INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA ELECTROMECÁNICA
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
PROFESOR: ING. GUSTAVO ROMÁN
AIRE COMPRIMIDO.
Usos principales: Mantenimiento y construcción, Instrumentación Neumática de Medición
y Control.
PROBLEMA.
Se desea proyectar una instalación de aire comprimido para una fábrica que poseerá:
A. Dispositivos Neumáticos para diversos sectores de producción y mantenimiento,
distribuidos en sus predios de:
a. Fundición.
b. Taller de terminación.
B. Unidad de recuperación de solvente, de alguna complejidad, que deberá tener
instrumentación Neumática de control.
Con los datos del consumo de los dispositivos neumáticos que constan en los catálogos de
los fabricantes, conociendo el número de instrumentos neumáticos de control de la unidad
de recuperación de solvente, el consumo medio de cada instrumento de 1 Nft3/min (Normal
pies cúbicos por minuto) y que se posee la localización y dimensiones generales de los
edificios dentro del plano director de la fabrica:
1. Elaborara el Flujograma de bloques.
2. determinar la capacidad del compresor (o compresores) y escoger el tipo de éste.
3. elaborar el estudio de líneas, haciendo un esquema preliminar del trazado del
sistema.
4. dimensionar las tuberías.
5. elaborar un flujograma de ingeniería (P & I).
6. elaborar una especificación del Material Aplicado (Tubos, Válvulas, Conexiones).
7. Hacer una descripción del Sistema Proyectado.
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INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
Propósito.
Proyecto de la instalación de aire comprimido, para dispositivos neumáticos de los
predios de la Fundición y del taller de terminación, y aire de instrumentación para la unidad
de recuperación de solvente.
OBSERVACIÓN: El propósito siempre debe definir el alcance del proyecto.
Datos.
-
Plano director de la fábrica con la localización de los predios de producción y
predios de Utilidades.
Catálogos con datos de consumo de aire para cada ítem consumidor.
Catálogos de compresores; Tipos y Capacidades.
Catálogos de Válvulas, conexiones, e ítems varios de tuberías.
Ábacos y tablas para el cálculo y dimensionamiento de líneas.
Cantidad de unidades consumidoras de aire de instrumentación: 100 unidades.
OBSERVACIÓN: En la elaboración de un proyecto no siempre se puede contar con todos
los datos necesario para el dimensionamiento de la instalación por lo que se de tomar
ciertas decisiones de compromiso e investigar otras con personas conocedoras del proceso y
operarios del mismo. Otras premisas nunca serán dadas, y la persona que realizará el
dimensionamiento por medio de su habilidad y experiencia debe encontrarlas o incluirlas en
el proyecto.
PREMISAS DEL PROYECTO BÁSICO.
-
-
-
La instalación a ser proyectada servirá apenas para los fines descriptos en la
definición del propósito.
Condiciones del aire a la salida del reservorio de aire: presión de 7,5 kg/cm2
manométrica (106,5 psig); Temperatura máxima de 40 °C.
Aire de Instrumentación:
- Podrá ser abastecido por el propio compresor de aire de servicio.
- Deberá estar exento de aire y humedad.
- Presión del aire de instrumentación después de los secadores: 7 kg/cm2
manométrica (99,4 psig); Temperatura máxima 40 °C
Para el cálculo de dimensionamiento de las líneas, deberá ser considerado un
consumo igual al doble del consumo medio estimado: esto es hecho en previsión
del aumento de los consumos normales y de una futura expansión de la fábrica.
La capacidad del compresor será expresada en Nm3/hr de descarga libre patrón
(D.L.P.); descarga libre patrón es definida como la cantidad de aire libre
descargado, corregido para las condiciones de presión, temperatura y humedad
reinantes en la admisión. Para efectos de patronización los valores reales son
corregidos para las condiciones de 760 mmHg, 15 °C y 36% de humedad relativa.
Los consumos de aire están expresados en Nm3/min, pudiendo también estar en
Nm3/hr.
-2-
INSTALACIONES INDUSTRIALES
-
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
Las redes de distribución deberán ser dimensionadas para que se cumpla la
condición de que la caída máxima de presión, ∆p, no sobrepase 0,3 kg/cm2 ,
incluyendo válvulas y accesorios, o sea que: ∆p ≤ 0,3 kg/cm2 (4,3 psi), en el punto
más distante.
CÁLCULO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DEL
COMPRESOR
TABLA DE CONSUMO
FACTOR DE CONSUMO CONSUMO
UTILIZACIÓN
MEDIO
MEDIO POR
3
SECTOR
m /min
m 3/min
CANTIDAD
FUNDICIÓN
Grupo OM
Sopladores
Socadores (Pisonadoras)
Grupo MMQ
Máquinas de Moldeo
Picos de limpieza
Levantadoras neumáticas
Grupo MM
Socadores (Pisonadoras)
Socadores (Pisonadoras)
Picos de limpieza
Levantadoras neumáticas
Grupo OL
Rebarbadores
Rebarbadores
Rebarbadores
Esmerilladoras
Esmerilladoras
Esmerilladoras
Esmerilladoras
Esmerilladoras
Unidades de chorro de arena
Unidades de chorro de arena
TOTAL PARA FUNDICIÓN
OFICINA DE TERMINADO
Grupo U
Picos de limpieza
Cilindros para Disp. Neum.
CONSUMO
MÁXIMO
m 3/min
CONSUMO
UNITARIO
m 3/min
A
4
3
0.65
0.30
2.60
0.90
0.70
0.30
1.82
0.27
2.09
A
5
5
3
0.70
0.50
2.00
3.50
2.50
6.00
0.40
0.20
0.20
1.40
0.50
1.20
3.10
A
2
3
3
1
0.35
0.53
0.50
2.00
0.70
1.59
1.50
2.00
0.30
0.20
0.20
0.20
0.21
0.32
