CONCEPTOS BASICOSCONCEPTOS BASICOS

Conceptos y DefinicionesConceptos y Definiciones• Presión• Caudal• Eficiencia Volumétrica• Humedad Absoluta y Relativa• Punto de Rocío• Variación del caudal con la presión y temperatura atmosférica• Potencia (Teórica, del Gas, al freno, especifica y eficiencia)• Diferencial de temperaturas frias• El Proceso de Compresión de 1 y 2 Etapas• Filtrado

PresiPresióónn

• Fuerza Ejercida por Unidad de Area

•Unidades:- PSI (libras por pulg2)- Kg/cm2 - Bar

F = P / A

PresiPresióónn• Presión Atmosférica• Presión Manométrica• Presión Absoluta

PresiPresióónn

CERO ABSOLUTOPRESIÓN ATMOSFERICA

PRESIÓN DEL SISTEMA

PSIGPSIA

PSIA=PAtm+PSIG

CAUDALCAUDAL

• Es el volumen de fluido que pasa por una determinada sección transversal de una tubería o conducto por cada unidad de tiempo.

• Unidades:- CFM (cubic feet per minute) Pies cúbicos por minuto- M3/min.- M3/Hora- Lt /min.

Q = V / T

1 min.

1 ft1 ft 1 ft

CAUDALCAUDALTERMINOLOGIAS USADAS

• ACFM ( Pies cúbicos por minuto actuales )• FAD (Free Air Delivery = Libre entrega de aire)• SCFM ( Pies cúbicos por minuto standard)• Nm3/hora ( Normal metro cúbico por hora )

1 ft

1 ft1 ft

A condiciones ambientales del A condiciones ambientales del Sitio de TrabajoSitio de Trabajo

ACFMACFM

Es el flujo entregado por el compresor a la descarga, pero Es el flujo entregado por el compresor a la descarga, pero tomando como referencia las condiciones de admisitomando como referencia las condiciones de admisióón.n.

• Tiene básicamente el mismo significado que ACFM pero teniendo en cuenta la entrega efectiva del compresor a la descarga, esto es, que toma en consideración todas las perdidas por fricción, transferencia de calor y caídas internas de presión, pero con referencia a las condiciones atmosféricas.

F.A.D. F.A.D. (Libre Entrega de Aire)(Libre Entrega de Aire)

Filtro de admisión

Presión atmosféricaTemperatura atmosféricaHR atmosférica

Presión de admisióno de brida

Descarga de aire

FAD = Es el flujo de aire FAD = Es el flujo de aire efectivoefectivo entregado por el compresor a la descarga, entregado por el compresor a la descarga, pero tomando como referencia las condiciones atmosfpero tomando como referencia las condiciones atmosfééricas de admisiricas de admisióónn

CAPACIDAD FADCAPACIDAD FAD

• Se refiere al volumen de aire producido por el compresor a unas condiciones ambientales determinadas por el usuario y el fabricante del equipo.

• Generalmente mas no siempre las condiciones ambientales determinadas para SCFM son:- 14.7 psig Presión Atmosférica- 60 ºF Temperatura ambiente.- 0 % Humedad Relativa.

SCFMSCFM(Pies C(Pies Cúúbicos por Minuto Estbicos por Minuto Estáándar)ndar)

• Se refiere al volumen de aire producido por el compresor a unas condiciones ambientales determinadas por el “ Compressed Air Gas Institute “ de USA.

• Estas condiciones ambientales determinadas para NM3/HORA son:- 1.014 bar de Presión Atmosférica- 20 º C de Temperatura ambiente.- 36 % de Humedad Relativa.

NM3/ HORANM3/ HORA(Normal metro c(Normal metro cúúbico hora)bico hora)

Condiciones de ReferenciaCondiciones de Referencia• CONDICIONES ESTANDAR (SCFM)

– 14.7 PSIA (Nivel del mar)

– 60ºF (15.6 ºC)– 0 % Humedad Relativa

• CONDICIONES ESTANDAR (SCFM)– 14.7 PSIA (Nivel del mar)

– 60ºF (15.6 ºC)– 0 % Humedad Relativa

• CONDICIONES NORMALES (Nm3/h)– 1.014 bar(A) (Nivel del mar)

– 20ºC (68.0 ºF)– 36 % Humedad Relativa

• CONDICIONES NORMALES (Nm3/h)– 1.014 bar(A) (Nivel del mar)

– 20ºC (68.0 ºF)– 36 % Humedad Relativa

Se puede establecer una forma de convertir condiciones SCFM a Se puede establecer una forma de convertir condiciones SCFM a condiciones ACFM, mediante la siguiente relacicondiciones ACFM, mediante la siguiente relacióón:n:

