COMPRESORES

TIPO DE COMPRESORES

Se tienen dos grupos básicos de compresores.  En los de desplazamiento positivo (flujo intermitente) el aumento de presión se consigue confinado el gas de un espacio cerrado, donde posteriormente el volumen se reduce por una acción mecánica.  En los compresores de flujo continuo dinámico el aumento de presión se obtiene comunicando energía cinética al flujo constante de gas y convirtiendo esta en energía de presión por medio de un difusor.

Se describen a continuación los compresores reciprocantes, de tornillos rotativos y centrífugos, puesto que son los más utilizados en la industria.

1.      COMPRESORES RECIPROCANTES

Son máquinas en las cuales la compresión y el desplazamiento se efectúa por la acción positiva de un pistón que está reciprocando dentro de un cilindro.

El elemento básico de compresión reciprocante es un simple cilindro comprimiendo un solo lado del pistón, esto es para compresor de simple efecto.  Una unidad comprimiendo en los lados del pistón es de doble efecto.

El compresor reciprocante usa válvulas automáticas de resorte que se abren únicamente cuando la presión diferencial adecuada existe a través de la válvula.

Las válvulas de admisión se abren cuando la presión en el cilindro es ligeramente menor a la presión de admisión.  Las válvulas de descarga se abren cuando la presión en el cilindro está un poco por encima de la presión de descarga.

 El funcionamiento de las válvulas es asistido por pequeños muelles que ayudan a acelerar el movimiento de cierre.

El diseño y calidad de la válvula son decisivos para muchos de los datos de funcionamiento del compresor tales como el consumo especifico, el rendimiento volumétrico, los costos de mantenimiento y la vida de servicio.

Muchos problemas de compresión involucran condiciones que están más allá de la capacidad de una sola etapa de compresión.  Una alta relación de compresión (la presión de descarga absoluta divida por la presión absoluta de admisión) puede causar una temperatura de descarga excesiva u otros problemas.

Por lo tanto se hace necesario combinar elementos o grupos de elementos en series para conformar una unidad multi-etapa, en el cual habrá dos o más pasos de compresión.  El gas frecuentemente es enfriado entre etapas para reducir la temperatura y el volumen que entra a la siguiente etapa.

Los cilindros están proporcionados de acuerdo a la relación de compresión total, las etapas se van reduciendo en volumen proporcionalmente, puesto que el gas ha sido comprimido parcialmente y enfriado en la etapa anterior, y por lo tanto ocupa menos volumen.

De acuerdo con las experiencias que se han tenido en la industria, una buena rentabilidad del equipo se obtiene trabajando en los siguientes rangos de presión, de acuerdo con el número de etapas:

0- 80 PSIG           Una etapa

80- 200 PSIG       Dos etapas

200 ó más PSIG   Tres etapas ó más

Las partes de un compresor de simple efectos con dos etapas y uno de doble efecto y una etapa se muestran en la figura.

    

CICLO DE COMPRESIÓN EN UN COMPRESOR RECIPROCANTE.

Se explica el ciclo bajo un diagrama teórico P vs. V para un compresor de una etapa.

Diagrama A

Muestra el elemento básico con el cilindro lleno de aire atmosférico.  El punto 1 es el inicio de compresión.  Las válvulas de admisión y descargas están cerradas.

Diagrama B

Muestra la carrera de compresión, el pistón se ha movido hacia la izquierda, reduciendo el volumen original del aire acompañado por el aumento de presión.  Las válvulas aún permanecen cerradas.  La compresión se da del punto 1 al punto 2 que es cuando la presión del cilindro a alcanzado la del tanque.

Diagrama C

Es el momento en que el pistón esta completando la carrera de descarga.  Las válvulas de descarga se abren justo después del punto 2.  El aire comprimido fluye a través de las válvulas de descarga hacia el tanque.

Diagrama D

Después de que el pistón alcanza el punto 3 la válvula de descarga se cierra dejando el espacio muerto (clearance) lleno de aire a la presión de descarga.  Tanto las válvulas de admisión y descarga permanecen cerradas y el aire atrapado en el espacio muerto aumentará de volumen causando una reducción en la presión, esto continua, hasta que la presión en el cilindro disminuye por debajo de la presión de admisión en el punto 4.