0.30
0.40
1.23
A
B
C
A
B
C
D
E
A
B
2
3
2
2
3
4
3
2
1
1
0.37
0.48
0.73
0.50
1.50
2.40
1.40
2.30
1.16
1.92
0.74
1.44
1.46
1.00
4.50
9.60
4.20
4.60
1.16
1.92
0.40
0.50
0.30
0.40
0.40
0.30
0.10
0.10
0.50
0.50
0.30
0.72
0.44
0.40
1.80
2.88
0.42
0.46
0.58
0.96
10
0.50
5.00
0.75
0.10
1.00
0.50
0.75
TIPO
HERRAMIENTA
B
C
-3-
8.95
15.37
1.25
INSTALACIONES INDUSTRIALES
CANTIDAD
Grupo F
Perforadoras
Perforadoras
Perforadoras
Perforadoras
Perforadoras
Roscadoras
Atornilladoras
Destornillador de impacto
Destornillador de impacto
Esmeriladoras
Esmeriladoras
Esmeriladoras
Esmeriladoras
Remachadoras
Remachadoras
Debarbadores
Debarbadores
Debarbadores
Levantadoras Neumáticas
Picos de limpieza
Grupo M
Perforadoras
Perforadoras
Perforadoras
Perforadoras
Perforadoras
Perforadoras
Rosqueadoras
Atornilladoras
Destornillador de impacto
Destornillador de impacto
Destornillador de impacto
Esmeriladoras
Esmeriladoras
Esmeriladoras
Esmeriladoras
Levantadoras Neumáticas
Levantadoras Neumáticas
Picos de limpieza
CONSUMO FACTOR DE CONSUMO CONSUMO
MÁXIMO UTILIZACIÓN
MEDIO
MEDIO POR
3
3
SECTOR
m /min
m /min
m 3/min
TIPO
HERRAMIENTA
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
CONSUMO
UNITARIO
m 3/min
A
B
C
D
E
A
A
A
B
B
C
D
E
A
B
A
B
C
B
2
2
2
2
2
2
3
1
1
2
2
1
2
1
2
2
2
2
1
2
0.33
0.45
0.90
0.45
3.40
0.45
0.45
0.90
1.35
1.50
2.40
1.40
2.30
1.10
1.30
0.37
0.48
0.73
5.80
0.50
0.66
0.90
1.80
0.90
6.80
0.90
1.35
0.90
1.35
3.00
4.80
1.40
4.60
1.10
2.60
0.74
0.96
1.46
5.80
1.00
0.20
0.20
0.30
0.20
0.10
0.30
0.20
0.20
0.20
0.30
0.40
0.20
0.30
0.10
0.10
0.30
0.20
0.10
0.10
0.10
0.13
0.18
0.54
0.18
0.68
0.27
0.27
0.18
0.27
0.90
1.92
0.28
1.38
0.11
0.26
0.22
0.19
0.15
0.58
0.10
8.79
3
5
6
3
2
2
3
3
1
2
2
3
3
2
3
2
2
6
0.33
0.45
0.90
0.45
1.50
2.00
0.45
0.45
0.34
0.90
1.35
0.46
0.50
1.50
1.40
2.00
3.50
0.50
0.99
2.25
5.40
1.35
3.00
4.00
1.35
1.35
0.34
1.80
2.70
1.38
1.50
3.00
4.20
4.00
7.00
3.00
0.30
0.30
0.40
0.10
0.20
0.10
0.20
0.30
0.30
0.30
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.10
0.30
0.68
2.16
0.14
0.60
0.40
0.27
0.41
0.10
0.54
0.54
0.28
0.30
0.60
0.84
0.80
1.40
0.30
10.64
A
B
C
D
F
G
A
A
C
A
B
F
A
B
D
A
C
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INSTALACIONES INDUSTRIALES
CANTIDAD
Grupo P
Esmeriladoras y polit.
Esmeriladoras y polit.
Unidad de chorro de aire
Picos de limpieza
Levantadora Neumática
Pistola de pintura
TOTAL PARA EL TALLER
TIPO
HERRAMIENTA
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
CONSUMO
UNITARIO
m 3/min
A
B
C
1
1
1
2
1
2
0.45
0.40
1.55
0.50
5.80
0.25
B
CONSUMO FACTOR DE CONSUMO CONSUMO
MÁXIMO UTILIZACIÓN
MEDIO
MEDIO POR
3
3
SECTOR
m /min
m /min
m 3/min
0.45
0.40
1.55
1.00
5.80
0.50
0.30
0.40
0.60
0.20
0.10
0.60
0.14
0.16
0.93
0.20
0.58
0.30
Consumo medio de aire para Dispositivos Neumáticos:
Fundición:
Oficina o Taller:
15,38 m3/min
22,99 m3/min
Consumo Medio:
37,79 m3/min
Sea entonces el consumo para el dimensionamiento, consumo medio por dos: 75,58 m3/min
y finalmente haciendo un redondeo tomaremos un valor de 80 m3/min.
-5-
2.31
22.99
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
PLANO DIRECTOR
LEYENDAS
SL: Planta de Recuperación de Solvente
G: Generador
K: Compresor
C: Calderas
FUNDICIÓN
OL: Taller de Limpieza
MM: Moldeado Manual
MMQ: Moldeado por máquinas
OM: Taller de Machos
TALLER DE TERMINADO
U: Mecanizado
F: Chapería
M: Montaje
P: Pintura
-6-
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
ESTUDIO DE LINEAS ISOMETRICO
-7-
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
INSTALACIÓN DE AIRE COMPRIMIDO DE SERVICIO (UTILIDADES) E INSTRUMENTACIÓN
-8-
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
FLUJOGRAMA DE BLOQUES
LEYENDAS:
F: Filtrado de Aire Atmosférico
K: Compresor de Aire
R: Enfriamiento de Aire Comprimido
P: Almacenamiento de Aire
Comprimido (Pulmón)
S: Secado de Aire de Instrumentación
SL: Planta de Recuperación de Solvente
FD: Predio de Fundición
AC: Predio de Terminación
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INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
CONSIDERACIONES SOBRE INSTALACIONES DE AIRE
COMPRIMIDO CENTRALIZADAS Y DESCENTRALIZADAS
Cuando se planea una instalación de aire comprimido, una de las primeras cuestiones que
debe ser decidida es si la instalación debe ser formada por unidades centralizadas o
distribuidas por los mayores puntos de consumo en la fábrica. No hay regla general, en
cada caso las condiciones deben ser investigadas separadamente. Discutiremos algunos de
los factores relevantes.
Normalmente el consumo de aire en los diversos puntos varía de tal modo que los
máximos no ocurren simultáneamente. De esta forma, la capacidad total necesaria en el
caso de una instalación centralizada es inferior que el consumo teórico máximo. La misma
condición es válida para el consumo mínimo en varios puntos, de suerte que hay una
tendencia en el sentido de un consumo regular. Esto significa menores periodos en los que
los compresores permanecen descargados, y consecuentemente menor consumo específico
de energía media. También una instalación centralizada posibilita el empleo de unidades
mayores que generalmente poseen mayor rendimiento.
Como la producción depende en general directamente del abastecimiento de aire, aún las
