Fórmula de cálculo del caudal de aire del compresor de aire

¿Qué es el caudal de aire de un compresor de aire?

El caudal de aire de un compresor suele referirse al volumen de gas que el compresor aspira o descarga por unidad de tiempo. En ingeniería, las unidades más frecuentes son m³/min, L/min O bien en Nm³/min. Dado que el volumen del gas varía con la presión y la temperatura, al comparar o seleccionar equipos conviene precisar previamente la presión, la temperatura y el estado de referencia correspondientes al caudal.

Estimación del volumen de escape teórico a partir de los parámetros del cilindro

Compresor de aire de pistón alternativo de acción simple:El volumen de descarga teórico puede aproximarse mediante la expresión Q = π/4 × D² × S × n × z.

• D: Diámetro del cilindro.
• S: Carrera del pistón.
• n: velocidad de rotación o número de ciclos por unidad de tiempo.
• z: número de cilindros.

El volumen de escape real suele ser inferior al valor teórico y puede expresarse como:Volumen de escape real = Volumen de escape teórico × Eficiencia volumétricaLa eficiencia volumétrica se ve afectada por el volumen de holgura, la resistencia a la aspiración y a la descarga, el estado de las válvulas, la temperatura y las fugas.

Estimación según el tiempo de llenado del tanque de gas

Estimación del volumen de descarga en estado de aspiración a partir del tiempo de llenado del depósito de gas disponible en el lugar:Q ≈ V × (P2 – P1) / (t × P0).

• V: Volumen del tanque de almacenamiento de gas.
• P1: Presión absoluta al inicio del inflado.
• P2: Presión absoluta al final del llenado de gas.
• t: tiempo de inflado.
• P0: Presión atmosférica de referencia o presión estándar en el lado de aspiración.

Si el medidor indica presión manométrica, primero debe convertirse a presión absoluta. Además, durante el cálculo conviene reducir al máximo las pérdidas por descarga, la evacuación y las interferencias derivadas de la operación en paralelo de varios equipos.

Conversión entre el caudal real y el caudal en condiciones estándar

Cuando sea necesario convertir el caudal en condiciones reales al caudal en condiciones estándar, puede consultarse la relación para gases ideales:QN ≈ Q × (P / PN) × (TN / T).

• Pregunta: Caudal volumétrico en condiciones de operación reales.
• QN: Caudal volumétrico en condiciones estándar.
• P: Presión absoluta real.
• PN: Presión en condiciones estándar.
• T: Temperatura termodinámica absoluta.
• TN: Temperatura termodinámica en estado estándar.

Las definiciones de estado estándar pueden variar según el sector; al realizar los cálculos, conviene mantener un mismo referente para evitar su mezcla directa.

Cálculo del caudal de gas necesario según el equipo de consumo de gas

En la selección de equipos, suele emplearse el método de sumatoria del consumo de aire:Caudal de aire requerido ≈ Σ Consumo de aire de cada equipo × Coeficiente de simultaneidad × Factor de margen.

• Consumo de gas por unidad: se tomará como referencia la documentación técnica del equipo o los datos medidos en condiciones reales.
• Factor de utilización simultánea: se determina en función de si los equipos funcionan de manera simultánea.
• Factor de margen: se consideran las fugas, la ampliación futura y las variaciones de las condiciones de operación.

Consideraciones para el cálculo

• La lectura del manómetro suele ser la presión manométrica; para calcular las variaciones de volumen de los gases, debe emplearse la presión absoluta.
• El aumento de la temperatura hace que el volumen de una masa dada de gas se expanda; al realizar conversiones, es necesario utilizar un mismo patrón de referencia para la temperatura.
• En zonas de gran altitud, la presión de aspiración es más baja, lo que afecta el caudal volumétrico real y la relación de compresión.
• Las fugas en las tuberías, la resistencia del filtro y el desgaste de las válvulas pueden provocar una disminución del caudal disponible.
• En caso de utilizarse para la selección de equipos, conviene mantener un margen adecuado, pero no excesivo, a fin de evitar un aumento del consumo energético.