Diagrama E

La válvula de admisión ahora se abre y el aire empieza a fluir hacia el interior del cilindro hasta que finaliza la carrera de admisión.  Las válvulas de admisión se cierran, punto 1, y el ciclo se repite en la siguiente revolución cigüeñal.

En un compresor reciprocante de dos etapas, los cilindros están proporcionando de acuerdo a la relación de compresión total, el cilindro de la segunda etapa es más pequeño por que el aire habiendo sido ya parcialmente comprimido y enfriado ocupa menos volumen que en la primera etapa.

Las condiciones antes de empezar la compresión son los puntos 1- 5 para la primera y segunda etapa respectivamente, después de la compresión los puntos 2- 6, y de las descargas en los puntos 3- 7.  La expansión del aire atrapado en el espacio muerto a medida que el pistón se regresa nos lleva a los puntos 4- 8 y en la carrera de admisión los cilindros son llenados nuevamente en los puntos 1- 5 y el ciclo se establece para su repetición.

Las etapas múltiples para cualquier compresor de deslizamiento positivo siguen el patrón descrito anteriormente.

2.      COMPRESORES ROTATIVO DE TORNILLO

En el mercado se conocen comúnmente con el nombre de compresores de tornillo.  Es una máquina con dos rotores que comprime gas entre las cámaras de los lóbulos helicoidales entrelazados y la carcaza.  El elemento básico es la carcaza en su ensamble de rotores.  Los lóbulos en los rotores no son idénticos.  El rotor que tiene cuatro lóbulos convexos se  denomina rotor macho y el rotor que tiene seis lóbulos cóncavos se llama hembra.

El rotor macho o guía (rotor principal) consume alrededor del 85 al 90% de la potencia y el hembra o guiado requiere a lo sumo sólo del 10 al 15% de la potencia total.

En este tipo de compresores el gas se comprime y se desplaza con una rotación de presión estable.  La carencia de válvula de aspiración e impulso y la inexistencia de fuerza mecánicas desequilibradas, hacen que el compresor de tornillo pueda funcionar a altas revoluciones.

Existen dos tipos de estos compresores, uno usa piñones acoplados para mantener los dos rotores en fase todo el tiempo.  Esta clase no requiere lubricación y el sello entre lóbulos lo hacen las pequeñas tolerancias.  El segundo tipo usa un baño de aceite a lo largo de la máquina para lubricar, sellar y enfriar el gas comprimido.

Estas unidades tienen compresión interna.  La relación de compresión se determina o diseña de acuerdo con la localización de los bordes de las entradas, la abertura de descarga y el ángulo de enrollamiento de los lóbulos.

La operación de compresión en la cámara de aire:

1.      El bolsillo de rotor guiado está totalmente abierto y se llena con el gas de admisión.  El bolsillo del rotor principal está abierto hacia la admisión.  Pero todavía no está lleno en toda su longitud.

2.       El bolsillo del rotor guiado se ha cerrado y el bolsillo del rotor principal se ha llenado, pero aún esta abierta la admisión.

3.      Los lóbulos se han entrelazado, los bolsillos que casan se juntan y empieza a acortarse.

4.      El bolsillo de la espiral se hace más pequeño. El gas se comprime a medida que es desplazado anualmente hacia el extremo de descarga.  A lo largo de la secuencia de 1 a 4 la cubierta del extremo de descarga ha sellado el bolsillo.

5.      La descarga ha sido descubierta y el gas comprimido se descarga.

Es posible tener doble-etapa haciendo un arreglo de máquinas en serie.  Ocasionalmente las dos etapas están en la misma carcaza conectadas por ductos internos.

En la figura se ilustra el ciclo de compresión en un compresor rotatorio de tornillos. En este equipo existen tres circuitos a saber un circuito eléctrico, un circuito de aceite y por último un circuito de aire. Se hará énfasis en los dos últimos.

