Posiblemente, una de las grandes dificultades con las que se encuentran los usuarios del aire comprimido es la de calcular el caudal del compresor. No es tarea fácil y en muchos casos, la incertidumbre sobre el cálculo es tan alta que los factores de seguridad que se toman son muy elevados seleccionando compresores excesivamente grandes. Esto genera problemas de funcionamiento en los propios compresores y un excesivo consumo de energía.

Un cálculo preciso del caudal de aire implica un trabajo complicado que requiere de la ayuda de expertos. Los consejos de este artículo ayudarán a determinar el caudal de aire del compresor con la mayor precisión posible, siendo aplicables a la mayoría de los casos industriales.

Como norma general, al calcular el caudal de aire de un compresor, no solo se sumará el consumo de todos los equipos de la planta, sino que habrá que tener en cuenta algunos aspectos adicionales que también influyen en su determinación.

A continuación, explicaremos paso a paso algunos de estos aspectos con un ejemplo práctico, basado en una hipotética empresa que necesita un compresor para el funcionamiento de su proceso de fabricación de cajones de madera.  

1. Determinar el caudal en función del proceso

En esta primera fase, hay que analizar cómo es el proceso para el que se necesita el aire comprimido. En nuestro ejemplo, la fabricación de cajones de madera.

La mejor forma es analizarlo en función de los diferentes usos del aire:

• Pequeños consumidores de aire como taladros, pulidoras, atornilladores, pistolas de impacto…
• Máquinas automáticas. En este grupo se incluirán aquellos equipos que están en funcionamiento constante en nuestro proceso y que tienen un consumo estable, como por ejemplo unos cilindros o la maquinaria industrial neumática empleada en nuestro proceso.
• Procesos generales. En muchas aplicaciones industriales existen procesos perfectamente definidos, cuyo consumo de aire comprimido está también claramente calculado. Un ejemplo puede ser el proceso de chorreado o de pintura, el embalaje o el transporte neumático.

En la fabricación de los cajones de madera, hay que definir cada uno de los apartados anteriores, realizando para cada uno de ellos una tabla con sus valores calculados.

Pequeños consumidores de aire:

Máquinas automáticas:

Proceso general:

2. Tasa de uso

La mayoría de los pequeños consumidores neumáticos no están en uso continuo. Se encienden y se apagan en función del momento de su utilización. Por este motivo, debemos analizar nuestro proceso para calcular el tiempo promedio de uso y así definir la demanda de aire requerida.

Acudimos a nuestro ejemplo para la fabricación de cajones de madera. En la primera fase de fabricación hay que utilizar la lijadora durante 15 minutos.

Con la siguiente fórmula se determinará la tasa de uso de la lijadora:

TASA  = 15 min / 60 min × 100 %

TASA = 25%

En el siguiente proceso se usan los taladros y atornilladores. La duración del proceso se estima en 35 minutos, luego la TASA es de 58,3 %.

Con las grapadoras, hay un problema de definición de uso. Durante el proceso su uso es bastante aleatorio, por lo que se deberá acordar una TASA elevada según nuestro criterio particular. Acordamos definir el 80%.

Para las máquinas automáticas el proceso es continuo, luego la TASA es del 100%. En el caso de la cabina de pintura ya está calculado por el fabricante el consumo de aire comprimido por hora, por lo que se considera una TASA del 100%.

3. Factor de simultaneidad

El factor de simultaneidad es un valor basado en la experiencia y en el diseño del proceso. Hay que definir qué equipos se están usando al mismo tiempo para conseguir conocer el caudal simultáneo que puede requerir nuestro proceso.

Volviendo a nuestro ejemplo, cuando diseñamos el proceso para la fabricación de los cajones de madera tuvimos que determinar las distintas etapas de fabricación y qué equipos necesitaríamos.

Determinamos que para la fabricación de cajones necesitaremos tres taladros y tres atornilladores, siendo necesarios dos operarios para el trabajo. El número de operarios implica que no podrán estar las 6 herramientas en funcionamiento al mismo tiempo. En esta circunstancia solo podrán funcionar simultáneamente dos taladros o dos atornilladores o uno de cada, es decir, un 34% del total de los equipos disponibles, luego el factor de simultaneidad será 0,34.

Esta misma deducción se aplicará al resto de equipos. Con la lijadora consideramos que una está en funcionamiento y la otra en reserva, con lo que el factor es 0,5. Con las grapadoras se realiza un uso un poco indiscriminado, luego consideraremos un factor de simultaneidad alto del 0,7.

En el caso de los cilindros neumáticos, embaladora y cabina de pintura, no hay tasa de simultaneidad, debido a que estos procesos no se alternan entre ellos, luego consideraremos el factor 1.

Añadiendo a nuestra tabla el nuevo factor ya podemos definir el caudal requerido por los equipos y procesos.

4. Factor de riesgo

Aunque con los cálculos anteriores hemos definido un proceso lógico para averiguar cuál es el caudal de aire comprimido necesario de nuestro proceso, existen otros factores que se deben considerar:

• Pérdidas por fugas. Este es un valor muy controvertido, pero está demostrado que es muy difícil realizar una instalación de aire comprimido con fugacidad “0”. Nosotros recomendamos considerar un factor entre el 3% y el 5% como máximo. Si una vez terminada la instalación de aire comprimido y puesto en marcha el proceso de fabricación, se observa que hay un alto nivel de pérdidas por fugas, es mucho más rentable tratar de corregirlas o modificar la instalación, que instalar un compresor mayor que cubra las necesidades de aire comprimido y las fugas detectadas.

• Reservas para ampliaciones futuras. Hemos dimensionado nuestro sistema de aire comprimido para un consumo actual, pero seguramente se tiene en mente la ampliación a corto y medio plazo. En este caso se debe considerar el dimensionar el tamaño del compresor o compresores, así como el sistema de tratamiento y trazado de la instalación neumática, considerando esta posible ampliación. Tener que hacerlo después puede resultar más caro y complicado. Calcular las reservas futuras no implica comprar compresores mayores en esta primera fase. Se puede dimensionar la planta pensando en dos compresores que cubran el 100%, adquiriendo uno ahora y el segundo cuando se realice la ampliación. Todas las combinaciones son posibles.

• A pesar del esmerado esfuerzo en realizar un cálculo preciso y coherente, es posible cometer algún error. Buscar el punto exacto entre un caudal muy pequeño o excesivamente grande no es fácil. En cualquier caso, recomendamos tomarse un margen de seguridad entre un 5% y un 10%.

Con esta nueva valoración, nuestra tabla queda ampliada de la siguiente manera:

Finalmente, se ha calculado un caudal de aire comprimido de 10046 L/min incluyendo una previsión de ampliación futura. Como el caudal calculado en el proceso actual es de 5023 L/min, lo lógico sería adquirir un compresor de estas características y dejar la instalación y el espacio reservado para la ampliación futura con un equipo similar. Las tuberías se deberían dimensionar considerando el caudal futuro.

Es evidente que existen muchos otros factores y muchos otros procesos para los que este pequeño estudio se quedaría corto, pero consideramos que, en un alto porcentaje de los casos, siguiendo el ejemplo descrito anteriormente se puede determinar el caudal de aire comprimido perfectamente.

El siguiente paso sería dimensionar la red de tuberías; calcular los equipos de tratamiento; y realizar un buen análisis del sistema de control de toda la sala de aire comprimido, determinando la posición de transmisores de presión, válvulas de corte, recipientes a presión, presostatos, caudalímetros, etc. 

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