Compresión del aire
Guía del aire comprimido
La vida en la Tierra depende de una burbuja de gas, la atmósfera, que rodea nuestro planeta. Esta burbuja protectora se extiende unos 1000 kilómetros en el espacio. Lo que llamamos normalmente “aire” es una mezcla de gases, compuesta principalmente de nitrógeno, oxígeno y una cantidad mayor o menor de vapor de agua. El aire también contiene pequeñas cantidades de gas inerte y, lamentablemente, mucha contaminación en forma de hidrocarburos producida por el hombre. La composición del aire apenas cambia hasta una altitud de poco más de tres kilómetros.
Esta presión corresponde al peso de una columna de aire con una base de 1 cm² y una altura de 1000 km; es decir, desde la superficie de la tierra hasta el límite superior de la atmósfera.
La presión de aire disminuye a medida que aumenta la altitud. Se reduce a la mitad cada 5 km de ascenso, y decimos que "el aire se vuelve más fino".
Acerca del aire comprimido
A diferencia de los líquidos, el aire se puede comprimir; es decir, un volumen determinado de aire se puede reducir incrementando la presión.
La compresión se efectúa en una máquina con una fuente de alimentación: un compresor. En su forma más simple, un compresor podría ser la bomba utilizada para inflar un balón, y una persona la fuente de alimentación.
El aire se aspira al interior de la bomba y se comprime hasta aproximadamente 1/4 de su volumen original. Por lo tanto, la presión de aire dentro del balón es cuatro veces la presión atmosférica. Hemos introducido aire en el balón.
La presión atmosférica absoluta es aproximadamente 1 bar.
La presión de aire en un balón se puede especificar de diferentes maneras:
- Como cuatro veces la presión atmosférica absoluta, 4 bar,
- Como exceso de presión, 3 bar, o bien
- Como 3 bar (entendido como exceso de presión).
Unidades
Presión atmosférica
En el sistema internacional de unidades, Pa (Pascal) es la unidad básica de presión aceptada.
Como 1 pascal corresponde a una presión muy pequeña, al hablar del aire comprimido se emplea normalmente la unidad:
kPa (1 kilopascal = 1000 Pa) o MPa (1 megapascal=1000 kPa)
La presión general de aire en la superficie de la Tierra puede especificarse de diferentes maneras, con más o menos el mismo significado:
1 atm (atmosfera) = 1 kp/cm² (kilopondio/cm²)
100 kPa (kilopascal) = 1 bar
Aire comprimido
La presión del aire comprimido se especifica habitualmente como sobrepresión, es decir, una presión superior a la presión atmosférica normal. Normalmente es una expresión implícita, pero a veces se aclara añadiendo una (e), kPa(e). La presión de trabajo de un compresor se especifica generalmente como sobrepresión.
La capacidad del compresor
La capacidad de un compresor, es decir, la cantidad de aire comprimido que puede suministrar por unidad de tiempo, se especifica en:
l/min (litros/min), l/seg (litros/segundo) o m³/min (metros cúbicos/minuto).
La capacidad se refiere al aire expandido a la presión atmosférica.
Una (N) antes de la expresión, por ejemplo (N) l/seg representa ”normal” y significa que la especificación del volumen se aplica a una presión ambiental y a una temperatura específicas. En la mayoría de los casos, (N) l/seg es equivalente a l/seg.
¿Cuál es la diferencia entre el desplazamiento del pistón y el caudal de aire real suministrado?
Los datos técnicos que proporcionamos de nuestros compresores de pistón indican el volumen de desplazamiento del pistón. Es la cantidad de aire que aspira el compresor. Una vez comprimido, obtenemos el aire libre suministrado, que está regulado siempre a una determinada presión.
¿Qué contiene el aire comprimido?
El aire comprimido que produce un compresor de forma natural contiene los mismos elementos que el aire ambiente aspirado. También se comprime el vapor de agua, por lo que el aire comprimido contiene humedad.
El aire comprimido de un compresor lubricado con aceite también contiene pequeñas partículas de aceite del sistema de lubricación del compresor.
En función del uso del aire comprimido, existen diferentes requisitos para que se considere aceptable en términos de contaminación. En muchas ocasiones, es necesario mejorar la calidad del aire comprimido secándolo para reducir la humedad y filtrándolo para eliminar aceite y otras partículas. La calidad del aire comprimido puede definirse en diferentes grados conforme a un sistema internacional, puedes conocer todos los detalles en este enlace sobre la calidad del aire comprimido y su clasificación mediante norma ISO.
¿Qué sucede cuando se comprime el aire?
Calor
La energía suministrada al compresor se convierte completamente en calor durante el proceso de compresión, con independencia del tipo de compresor. Por lo tanto, la producción de calor total es siempre igual que la potencia absorbida.
Así pues, un compresor relativamente pequeño con un motor de 3 kW, genera tanto calor como una sauna. Para mejorar el presupuesto total de un compresor, este calor se puede recuperar para calentamiento local.
Para evitar sobrecalentamiento, la refrigeración del compresor debe estar correctamente diseñada. La refrigeración se realiza generalmente con aire o, en algunos casos, con agua.
Vapor de agua
Después de la compresión y una determinada refrigeración, el aire comprimido se satura con vapor de agua y alcanza una humedad relativa del 100%. A medida que el aire comprimido pasa a través de los refrigeradores del sistema, este vapor se condensa en forma de agua. La temperatura a la que sucede se denomina punto de rocío.
De esta forma, encontramos condensado en el aire, en los depósitos y en las tuberías. Para separar el agua en nuestros sistemas de aire comprimido se pueden usar separadores de agua-aceite PUSKA. La cantidad de condensado depende de cuatro factores:
- La cantidad de vapor de agua en el aire ambiente
- La cantidad de aire que se comprime
- La caída de temperatura del aire comprimido después de la compresión
- La presión del aire comprimido.
El aire comprimido como fuente de energía
La extracción de energía del aire comprimido es ventajosa en muchos aspectos. En primer término, como fuente de energía, el aire comprimido es limpio e inocuo, y en segundo lugar, también se puede usar para tareas tan diversas como accionar herramientas y pistones para mover o enfriar materiales.
Para accionar un compresor se necesita una fuente de energía externa, normalmente un motor eléctrico o de combustión interna. La potencia que se necesita teóricamente para comprimir el aire hasta un determinado volumen y una determinada presión es fija y no se puede cambiar.
Durante la compresión se produce cierta pérdida de energía, lo que afecta a la necesidad de energía total del sistema. Así pues, analizaremos la necesidad de energía específica de un compresor, es decir, la energía real necesaria para comprimir un volumen de aire dado a una presión específica, además de la pérdida de potencia en el compresor.
Para comprimir el aire a 7 bar en un compresor industrial moderno, se necesita una potencia aproximada de 6,5 kW/m³/min. Un aumento o disminución de la presión de 1 bar, se traduce en un aumento o disminución de la energía necesaria de aproximadamente un 7%.