pequeñas interrupciones en la operación de un compresor pueden afectarla seriamente. Es
menester que se mantenga en reserva un compresor de capacidad suficiente.
En el caso de la unidad descentralizada este representa un incremento todavía mayor en la
capacidad, siendo que cada casa de compresores deberá tener su unidad de reserva.
De esta forma, la capacidad total instalada, y consecuentemente el costo de la instalación,
será generalmente menor en una instalación única. Además de esto, los costos de
construcción, fundaciones e instalaciones serán menores para una gran y única central de
compresores que para varias unidades descentralizadas. Costos de mantenimiento y
supervisión serán también menores en una instalación centralizada. Como anteriormente se
ha mencionado, hay además ventajas de menores períodos de vacío.
Por otro lado, el costo de instalación y mantenimiento de la red de distribución es menor
en el caso de abastecimiento descentralizado, por ser más cortos los caños. Esto significa
en general menores pérdidas por escapes, y por tanto economía de energía. Estas pérdidas
por escape pueden, entretanto, ser considerablemente reducidas por medio de soldaduras en
las juntas de los caños. Es oportuno observar que la mayor parte de la pérdida en una red de
aire comprimido es causada por acoplado de mangueras.
Las consideraciones citadas en favor de instalaciones centralizadas, son de la mayor
importancia en industrias como, astilleros, siderúrgicas, minas, fábricas de caucho,
industrias químicas, grandes talleres, etc. En muchas de estas industrias con instalaciones
más antiguas, el aire comprimido fue adoptado gradualmente sin ningún planeamiento,
siendo los compresores instalados en lugares inadecuados con redes de aire de sección
insuficiente, en desacuerdo con las necesidades actuales de la empresa. Para evitar casos
como éstos, ampliaciones posteriores deben ser cuidadosamente estudiadas para decidir
- 10 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
entre un aumento de la instalación descentralizada, o una construcción de una nueva
central.
Un análisis completo de la instalación y de los costos de operación, normalmente prueba
que la mejor alternativa es la centralización de los compresores. Algunas veces se debe
estudiar el caso en que un compresos especial de baja presión debe ser instalado en un
determinado punto, en donde es necesario aire a una presión inferior a la normal (7 kg/cm2,
100 lb/pul2). En general una instalación de este tipo es antieconómica, a menos que el
consumo de aire de baja presión sea grande y continuo. Por ejemplo, no es económico
emplear un compresor especial de baja presión para operar una pequeña unidad de chorro
de arena, algunas pistolas de pintura, picos de limpieza, etc. Solamente cuando son
necesarios grandes cantidades de aire a baja presión, es que se justifica tal división en el
sistema de distribución de aire. Tal es el caso de grandes instalaciones de chorro de arena,
transporte neumático, agitadores de líquido, etc.
Si fuera necesaria una presión mayor que la normal, serán usados compresores especiales.
Algunas de estas aplicaciones son, por ejemplo, sopladores de hollín de calderas,
disyuntores de alta tensión en subestaciones, sistemas frenos ferroviarios, etc. Otra
alternativa, que en ciertos casos puede ser escogida para el aumento de presión en un
sistema aislado, es la instalación de un compresor especial elevador de presión (booster).
Este compresor es generalmente de una etapa.
En instalaciones industriales muy extensas, puede ser antieconómico llevar a todos los
puntos de consumo caños directos. En tales casos, la instalación de pequeños compresores
puede ser justificada en los puntos alejados. Tales compresores deben ser equipados con
dispositivos de operación automática. Para evitar la necesidad de una cantidad completa de
reserva en cada punto, un compresor portátil que pueda ser rápidamente desplazado para el
punto en que va a ser necesario, es la solución ideal. Tal compresor puede también ser
usado para abastecimiento de aire en los puntos en que el consumo es apenas intermitente,
por ejemplo: limpiezas de calderas, remoción de incrustaciones y óxidos, servicios de
mantenimiento y construcción, etc.
Resumen.
Instalación de aire comprimido centralizada. Recomendada en la mayoría de los casos.
a. Menor capacidad a instalar, menor costo inicial para compresores y edificaciones.
b. Mayor eficiencia debido a unidades mayores.
c. Menores costos de supervisión y mantenimiento.
Instalación de aire comprimido descentralizada. Recomendada para industrias que ocupan grandes
áreas, o para fábricas que poseen consumo de aire a diferentes presiones.
a. Tuberías más cortas y con diámetros menores.
b. Posibilidad de control del consumo de aire en diferentes puntos.
- 11 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
FIG. 1 - COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA PEQUEÑA INSTALACIÓN
COMPRESORA.
1. Compresores
2. Radiador posterior
3. Separador de condensado
4. Reservorio
5. Llave automática para el motor
6. Regulador automático
7. Tubo para regular
8. Tubo flexible
9. Pies de Caucho
Algunas consideraciones sobre el proyecto de un compresor para una buena economía de