1.      Inicialmente el aire atmosférico entra a la unidad a través del filtro de admisión.  El aire entra a la unidad por el vacío que generan los rotores al girar en sentido inverso.

2.      Se realiza la compresión de la mezcla aire / aceite en la unidad.

3.      La mezcla aire / aceite ya comprimida se descarga de la unidad compresora, pasa por el cheque para entrar al módulo del elemento separador.  El cheque sirve como prevención, puesto que el flujo de la mezcla se realiza por presión diferencial. Al existir un corte de energía el aceite tiende a salir por admisión, ya que es donde hay menor presión, reteniendo el cheque a la descarga.

4.      El módulo separador realiza la separación de aire y aceite.  La mezcla entra por la parte inferior del módulo en forma tangencial, creando un movimiento circular a la mezcla.  Las partículas de aceite que son más pesadas se decantan en el fondo del módulo.  Pequeñas cantidades de aceite aún siguen el trayecto con el aire entrando a un elemento separador de fibra coalescente que es donde se realiza la separación total de aire y aceite.

El efecto coalescente consiste en tomar la neblina del aire / aceite hacerla pasar por varios orificios que se concentran en un solo orificio generando así más gotas de aceite y dejar pasar sólo aire comprimido.

Es en el módulo separador donde se originan los dos circuitos: de aire y de aceite.

5.      Circuito de aire.  Siguiendo con el trayecto del aire, al salir del módulo pasa por un post-enfriador, el cuál puede ser con intercambiador de aire/ agua o aire/ aire tipo radiador.

Con el intercambiador de calor aire/ agua generalmente se logra una diferencia de temperatura fría de25° F y en el intercambiador aire/ aire 15° F.

6.      Por último el aire pasa por una trampa con drenaje automático, que retiene parcialmente el condensador de aire al ser enfriado, para ser suministrado a la planta.

7.      Circuito de aceite. Recordemos que el aceite tiene triple función: sellar, enfriar y lubricar.  Al salir del módulo el aceite pasa por una válvula termostática, en la cual se define que cantidad de aceite debe ser enfriado, debido a que todo el aceite no puede ser enfriado ya que hay que mantener una temperatura de compresión estable para evitar posibles condensados de aire en la unidad y crear cavitación.

8.      La cantidad de aceite que se necesita enfriar se hace pasar por el intercambiador de calor aire/ agua o aire/ aire.

9.      Al salir del intercambiador se pasa por el filtro aceite, donde se retienen las posibles suciedades.

10. Después de filtrado el aceite llega a un distribuidor, donde se reparte el aceite a los rodamientos, engranajes y a la unidad.

Para las unidades de tornillo no lubricamos se utiliza un enfriamiento por agua, para remover el calor de compresión.

El sistema de control de capacidad se hace normalmente por un sistema electro-neumático mecánico. Aunque en los últimos años se han lanzado al mercado compresores de tornillo controlados con un microprocesador, con el cual se tiene un considerable ahorro de energía.

El sistema de control gobernado con un microprocesador, se logra por un transductor instalado en el equipo, el cual toma todas las señales y las convierte en electrónicas. El panel de control tiene un seleccionador donde se escoge el parámetro a chequear, el cual mediante un mensaje alfanumérico presenta el valor de operación.

               

  

3.      COMPRESORES DE FLUJO CONTINUO

En este tipo de compresores el tema se centralizará en los compresores dinámicos centrífugos, ya que los demás compresores por su aplicación especial y escasa no es del caso mencionarlos.

COMPRESORES DINAMICOS

La compresión en un compresor dinámico depende de la transferencia de energía que se le  entrega al gas por medio de un juego de aspas girando. El rotor cumple con esta transferencia de energía cambiando el momentum y la presión del gas.  El momentum, relacionado con la energía cinética, es convertido en energía de presión útil mediante la desaceleración del gas corriente bajo.  Un difusor estacionario o en otro juego de aspas.

Los compresores dinámicos no requieren lubricación interna y pueden suministrar aire libre de aceite.

