos.
En los apartados siguientes se analizan una a una todas las variables, desde la lectura de la placa de características de un motor hasta la comparación de un equipo con otro.
Por qué es la electricidad, y no el precio de compra, lo que determina el coste real
La energía suele representar entre el 70 % y el 80 % del coste total a lo largo de la vida útil de un compresor de aire industrial, mientras que el precio de compra supone aproximadamente entre el 10 % y el 18 %, y el mantenimiento, el resto. Una diferencia de precio del 20 % entre dos máquinas del mismo tamaño es insignificante si se compara con una diferencia del 15 % en la potencia específica mantenida a lo largo de 60 000 horas de funcionamiento.
La razón es termodinámica. La compresión transforma la energía eléctrica en presión y calor, y la mayor parte de ese calor se disipa a través del enfriador en lugar de llegar al punto de uso. Según el Departamento de Energía de EE. UU., más del 80 % de la energía que entra en un sistema de aire comprimido se pierde antes de que realice un trabajo útil, y la optimización a nivel de sistema suele reducir el consumo eléctrico del aire comprimido de una planta entre un 20 % y un 50 %.
Esa relación cambia el enfoque de la decisión de compra. Una máquina de 75 kW que funciona 8.000 horas al año consume unos 450.000 kWh, lo que supone aproximadamente 54.000 al año a 0,12 por kWh. Si se compra con un sobreprecio del 25 %, pero con una potencia específica un 12 % superior, se ahorran más de 60 000 a lo largo de una vida útil de diez años. Las diferencias de inversión se amortizan en los dos primeros años; a partir de ahí, todo es una cuestión de costes de funcionamiento.
| Elemento de coste | Porcentaje del total de 10 años | Comportamiento a lo largo del tiempo |
| Adquisición de capital | Entre el 10 y el 18 por ciento | Se solucionó durante la puesta en servicio |
| Electricidad | entre el 70 y el 80 por ciento | Se repite cada hora de funcionamiento |
| Mantenimiento y recambios | del 8 al 12 por ciento | Aumenta con el paso de las horas y la calidad del aire |
La fórmula básica para calcular el coste eléctrico de un compresor de aire
El coste anual de la electricidad equivale a la suma, para cada estado de carga, de los kW de potencia nominal del equipo multiplicados por las horas en ese estado, la fracción de la potencia máxima consumida en ese estado y la tarifa por kWh. Bastan cuatro datos: los kW de potencia nominal del equipo, las horas de funcionamiento anuales, el perfil de carga y la tarifa eléctrica.
Dicho en términos sencillos:
Coste energético anual = (kW a plena carga × horas a plena carga × 1,0) + (kW a carga parcial × horas a carga parcial × fracción de potencia) + (kW sin carga × horas sin carga × fracción de potencia), todo ello multiplicado por la tarifa por kWh.
Definición de cada variable
La mayoría de los errores se deben a una lectura errónea de los datos introducidos, más que a errores aritméticos.
- Potencia de entrada del equipo (kW). Potencia eléctrica total absorbida por todo el conjunto a una presión de descarga determinada, incluyendo el motor, el ventilador de refrigeración, la bomba de aceite y las pérdidas de transmisión. No se trata de la potencia nominal indicada en la placa de características del motor, ni de la potencia en el eje del compresor.
- Horas de funcionamiento anuales. Horas durante las que la máquina está conectada a la red eléctrica. Se tienen en cuenta las horas sin carga y en reposo, ya que un tornillo rotativo sin carga sigue consumiendo entre el 20 y el 35 por ciento de la potencia a plena carga.
- Perfil de carga. El porcentaje de tiempo de funcionamiento a plena carga, a cargas intermedias y sin carga.
- Fracción de potencia. La potencia consumida a carga parcial en cada estado. En el control de carga y descarga, este valor es aproximadamente 1,0 cuando hay carga y de 0,2 a 0,35 cuando no la hay; en el control de velocidad variable, sigue la curva de carga parcial.