operación.
Observándose ciertas piezas de un compresor se puede formar una opinión si es
económico o no. El consumo específico de energía se puede verificar en los valores de
consumo de energía indicados por el fabricante. Los puntos discutidos en al figura 2
complementan esta indicación.
FIG. 2 – COMPRESOR DE
DOS ETAPAS. Con este
tipo de compresores se
economiza cerca de 15% de
Energía en relación al de
una etapa.
- 12 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
1. Bajo consumo de agua de enfriamiento, aprovechamiento del calor.
Un sistema de enfriamiento bien proyectado resulta en bajo consumo de agua. La mayor
parte del calor de compresión puede ser recuperado por el agua de enfriamiento. También
en el caso de máquinas completamente enfriadas al aire, el calor de compresión puede ser
aprovechado en forma de calentamiento del ambiente.
2. Buen balanceamiento.
Con cilindros colocados en ángulos de 90° (arreglo en V o en L), es obtenido un buen
balanceamiento, que resulta en fuerzas prácticamente equilibradas y mínima vibración.
3. Bajas pérdidas por rozamiento.
Baja velocidad de pistón, mancales cuidadosamente proyectados y lubricación adecuada,
tornan mínimas las pérdidas por rozamiento.
4. Enfriador intermedio correctamente dimensionado.
Gran superficie de intercambio de calor y baja resistencia al flujo permiten enfriamiento
eficiente y pequeña caída de presión.
5. Baja temperatura del aire admitido.
Localización correcta de la entrada de aire mantiene la temperatura de admisión baja,
permitiendo una gran economía.
6. Válvulas con áreas de paso sobredimensionadas.
Pistones de pequeño curso y gran diámetro permiten instalación de válvulas con gran área
de paso, disminuyendo la resistencia al flujo.
7. Ciclo de operación de doble efecto.
Un compresor de doble efecto tiene pérdidas por rozamiento equivalentes a la mitad de
las correspondientes a uno de simple efecto con dos cilindros separados.
8. Máquinas con cruceta.
La cruceta absorbe los esfuerzos laterales del movimiento de la biela con mínimas
pérdidas por rozamiento.
9. Supervisión mínima.
El compresor no requiere supervisión continua al ser equipado con dispositivos de control
y de seguridad, y estar además dotado de lubricación continua bajo presión, posee drenaje
automático de agua condensada y sistema regulador que proporciona adaptación del
compresor al consumo de aire.
RESUMEN.
A fin de determinar cuál es el compresor más adecuado para las necesidades reales, puede
ser hecho un simple cálculo de costo de operación. Compresores enfriados por aire son
naturalmente los más fáciles de instalar, y por consiguiente usados normalmente en
- 13 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
pequeñas capacidades. Para capacidades mayores, los modelos enfriados por agua son más
económicos cuando se dispone de agua abundante. Esta cuestión debe ser cuidadosamente
investigada en la mayoría de casos; la posibilidad de enfriamiento del agua debe ser
también considerada. Los puntos de abajo indican lo que debe ser investigado para la
compra de un compresor.
Bajo costo de energía
Alta eficiencia se traduce en bajo consumo específico
de energía en CV/m3/min (hp/100 ft3/min)
Seguridad de operación
Buen balanceamiento, mínima vibración, materiales y
dimensiones adecuados, alta calidad en la fabricación
de piezas componentes.
Bajo costo de mantenimiento
Piezas sujetas a desgaste de fácil sustitución, y
proyectos simples, posibilitan el mantenimiento por
personal propio de la empresa dueña del compresor.
Bajo costo de agua de enfriamiento En ciertos casos el bajo consumo de agua de
enfriamiento es de la mayor importancia.
Bajo costo de supervisión
Lubricación automática, drenaje automático de agua
condensada, dispositivos de control y de seguridad
hacen innecesaria la continua supervisión manual.
TOTAL: BAJO COSTO DE
INSTALACIÓN
COSTOS VARIABLES BAJOS
Pequeño espacio necesario
Compresor de proyecto compacto y equipamiento
auxiliar reducido, economizan área construida.
Bajo peso
Economía en
levantamiento.
Instalación simple
Equipamiento de instalación simple y adecuado para
montaje sobre pies de caucho en fundaciones simples
(pequeños compresores).
Equipamiento eléctrico simple
Un compresor proyectado para motores y llaves de
partida padronizados, contribuye al bajo costo inicial.
Precios moderados
Aliados al consumo de energía en todos los otros
costos.
COSTOS FIJOS BAJOS
TOTAL: BAJO COSTO DE
INSTALACIÓN
- 14 -
fundaciones
y
máquinas
para
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
Haciéndose un cálculo de acuerdo con el esquema de arriba, llevando en consideración
todos los costos, se determina el compresor adecuado para la finalidad.
CALCULOS PARA
COMPRESOR
DETERMINAR
LA
CAPACIDAD
DEL
Regla General: Usar el Doble del Flujo Medio de Consumo.
Para el TRECHO PL ≈ 84 m3/min
Para el TRECHO LS ≈ TRECHO SI ≈ 5,7 m3/min
Para el TRECHO LM ≈ 78 m3/min
Para el TRECHO ME ≈ 31 m3/min
Para el TRECHO MA ≈ 46,8 m3/min
Cálculos de los Flujos Medios para el dimensionamiento de los anillos de distribución del
Aire de Servicio en los predios de Fundición y Terminación:
FUNDICIÓN: TRECHO EHG (Mitad del anillo)
Estimativa del Flujo de Consumo escurriendo por este trecho:

