Posteado por: marcelocassani | 6 de octubre de 2015

Relacion entre presion y caudal

Este año hace 20 años que estoy relacionado al aire comprimido, sin embargo mi capacidad de asombro sigue intacta.
Es increíble que personal de planta y peor aún como me sucedió días atrás con el vendedor de una empresa de compresores, que no conozcan la relación entre presión, caudal y volumen.

Es muy común que caminando por las plantas industriales, y conversando con las personas descubramos que frecuentemente estas personas tiene problemas de presión en las líneas de aire comprimido. Entonces, llaman a mantenimiento ¿para que haga que? Si señor lector, usted acertó! Para que suba el set point del compresor.
Contento el encargado manda a una persona a “tocar” y “subir” la presión y no se dan cuenta que es peor el remedio que la enfermedad.

Ya sé que explique este tema varias veces pero veamos una forma nueva, vamos a ser lo más claro posible.
La famosa ley de Boyle para los gases nos dice que P1 x V1 = P2 x V2 para un gas a temperatura constante.
P1 es presión inicial
V1 es volumen inicial
P2 presión final y,
V2 es volumen final.
Como P1 x V1 tiene que ser igual a P2 x V2 si un valor disminuye el otro debe aumentar.

Entonces veamos que pasa en la vida real.
Una empresa que tiene un compresor de 30 HP que entrega 3m3/min a 7 bar (valor supuesto) Sin embargo, el cliente no logra superar la presión de 5 bar.
Cuanta aire más necesita el cliente para mantener la presión requerida?

Planteando la Ley de Boyle tenemos:
3 m3/min x 7 bar = X m3/min x 5 bar

Con un poco de algebra básica:
3 m3/min x 7 bar / 5 bar = 4,2 m3/min

Por lo que nos falta un caudal de:
4,2 – 3 = 1,2 m3/min

Entonces, asumiendo de los datos más arriba que tenemos 10HP por 1 m3/min (30HP/3 m3/min)
1.2 x 10 = 12

Necesitamos un compresor más de por lo menos 12 HP para poder mantener la presión deseada del sistema. Cuidado, esto no es lineal y debemos tener en cuenta muchas condiciones amboentales mas pero es una aproximacion al metodo de calculo.

Si nuestro jefe de mantenimiento hubiera aparecido por la sala de máquinas y hubiera subido más la presión del sistema para poder “compensar las caídas” por falta de caudal, estaríamos en una situación peor y con mayor demanda de aire.

Hasta la próxima,

Marcelo Cassani

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Responses

  1. Estimado Marcelo Cassani. Sigo con interes tus comentarios y experiencias compartidas. Me parece un tema muy valioso el que tocas en este articulo.
    Muchos operarios y tecnicos confunden Presion con Caudal. Y piensan que necesitan aumentar la presion cuando en realidad no tienen el caudal necesario.
    Ahora bien, en mi opinión tu ejemplo no resulta del todo claro. Te agradecería que ampliaras el tema.
    La igualdad planteada s/ Boyle, nos dice que el vol de 3 m3 a 7 bar se expanden, bajando a 5 bar transformandose en 4,2 m3. (todo en 1 min)
    3 m3/min x 7 bar = X m3/min x 5 bar / x= 4,2
    El problema es que yo mido los 7 bar a la salida del Compresor y los 5 bar en la boca de la maquina en servicio. el problema es que esos 4,2 m3 pasando por la cañeria provocan ademas de una perdida de carga, un aumento de la velocidad. Pero esto no es lineal y la velocidad no aumenta indefinidamente.
    Si colocara un compresor mas grande digamos de 5 m3/min pero a = 7 bar.
    Si la cañeria es la misma y la caida de presion baja a 5 bar, el aire se habria expandido a 7 m3.

    No lo tomes a mal, no pretendo enseñarte, en realidad el tema no es simple para mi y la solucion final no la tengo.
    Lo cual no me impide coincidir que experimentalmente, no se puede resolver un problema de perdidas de carga por un mal diseño de la instalacion, aumentando la presion. Se requiere un aumento del caudal, se requiere diseñar correctamente las cañerias y respetar las velocidades recomendadas para cada fluido.
    Honestamente no domino el tema del aire comprimido, pero en vapor pasa lo mismo, es un fluido tambien comprensible y cuando cae la presion se expande, pero si no tiene lugar no puede expandirse.
    Podriamos continuar tratando el tema?
    Gracias y saludos
    José H Maurin – jhmaurin@gmail.com

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    • Estimado José,

      Muchas gracias por pasar a ver el blog y dejar tu interesantísimo comentario.
      Tu comentario nos trae a que la mejor forma de tener un sistema eficiente y equilibrado tenemos que equiparar la demanda con la generación.

      Pensemos en un sistema en el cual tenemos un compresor de 3, 20 u 80m3/min conectado a un tanque de capacidad 10m3. En que cambia? En el tiempo que tarda el compresor en llenar el tanque.
      Si el sistema no tuviere fugas el compresor llenaría el tanque hasta la presión deseada y luego entraría en reposo y sin consumo (vamos a dejar el tema de sistemas de control para otro post).
      Si el tanque tuviere fugas el compresor estaría funcionando para colocar aire y mantener la presión dentro del rango establecido. Pero cuanto aire generaría el compresor, 3, 20 u 80m3/min?
      La respuesta es… depende del sistema de control y la demanda! El compresor nos generara un caudal de aire comprimido dentro de un máximo de diseño, para mantener la presión que hemos establecido en el set point del control según el control podemos tener que el compresor generara el máximo posible por un periodo corto de tiempo y entrara en descarga.

      La respuesta a tu pregunta del cambio de compresor la tienes en https://marcelocassani.wordpress.com/2011/06/16/darcyw/
      Con el vapor y el aire ocurre lo mismo, al expandirse cae la presión, pero el lugar no lo hace la cañería porque es rigida y no un globo sino el consumo de la planta o proceso

      Saludos,

      Marcelo Cassani

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