ACFM = SCFM x ACFM = SCFM x Ps - ( HRs x PVs ) x x Ta Ta x x PsPsPa Pa -- (HRa x PVa ) Ts Pa(HRa x PVa ) Ts Pa

donde:donde:Ps = PresiPs = Presióón estn estáándarndarPa = PresiPa = Presióón actual en la admisin actual en la admisióónnHRs = Humedad Relativa estHRs = Humedad Relativa estáándarndarHRa = Humedad Relativa actualHRa = Humedad Relativa actualPVs = PresiPVs = Presióón de Vapor a la temperatura estn de Vapor a la temperatura estáándar.ndar.PVa = PresiPVa = Presióón de Vapor a la temperatura actualn de Vapor a la temperatura actualTs = Temperatura estTs = Temperatura estáándar ( Rankine )ndar ( Rankine )Ta = Temperatura actual ( Rankine )Ta = Temperatura actual ( Rankine )

CONVERSION DE SCFM A ACFM

Eficiencia VolumEficiencia Voluméétricatrica

ηvol = ACFM / DP Es la relación entre el volumen de aire que sale del compresor (que efectivamente pasa por las válvulas) y el volumen que barre el pistón.

DESPLAZAMIENTO DEL PISTON DESPLAZAMIENTO DEL PISTON (DP)(DP)

P.M.IP.M.I P.M.SP.M.S

DP = Area x (PMSDP = Area x (PMS --PMI) x RPMPMI) x RPM

Eficiencia VolumEficiencia Voluméétricatrica

P.M.IP.M.I

CompresiCompresi óónn AdmisiAdmisi óónn

P.M.SP.M.S

Final deFinal dela Compresila Compresi óónn

Espacio MuertoEspacio Muerto

ExpansiExpansi óónnDescargaDescarga

Humedad Absoluta y RelativaHumedad Absoluta y RelativaHumedad Absoluta: Es la cantidad de Vapor de agua contenido en una determinada cantidad de aire seco. H.A.= (m VAPOR DE H20 / mAIRE SECO) H.A.= (m VAPOR DE H20 / mAIRE SECO)

H.R.= (PVP actual / PVP sat)H.R.= (PVP actual / PVP sat)

Humedad Relativa: Es la relación entre la presión de vapor de agua actual y la que tendría si estuviera saturado a la misma temperatura y presión

Punto de RocPunto de Rocííoo

• Temperatura a la cual la humedad en el aire se condensa (HR=100%)

• En sistemas de aire comprimido; depende de la Presión a la cual se encuentre el aire

2500

MT

S25

00 M

TS

NIVEL DEL MARNIVEL DEL MAR

C2C2

C1C1

Efecto de la PresiEfecto de la Presióón de Admisin de Admisióón n (Altitud)(Altitud)

200 HP200 HP

200 HP200 HP

CapacidadCapacidadC1 = 993 C1 = 993 scfmscfm @ 100 PSIG@ 100 PSIG14.7 14.7 psiapsia, 60, 60ººF y 0% HRF y 0% HR

CapacidadCapacidadC2 = 727 C2 = 727 scfmscfm @ 100 PSIG@ 100 PSIG10.91 10.91 psiapsia, 60, 60ººF y 0% HRF y 0% HR

Efecto de la Temperatura en la Efecto de la Temperatura en la AdmisiAdmisióónn

T2 = 90 T2 = 90 ooFF 200 HP200 HP

CondicionesCondicionesen 1 :en 1 :PatmPatm = 14.7 = 14.7 psiapsia

Temp = 60Temp = 60ººFF

HR=0%HR=0%

993 SCFM

T1 = 60 T1 = 60 ooFF 200 HP200 HP

CondicionesCondicionesen 2 :en 2 :PatmPatm = 14.7 = 14.7 psiapsia

Temp = 90Temp = 90ººFF

HR=0%HR=0%

938 SCFM

PotenciaPotencia• Potencia teórica• Potencia del gas• Potencia al freno• Potencia específica• Eficiencia teórica

Potencia TePotencia Teóóricarica• Es la potencia requerida, de acuerdo con un proceso teórico, para llevar a cabo el proceso de compresión.

Potencia del GasPotencia del Gas• Es la potencia requerida para comprimir y entregar el gas. Incluye las pérdidas termodinámicas, por escapes y fricción.

Potencia al FrenoPotencia al Freno

• Es la potencia requerida en el acople de la máquina. Tiene en cuenta todas las pérdidas de la máquina.

