Cuando la instalación se incluye dentro de una especificación de aire comprimido, lo primero que se debe reflejar es el material de la tubería. Lo más aconsejable es que este sea de acero inoxidable o de aluminio extrusionado, con el fin de que no se produzca la oxidación del material a lo largo del tiempo, con la consiguiente contaminación del aire comprimido previa a su uso. Aunque, por razones económicas, aún se sigue incluyendo en algunas especificaciones el acero negro como material de la instalación.
Lo segundo que debe determinar la especificación son los diámetros de la tubería en los distintos tramos que existan en la instalación de aire comprimido, colectores (sala compresores), red general, intersecciones, ramales y bajantes. Estos diámetros deben estar calculados para que la pérdida de presión desde la salida de la sala de compresores hasta el punto de consumo más alejado de la instalación no supere los 0,1 bar.
Con la siguiente ecuación, y aunque esta no tenga en cuenta la temperatura del aire comprimido, se puede calcular con bastante exactitud la pérdida de presión de una tubería:
Existe una segunda opción para el cálculo, si se quiere realizar incluyendo la temperatura del aire comprimido, y es a partir de esta otra ecuación algo más compleja:
Y todavía, hay una tercera opción, más precisa que las anteriores, para realizar el cálculo de la pérdida de presión en una tubería. Para ello, se debe aplicar la siguiente fórmula:
Donde:
ΔP = Pérdida de presión (bar)
β = Índice de resistencia del aire comprimido, grado medio de rugosidad
V = Velocidad del aire (m/s)
L = Longitud tubería (m)
P = Presión inicial (absoluta) (bar)
R = Constante del gas, 29,27 para el aire
T = Temperatura del aire comprimido (K)
D = Diámetro interior tubería (mm)
Si se desconoce la temperatura del aire comprimido, se puede utilizar en el cálculo por aproximación la temperatura ambiente.
Para obtener la velocidad (V) del aire en m/s se aplica la siguiente fórmula:
Para obtener el valor del índice β de resistencia del aire comprimido se debe conocer la cantidad G de aire suministrado en kg/hora.
Primero se calcula la cantidad de aire comprimido suministrado, para lo que se aplica la siguiente fórmula:
G (kg/h) = 1,3 x Q (Nm3/h) x 60
Siendo Q el caudal de aire comprimido
Una vez calculada la cantidad de aire comprimido, se obtiene el índice β de resistencia del aire comprimido desde la siguiente tabla de valores:
Para eliminar posibles dudas en la aplicación de esta última opción de cálculo de la pérdida de presión, esta es la resolución de un ejemplo:
Cálculo de la pérdida de presión para un caudal de 18 Nm3/h circulando por una tubería de 300 m de longitud con un diámetro interior de 80,8 mm (3”), siendo la presión manométrica del aire comprimido de 7,0 bar (g) y su temperatura de + 15 oC.
Lo primero, se realiza el cálculo de la velocidad del aire:
A continuación, se calcula la cantidad de aire suministrado por hora, con lo que se obtiene conforme a la tabla el valor del índice β de resistencia del aire comprimido:
Por lo tanto, sustituyendo los valores en la fórmula de la pérdida de presión:
Este valor es una pérdida de presión muy elevada, por lo que incluir este diámetro de 3” en una especificación no es válido y se debe realizar de nuevo el cálculo con el tamaño inmediatamente superior de diámetro de tubería que es, 105,3 mm (4”).
Primero, se calcula la velocidad del aire:
La cantidad de aire suministrado por hora y el índice β de resistencia del aire comprimido son similares al cálculo anterior:
Luego, sustituyendo los valores en la fórmula de la pérdida de presión:
Por tanto, el diámetro que se debe incluir en nuestro caso en la especificación de la tubería es como mínimo de 4”.
En cuanto al diseño de la instalación, la especificación tiene que incluir todas las llaves de by-pass que hay que instalar en los equipos de tratamiento del aire comprimido. También es muy recomendable incluir un by-pass en los depósitos acumuladores, para poder realizar en un futuro las inspecciones periódicas de nivel de forma independiente sin necesidad de parar el suministro de aire comprimido.
En relación al trazado de la red general, la especificación se debe realizar considerando, siempre que sea posible, un diseño con cierre en anillo para minimizar las pérdidas de presión y poder reducir de esta forma el diámetro de la tubería. Por el mismo motivo, en las instalaciones de mayor tamaño, siempre que se pueda, hay que incluir líneas de intersección del mismo diámetro que el anillo principal, formando subanillos que configurarán un sistema entramado de tuberías. La velocidad del aire comprimido en la red general debe fluctuar en valores de entre 3 y 7 m/s, con ello, se evitan flujos turbulentos y pérdidas de presión. En la especificación también hay que considerar que, se deben incluir llaves de seccionamiento en los inicios y finales de cada tramo para facilitar las futuras labores de mantenimiento o modificación de la instalación.
Del mismo modo, en la especificación hay que incluir las bajantes o tuberías de servicio.
Las tuberías de estas deben estar calculadas, al igual que las de la red general, con mínimas pérdidas de presión, no debiendo superar una bajante los 0,04 bar.
En la especificación de las bajantes tiene que definirse claramente la figura de inicio de la misma para evitar que, si existen condensaciones de agua en la red, estas pasen a la bajante. También hay que especificar los accesorios a instalar en la toma de la bajante, donde siempre hay que incluir una llave de corte con conexión similar al diámetro de la tubería. Aparte, se pueden integrar unidades de tratamiento que incorporen filtros, reguladores y lubricadores, según el uso del aire comprimido, al igual que, conexiones rápidas. Si estas son del tipo enchufe, los mismos deben ser de seguridad para evitar cualquier riesgo de latigazo o desconexión involuntaria, gestionando la descompresión y la desconexión. Todos los accesorios deben ser dimensionados conforme a sus curvas de trabajo para evitar las pérdidas de presión.
En aquellas bajantes donde esté previsto que haya consumos de aire comprimido limpio y también lubricado indistintamente, como puede ser aire para limpieza/soplado y para herramienta, se debe especificar la bajante con 2 enchufes rápidos, uno de ellos previo al lubricador.
La especificación también debe incluir bajantes de purga para la eliminación de las posibles condensaciones que se produzcan en la red general. Las bajantes de purga se instalarán en los puntos de red con menor cota, en vértices del anillo, y en finales de línea o ramal. Su inicio debe ser desde la parte inferior de la tubería de red y su final en llave de corte, con la posibilidad de incorporar un purgador automático.