- Tarifa. Coste por kWh, que, a ser posible, incluya las tarifas de demanda y cualquier estructura de tarifas por franja horaria, ya que los compresores suelen funcionar durante las franjas horarias de máxima demanda.
Cálculo en función del estado de carga en lugar de en función del valor medio
Calcular la carga media a lo largo del año es el atajo más habitual y el error más común, ya que la potencia no disminuye de forma proporcional al caudal. Una máquina con una demanda media del 50 % puede pasar la mitad del tiempo a plena carga y la otra mitad sin carga, y el funcionamiento sin carga consume una gran parte de la potencia total sin suministrar aire alguno.
Imaginemos un grupo electrógeno de 160 kW que funciona 6.800 horas al año, con una carga del 85 % del tiempo y sin carga el resto del tiempo, a un 25 % de su potencia máxima.
| Estado de carga | Horas al año | Consumo de energía | Energía consumida |
| Carga completa | 5,780 | 160 kW | 924 800 kWh |
| Sin carga | 1,020 | 40 kW | 40 800 kWh |
| Total | 6,800 | 104,4 kW de media | 965 600 kWh |
A 0,12 por kWh, el coste anual asciende a 115 872, y las 1 020 horas sin carga suponen 4 896 de ese importe sin producir nada. En una central con una disciplina de parada deficiente, esa partida puede duplicarse, por lo que suele ser el primer aspecto que se analiza en una auditoría energética.
Cómo calcular los kW de un compresor a partir de los datos del motor
Existen tres métodos, ordenados de mayor a menor fiabilidad: tomar la potencia de entrada del conjunto en kW a partir de una ficha técnica de rendimiento verificada, medirla con un analizador de potencia bajo carga real o calcularla a partir de los datos de la placa de características del motor. El método basado en la placa de características es el menos preciso, ya que describe la potencia de salida del motor en lugar de la potencia de entrada del conjunto y no tiene en cuenta la eficiencia, el factor de potencia ni las cargas auxiliares.
Datos de la placa de características: voltios, amperios y factor de potencia
En el caso de un motor trifásico, la potencia de entrada es igual a la tensión multiplicada por la corriente, por la raíz cuadrada de tres, por el factor de potencia, dividida entre 1.000.
kW = (voltios × amperios × factor de potencia × 1,732) / 1 000
Por lo tanto, un motor de 400 V que consume 145 A con un factor de potencia de 0,88 consume 400 × 145 × 0,88 × 1,732 / 1.000 = 88,4 kW. Factor de potencia Es la relación entre la potencia real que realiza trabajo y la potencia aparente suministrada, y es importante porque un motor con poca carga tiene un factor de potencia bajo, por lo que una simple multiplicación de voltios por amperios sobreestima el consumo. Ten en cuenta también que los amperios a plena carga que figuran en la placa de características son un valor nominal máximo de servicio, no la corriente de funcionamiento; para el cálculo se necesita un valor medido bajo una carga representativa.
De la potencia en caballos: el factor 0,746 y la eficiencia del motor
La potencia en el eje, expresada en kW, es igual a la potencia en caballos multiplicada por 0,746. La potencia eléctrica de entrada es igual a la potencia en el eje dividida por el rendimiento del motor, que en las máquinas modernas de clase IE3 e IE4 oscila entre el 91 y el 96 por ciento, dependiendo del tamaño.
| Potencia nominal del motor | Potencia en el eje (kW) con un factor de 0,746 | Rendimiento típico | Potencia de entrada (kW) |
| 10 HP | 7.5 | el 90 por ciento | 8.3 |
| 30 HP | 22.4 | el 93 por ciento | 24.1 |
| 75 HP | 55.9 | 94,5 por ciento | 59.2 |
| 150 HP | 111.9 | 95,5 por ciento | 117.2 |
| 200 HP | 149.2 | el 96 por ciento | 155.4 |
La conversión entre kW, HP, CFM y metros cúbicos por minuto suele generar confusión, sobre todo cuando se compara un presupuesto expresado en caballos de vapor con una ficha técnica en kW, por lo que Conversiones de unidades en compresores de aire merece la pena hacerlas a propósito, en lugar de de memoria.
