Cómo determinar la presión de trabajo ideal para su compresor de aire

Elegir la presión de trabajo correcta tiene, por lo tanto, un impacto directo en la eficiencia energética, la vida útil del equipo y la fiabilidad general del sistema.

Más adelante en esta página, puede usar nuestra calculadora de caída de presión en tuberías para incluir las pérdidas en las tuberías en el cálculo total de la presión de trabajo.

Presión de trabajo (a veces llamada presión de operación) es el nivel de presión al que debe operar su sistema de aire comprimido para suministrar de manera fiable todo el equipo conectado. Debe ser lo suficientemente alta para garantizar una producción estable, pero no tan alta como para desperdiciar energía.

Estos términos a menudo se usan indistintamente, pero en muchas instalaciones industriales:

• Presión de trabajo = la presión requerida en el equipo o punto de uso
• Presión de funcionamiento = la presión suministrada por el compresor para compensar las pérdidas del sistema

En la práctica, la presión de operación debe ser siempre superior a la presión de trabajo para compensar las pérdidas y fluctuaciones de presión.

La presión mínima de trabajo de su sistema está definida por las pérdidas totales de presión que ocurren desde el compresor hasta el punto final de uso.

Para calcularlo, considere:

Cada herramienta o proceso tiene una presión mínima requerida. Por ejemplo:

• Herramientas neumáticas
• Maquinaria de envasado
• Sistemas de aire para instrumentación
• Procesar aplicaciones con suministro regulado

Comience identificando el requisito mínimo de presión más alto entre todos los usuarios.

Los secadores introducen una caída de presión natural, dependiendo del tipo:

• Secadores refrigerantes → típicamente 0,2–0,5 bar
• Secadores desecantes → típicamente 0,3–0,7 bar

(Los valores reales varían según el requisito del punto de rocío y el modelo).

La filtración fina aumenta la calidad del aire pero añade resistencia. Las caídas pueden variar desde:

• 0,1–0,3 bar para filtros estándar
• 0,3–0,5 bar para cadenas de filtración certificadas de alta eficiencia o libres de aceite

Los filtros sucios o saturados aumentan esta caída de manera significativa, por lo que el mantenimiento regular es esencial.

Las tuberías largas o los diámetros de tubería subdimensionados causan pérdidas por fricción.

Tuberías estrechas = mayor velocidad de flujo = mayor caída de presión.

Las pérdidas de presión aumentan con:

• Codos rectos de 90°
• Válvulas
• Reducciones o expansiones repentinas
• Enrutamiento en T en lugar de en bucle

Un diseño en anillo (bucle) reduce la caída de presión y permite que el sistema opere a una presión de trabajo global más baja.

Los sistemas con una demanda de aire que cambia rápidamente experimentan caídas temporales de presión.

Estas caídas se pueden mitigar mediante:

• volumen de buffer suficiente (tanques receptores), y/o
• un margen de presión (ΔP) limitado por encima de la presión mínima de trabajo.

Si el volumen del acumulador es insuficiente o los picos de flujo son frecuentes, se necesita una presión de funcionamiento más alta para mantener la estabilidad operativa.

Cuando un segundo compresor o un compresor de respaldo arranca para cubrir la demanda máxima, o para hacerse cargo tras una avería, la presión del sistema caerá durante el período de arranque.

Durante este tiempo, el aire comprimido es suministrado únicamente por el volumen de reserva. Para evitar que la presión caiga por debajo de la presión mínima de trabajo, la presión de operación del sistema debe incluir un margen suficiente para compensar esta caída temporal.

• Compresores con variador de velocidad (VSD) ajustan continuamente la salida para adaptarse a la demanda, permitiendo una banda de presión estrecha y una presión de funcionamiento más baja.
• Compresores de velocidad fija requieren una banda de presión más amplia, lo que resulta en un punto de ajuste de presión más alto para garantizar un funcionamiento fiable bajo cargas fluctuantes.

En sistemas sin un controlador central, los compresores suelen operar en cascada:

• A medida que la demanda supera la capacidad del primer compresor, la presión del sistema cae hasta que arranca un segundo compresor.
• Si la demanda sigue aumentando, se activan compresores adicionales de forma secuencial.
• Cada compresor suele arrancar a un nivel de presión más bajo, con una diferencia de 0,5–1 bar entre los puntos de arranque para compensar las caídas de presión durante el arranque.

En tales sistemas, la presión de funcionamiento real es igual a la presión de arranque más alta en la cascada.

Un controlador central optimiza la coordinación de los compresores y permite que el sistema funcione a una presión media más baja manteniendo la estabilidad.

La calculadora solo proporciona la caída de presión en la tubería (Δp).

Para determinar la presión de trabajo mínima, necesita los siguientes datos:

1. Presión requerida en el punto de uso

Esto está dictado por su herramienta o proceso más exigente.

2. Caída de presión en el tratamiento de aire

Los secadores y filtros introducen pérdidas previsibles.

3. Caída de presión en la tubería (Δp)

Calculado utilizando la herramienta anterior.

Para garantizar un funcionamiento estable bajo condiciones cambiantes, su compresor normalmente debe operar a una presión ligeramente superior a la presión mínima de trabajo para manejar:

• Picos de demanda
• Dinámica del tanque de almacenamiento
• Tiempo de reacción de los compresores adicionales

Para determinar la presión de funcionamiento real, se requiere un elemento adicional:
 

4. Margen de seguridad (ΔP)

Esto garantiza que la presión de su sistema nunca caiga por debajo de lo que requiere su equipo.

La caída de presión en la tubería es una de las mayores pérdidas evitables en un sistema de aire comprimido. Aumenta con:

• Diámetro de tubería más pequeño
• Tubería más larga
• Mayor caudal
• Curvas pronunciadas, válvulas y restricciones

Usar la calculadora te ayuda a:

• Identifique si el dimensionamiento actual de sus tuberías es eficiente
• Justificar el redimensionamiento o desvío de tuberías
• Comprender cómo las actualizaciones del sistema afectan la presión requerida
• Evite presiones de operación innecesariamente altas (y el desperdicio de energía)

Incluso pequeñas mejoras generan ahorros significativos. Considere:

• Cambio a un circuito anular para reducir el desequilibrio de presión
• Actualizar secadores y filtros a modelos de baja caída de presión
• Aumento del tamaño de las tuberías
• Sustitución de codos de 90° por curvas suaves
• Añadir acumuladores de aire de tamaño adecuado
• Uso de un compresor VSD para minimizar las bandas de presión

En muchos casos, los requisitos de presión consistentemente altos o las grandes caídas de presión pueden indicar que un compresor existente ya no funciona de manera eficiente. Para instalaciones antiguas, reemplazar el compresor por una solución moderna y correctamente dimensionada puede ayudar a alcanzar la presión requerida de manera más eficiente, reducir significativamente los costos de energía y mejorar el rendimiento.

Debería reevaluar su configuración de presión cuando:

• Se añaden nuevas herramientas o máquinas
• Los requisitos de calidad del aire cambian
• Se actualiza un secador o filtro
• La producción se expande o se traslada
• Se están llevando a cabo iniciativas de eficiencia energética
• Se detectan o reparan fugas

Podemos ayudarle a analizar las condiciones reales del sistema, interpretar los resultados del calculador e identificar oportunidades para reducir el consumo de energía y mejorar el rendimiento. 

Contacte con su especialista local de Atlas Copco para una evaluación del sistema.