COMPRESOR CENTRÍFUGO

El compresor centrifugo tiene un impulsor con alabes radiales o inclinados y hacia atrás.  El gas es obligado a pasar a través del impulsor por la acción mecánica de los alabes.  La velocidad generada se convierte en presión, parcialmente en el impulsor (la cantidad depende del diseño) y parcialmente en los difusores estacionarios que se encuentran inmediatamente después del impulsor.  Se muestra en ambas secciones radial y longitudinal un compresor centrifugo de una etapa.  Este utiliza un difusor radial y un colector de gas tipo voluta terminado en un difusor de voluta.

Los compresores centrífugos multi-etapa utilizan dos o más impulsores dispuestos para flujo en serie, cada uno con difusor radial y canal de retorno separando los impulsores.

Para comprender mejor el ciclo de compresión en este tipo de compresores, sigamos el flujo de gas.

1.      El aire tiene su entrada por el centro del impulsor el cual imparte velocidad al gas, la dirección que toma es radial.  La admisión se da por que se crea un vacío en la boca del compresor, debido al perfil que tienen los alabes.

2.      El aire es dirigido al difusor, que es donde la totalidad de la energía cinética se convierte en presión. Este cambio se debe al choque de las partículas con la pared del difusor.  Este principio se puede experimentar fácilmente si usted le pone la mano al flujo de aire que genera un ventilador.  En la mano se siente el choque y en la cara posterior se siente presión.

3.      Al salir del difusor el gas sigue la dirección, para entrar al interenfriador aire/ agua, en este caso de seis pasos, en este punto se disipa el calor de compresión.  El condensado de agua es removido por trampas con drenaje automático.

4.      El aire entra a la segunda etapa, el impulsor es de menor diámetro debido a que el volumen se ha reducido, el gas se comprime bajo el mismo principio que en la primera etapa.

5.      El aire después de pasar por el difusor de la segunda etapa entra al post-enfriado donde el aire comprimido es ya suministrado a la planta.

La relación entre etapas se determina en función del cambio de velocidad y de la densidad del gas.

Los intercambios de calor se hacen voluminosos debido a que estos tipos de compresores son muy sensibles a la caída de presión.

Las unidades centrífugas comercialmente operan en su mayoría a unas 20000 revoluciones por minuto con fuerte tendencia a aumentar.

La cantidad mínima de un compresor centrífugo esta limitada principalmente por el flujo de la última etapa.  Como límite práctico se puede emplear 340 pies cúbicos por minuto en modelos de carcasa con participación horizontal.

PARALELO ENTRE COMPRESOR ROTATIVO DE TORNILLO Y RECIPROCANTE.

En el medio industrial es muy frecuente encontrarse con la pregunta ¿entre un compresor de tornillo y uno de pistón cuál es mejor?

La respuesta es inmediata: el uno no es mejor que el otro, cada uno con sus características de diseño y parámetros de operación se comporta mejor frente al sistema, y aunque tienen mecanismos y regulación de control diferente las dos máquinas son confiables.

Para ayudar un poco a seleccionar el compresor más adecuado para satisfacer las necesidades de la planta, mostramos el siguiente paralelo entre las dos máquinas.

1.      Temperatura de compresión.

Debido a que el compresor rotatorio de tornillo se encuentra totalmente embebido de aceite, el aumento de la temperatura del aire comprimido con respecto a la ambiental es de aproximadamente 39° C a 100 PSIG, cuando en un compresor recíproco es mayor el aumento de la compresión.

2.      Aire a la admisión.

Debido a las tolerancias tan estrechas que se tienen entre los motores del compresor de tornillo exige una mejor calidad de aire atmosférico.  Los fabricantes tienen la opción de ofrecer un filtro de admisión de alta eficiencia para remover las partículas finas que se encuentran en suspensión en el aire de admisión.

3.      Unidad compresora

El compresor rotatorio de tornillo se ofrece como paquete compacto el cual ocupa menos área para la instalación que un compresor reciprocante de la misma capacidad.