¿Por qué los kW del conjunto son superiores a los kW del motor?
El motor no es la única carga del armario. Los ventiladores de refrigeración, la bomba de aceite, la electrónica de control y las pérdidas de transmisión consumen potencia que registra el contador, por lo que la potencia de entrada del conjunto se sitúa entre un 3 % y un 8 % por encima de la potencia de entrada del motor, diferencia que se acentúa en las máquinas refrigeradas por aire en condiciones ambientales de alta temperatura. Utilizar los kW del motor como valor aproximado subestima ligeramente el coste, lo cual es irrelevante en un cálculo aislado, pero no en un modelo a diez años. En su lugar, utilice la potencia específica del conjunto que figure en una ficha técnica probada según las condiciones de referencia de la norma ISO 1217.
Cómo calcular los CFM por kW y la potencia específica
A 7 bar, aproximadamente 100 psig, un compresor industrial bien diseñado proporciona unos 5 CFM por kW de potencia de entrada, lo que equivale a decir que 1 kW produce 5 CFM. La derivación clásica parte de 4 CFM por caballo de potencia del motor, dividido entre los 0,81 kW que un caballo de potencia consume realmente en la toma de corriente una vez incluida la eficiencia, lo que da 4,9 CFM por kW. Las máquinas modernas alcanzan entre 5,5 y 6,0 CFM por kW a la misma presión, por lo que conviene considerar esta cifra redondeada como una referencia orientativa más que como una especificación.
El método del CFM por kW
La relación se calcula dividiendo el caudal suministrado por la potencia de entrada del equipo: CFM por kW = CFM suministrado / kW de entrada del equipo. Un equipo de 160 kW que suministra 955 CFM a 7 bar da un resultado de 5,97 CFM por kW, y el recíproco es 0,168 kW por CFM. Dado que tanto el caudal como la potencia varían en función de la presión de descarga, la relación solo tiene sentido cuando ambas cifras se refieren a la misma presión; una máquina con una presión nominal de 7 bar siempre parecerá mejor que una máquina idéntica con una presión nominal de 10 bar.
Potencia específica: la cifra que realmente permite comparar máquinas
La potencia específica normaliza esa misma relación a una base común, de modo que se puedan clasificar máquinas de distintos tamaños.
kW por cada 100 CFM = (kW del equipo × 100) / CFM suministrados
kWh por metro cúbico = kW del paquete / (metros cúbicos por minuto × 60)
| Clase de máquina a 7 bar | Potencia específica, kW por cada 100 CFM | CFM por kW |
| Centrífuga en el punto de diseño | unos 16 | alrededor de 6,3 |
| Tornillo moderno con inyección de aceite, de velocidad variable | unos 18 | alrededor de 5,5 |
| Pequeño de movimiento alternativo | De 19,8 a 22,7 | De 4,4 a 5,1 |
| Hélice antigua de velocidad fija a carga parcial | De 25,5 a 34,0 | De 2,9 a 3,9 |
La última fila explica por qué tantas plantas registran entre un 30 % y un 40 % de costes evitables en una sala de compresores que parece funcionar con normalidad. Las máquinas no están averiadas; simplemente están sobredimensionadas y funcionan a carga parcial con un sistema de control de carga y descarga.