Eficiencia TeEficiencia Teóóricarica• Es la eficiencia del proceso real de compresión comparado con un proceso teórico.

η TEO = Potencia TEO / Potencia REALη TEO = Potencia TEO / Potencia REAL

Potencia EspecificaPotencia Especifica• Es la potencia al freno requerida para comprimir 100 CFM. [BHP / 100 CFM] a 100 psig. Sirve como indice para comparar las

eficiencias en potencia del proceso de compresión entre compresoras. Ejemplo: Cual es la potencia especifica de un compresor de 220 BHP que entrega 993 cfm a 100 psig Rpta: 100 x 220 / 993 = 22.15 BHP / 100 cfm

El Proceso de CompresiEl Proceso de Compresióónn

CompresiCompresióónnPP

VV

DescargaDescargaPP

VV

ExpansiExpansióónnPP

VV

AdmisiAdmisióónnPP

VV

Proceso CompletoProceso CompletoPP

VV

CAPACIDAD (ADMISICAPACIDAD (ADMISI ÓÓN)N)

DESPLAZAMIENTO DEL PISTDESPLAZAMIENTO DEL PIST ÓÓNN

00

EspacioMuerto

00

P.D.P.D.

VVP.M.S.P.M.S.

VVP.M.IP.M.I

El área encerrada es la cantidad de Energía requerida para el proceso de compresión

CompresiCompresióón en 2 Etapasn en 2 Etapas

CapacidadCapacidad

PresiPresi óón Descargan Descarga

PresiPresi óón entren entreetapasetapas

0000

RR

P.DP.D

R: Reducción de Volumen

debido al enfriamiento

entre etapas

Proceso de 1 Etapa Proceso de 2 Etapas

1ra. Etapa

2daEtapa

Ahorros de energía

( De 15 a 20% )

1 Etapa

CompresiCompresióón en 01 Etapan en 01 Etapavs. 02 Etapasvs. 02 Etapas

Calor de CompresiCalor de Compresióón en n en CompresoresCompresores

• Compresor de tornillo > 200 ºF

• Compresor Reciprocante > 300 ºF

• Compresor Centrifugo > 225 ºF

CTDCTD(Diferencia de Temperaturas (Diferencia de Temperaturas FriasFrias))

• Diferencia entre la temperatura (fría) de entrada del aire ó agua utilizada para enfriar el aire comprimido, y la temperatura del aire comprimido que sale del post enfriador.• Generalmente, el rango de CTD varía entre 15º y 25ºF dependiendo del modelo del compresor

Entrada Aire

Comprimido

SalidaAire

ComprimidoEntrada Medio

Refrigerante

SalidaMedio

Refrigerante

CTD = 25º F

80 º F

Temp. = 105ºF200

200

?

200

0F

70

270 0 F

CTD 150 F 85 0 F

130 0 F

65 0 F

350 C

920

C

? 820 C

570 C

450 CCTD 100 C

CTD (Costos)CTD (Costos)

COST

O ($

)

55 1010 1515 2020 2525

Costo

CTD (ªF)

FILTRADOFILTRADO• El aire comprimido contiene los contaminantes de la atmósfera (polvo, gases, etc.) además de los aportados por el sistema de compresión: Aceite, condensado, herrumbres, etc.

• Dichos contaminantes deben ser retirados para que no malogren los equipos o contaminen el proceso.

¿¿Por quPor quéé Filtrar el Aire Filtrar el Aire Comprimido?Comprimido?

• El alto contenido de partículas sólidas y liquidas hace necesaria la filtración del aire, en la gran mayoría de las aplicaciones (existen algunas excepciones)

• Estas suciedades acortaran la vida de los instrumentos neumáticos a donde llegara el aire

Tipos de FiltrosTipos de Filtros• Filtros de Partículas

– Remueve partículas sólidas• Filtros Coalescentes

– Remueve partículas liquidas• Filtros de Carbón Activado

– Remueve vapores, olores y gases

¿¿QuQuéé tan Pequetan Pequeñño es 0.01 Micrones?o es 0.01 Micrones?

Cabello Humano(40-100 micrones)

Humo de tabaco(0.01 micrones)

Aereosol de Aceite(0.10 micrones)

Filtro de PartFiltro de Partíícula (Intercepcicula (Intercepcióón)n)

Filtros de Partículas hasta 1 micron

Filtro CoalescenteFiltro Coalescente

Filtros Coalescentes hasta 0.01 micrones

Filtro de Carbo Activado Filtro de Carbo Activado (Adsorci(Adsorcióón)n)

Filtros de Carbon Activado para Vapores y Olores