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Distribución del aire comprimido

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Los sistemas de distribución del aire comprimido inadecuados generarán facturas energéticas altas, baja productividad y un deficiente rendimiento de la herramienta neumática. En un sistema de distribución del aire comprimido se aplican tres exigencias: una caída de presión baja entre el compresor y el punto de consumo, un mínimo de fugas en las tuberías de distribución y una separación de condensado eficiente si no se instala un secador de aire comprimido.

¿Cómo mantener la caída de presión baja entre el compresor y el punto de consumo?

Estas tres exigencias se aplican fundamentalmente a las tuberías principales y al consumo previsto de aire comprimido para las necesidades actuales y futuras. El coste de la instalación de tuberías y racores de mayores dimensiones que las requeridas inicialmente es bajo en comparación con el coste de la reconstrucción del sistema de distribución en una fecha posterior. El trazado, el diseño y el dimensionamiento de la red son importantes para la eficiencia, la fiabilidad y el coste de la producción de aire comprimido. A veces, una gran caída de presión en la tubería se compensa con el aumento de la presión de trabajo del compresor de 7 bares(e) a 8 bares(e), por ejemplo. Esto produce un encarecimiento del aire comprimido. Además, cuando se reduce el consumo de aire comprimido, también lo hace la caída de presión y, por consiguiente, la presión en el punto de consumo aumenta consecuentemente por encima del nivel permitido.

Estas tres exigencias se aplican fundamentalmente a las tuberías principales y al consumo previsto de aire comprimido para las necesidades actuales y futuras. El coste de la instalación de tuberías y racores de mayores dimensiones que las requeridas inicialmente es bajo en comparación con el coste de la reconstrucción del sistema de distribución en una fecha posterior. El trazado, el diseño y el dimensionamiento de la red son importantes para la eficiencia, la fiabilidad y el coste de la producción de aire comprimido. A veces, una gran caída de presión en la tubería se compensa con el aumento de la presión de trabajo del compresor de 7 bares(e) a 8 bares(e), por ejemplo. Esto produce un encarecimiento del aire comprimido. Además, cuando se reduce el consumo de aire comprimido, también lo hace la caída de presión y, por consiguiente, la presión en el punto de consumo aumenta consecuentemente por encima del nivel permitido.

Las redes fijas de distribución del aire comprimido se deben dimensionar de manera que la caída de presión en las tuberías no exceda de 0,1 bar entre el compresor y el punto de consumo más remoto. A esto se le debe añadir la caída de presión en la conexión de mangueras flexibles, los acoplamientos de mangueras y otros accesorios. Es particularmente importante dimensionar de manera correcta estos componentes, ya que con frecuencia se produce la mayor caída de presión en este tipo de conexiones.

La mayor longitud permitida en la red de tuberías para una caída de presión específica se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:

l = longitud total de la tubería (m)
∆p = caída de presión permitida en la red (bar)
p = presión absoluta de entrada [bar(a)]
qc = aire libre suministrado del compresor, FAD (l/s)
d = diámetro interior del tubo (mm)

La mejor solución consiste en diseñar un sistema de tuberías en forma de anillo cerrado alrededor de la zona en la que se consumirá el aire. Después se toman ramales desde la tubería principal a los diversos puntos de consumo. Así se obtiene un suministro uniforme de aire comprimido, aunque la utilización sea de uso intermitente, ya que el aire se conduce hasta el punto real de consumo desde dos direcciones. Este sistema se debe utilizar para todas las instalaciones, excepto si algunos puntos de gran consumo de aire están situados a gran distancia de la instalación del compresor. En este caso, se dirige un tubo principal independiente a esos puntos.

¿Qué es un depósito de aire?

En cada instalación de compresores se incluyen uno o más depósitos de aire. Su tamaño está en función de la capacidad del compresor, el sistema de regulación y el patrón de necesidades de aire del consumidor. El depósito de aire almacena el aire comprimido, equilibra las pulsaciones del compresor, enfría el aire y recoge la condensación. Por tanto, el depósito de aire debe estar equipado con un purgador de condensado. La siguiente relación se aplica al dimensionar el volumen del depósito. Tenga en cuenta que esta relación solo se aplica para los compresores con regulación de carga/descarga.

V = volumen del depósito de aire (l) qC = FAD del compresor (l/s)
p1 = presión de entrada del compresor [bar(a)]
T1 = temperatura de entrada máxima del compresor (K)
T0 = temperatura del aire del compresor en el depósito (K)
(pU -pL) = diferencia de presión de ajuste entre la carga y la descarga
fmax = frecuencia máxima de carga (se aplica 1 ciclo cada 30 segundos a los compresores Atlas Copco)

En cada instalación de compresores se incluyen uno o más depósitos de aire. Su tamaño está en función de la capacidad del compresor, el sistema de regulación y el patrón de necesidades de aire del consumidor. El depósito de aire almacena el aire comprimido, equilibra las pulsaciones del compresor, enfría el aire y recoge la condensación. Por tanto, el depósito de aire debe estar equipado con un purgador de condensado. La siguiente relación se aplica al dimensionar el volumen del depósito. Tenga en cuenta que esta relación solo se aplica para los compresores con regulación de carga/descarga.

