La vida en la Tierra depende de la atmósfera: una enorme burbuja de gas que se extiende aproximadamente 1000 kilómetros por encima del planeta. El aire es una mezcla de gases que incluye nitrógeno, oxígeno, vapor de agua, gases inertes y, desafortunadamente, contaminantes de hidrocarburos creados por la actividad humana. Hasta unos 3000 metros de altitud, esta composición permanece relativamente constante.
A nivel del suelo, las vías aéreas pesan aproximadamente 1,2 kg por metro cúbico. La superficie de la Tierra y todo lo que hay en ella están constantemente sujetos a esta fuerza, conocida como presión atmosférica. Corresponde al peso de una columna de aire de 1000 km que actúa sobre cada centímetro cuadrado.
A medida que aumenta la altitud, disminuye la presión atmosférica. Cada 5 kilómetros de altitud se reduce a la mitad la densidad del aire disponible, por lo que el aire se vuelve «más fino».
El aire es un gas comprimible. Cuando se reduce su volumen, aumenta su presión. Un compresor realiza esta transformación aspirando aire atmosférico y comprimiéndolo con energía mecánica.
Una analogía sencilla es una bomba manual que infla una bola. La bomba aspira aire y lo comprime a aproximadamente un cuarto de su volumen original. Como resultado, la presión dentro de la bola se convierte en cuatro veces la presión atmosférica.
La presión atmosférica absoluta es de aproximadamente 1 bar.
La presión dentro de la bola se puede expresar como:
El Pascal (Pa) es la unidad oficial del SI para la presión, pero es demasiado pequeña para el uso industrial diario. Otras unidades prácticas incluyen:
La presión atmosférica también se expresa comúnmente como:
Los sistemas de aire comprimido suelen describir la presión como sobrepresión (presión por encima de la atmósfera). A veces se utiliza la notación (e), como kPa(e). La presión de trabajo de los compresores también se especifica como sobrepresión.
La capacidad del compresor (la cantidad de aire comprimido suministrado en cada momento) se suele medir en:
La capacidad indicada se refiere al aire expandido de nuevo a la presión atmosférica. Un prefijo N (p. ej., Nl/s) significa que el valor se refiere a «condiciones normales» basadas en la temperatura y la presión estándar.
Los datos del compresor suelen especificar el desplazamiento del pistón: el volumen de aire aspirado en el compresor. Sin embargo, el aire útil real es la entrega de aire libre (FAD), que representa el aire suministrado a la presión de trabajo nominal. El FAD siempre es inferior debido a pérdidas de compresión como el calor, las fugas y las ineficiencias de las válvulas.
El aire comprimido contiene los mismos componentes que el aire ambiente:
Dado que el vapor de agua se comprime junto con el aire, el contenido de humedad aumenta. Los compresores lubricados también introducen pequeñas cantidades de aceite en la corriente de aire comprimido.
Los sistemas de aire comprimido suelen incluir:
Estos elementos ayudan a cumplir con las clasificaciones de calidad del aire, como la ISO 8573-1.
Toda la energía suministrada al compresor se convierte en calor. Por ejemplo, un compresor de 3 kW produce tanto calor como una sauna pequeña. Una refrigeración eficaz, normalmente por aire o agua, es esencial para mantener el rendimiento y la fiabilidad. Las instalaciones modernas a menudo recuperan este calor para su uso en la calefacción de edificios.
Cuando el aire comprimido se enfría después de la compresión, alcanza el 100 % de humedad relativa. El vapor de agua se condensa en líquido, produciendo condensado en los recipientes y tuberías. El punto de rocío es la temperatura a la que se forma la condensación.
La cantidad de condensado producido depende de:
Los separadores de aceite y agua se utilizan para tratar el condensado antes de su eliminación.
El aire comprimido es limpio, seguro y altamente adaptable. Se utiliza para:
Su versatilidad la hace esencial en la fabricación, automoción, producción alimentaria y muchas otras industrias.
La generación de aire comprimido consume mucha energía. La producción de 1 m³/min a 7 bar requiere aproximadamente 6,5 kW en un compresor moderno. Cualquier aumento innecesario de la presión conlleva importantes costes energéticos:
Un cambio de ±1 bar equivale a un cambio aproximado del ±7 % en el consumo de energía.
El control preciso de la presión y la optimización del sistema pueden reducir drásticamente los gastos operativos.
La presión del manómetro mide la presión relativa a la presión atmosférica (0 bar(g)). La presión absoluta mide la presión relativa a un vacío perfecto (0 bar(a)).
Ejemplo: 3 bar(g) = 4 bar(a), suponiendo que la presión atmosférica sea de 1 bar.
Las industrias dependen del aire comprimido de la misma manera que dependen de la electricidad, el agua y el gas. Alimenta herramientas, controla sistemas de automatización, acciona actuadores y admite numerosos procesos de producción, lo que lo convierte en una utilidad esencial.
Las temperaturas ambiente más altas reducen la densidad del aire, lo que significa que entra menos masa de aire en el compresor por carrera. Esto reduce la capacidad del compresor y aumenta la temperatura de funcionamiento, lo que puede provocar paradas térmicas.
FAD es el flujo de aire útil real en la salida del compresor en las condiciones indicadas. Define si un compresor puede soportar correctamente su aplicación. Las herramientas sobredimensionadas o las fugas pueden superar fácilmente el FAD, causando caídas de presión.
Cuando se aspira aire atmosférico en un compresor, su contenido de vapor de agua también se comprime. Tras la compresión, la temperatura aumenta, lo que aumenta la capacidad del aire para retener la humedad. Una vez enfriado, el aire alcanza inmediatamente la saturación y libera condensado.
El punto de rocío es la temperatura a la que el aire se satura y comienza la condensación. Los puntos de rocío más bajos significan aire más seco, esencial para aplicaciones sensibles como instrumentación, pintura o procesamiento de alimentos.
Hasta el 94 % de la energía eléctrica consumida por un compresor se convierte en calor. Los sistemas de recuperación de calor recuperan esta energía para la calefacción de espacios, la calefacción de agua o el precalentamiento de procesos, mejorando drásticamente la eficiencia energética general.
Cada componente (filtros, secadores, tuberías) añade resistencia al flujo. Las caídas de presión excesivas obligan al compresor a trabajar más duro para mantener la presión requerida, lo que aumenta los costes energéticos. Un buen diseño del sistema minimiza estas gotas.
Las fugas de aire suelen producirse en conexiones, mangueras, conectores rápidos, juntas y herramientas mal mantenidas. Incluso una fuga de 3 mm a 7 bar puede desperdiciar más de 2000 € al año en costes energéticos.
El dimensionamiento requiere calcular:
Un tamaño incorrecto provoca ineficiencia, inestabilidad de la presión y desgaste prematuro.
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