4.      Mantenimiento.

Es muy arriesgado decir cual genera más costos de mantenimiento, ya que depende del tipo de planta y la aplicación. Algunas diferencias son:

·        En el compresor reciprocante se encuentran más partes en movimiento y en contacto que prestan desgastes, que hay necesidad de inspeccionar con mayor frecuencia, pero no necesita mano especializada.  Además, debido a que trabaja a bajas revoluciones se logra una vida alta de las partes, combinado con una buena lubricación.

·        Los compresores de tornillos se presentan menos partes en movimiento e inspección ya que el desgaste por contacto se presenta únicamente en los rodamientos los cuales trabajan a altas revoluciones.  Existen partes criticas en estos equipos tales como el sistema de lubricación que exigen un alto cuidado en el aceite, filtro de aceite y separador aire/ aceite.

5.      Instalación.

La mayoría de los fabricantes presenta el compresor de tornillo como una unidad compacta y montada sobre base, lo que hace que el compresor sea de fácil transporte e instalación.  Además como su nivel de vibración es bajo no necesita cimientos especiales.  Mientras en un compresor reciprocante se necesita fundación especial, aunque se tenga un balanceo perfecto.

6.      Costos.

En unidades por encima de 25 HP el compresor rotatorio de tornillo se hace con una inversión mucho más favorable que un compresor reciprocante.

7.      Sistema de control.

El compresor reciprocante exige un rango de regulación más amplio que en los de tornillo.  En las máquinas de pistón el rango es de 25 PSIG, mientras en los tornillos es de 3 PSIG, lo que significa un consumo de potencia mayor, los consumos de potencia hay que evaluarlos de acuerdo a la eficiencia de la máquina, y al parámetro anterior que da una base del consumo total de energía.

MANTENIMIENTO

El tema se centralizará en los compresores reciprocantes y rotatorios de tornillos, puesto que son los más comunes en las instalaciones de aire y haciendo un gran énfasis en los compresores reciprocantes.

El mantenimiento de cualquier máquina se puede describir como “la circunstancia de mantener un equipo en un estado particular o condición de operación”.  Esto se diferencia de las reparaciones, ya que estas consisten en la restauración de un equipo a condición anterior u original de “como nuevo”.  Un compresor es en general:

1.      Un respirador de aire: Necesita aire fresco y limpio.

2.      Un consumidor de energía:     Necesita energía eléctrica adecuada.

3.      Un generador de calor:   Necesita un adecuado suministro de enfriador.

4.      Un generador de agua condensada: Necesita drenajes.

5.      Un usuario de aceite: Necesita un lubricante de calidad y en cantidad apropiada.

6.      Un vibrador: Necesita fundaciones y tuberías apropiadas.

En un clima monetario actual, se hace énfasis en la economía de operación y la reducción de los costos generales fijos de los compresores.  Los fabricantes de este tipo de máquinas diseñan y construyen máquinas que cumplen con los requisitos reales mucho más estrecho, lo que hace que el mantenimiento y la correcta operación tomen mayor importancia.

Se tiene cierto concepto ideal sobre lo que el mantenimiento de compresores debe ser.  El mantenimiento por parte del usuario esta limitado en general por el presupuesto, el personal disponible, la destreza de dicho personal, los requerimientos de producción, etc. Siendo en muchos casos no estar relacionado con lo que el compresor requiere, y queda limitado a lo que el usuario puede hacer, convirtiendo entonces en un compromiso y llegan a un punto medio entre el ideal y la falta absoluta de resultados.

El mantenimiento es una inversión en la continuación de la operación económica del compresor.  El segundo beneficio más importantes la continuidad de la operación y un mínimo de interrupción no programada de la operación y reparaciones de emergencia. Cabe anotar en este instante que el reemplazo de piezas rotas conduce al manejo de crisis.

De los planteamientos hechos anteriormente puede surgir la pregunta ¿cómo puede entonces un ingeniero de planta o un superintendente de mantenimiento enfocar el problema de la programación y ejecución del mantenimiento de los compresores?