m3
35
= 1.33

20 + 35
min
 Total del Flujo Medio de Consumo = 9,28 m3/min
3

m
25
= 1.23
1.23 ∗

25
min

3
m3  Para dimensionamiento: 20 m /min
20 + 40
= 6.72
8.96 ∗

20 + 40 + 20
min 
FUNDICIÓN: TRECHO EFG (La otra mitad del anillo)
Estimativa del Flujo de Consumo:
2.09 ∗

20
m3
= 0.76

20 + 35
min
 Total del Flujo Medio de Consumo = 6.1 m3/min
3

20 + 60
m
= 3.10
3.10 ∗

20 + 60
min

3
20
m3  Para dimensionamiento: 12 m /min
= 2.24
8.96 ∗

20 + 40 + 20
min 
2.09 ∗
- 15 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
TERMINACIÓN: TRECHO ADC (Mitad del anillo)
Estimativa del Flujo de Consumo:

65
m3
3
1.25 ∗
= 0.86
 Total del Flujo Medio de Consumo = 2.89 m /min
30 + 65
min

30 + 60
m3 
= 2.03
3.10 ∗
3
30 + 60 + 30
min  Para dimensionamiento: 6 m /min
TERMINACIÓN: TRECHO ABC (La otra mitad del anillo)
Estimativa del Flujo de Consumo

