Dimensionado Teoría básica Compressed Air Wiki Instalación de un compresor de aire Física Guía práctica
Después de conocer los conceptos básicos de la física, puede que desee saber más acerca de la comprensión y de las mediciones de los compresores de aire con respecto a la materia.
Esta información es muy útil a la hora de determinar el tamaño y la potencia adecuados que necesita para una aplicación en particular. En este artículo, explicaremos los conceptos básicos de la medición de trabajo, potencia y caudal volumétrico.
El trabajo mecánico puede definirse como el producto de una fuerza y una distancia a través de las cuales la fuerza actúa sobre un objeto. Al igual que el calor, el trabajo implica la transferencia de energía de un cuerpo a otro. La diferencia es que implica fuerza en lugar de temperatura. Un ejemplo de esto es cuando el gas se comprime en un cilindro con un pistón en movimiento.
La compresión se produce como resultado del movimiento de fuerza del pistón. Por lo tanto, la energía se transfiere del pistón al gas. Esta transferencia de energía es trabajo en el sentido termodinámico de la palabra. El resultado del trabajo puede adoptar muchas formas, como cambios en el potencial, la cinética o la energía térmica.
El trabajo mecánico asociado a los cambios en el volumen de una mezcla de gases es uno de los procesos más importantes en la termodinámica de ingeniería.
La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Es una medida de la rapidez con la que se completa el trabajo.
Por ejemplo, el flujo de potencia o energía al eje de accionamiento de un compresor es numéricamente similar a las emisiones de calor del sistema, más el calor aplicado al gas comprimido.
Los caudales de los compresores se suelen medir con un caudalímetro másico. Intuitivamente, es más fácil dar sentido a un caudal para un gas en términos de volumen que de masa. Una desventaja percibida a este respecto podría ser que entonces sea necesario especificar las condiciones de entrada del gas, ya que el volumen cambiará con las condiciones de entrada cambiantes. Sin embargo, para un compresor, el caudal másico de salida también dependerá de las condiciones de entrada, lo que significa que siempre es necesario especificar las condiciones de entrada en las que se alcanzó un caudal.
El caudal volumétrico de un sistema es una medida del volumen del fluido que circula por unidad de tiempo. Puede calcularse como el producto del área transversal del flujo y la velocidad media del flujo. La unidad del sistema internacional (SI) para el caudal volumétrico es m3/s.
Sin embargo, al comprar un compresor, normalmente encontrará la capacidad del compresor, expresada en litros/segundo (l/s). Este es el FAD o aire libre suministrado.
¿Qué es el aire libre suministrado? El aire libre es el aire en las condiciones de entrada del compresor, es decir, a temperatura y presión ambiente. El suministro implica que solo se tiene en cuenta el aire que sale de la salida del compresor. Esto difiere del aire que entra por la entrada, ya que parte del aire puede escaparse del compresor entre la entrada y la salida. El caudal de un compresor se mide normalmente con un caudalímetro másico en la salida. Esto significa que solo se mide el aire suministrado. A continuación, se convierte en «aire libre» utilizando las condiciones de entrada.
El FAD está diseñado para ser utilizado para comparar diferentes compresores o para hacer coincidir la capacidad de un compresor con el consumo de herramientas. A menos que se indique lo contrario, el FAD de un compresor o herramienta (que puede encontrar en sus hojas de especificaciones) se ha medido manteniendo las condiciones de entrada de referencia (es decir, 20 °C, 1 bar y 0 % de humedad relativa). La masa de aire que cabe en el volumen desplazado de un elemento compresor variará con la densidad del aire y, por lo tanto, cambiará la cantidad de flujo obtenida eficazmente en el lado de salida de un compresor. La densidad depende de la temperatura y la presión del aire. Por este motivo, el caudal másico de salida medido se divide entre la densidad del aire de entrada. De este modo, se cancela el efecto de la densidad.
Sin embargo, existen efectos secundarios de la temperatura y la presión. Entre otras cosas, el tamaño de los espacios entre las piezas cambiará en función de la temperatura, lo que causará más o menos fugas. Un cambio de presión en la entrada también provocará una sobrecompresión o subcompresión, lo que cambiará el caudal de salida resultante. Por este motivo, es importante comparar los compresores en las mismas condiciones, generalmente (pero no necesariamente) siendo las condiciones de referencia definidas en la norma ISO1217:2009. En otros sectores o regiones se pueden utilizar diferentes condiciones de referencia.
Otro caudal que se utiliza con frecuencia es el caudal normal (Nl/s), donde la referencia es de 0 °C, 1 atm y 0 % de HR.
La relación entre los dos caudales es q FAD = qN × T FAD / TN × PN / P FAD
(tenga en cuenta que la fórmula simplificada anterior no tiene en cuenta la humedad).