A.     Hacer un inventario de los compresores instalados.

1.      Cantidad, localización en planta, tipo de compresor.

2.      Determinar el ciclo de trabajo, tiempo cargando vs. tiempo descargando de cada compresor.

B.     Determinar la disponibilidad de capacidad de aire en reserva en cada área deservicio.

1.      Evaluar los efectos de una interrupción de la operación en cada área para predecir el aspecto de crisis de un compresor que esté temporalmente fuera de servicio.

2.      A partir de estos efectos, se podrá establecer áreas críticas y asignar prioridades en los programas de mantenimiento.

C.    Determinar requerimientos diarios normales de cada unidad.

1.      Aceite.

2.      Chequeos visuales y audibles.

3.      Establecer hoja de registro de rutina para ser llevada por las personas responsables de la máquina.

4.      Revisar las hojas conjuntamente con el personal.

5.      Planear con anticipación como resultado de estas de registro: piezas en existencia, reemplazamiento de piezas, chequeos periódicos, etc.

Como complemento a los aspectos anteriores miremos los siguientes puntos que aunque inicialmente no se consideran dentro los parámetros de mantenimiento, si influyen directamente en los equipos.  En primer lugar está la localización del compresor.  El costo de espacio actualmente es alto en cualquier planta.  Sin embargo, una localización inadecuada por ahorrar área es una falsa economía.  Debe haber suficiente espacio alrededor y por encima de la unidad para hacer el trabajo de rutina diaria.  Se debe dejar espacio también para: adecuada recirculación del aire con el fin de evitar sobrecalentamientos del motor y de otros dispositivos eléctricos sensibles como también del aire de admisión.  Si la unidad se instala en un sitio donde es difícil encontrarla, verla o moverla alrededor de ella, el personal de mantenimiento hallará una excusa para evitarla, es una reacción humana normal.

En segundo lugar está el filtro de aire de entrada.  Un compresor de aire es un respirador.  Si se le suministra aire sucio, húmedo y cargado de abrasivos entonces la vida útil de los elementos internos del compresor se acortarán considerablemente.  Ponga el filtro de admisión en un lugar limpio, pero localícelo donde sea accesible para servicio conveniente.

El compresor prestará un mejor servicio si:

1.      Lo mantiene limpio.

2.      Lo mantiene adecuadamente enfriado.

3.      Lo mantiene debidamente aceitado.

En cuanto a lubricación se puede hacer los siguientes comentarios:

1.      Seleccione un aceite que cumpla las especificaciones del fabricante del compresor.  Consulte el manual de instrucciones para las especificaciones exactas.

2.      Lleve registros sobre cuanto usa y cuando se hacen los cambios. 

Los registros deben ser los más sencillos posible.  En las unidades pequeñas enfriados por aire reciprocante, una simple etiqueta fijada a la unidad es suficiente.

Para las unidades más grandes y enfriadas por agua se deben llevar un registro mas elaborado.  Sin embargo no se deben llevar demasiado pesados con datos incompresibles.  El propósito de los registros es establecer el reconocimiento exacto de las funciones de mantenimiento periódico y llevar un historial con él, con el agua se puede proyectar el mantenimiento futuro.

En resumen, el mantenimiento de los compresores se realiza mejor si tiene en cuenta las siguientes sugerencias:

1.      Ubique la unidad en un área accesible.

2.      Manténgala limpia por dentro y por fuera.

3.      Manténgala enfriada.  Lleve control del agua de enfriamiento.  Si la unidad es enfriada por agua.

4.      Manténgala lubricada.  Controle la cantidad y la calidad del aceite.

5.      Lleve registro del tipo que le convenga a sus necesidades.  Le ayudará a determinar los intervalos de mantenimiento preventivo.