30
m3
= 0.395
1.25 ∗

30 + 35
min

 Total del Flujo Medio de Consumo = 20.523 m3/min
30 + 25
m3
= 8.790
8.79 ∗

30 + 25
min

40
m3
 Para dimensionamiento: 40 m3/min
= 10.66
10.66 ∗

40
min
3 
30
m 
= 0.678
2.71 ∗
30 + 60 + 30
min 
Nota: Todos los valores del flujo están en m3/min y Descarga Libre Patrón (D.L.P.).
- 16 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
ABACO PARA PERDIDA DE CARGA EN TUBOS PARA AIRE
COMPRIMIDO SCH 40
- 17 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
CALCULO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS LÍNEAS
Premisa: Caída máxima de presión, ∆p, no sobrepase 4,3 psi (0,3 kg/cm2), del punto
inicial del sistema, hasta el punto más distante.
Determinación del punto más distante:
1. Punto inicial: P
2. Punto inicial: P
Punto final: C
Punto final: G
Recorrido: P,L,M,A,D,C
Recorrido: P,L,M.E,H,G
Longitud total= 2+50 +15+155= 222m
Longitud total= 2+50+15+120= 187m
Considerando el trecho más largo= 222 m= 728 ft.
∆p total máxima admisible = 4,3 psi para una longitud total de 728 ft, desde el punto inicial
hasta el punto más distante del sistema.
∆p por 100 ft de tubo = (4,3) ∗
100
psi
≅ 0,6
728
100 ft de tubo
Consideremos el trecho PL:
Flujo de Dimensionamiento = 2,964 ft3/min
Presión Inicial: El PI del tanque pulmón indica alrededor de 7,5 kg/cm2 (man). Para todos
los efectos podemos considerara la presión inicial = 106,5 psig.
Usando el ábaco para la pérdida de carga en
tubos de Aire Comprimido, con los datos del
Flujo y Presión, hallamos un punto en el
Ábaco. La línea recta inclinada (punteada en
el esquema) que pasa por el punto de
intersección del flujo con la presión inicial, y
que corta la vertical levantada desde el valor
0,6 psi/100 ft, corresponde aproximadamente a
5’’ SCH 40, diámetro nominal de la tubería
para el TRECHO PL, si existiese ese diámetro
comercial.
Como este diámetro comercial no existe en el
mercado, podemos escoger:
a. 4’’ sch 40 y hacer una verificación del ∆p resultante al final del trecho.
b. 6’’ sch 40 el cual sabemos que estará holgado.
Vamos a adoptar 4’’ sch 40, como primera opción.
Verificamos el ∆p real con el tubo de 4’’ sch 40.
Entonces ∆p=1,8 psi/100ft.
∆p para el trecho = 1,8 (7/100)=0,126 psi
Presión Final = 106,5 – 0,126 = 105,4 psig
- 18 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
Ahora consideraremos el TRECHO LM:
Presión inicial = Presión final del TRECHO PL = 105,4 psig
Entonces el Flujo = 2752 ft3/min
De igual manera, hallamos que el diámetro puede ser 4’’ sch 40. El ∆p para ese tubo en
este flujo de 2752 ft3/min y presión inicial de 105,4 psig resulta en 1,7 psi/100 ft.
∆p total para el trecho = 1,7 (189/100) = 3,2 psi
Presión final = 105,4 – 3,2 = 102,2 psig.
TRECHO MA:
Presión Inicial = Presión Final del TRECHO LM = 102,2 psig.
Flujo = 1685 ft3/min
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo escogido = 4’’ sch 40
∆p real = 0,61 psi/100 ft; ∆p Total del trecho = 0,61(47/100) = 0,29 psi
Presión Final = 102,2 – 0,29 = 101,9 psig.
TRECHO ADC:
Presión Inicial = Presión Final del TRECHO MA = 101,9 psig.
Flujo = 212 ft3/min
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo escogido 2’’ sch 40
∆p real = 0,3 psi/100 ft; ∆p total del trecho = 0,3 (584/100) = 1,75 psi
Presión Final = 101,9 – 1,75 = 100,2 psig.
TRECHO ABC
Presión Inicial = Presión Final del TRECHO MA = 101,9 psig
Flujo = 1422 ft3/min.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo escogido 4’’ sch 40
∆p real = 0,42 psi/100 ft; ∆p total del trecho = 0,42 (584/100) = 2,45 psi
Presión Final = 101,9 – 2,45 = 99,4 psig
La presión Final Real en el punto C estará entre los valores de 100,2 psig y 99,4 psig.
TRECHO LS
Presión Inicial = Presión Final del TRECHO PL = 105,4 psig
Flujo = 201 ft3/min
Para determinar el ∆p admisible para el dimensionamiento de las tuberías de aire de
instrumentación, consideramos el trecho total LT, de longitud igual a 1,5 + 4 + 7 + 90 =
102,5 m = 336ft.
∆p admisible para el dimensionamiento = 4,3 psi (100 ft)/336 ft = 1,28 psi/100 ft