Lugar:
q FAD = aire libre suministrado (FAD) en l/s (caudal real en condiciones de salida)
qN = caudal normal en Nl/s (caudal en condiciones estándar)
T FAD = Temperatura de entrada estándar (20 °C / 68 °F)
TN = Temperatura de referencia normal (0 °C / 32 °F)
PN = Presión de referencia normal (1,013 bar(a) / 101,3 kPa)
P FAD = Presión de entrada estándar (1,00 bar(a) / 1,00 kPa)
Los ingenieros y compradores industriales confían en qN para la evaluación comparativa, mientras que qFAD es crucial para el diseño y el funcionamiento reales del sistema.
Después de aprender los conceptos básicos de la física aquí, quizá desee saber más acerca de las unidades físicas utilizadas para medir distintos aspectos de la materia. Esto puede ser muy útil cuando se trabaja con aire comprimido. En este artículo se explican los conceptos básicos de medición del trabajo, la potencia y la unidad del caudal volumétrico.
El SER es una medida de eficiencia, expresada como la cantidad de energía necesaria para suministrar 1 litro de FAD a una determinada presión. Esto da un valor en julios/litro (J/l). Por ejemplo, una máquina que consume 35 kW para suministrar 100 l/s tiene un SER de 350 J/l.
Especificar su sistema de aire comprimido por caudal y presión, no por kW o caballos de potencia, es la mejor manera de adaptar su rendimiento a sus necesidades. El tamaño del compresor debe adaptarse a los requisitos de su negocio con más precisión que simplemente ir por la potencia nominal en kW.
En este artículo se tratan muchos términos técnicos relacionados con el trabajo mecánico, la potencia y el caudal. Comprender esta información es importante para invertir en el equipo adecuado para su aplicación. Si compras un equipo demasiado grande o demasiado pequeño, existe el riesgo de ineficiencia.
Lo que es importante tener en cuenta es la fuerza que necesitará para mover un objeto para completar un trabajo determinado en un periodo de tiempo concreto. Como se ha mencionado anteriormente, esto se expresa en flujo y presión. Además de los litros por segundo (l/s), el flujo se representa en pies cúbicos por minuto (cfm) o metros cúbicos por hora (m3/h). Todas estas mediciones corresponden a la velocidad.
La presión se muestra en bar, como se mencionó anteriormente, o libras por pulgada cuadrada (psi). Si necesita mover objetos pesados, necesitará más presión. También deberá determinar si necesita suministro de aire durante todo el día y si hay diferentes requisitos para sus aplicaciones. Este contexto es útil a la hora de determinar el tamaño y elegir entre máquinas de velocidad fija y de accionamiento de velocidad variable (VSD). Consulte nuestra guía para elegir un compresor de aire.
El trabajo mecánico se puede definir como el producto de una fuerza y la distancia a la que la fuerza actúa sobre un cuerpo. Exactamente como con el calor, el trabajo es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro. La diferencia es que ahora es una cuestión de fuerza en lugar de temperatura. Un ejemplo de esto es el gas en un cilindro comprimido por un pistón en movimiento. La compresión tiene lugar como resultado de una fuerza que mueve el pistón. Así, la energía se transfiere del pistón al gas encerrado. Esta transferencia de energía es trabajo en el sentido termodinámico de la palabra. El resultado del trabajo puede tener muchas formas, como los cambios en la energía potencial, la energía cinética o la energía térmica. El trabajo mecánico asociado con los cambios en el volumen de una mezcla de gases es uno de los procesos más importantes en ingeniería termodinámica. La unidad SI para trabajar es el Joule: 1 J = 1 Nm = 1 Ws.
¿Cómo se mide la unidad del caudal volumétrico?
La unidad del caudal volumétrico de un sistema es una medida de la cantidad de líquido que fluye por unidad de tiempo. Se puede calcular como el producto del área transversal del flujo y el promedio de velocidad de flujo. La unidad SI para el caudal volumétrico es m3/s. Sin embargo, también se utiliza con frecuencia la unidad litros/segundo (l/s) para referirse al caudal volumétrico (también denominado "capacidad") de un compresor. Se indica como litro normal/segundo (Nl/s) o como aire libre suministrado (l/s). Con Nl/s, el flujo de aire se recalcula en "el estado normal", es decir, elegido de manera convencional como 1,013 bar(a) y 0 °C. La unidad normal Nl/s se utiliza principalmente cuando se especifica un flujo de masa. Para el aire libre suministrado (FAD), el flujo de salida del compresor se recalcula a un índice de volumen de aire libre en la condición de entrada estándar (presión de entrada de 1 bar[a] y temperatura de entrada de 20 °C). La relación entre los dos flujos volumétricos es (tenga en cuenta que la fórmula simplificada anterior no tiene en cuenta la humedad).
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