Normas de Rendimiento de Compresor

Por: Ing. Francisco Gonzalez Gonzalez (KAESER – Querétaro)

Códigos de prueba para aceptación

Si alguna vez has visto las letras pequeñas de un folleto de compresor, una hoja de información técnica de CAGI o una página con información técnica de un compresor, probablemente has visto algunas referencias de una de las normas arriba mencionadas. En un momento u otro, los fabricantes de compresores de Estados Unidos han usado estas normas para probar y reportar el rendimiento de los compresores. Estas son conocidas como códigos de prueba para aceptación.

Antes de comenzar una discusión de los códigos de prueba para aceptación, se debe mencionar que la ASME PTC9 ya no es una norma vigente. Todavía se puede comprar una copia de ASME para usarla como referencia, pero es poco probable que los fabricantes realicen pruebas con una norma que ya no se encuentra vigente. Las normas CAGI/Pneurop también han quedado obsoletas, pero como se basan en el anexo C de ISO 1217 todavía se pueden ver referencias a estas normas en literatura o en información técnica que no ha sido actualizada a la referencia ISO 1217, anexo C.

Los códigos de prueba para aceptación fueron escritos originalmente para ser un método de prueba que fuera usado para confirmar que un compresor fue construido con las especificaciones del cliente de acuerdo al flujo, presión y potencia, y que se cumplieran dichos requerimientos. Si los requerimientos se cumplían, el cliente aceptaría el compresor y lo pagaría al fabricante. Así se trabaja con compresores fabricados a la medida de un requerimiento, sin embargo gran parte de los compresores que se venden en la industria no son compresores fabricados la medida. La mayoría de los compresores son fabricados con un diseño estándar y hechos en lotes o en producción continua y se ensamblan como un paquete completo. Para este tipo de compresores la ISO desarrolló el anexo C de la norma ISO 1217. El anexo C es una medición simplificada para compresores de desplazamiento de aire impulsados por un motor eléctrico.

El objetivo del código de pruebas simplificado es proveer un método que consiste en medir el flujo volumétrico (en la parte final de la descarga del compresor en condiciones de admisión normalizadas) y el consumo de potencia requerido del paquete completo de un compresor de desplazamiento positivo para que los interesados puedan realizar una comparación directa en condiciones similares.

Términos y condiciones de referencia estandarizados.

Es importante entender lo que significa el término “flujo volumétrico”. El flujo volumétrico ha sido referenciado como pies cúbicos por minuto actuales (ACFM), pies cúbicos por minuto (CFM), aire libre entregado (Free Air Delivery, FAD) y otras mediciones equivalentes. Los fabricantes de compresores en los Estados Unidos se han puesto de acuerdo para estandarizar su terminología y usar solo el termino ACFM cuando hablan de flujo volumétrico. El flujo volumétrico es el volumen de aire, bajo una condición de referencia estandarizada, entregado en el puerto de descarga del paquete de compresión.

Por ejemplo, un compresor de 1 000 ACFM probado a 125 psig succionara más de 1 000 pies cúbicos de aire atmosférico para comprimir el aire a esa presión de descarga, quizá utilice una parte de ese aire para propósitos de control y así entregar el equivalente a 1 000 pies cúbicos del aire de entrada en el punto final de la descarga del compresor. Recuerden que esta es una medición de volumen, por lo que hay que pensar en ello como un gran cubo que mueve 1 000 pies cúbicos cada minuto.

Si tuviéramos un equipo neumático que requiriera 1 000 CFM (bajo una condición de referencia estandarizada) a 90 psig, este compresor de 1 000 ACFM podría cumplir con su trabajo, ¿correcto?, bueno, tal vez. Aquí es donde las condiciones de referencia estandarizadas entran en juego. Las condiciones de referencia estandarizadas para la norma ISO 1217 se encuentran en el anexo E y describen las condiciones de admisión para la prueba de aceptación. Esas condiciones son las siguientes.

Presión de aire de admisión 14.5 PSIA

Temperatura del aire en la admisión 68 °F

Humedad relativa 0%

Temperatura de agua de enfriamiento (si es enfriado por agua) 68 °F

Como la presión del aire a nivel del mar es de 14.7 psia, las condiciones de referencia son consideradas a una altura ligeramente superior al nivel del mar. Una humedad relativa de cero significa que el vapor de agua contenido en el aire no se está tomando en cuenta cuando se determina el flujo nominal que entrega el compresor. La razón por la cual no se considera el vapor de agua cuando se calcula el flujo volumétrico, es porque el contenido de este varía ampliamente de un lugar a otro y la cantidad de vapor de agua que se condensa varía de una aplicación a otra. Eliminando –el vapor de agua- como criterio de evaluación, el cliente puede usar el valor de flujo nominal como un punto de referencia inicial para ayudarle a calcular su volumen suministrado basado en sus condiciones ambientales específicas. También necesitará usar la presión y la temperatura de referencia en los cálculos. En estas condiciones, un pie cúbico de aire tiene una masa alrededor de 0.075 libras. Un compresor con capacidad nominal de 1 000 ACFM operando en estas condiciones entregaría una masa de alrededor de 75 libras de aire en el sistema cada minuto.

Si la instalación se encontrara en una ubicación donde la presión atmosférica fuera de 14.5 psia, la temperatura constante a 68 °F y la humedad relativa del 7%, el compresor de 1 000 ACFM trabajaría perfectamente con la demanda de 1 000 CFM. Bajo esas condiciones, con una presión de operación de 90 psig, se tendría un punto de rocío a presión de 49.4 °F. El vapor de agua que entra en el compresor nunca tendría una temperatura menor de la mencionada y el agua no se condensaría. Probablemente no habría necesidad de secar el aire porque el punto de rocío a presión son casi 20 °F más bajo que la temperatura ambiente.