6.      Concéntrese en lo que usted realmente puede ser con los recursos disponibles.

Principios físicos y Leyes de los gases
Las condiciones de un gas se definen mediante tres variables de estado, que son: Presión absoluta (P), volumen específico (v, o densidad, ?) y temperatura absoluta (T). Cuando se conocen dos de ellas, queda determinada la condición del gas, debido a la relación que existe entre ellas. A esta conclusión se llegó a través de la experimentación y las leyes que se enuncian a continuación en la siguiente tabla.
Tabla 1.4. Leyes de los gases
• Ley General de Los Gases
La composición química del aire comprimido, hace que lo podamos tratar como un gas ideal. Si usamos las leyes anteriormente descritas y las combinamos, a través de desarrollos matemáticos, llegaremos a la siguiente fórmula:
	(1.8)
La fórmula es la general para los gases ideales. Sustituyendo todas las leyes en una misma fórmula, y teniendo en cuenta que un mol de gas en condiciones estándar ocupa un volumen de 22,4 litros, se puede demostrar que tenemos:
	(1.9)
Con P la presión absoluta en atmósferas, V el volumen en litros, n el número de moles, R constante e igual a 0.082 (atm*L)/(K*mol) y T es la Temperatura en Kelvin. Es importante saber que se definen unos estados de referencia que se usan a la hora de realizar cálculos mediante estas ecuaciones, y son las denominadas condiciones normales o estándar, término definido por la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) que considera una temperatura de 0 °C (273,15 K) y una presión absoluta de 100 kPa (0,986 atm, 14,504 psi). Existen otras condiciones estándar, como la versión del NIST (National Institute of Standards) en la que la temperatura de referencia es de 20 °C (293,15 K) y la presión absoluta de 101,325 kPa (1 atm, 14,696 psi).

PROPIEDADES DE LOS GASES

LA LEY DE BOYLE
“A temperatura constante, la presión de una masa dada de gas es inversamente proporcional a su volumen”

Figura 3.5 Ilustración de la ley de Boyle

Si el volumen V1 = 1 m3 a una presión absoluta de 100 kPa (1 bar ABS) se comprime a temperatura constante a un volumen V2 = 0.5 m3, entonces:

es decir,

Nuevamente, si el volumen V1 a 100 kPa se comprime a V3 = 0.2 m3, entonces la presión resultante :

LEY DE CHARLES
“A presión constante, una masa de gas dada aumenta en volumen a razón de 1/273 de su volumen por cada grado Celsius de aumento de temperatura”.

LEY DE GAY LUSSAC
“A presión constante, el volumen de un gas aumenta en proporción a la temperatura“, por lo tanto,

TRANSFORMACIÓN ISOCÓRICA
“Con un volumen constante, la presión es proporcional a la temperatura”, por lo tanto,

(En las expresiones superiores se debe utilizar la escala de temperatura Kelvin, es decir °C+ 273 = °K)

Las relaciones anteriores se combinan para proporcionar la “ecuación general de los gases perfectos“.

Esta ley proporciona una de las bases teóricas principales para el cálculo a la hora de diseñar o elegir un equipo neumático, cuando sea necesario tener en cuenta los cambios de temperatura.

TRANSFORMACIÓN ADIABÁTICA
Las leyes anteriores se referían siempre a cambios lentos, con solamente dos variables cambiando al mismo tiempo. En la práctica, por ejemplo, cuando el aire entra en un cilindro, no tiene lugar un camino de estas características, sino un cambio adiabático. La ley de Boyle de p V = cte. cambia a p V k = cte.

El diagrama ilustra la diferencia con suficiente claridad. Vemos que tenemos una pérdida de volumen cuando la presión aumenta rápidamente. Nos encontramos nuevamente esta ley, cuando hablemos acerca del consumo de los cilindros.

Ley básica

Cálculo del caudal de aire

• Ver la animación Flash

El caudal es equivalente a la cantidad de aire comprimido transportado en una sección dada por unidad de tiempo.

Q = A1.V1 = A2.V2
Q : caudal (cfm)
A : sección de caudal (ft²)
V : velocidad (ft/min)

La unidad de caudal del sistema internacional es el metro cúbico/segundo (m3/s), pero normalmente utilizamos l/s, m3/h o cfm. Esto varía dependiendo de varios factores y, en concreto, de la presión del aire y de la longitud/el DI del tubo que transporta el aire comprimido. .

 

Cálculo de la caída de presión

• Ver la animación Flash

Cuando fluye aire comprimido en un tubo recto, el caudal puede depender de dos factores: la tasa laminar o la tasa de turbulencia, dependiendo del valor del número de Reynolds (R).