Cifras como estas solo son fiables cuando proceden de una prueba estandarizada. La Instituto del Aire Comprimido y el Gas lleva a cabo un programa de verificación externo en el que un laboratorio independiente somete a prueba compresores rotativos seleccionados al azar, comparándolos con sus fichas técnicas publicadas, en las que se indican la potencia específica del equipo y la capacidad a plena carga. Un presupuesto que no incluya una cifra verificable de potencia específica no puede compararse con uno que sí la incluya, y la comparación a diferentes presiones nominales invalida por completo dicha comparación. Leer un artículo completo Tabla de CFM de compresores de aire junto con la potencia específica, permite comprobar rápidamente que la máquina propuesta tiene unas dimensiones y una potencia nominal adecuadas.
¿Cuánta electricidad consume un compresor de aire?
Un pequeño compresor portátil consume menos de 1 kW; una máquina de taller, entre 1,5 y 7,5 kW; un compresor industrial de tornillo rotativo, entre 22 y 250 kW; y una gran unidad centrífuga, desde varios cientos hasta varios miles de kW. El consumo anual es la cifra que importa y, con una carga media del 75 %, equivale aproximadamente a 6.000 veces la potencia nominal en kW para un funcionamiento continuo.
| Potencia nominal en kW | Aplicación típica | kWh en 4.000 horas | kWh en 8.000 horas |
| 2.2 | Para uso portátil y en talleres pequeños | 6,600 | 13,200 |
| 7.5 | Taller individual, herramientas manuales | 22,500 | 45,000 |
| 22 | Pequeña línea de producción | 66,000 | 132,000 |
| 55 | Aire de fábrica multipunto | 165,000 | 330,000 |
| 75 | Planta de tamaño medio, funcionamiento continuo | 225,000 | 450,000 |
| 160 | Aire de proceso continuo de alta intensidad | 480,000 | 960,000 |
| 250 | Suministro para toda la planta, múltiples usuarios | 750,000 | 1,500,000 |
Las mismas leyes físicas se aplican a todas las clases de tamaño, por lo que consumo energético del compresor de aire Se aplica una única regla, tanto si se trata de una unidad portátil de 2,2 kW como de un compresor industrial de 250 kW: la potencia consumida viene determinada por la presión y el caudal, y el coste, por las horas de funcionamiento.
Conversión de kWh en coste por unidad de aire
Divide el coste anual de la electricidad entre el volumen de aire suministrado realmente durante el mismo periodo. Una máquina moderna de 160 kW a 7 bar consume aproximadamente 0,10 kWh por metro cúbico de aire, lo que, a 0,12 por kWh, equivale a unos 0,012 por metro cúbico, o unos 20 por cada 1.000 CFM por hora.
| Potencia específica | A 0,08 por kWh | A 0,12 por kWh | A 0,18 por kWh |
| 17 kW por cada 100 CFM | 13.60 | 20.40 | 30.60 |
| 20 kW por cada 100 CFM | 16.00 | 24.00 | 36.00 |
| 25 kW por cada 100 CFM | 20.00 | 30.00 | 45.00 |
| 30 kW por cada 100 CFM | 24.00 | 36.00 | 54.00 |
Coste por cada 1.000 CFM por hora, con tres tarifas eléctricas diferentes.
Esta es la única unidad de coste que resiste la comparación entre distintos tamaños de máquinas, presiones y tarifas, razón por la cual se utiliza para la facturación interna entre departamentos, para el cálculo de costes de los productos y para justificar o rechazar una sustitución. Además, pone de manifiesto directamente la penalización por presión: aumentar la presión de descarga en 1 bar incrementa la potencia entre un 6 % y un 8 % aproximadamente, sin aportar prácticamente nada de aire adicional, por lo que el coste por unidad de aire aumenta en la misma proporción.
¿Qué factores hacen que aumente el coste de la electricidad de un compresor de aire?