Uso de los factores de corrección.

En una instalación localizada en Denver, algunos cálculos tendrían que realizarse para determinar si el compresor en realidad podría hacer funcionar el equipo. La presión atmosférica en Denver es aproximadamente 12.2 psia. Asumiendo una temperatura un día de verano de 95°F con una humedad relativa de 30%, los cálculos serían los siguientes:

o

Corrección por altura

o

Multiplicando estos dos factores de corrección nos genera como resultado un cambio total en la densidad del aire atmosférico entre las condiciones del sitio y las condiciones estándar. El aire en ese día de verano en Denver tiene una densidad de tan solo el 79.8% con respecto a las condiciones de referencia estándar.

Además, a 95°F y 30% de humedad relativa, el compresor está entregando una masa de aproximadamente 0.96 libras de vapor de agua cada minuto. A la altura de Denver eso significa que cerca de 22 pies cúbicos del flujo de aire de admisión del compresor es vapor de agua. Debido a que el agua es mala para casi todos los dispositivos neumáticos, es probable que el aire comprimido sea enviado a un posenfriador y a un secador para obtener un punto de rocío a presión por debajo de los 40 °F. Esto provocará que parte del vapor de agua se condense, removiendo la porción de flujo de aire de admisión de lo que se encuentra disponible en el punto de descarga del secador. En realidad se reduce el flujo de aire de entrada disponible entre 16 – 17 cfm.

Por lo que, reducir 16 cfm de la capacidad original de 1000 ACFM y luego multiplicar por los factores de corrección.

1 000 – 16 = 948 x 0.95 x 0.84 = 785 Pies cúbicos por minuto estandarizados (scfm)

El compresor aún está succionando 1 000 pies cúbicos de volumen, pero el aire en Denver es menos denso (menor número de moléculas) que el aire en una condición de evaluación estandarizada. El tamaño del cubo no cambió pero lo que iba dentro del cubo sí. De 1 000 pies cúbicos de volumen se obtiene el equivalente a 785 pies cúbicos de aire en una condición de referencia estandarizada. En condiciones estándares, un cubo lleno tenía una masa de 75 libras de aire y en Denver el cubo se llena con solo 58.9 libras de aire.

Selección del compresor de aire.

Para averiguar qué tamaño de compresor necesitamos para que entregue 1000 pies cúbicos de aire a las condiciones de referencia, empieza por sumarle 17 a los 1000. Utiliza 17 (o 18) en vez de los 16 utilizados en el ejemplo de arriba, porque el compresor va succionar más aire atmosférico y en consecuencia más vapor de agua. Ahora divide los 1017 entre los factores de corrección:

Este cálculo genera como resultado el volumen requerido en las condiciones de verano citadas para entregar la misma masa de 1 000 pies cúbicos de aire en condiciones estandarizadas. En invierno, el aire frio es más denso y el factor de corrección por temperatura puede incrementarse arriba de 1.0. Los cambios en la temperatura ambiente son la razón por lo que algunas aplicaciones funcionan correctamente en invierno pero tienen complicaciones en verano.

Una pregunta frecuente es por qué los fabricantes de compresores manejan ACFM y los fabricantes de secadores manejan SCFM. La respuesta es simple: la capacidad del secador se basa en flujo másico a través del secador y no en flujo volumétrico. Un secador refrigerativo, por ejemplo, solo es capaz de enfriar cierto número de moléculas de aire abajo del punto de rocío especificado. El secador tiene que trabajar con un número de libras-masa de aire sin considerar el volumen de aire que necesita para trabajar con ese número de libras-masa. Teóricamente, un secador de 800 SFCM puede trabajar con un compresor de 1000 ACFM en las condiciones de verano en Denver que se establecieron anteriormente. Sin embargo, la capacidad de un secador también es afectada por la temperatura y presión del aire a la admisión, así que teóricamente se asume que la presión es 100 psig y la temperatura es de 100 °F. Los fabricantes de secadores manejan sus propios factores de corrección si la temperatura o la presión varían de 100 °F y 100 psig.

Conclusión

En conclusión, la evaluación de un compresor con la Norma ISO 1217 sirve como una evaluación del flujo de aire, indicando cuanto aire atmosférico será capaz de entregar el compresor en su punto de descarga a la presión nominal. De ahí, los cálculos pueden ser más fáciles para ajustar la capacidad nominal a las condiciones actuales del sitio donde será instalado.

Vale la pena mencionar que la Norma ISO 1217 está continuamente en revisión y sujeta a corrección. Una nueva versión está por publicarse pronto. Esta nueva versión incluirá métodos para probar y evaluar compresores de velocidad variable con valores de carga inferiores al máximo.

Este método ya ha sido adoptado por miembros del Instituto de Gas y Aire Comprimido, (CAGI por sus siglas en inglés), en sus hojas de información técnica. Se muestra la potencia y el flujo a la velocidad mínima, velocidad máxima y al menos en tres puntos iguales entre esas dos velocidades. Esto fue hecho para que los usuarios pudieran observar el rendimiento sobre el rango de flujo que realmente necesitan y no solo el punto de carga máximo.

Para asegurar a los usuarios que se está comparando el rendimiento real y no el MCFM (pies cúbicos por minuto visto desde el área de mercadotecnia), el Instituto de Gas y Aire Comprimido patrocina un programa de terceros que verifica y prueba compresores de tornillo y secadores refrigerativos. El laboratorio realiza pruebas al azar a fabricantes con los compresores participantes para verificar que el rendimiento descrito cumpla con la Norma ISO 1217 y con la norma de secadores apropiada. Para información acerca de este programa, visite la página web www.cagi.org.

Para más información, por favor, póngase en contacto con nosotros.