Estrategias para la Eficiencia en Redes de Aire Comprimido: Fugas y Dimensionamiento

Introducción a las Redes de Aire Comprimido

El aire es un gas de características compresibles, fundamental en diversas aplicaciones industriales.

En sistemas de aire comprimido, es crucial considerar la presión que puede generar un compresor y el caudal que es capaz de suministrar.

Es importante destacar que, cuanto más largo sea el recorrido del aire, mayor será la pérdida de energía, ya sea en una red cerrada o abierta.

Componentes de una Red de Aire Comprimido

Tubería Primaria

• Se debe determinar su longitud óptima.
• Deben ser de la más alta calidad para minimizar pérdidas.

Tubería Secundaria

• La sumatoria de los caudales de las tuberías secundarias debe ser igual al caudal de la tubería primaria.

Tubería de Servicio

• Están en contacto directo con la maquinaria que demanda aire comprimido.
• Son más manipulables y fáciles de reemplazar o mantener.

Eficiencia y Pérdidas en Redes de Aire Comprimido

La eficiencia de una red de aire comprimido puede verse seriamente comprometida por las fugas. Se estima que las pérdidas por fugas pueden alcanzar hasta un 20% del caudal total. Dado que el aire no tiene olor, la detección de estas fugas es particularmente difícil.

Fuentes Comunes de Fugas

• Piezas de acoplamiento: Responsables del 40-50% de las fugas.
• Válvulas (llaves): Otra fuente significativa de pérdidas.
• Mangueras: Contribuyen con un 12-20% de las fugas.

Detección de Fugas

La forma más común de percibir fugas es a través del sonido: el aire escapa por un orificio pequeño a alta presión, produciendo un silbido similar al de un globo desinflándose.

Existen adaptadores inteligentes o sensores que pueden detectar cambios de presión o caudal y cerrar automáticamente el paso del aire (sistemas de tipo neumático).

Cabe destacar que países como Sudáfrica han desarrollado tecnologías avanzadas para la detección y gestión de fugas en sus sistemas de aire comprimido.

El impacto de las fugas es considerable: la velocidad de perforación en operaciones mineras puede reducirse hasta en un 70% debido a pérdidas y filtraciones en la red de aire.

Efectos de la Altura Geográfica en Redes de Aire Comprimido

La altura geográfica altera significativamente las características operativas de una red de aire comprimido:

• Por cada 100 metros de aumento de altura (sobre el nivel del mar, s.n.m.), la presión del sistema disminuye en un 1%. Esto implica la necesidad de utilizar más estanques o compresores para lograr la presión deseada.
• Cuando la presión aumenta (al descender en altura), se genera una presión extra. Esto puede ser beneficioso al disminuir las pérdidas, pero también puede generar una sobrepresión que afecte negativamente el rendimiento y la vida útil de los equipos.

Método para la Medición de Fugas en Redes de Aire Comprimido

Para cuantificar las pérdidas por fugas, se puede seguir el siguiente procedimiento:

1. Calcular el caudal de la línea de aire (o red seca) en metros cúbicos por minuto (m³/min).
2. Convertir el volumen de aire comprimido a volumen de aire libre (a presión atmosférica) en pies cúbicos (ft³). Para esto, se aplica la ley de Boyle-Mariotte: P₁V₁ (aire comprimido) = P₂V₂ (aire libre, descomprimido).
3. Presurizar la línea de aire a su presión operativa normal y luego cerrar la línea en sus extremos.
4. Registrar el tiempo que tarda la presión de la línea en caer a cero.
5. Aplicar la fórmula de cálculo de caudal de fuga:

   Q = 5 * V / (2 * T)

   Donde:

   • Q: Caudal de fuga (CFM - pies³/min).
   • V: Volumen de aire libre (obtenido en el paso 2) en pies³.
   • T: Tiempo en minutos hasta que la presión llega a cero.

Se considera que una fuga del 20% es un valor de referencia común en sistemas industriales. Para compensar estas pérdidas, es recomendable sobredimensionar la capacidad del sistema en un 20%.

Factores Clave para el Dimensionamiento de Redes de Aire Comprimido

El diseño y dimensionamiento de una red de aire comprimido deben considerar varios factores esenciales:

1. La realidad operativa de la mina, incluyendo el tipo de labores y la demanda de aire.
2. Los tipos de equipos que utilizarán el aire comprimido y su consumo individual.
3. El dimensionamiento adecuado de las tuberías para asegurar un rendimiento óptimo, minimizar caídas de presión y garantizar un período de vida útil aceptable.

Un período aceptable de pérdidas en la red se sitúa alrededor del 20%.

Fórmula de O'Hata para Capacidad de Compresores

La fórmula de O'Hata es una herramienta útil para estimar la capacidad requerida de los compresores en función de la producción de mineral:

C = 140 * T^0.5

Donde:

• C: Capacidad total de los compresores en CFM (pies cúbicos por minuto).
• T: Producción de mineral en toneladas cortas por día (1 tonelada corta = 2000 libras).