Hay siete factores que explican la mayor parte de los costes evitables en una sala de compresores típica: una presión de descarga fijada por encima de las necesidades de producción, fugas, funcionamiento a carga parcial, caída de presión en los equipos de tratamiento y las tuberías, filtros obstruidos y enfriadores sucios, alta temperatura del aire de admisión y mantenimiento aplazado. Varios de ellos no suponen ningún coste, solo hay que prestarles atención para corregirlos.
| Factor | Repercusión en el consumo | Ahorro recuperable |
| Presión de descarga 1 bar por encima del valor requerido | Entre un 6 % y un 8 % más de potencia | del 6 al 8 por ciento |
| Fuga de entre el 20 y el 30 por ciento de la producción | Capacidad de generación no aprovechada | del 10 al 20 por ciento |
| Control de carga parcial durante la carga y la descarga | Horas de funcionamiento sin carga al 20-35 % de potencia | Entre el 10 y el 25 por ciento |
| Caída de presión de 1 bar en los secadores y filtros | Compensado mediante el aumento del punto de consigna | entre el 5 y el 7 por ciento |
| Filtro de admisión obstruido | Entre un 1 % y un 3 % más de potencia | del 1 al 3 por ciento |
| Aire de admisión a 10 grados Celsius por encima de la temperatura de diseño | Menor caudal másico por unidad de potencia | entre el 2 y el 3 por ciento |
| Mantenimiento atrasado, enfriador obstruido | Aumento de la temperatura de descarga y de la pérdida de presión | del 3 al 8 por ciento |
Las fugas merecen una atención especial porque son invisibles y permanentes. Un solo agujero de 3 mm puede dejar pasar suficiente aire en un sistema que funciona de forma continua como para desperdiciar decenas de miles de kilovatios-hora al año, y el aire sigue fluyendo por las noches y los fines de semana, independientemente de si la producción está en marcha o no. Los estudios de fugas suelen revelar que las diez fugas más grandes representan la mayor parte de la pérdida, por lo que un programa específico es más eficaz que una reparación generalizada.
Cómo reducir el gasto eléctrico de un compresor de aire
Empieza por medidas que no requieran inversión: reduce el punto de consigna de presión al mínimo que la producción realmente necesite, repara las fugas, sustituye los filtros obstruidos y detén la máquina cuando se detenga la línea. Estas medidas suelen permitir recuperar entre el 10 y el 20 por ciento del consumo en pocos meses. Las medidas que requieren inversión, como el control de velocidad variable, la compresión en dos etapas, la recuperación de calor y la secuenciación centralizada, pueden suponer un ahorro adicional de entre el 10 y el 30 por ciento.
Medidas sin coste y de bajo coste
- Reduzca la presión de descarga en incrementos de 0,2 bar mientras supervisa la producción, deteniéndose cuando el uso final más exigente empiece a presentar dificultades.
- Detecta y marca las fugas durante una parada de la planta con un detector ultrasónico, repara primero las más graves y repite la operación cada trimestre.
- Sustituya los filtros de admisión cuando se produzca una caída de presión, en lugar de hacerlo según un intervalo de tiempo fijo, y limpie los refrigeradores al mismo tiempo.
- Sustituya los purgadores temporizados por purgadores de condensado sin pérdidas, que solo descargan cuando hay condensado, en lugar de expulsar aire comprimido en cada ciclo.
- Asegúrate de que se apague la máquina al finalizar el turno, ya que dejarla en marcha sin carga una vez finalizada la producción es un auténtico derroche.
- Comprueba la capacidad del depósito, ya que una capacidad de almacenamiento insuficiente provoca ciclos cortos y oscilaciones de presión que obligan a aumentar el punto de consigna.