∆p admisible = 1,28 psi/100 ft.
Regresando para nuestro TRECHO LS: tubo escogido 1 ½’’ sch 80.
Alcanzando el valor menor de 1 ½’’ diámetro nominal, por razones de resistencia mecánica
estructural, escogemos un tubo de paredes más gruesas, o sea, sch 80.
Los datos del ábaco son para sch 40, por tanto tendremos que los datos del ábaco son para
sch 40, por tanto tendremos que corregir para sch 80; el cual, para el mismo diámetro
nominal, presenta menor diámetro interno, así:
1 ½’’ sch 40 Diámetro interno = 4,08 cm.
- 19 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
1 ½’’ sch 80 Diámetro interno = 3,81 cm.
Para un mismo flujo (flujo constante), la pérdida de carga varía inversamente con la quinta
potencia del diámetro, aproximadamente. Así: ∆p real para 1 ½’’ sch 40, para aire @ 201
ft3/min y presión Inicial de los 10ón Inicial de los 105,4 psig, del Ábaco, tenemos 1,1
psi7100 ft.
∆p real para 1 ½’’ sch 80, en las mismas condiciones del aire:
1,1 (4,08/3,81)5 = 1,54 psi/100 ft.
∆p total para TRECHO LS= 1,54 (21/100) = 0,32 psi.
Presión Final del TRECHO LS = 105,4 – 0,32 = 105,1 psig.
TRECHO SI
Presión Inicial = Presión del Ls - ∆p secador; Flujo = 201ft3/min
Presión Inicial = 105,1 – 4,5 = 100,6 psig.
Sea el tubo escogido 1 ½’’ sch 80 para ∆p admisible = 1,28 psi/100 ft.
∆p real = 1,54 psi/100 ft; ∆p total trecho = 1,54 (367/100) = 5,56 psi
Presión Final = 100,6 – 5,65 = 95 psig
TRECHO ME
Presión Inicial = Presión Final LM = 102,2 psig; Flujo = 1094ft3/min
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo escogido 3’’ sch 40.
∆p real = 1,1 psi/100 ft; ∆p total trecho = 1,1 (56/100) = 0,62 psi
Presión Final = 102,2 – 0,62 = 101,6 psig
TRECHO EHG
Presión Inicial = Presión Final ME = 101,6 psig; Flujo = 706 ft3/min
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo escogido 3’’ sch 40
∆p real = 0,39 psi/100 ft; ∆p total trecho = 0,39(453/100) = 1,77 psi
Presión Final = 101,6 – 1,77 = 99,8 psig
TRECHO EFG
Presión Inicial = Presión Final ME = 101,6 psig; Flujo = 423 ft3/min
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo escogido 3’’ sch 40
∆p real = 0,16 psi/100 ft; ∆p total trecho = 0,16(453/100) = 0,72 psi
Presión Final = 101,6 – 0,72 = 100,9 psig.
- 20 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
LONGITUD
TRECHO
DE
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
VERTICAL HORIZONTAL
LINEA
TOTAL
m
*
1.5
7
5
*
*
*
*
*
*
m
2
4
90
45
15
15
120
120
155
155
FLUJO O
PRESION
DIAMETRO
psi
CONSUMO PARA
INICIAL
ESCOGIDO
100ft
∆p
TOTAL
PRESION
FINAL
DIMENSIONAR
POR CURVA
m
PL
LS
SI
LM
ME
MA
EHG
EFG
ADC
ABC
15% ADIC
0.8
15
7.5
2.2
2.2
18
18
23
23
m
ft
2
6.3
112
58
17
17
138
138
178
178
7
21
367
189
56
56
453
453
584
584
m 3/min
84
5.7
5.7
78
31
47
20
12
6
40
ft3/min
2964
201
201
2752
1094
1658
706
423
212
1411
kg/cm 2
7.50
7.41
7.07
7.41
7.19
7.19
7.14
7.14
7.16
7.16
psig
in
106.5
4
105.4 1 1/2 sch80
100.6 1 1/2 sch80
105.4
4
102.2
3
102.2
4
101.6
3
101.6
3
101.9
2
101.9
4
1.8
1.54
1.54
1.3
1.1
0.61
0.39
0.16
0.3
0.42
kg/cm 2
psig
kg/cm 2
0.009
0.023
0.40
0.17
0.04
0.02
0.12
0.05
0.12
0.17
0.13
0.32
5.65
2.46
0.62
0.34
1.77
0.72
1.75
2.45
7.491
7.388
6.676
7.238
7.142
7.162
7.019
7.092
7.041
6.992
Todos los flujos en D.L.P.
(*). El dimensionamiento de los tubos de aire de instrumentación, está un poco fuera de la regal establecida, ya que Dp total = 5,65 psi,
y 5,65 psi > 4,3 psi, sin embargo la presión final es perfectamente compatible con la finalidad del aire de instrumentación.
Esta guía de cálculos dión un sistema de tuberías más económico para el aire comprimido du utilidades en relación al costo inicial de
la instalación, pero a expensas de una mayor pérdida de carga real que la admisible en el punto más distante:
106,5 psi - 100,2 psig = 6,3 psi > 4,3 psi; 106,5 psig - 99,4 psig = 7,1 psi > 4,3 psi
Sin embargo, la presión más baja obtenda en el punto más distante (99,4 psig) es compatible con la correcta operación del sistema-
- 21 -
psig
106.37
105.08
94.95
102.94
101.58
101.86
99.83
100.88
100.15
99.45