Depósito de aire básico

Para compresores con control de velocidad variable (VSD), el volumen necesario del depósito de aire se reduce sustancialmente. Cuando se utiliza la fórmula anterior, qc se debe considerar como el FAD a velocidad mínima. Cuando la demanda de compresión necesita grandes cantidades en periodos cortos de tiempo, no es económicamente viable dimensionar el compresor o la red de tuberías exclusivamente para esta pauta de consumo de aire extremo. Se debe colocar un depósito de aire independiente cerca del punto de consumo y dimensionarse según la salida de aire máxima. En casos más extremos, se utiliza un compresor de alta presión más pequeño junto con un depósito grande para cumplir los requisitos de alto volumen de aire a corto plazo en intervalos prolongados. Aquí, el compresor está dimensionado para satisfacer el consumo promedio.

V = volumen del depósito de aire (l)
q = caudal de aire durante la fase de vaciado (l/))
t = longitud de la fase de vaciado (s)
p1 = presión de trabajo normal en la red (bar)
p2 = presión mínima para la función del consumidor (bar)
L = necesidades de aire de fase de llenado (1/ciclo de trabajo)

La fórmula no tiene en cuenta el hecho de que el compresor puede suministrar aire durante la fase de vaciado. Una aplicación común es arrancar motores de barcos grandes, donde la presión de llenado del receptor es de 30 bares.

Más información acerca de los depósitos de aire y cómo dimensionarlos.

Diseño de la red de aire comprimido

El punto de partida al diseñar y dimensionar una red de aire comprimido es una lista de equipos en la que se detallan todos los consumidores de aire comprimido y un diagrama que indica sus ubicaciones individuales. Los consumidores se agrupan en unidades lógicas y reciben alimentación por la misma tubería de distribución. A su vez, la tubería de distribución se alimenta por tuberías verticales de la sala de compresores. Una red de aire comprimido más grande se puede dividir en cuatro partes principales:
- Tuberías verticales
- Tuberías de distribución
- Tuberías de servicio
- Accesorios de aire comprimido
Las tuberías verticales transportan el aire comprimido desde la planta del compresor hasta el área de consumo.
Las tuberías de distribución dividen el aire en toda la zona de distribución. Las tuberías de servicio dirigen el aire desde las tuberías de distribución hasta los lugares de trabajo.

Dimensionado de la red de aire comprimido

Sistema de tuberías de la red de aire, distribución de aire

Por lo general, la presión obtenida inmediatamente después del compresor no se puede utilizar por completo, ya que la distribución del aire comprimido genera pérdidas de presión, principalmente como pérdidas por fricción en las tuberías. Además, los efectos del estrangulamiento y los cambios en la dirección del flujo se producen en los tubos acodados y válvulas. Las pérdidas, que se convierten en calor, producen caídas de presión.


Se determinan las longitudes de tubería necesarias para las diferentes partes de la red (tuberías verticales, tuberías de distribución y tuberías de servicio). Es recomendable un plano a escala de la red prevista. La longitud de la tubería se corrige mediante la adición de longitudes de tubería equivalentes para válvulas, tuberías acodadas, uniones, etc., como se ilustra a continuación.

Se determinan las longitudes de tubería necesarias para las diferentes partes de la red (tuberías verticales, tuberías de distribución y tuberías de servicio). Es recomendable un plano a escala de la red prevista. La longitud de la tubería se corrige mediante la adición de longitudes de tubería equivalentes para válvulas, tuberías acodadas, uniones, etc., como se ilustra a continuación.

Como alternativa a la fórmula anterior, al calcular el diámetro de la tubería se puede utilizar un nomograma (que se muestra a continuación) para encontrar el diámetro de tubería más adecuado. Se deben conocer el caudal, la presión, la caída de presión permitida y la longitud de la tubería para realizar este cálculo. A continuación, se selecciona la tubería estándar del diámetro inmediatamente superior.

Las longitudes de tubería equivalentes para todos los componentes de la instalación se calculan utilizando una lista de racores y componentes de tuberías, así como la resistencia de flujo expresada en el equivalente a la longitud de la tubería. Estas longitudes de tubería "adicionales" se añaden a la longitud inicial de tubería recta. Las dimensiones seleccionadas de la red se recalculan para asegurar que la caída de presión no sea muy significativa. Las secciones individuales (tubería de servicio, tubería de distribución y elevadores) se deben calcular por separado para instalaciones grandes.

Medición del flujo en una instalación de compresores

Los caudalímetros de aire situados de manera estratégica facilitan la facturación interna y la asignación económica de la utilización de aire comprimido dentro de la empresa. El aire comprimido es un medio de producción que debe formar parte de los costes de producción de los distintos departamentos dentro de la empresa. Desde este punto de vista, todos los participantes se podrían beneficiar de los intentos de reducir el consumo en los distintos departamentos.

Los caudalímetros disponibles en el mercado hoy en día ofrecen de todo, desde valores numéricos para la lectura manual hasta datos de medición alimentados directamente a un ordenador o a un módulo de facturación. Por lo general, estos caudalímetros se montan cerca de las válvulas de cierre. Para la medición del anillo hay que prestar especial atención, ya que el medidor debe poder medir el caudal tanto hacia delante como hacia atrás.

A continuación, obtenga más información acerca del proceso de instalación de un sistema de compresores.

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