Inversiones de capital que dan sus frutos
| Medida | Ahorro habitual | Ámbito de aplicación |
| Variador de velocidad | del 15 al 35 por ciento | La demanda varía en más de un 20 por ciento en torno a la media |
| Compresión en dos etapas | Entre el 8 y el 15 por ciento | Funcionamiento continuo por encima de 75 kW a una presión más elevada |
| Recuperación de calor | Compensa entre el 50 y el 90 por ciento de la carga de calefacción | Instalaciones con demanda de agua caliente durante todo el año |
| Controlador central de secuenciación | del 5 al 15 por ciento | Dos o más compresores en paralelo |
| Tuberías de mayor diámetro, tratamiento de baja caída | del 3 al 8 por ciento | Carreras largas, remates de cabeza con poca altura |
| Elegir el tamaño adecuado para un recambio | Entre el 10 y el 30 por ciento | Equipos de gran tamaño o al final de su vida útil |
La mayor parte del ahorro de inversión reside en adaptar la estrategia de control al perfil de carga. Una máquina de velocidad fija es eficiente a plena carga constante y poco eficiente a la mitad de la demanda, mientras que una máquina de velocidad variable mantiene la potencia específica prácticamente constante en todo su rango de regulación, pero pierde esa ventaja a plena potencia. Elegir entre Compresores VSD frente a compresores de velocidad fija basarse en el perfil de carga en lugar de en el presupuesto es la decisión más rentable en la mayoría de las reformas.
Establecer una referencia para que los ahorros sean demostrables
Realiza mediciones tanto en el lado eléctrico como en el lado del aire durante al menos una semana completa de producción antes de realizar cualquier cambio y, a continuación, repite las mediciones tras cada intervención. Sin un valor de referencia, el ahorro sigue siendo una opinión en lugar de una cifra, y los ahorros no verificados son lo primero que se recorta en el siguiente ciclo presupuestario.
Registra datos a intervalos regulares sobre la corriente, la tensión, el factor de potencia y los kWh en el lado de la alimentación, y sobre la presión, el caudal y el punto de rocío en el lado del aire. Reduce los resultados a dos cifras: los kWh anuales y el consumo específico de energía en kWh por metro cúbico. Si se realizan un seguimiento mensual y se normalizan en función del volumen de producción, estas dos cifras permiten comprobar en cuestión de semanas si un programa de detección de fugas ha funcionado realmente.
Preguntas frecuentes
¿Cómo calculo el coste de la electricidad de un compresor que funciona solo un turno?
Utiliza las horas reales en lugar de una cifra anual y ten en cuenta el periodo de inactividad con el sistema presurizado tras el final del turno. Una planta de un solo turno que funcione 2.000 horas de producción puede tener el sistema presurizado durante 6.000 horas, lo que modifica tanto el cálculo como los argumentos a favor del apagado automático. Multiplica los kW del equipo por cada bloque de horas por separado, incluyendo las noches y los fines de semana, en lugar de dar por sentado que el compresor se detiene cuando lo hace la línea de producción.
¿Por qué resulta engañoso el valor en kW que figura en la placa de características de un compresor de velocidad variable?
Porque describe la potencia a velocidad máxima, que la máquina solo puede alcanzar durante una fracción de su tiempo de funcionamiento. Lo que determina la factura es la potencia específica a carga parcial, que se representa como una curva en lugar de una cifra única, y dos máquinas con potencias máximas idénticas pueden presentar una diferencia del 20 % a la mitad de la demanda. Solicite la curva de carga parcial al 25, 50, 75 y 100 por ciento de la capacidad, y compárelas a una presión a la que ambas máquinas funcionen realmente.
¿Es más barato utilizar un compresor grande o dos más pequeños?
Depende de cuánto caiga la demanda por debajo de la capacidad combinada. Dos máquinas ofrecen un rango de regulación que una sola unidad de velocidad fija no puede igualar y permiten realizar el mantenimiento de una de ellas sin detener la producción; sin embargo, las pérdidas por instalación, mantenimiento y tiempo de inactividad se duplican aproximadamente. Por debajo de aproximadamente el 40 % de la capacidad combinada, suele resultar más económico poner en funcionamiento una sola máquina del tamaño adecuado y con el almacenamiento suficiente; por encima de ese porcentaje, suele ser más ventajoso alternar una unidad de carga base con una unidad de ajuste más pequeña.