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
ANALISIS PARA UN TUBO DE 6’’ DE DIAMETRO.
TRECHO PL
Adoptando el diámetro 6’’ sch 40
Flujo = 2964 ft3/min; Presión Inicial= 106,5 psig.
Tubo de 6’’ sch 40; ∆p real = 0,21 psi/100 ft.
∆p real = 0,21(7/100) = 0,01 psi
Presión final = 106,2 – 1,8 = 104,1 psig.
TRECHO LM
Flujo = 2752 ft3/min; Presión Inicial = 106,5 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 6’’ sch 4
∆p real = 0,18 psi/100 ft; ∆p total = 0,18(189/100) = 0,354 psi
Presión final = 106,2 – 0,34 = 106,2 psig.
TRECHO MA
Flujo = 1658 ft3/min; Presión Inicial = 106,2 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 4’’ sch 40
∆p real = 0,55 psi/100 ft; ∆p total = 0,55(56/100) = 0,31 psi
Presión final = 106,2 – 0,31 = 105,9 psig.
TRECHO ADC
Flujo = 212 ft3/min; Presión Inicial = 105,9 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 2’’ sch 40
∆p real = 0,31 psi/100 ft; ∆p total = 0,31(584/100) = 1,81 psi
Presión final = 105,9 – 1,81 = 104,1 psig.
TRECHO ABC
Flujo = 1411 ft3/min; Presión Inicial = 105,9 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 4’’ sch 40
∆p real = 0,42 psi/100 ft; ∆p total = 0,42(584/100) = 2,45 psi
Presión final = 105,9 – 2,45 = 103,4 psig.
TRECHO LS
Flujo = 201 ft3/min; Presión Inicial = 106,5 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 2’’ sch 40
∆p real = 0,28 psi/100 ft; ∆p total = 0,28(21/100) = 0,06 psi
Presión final = 106,5 – 0,06 = 106,44 psig.
TRECHO SI
Flujo = 201 ft3/min
Presión Inicial = Presión Final de LS - ∆p del secador
Presión Inicial = 106,4 psig – 4,5 = 101,9 psig
Tubo de 2’’ sch 40; ∆p real = 0,28 psi/100 ft.
∆p total = 0,28(367/100) = 1,03 psi
Presión final = 101,9 – 1,03 = 100,9 psig.
- 22 -
INSTALACIONES INDUSTRIALES
TRECHO
DE
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
LINEA
15% ADIC
PRESION
DIAMETRO
psi
CONSUMO PARA
INICIAL
ESCOGIDO
100ft
m
m 3/min ft3/min
m
*
1.5
7
5
*
*
*
*
*
*
m
2
4
90
45
15
15
120
120
155
155
∆p
TOTAL
PRESION
FINAL
DIMENSIONAR
POR CURVA
m
PL
LS
SI
LM
ME
MA
EHG
EFG
ADC
ABC
FLUJO O
TOTAL
LONGITUD
VERTICAL HORIZONTAL
2
0.8 6.3
15 112
7.5 58
2.2 17
2.2 17
18 138
18 138
23 178
23 178
ft
7
21
367
189
56
56
453
453
584
584
84
5.7
5.7
78
31
47
20
12
6
40
2964
201
201
2752
1094
1658
706
423
212
1411
kg/cm 2
7.50
7.49
7.16
7.49
7.46
7.46
7.45
7.45
7.45
7.45
psig
in
106.5
106.49
101.9
106.49
106.15
106.15
106
106
105.9
105.9
6
2
2
6
4
4
3
2 1/2
2
4
kg/cm 2
0.21
0.28
0.28
0.18
0.27
0.55
0.44
0.48
0.31
0.42
0.001
0.004
0.07
0.02
0.01
0.02
0.14
0.15
0.13
0.17
psig
0.01
0.06
1.03
0.34
0.15
0.31
1.99
2.17
1.81
2.45
kg/cm 2
7.499
7.483
7.092
7.463
7.453
7.442
7.313
7.300
7.318
7.273
Esta guía de cálculos dio un sistema de tuberías más conservador, dentro de las premisas del dimensionamiento, ya que la pérdida
de carga total entre el punto inicial y el punto más destante es menor que la admisible:
sig -104 psig = 2,5 psi < 4,3 psi; 106,5 psig - 103,4 psig = 3,1 psi < 4,3 psi
- 23 -
psig
106.49
106.43
100.87
106.15
106.00
105.84
104.01
103.83
104.09
103.45
INSTALACIONES INDUSTRIALES
SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO
TRECHO ME
Flujo = 1094 ft3/min; Presión Inicial = 106,2 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 4’’ sch 40
∆p real = 0,27 psi/100 ft; ∆p total = 0,27(56/100) = 0,15 ≈ 0,2 psi
Presión final = 106,2 – 0,2 = 106 psig.
TRECHO EHG
Flujo = 706 ft3/min; Presión Inicial = 106 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 3’’ sch 40
∆p real = 0,44 psi/100 ft; ∆p total = 0,44(453/100) = 2 psi
Presión final = 106 – 2 = 104 psig.
TRECHO EFG
Flujo = 423 ft3/min; Presión Inicial = 106 psig.
∆p admisible = 0,6 psi/100 ft; Tubo de 2 ½’’ sch 40
∆p real = 0,48 psi/100 ft; ∆p total = 0,48(453/100) = 2,2 psi
Presión final = 106 – 2,2 = 103,8 psig.
NOTA:
Esta guía de cálculos dio un sistema de tuberías más conservador, dentro de las premisas
del dimensionamiento, ya que ∆p total entre el punto inicial y el punto más distante:
106,5 – 104 = 2,5 psi < 4,3 psi
106,5 – 103,4 = 3,1 psi < 4,3 psi
- 24 -