Fórmula de cálculo de la potencia del eje del compresor de aire

¿Qué es la potencia del eje de un compresor de aire?

La potencia del eje del compresor de aire se refiere a la potencia útil transmitida al eje principal del compresor y suele emplearse para evaluar la potencia mecánica que el propio compresor requiere durante su funcionamiento. Esta magnitud está relacionada con la potencia eléctrica de entrada del motor, la eficiencia de transmisión, las pérdidas mecánicas y las condiciones de compresión. A la hora de realizar análisis de consumo energético, de dimensionar el motor o de determinar el estado de operación, es frecuente distinguir entre la potencia eléctrica de entrada del motor, la potencia eléctrica de salida del motor y la potencia del eje del compresor.

Cálculo según el par y la velocidad de giro

Cuando es posible medir el par y la velocidad de giro del eje principal, se puede utilizar la fórmula general de potencia mecánica:

P = T × n ÷ 9550

• P: potencia del eje, en kilovatios kW
• T: par del eje principal, en newton-metro N·m
• n: velocidad de giro del eje principal, expresada en revoluciones por minuto r/min
• 9550: Coeficiente de conversión de unidades

Esta fórmula es adecuada para ensayos de campo o cálculos de verificación en los que se conocen el par y la velocidad de giro. Si los datos de par provienen de estimaciones, conviene mantener un margen de seguridad suficiente.

Estimación según los parámetros de entrada del motor

Para los compresores de aire accionados por motor eléctrico, la potencia del eje puede estimarse a partir de la potencia de entrada del motor y de su eficiencia. La potencia de entrada de un motor trifásico de corriente alterna puede expresarse como:

P entrada = √3 × U × I × cosφ ÷ 1000

Estimación adicional de la potencia del eje:

Eje P = Potencia de entrada × η motor × η transmisión

• U: tensión de línea, en voltios V
• I: corriente de línea, en amperios A
• cosφ: factor de potencia
• η motor: eficiencia del motor
• η de transmisión: la eficiencia de transmisión varía según se utilice una conexión directa, un acoplamiento o una transmisión por correa.

Si se conoce la potencia de salida del motor, la expresión puede simplificarse como:

Eje P = Potencia de salida del motor P × Eficiencia de la transmisión η

Estimación según la cilindrada y la potencia específica

Cuando los datos del equipo son completos o ya se dispone de datos de medición reales, también es posible realizar estimaciones utilizando la cilindrada y la potencia específica:

Eje P ≈ Q × b

• Pregunta: Volumen de escape real, expresado en metros cúbicos por minuto. m3/min
• b: Potencia específica, cuya unidad es kilovatio por metro cúbico por minuto kW /(m3/min)

Este método es adecuado para realizar comparaciones de consumo energético o cálculos preliminares; sin embargo, la potencia específica varía en función del ajuste de la presión, del estado del aire de admisión, del modo de refrigeración, del grado de carga y del régimen de control, por lo que no es posible aplicar de manera simplista un único valor.

Factores principales que influyen en la potencia del eje

• Presión de descarga: Un aumento de la presión suele incrementar el trabajo de compresión.
• Temperatura y presión de entrada: las variaciones en el estado del aire de admisión afectan la densidad del gas y el caudal real de escape.
• Fricción mecánica y estado de lubricación: el estado de componentes como los rodamientos, los sellos y los engranajes influye en la eficiencia del equipo.
• Tipo de transmisión: la eficiencia varía según se utilice acoplamiento directo, acoplamiento de eje, transmisión por correa o transmisión por engranajes.
• Carga de operación: la carga en vacío, la carga ligera, la carga plena y las frecuentes operaciones de carga y descarga provocan fluctuaciones en la potencia.

Precauciones de uso

A la hora de realizar los cálculos, conviene definir primero el concepto de potencia para evitar confundir la potencia de entrada del motor, la potencia nominal del motor y la potencia en el eje del compresor. Para las estimaciones in situ, se recomienda realizar una verificación cruzada utilizando datos de corriente, tensión, velocidad de rotación, par motor, caudal de descarga y la documentación técnica del equipo. En caso de que se utilice para la selección de equipos, la renovación energética o la verificación de seguridad, deben tomarse como referencia la placa de identificación del equipo, los datos de ensayo y la documentación técnica del fabricante.