Caudales

Uno de los temas complejos a la hora de definir el caudal requerido para un soplador o cualquier equipo compresor de aire, es ponerse de acuerdo con el usuario en un idioma común respecto del término "caudal". Algunos usuarios solicitan, por ejemplo, "10.000 m3/hr a 3.000 mts de altitud". El requerimiento así planteado resulta incompleto, ya que a pesar de mencionarse las condiciones ambientales, todavía falta que el usuario especifique de qué caudal está hablando.

Existen dos tipos de caudales: el Libre (FAD, Free Air Delivery) y el Normal. El primero es el volumen de aire atmosférico que el soplador aspira independiente de las condiciones ambientales. El caudal normal, en cambio, es el volumen de aire atmosférico que el soplador aspira bajo condiciones ambientales definidas por norma, por lo que ahora el volumen FAD que está aspirando tiene una masa definida. Las condiciones definidas por norma son presión atmosférica (1,013 bar), temperatura ambiente (0ºC) y humedad relativa (0%).

Para seleccionar el caudal cuando las condiciones ambientales difieren de las normales, se debe ocupar la Ley de los Gases Ideales:

P VFAD/T = PNVN/TN

Donde:

P: Presión atmosférica del lugar de trabajo (bar)

VFAD: Caudal Libre del soplador requerido (m3/hr)

T: Máxima temperatura ambiente absoluta del lugar de trabajo (K = ºC + 273)

PN: Presión atmosférica Normal = 1,013 bar

VN: Caudal Normal, consumo de la celda definido por el fabricante (Nm3/hr)

TN: Temperatura ambiente Normal = 273 K (0ºC)

Luego: VFAD = VN (1,013 / P) (T / 273)

Por ejemplo, si el fabricante de la celda indica que se requieren 20.000 Nm3/hr, y la aplicación se encuentra a 4.500 mts sobre el nivel del mar (presión atmosféri-
ca = 0.58 bar), con una temperatura máxima de 20ºC, el caudal del soplador es:

VFAD = 20.000 (1,013 / 0.58) ((20+273) / 273)

VFAD = 37.450 m3/hr

Es decir, el soplador debe proporcionar un volumen de 37.450 m3/hr FAD, ya que en ese volumen en el lugar de operación existe la misma masa de aire que hay en 20.000 m3, pero en condiciones normales.

Cálculo de presión

Es la suma de la presión estática de las celdas y de las pérdidas de carga del sistema.

Presión estática: Surge por el diseño de las celdas dada la altura de líquido contenido en las celdas. Esta presión se define como: Pest = ? g h

Donde:

Pest: Presión estática (Pa)

?: Densidad del líquido (kg/m3)

g: aceleración de gravedad = 9.8 m/s2

h: altura del líquido (mts)

Pérdidas de carga: Son las pérdidas de presión debido al diseño del piping desde el soplador a las celdas, y que depende de los diámetros seleccionados, de las distancias y de las "singularidades", como válvulas, codos, tees, etc. Aunque este valor se puede calcular, existen tabulaciones y nomogramas.

Curvas de Selección

Figura 1: Soplador centrífugo multietapas.

El usuario debe tener cuidado de que las curvas indiquen a que se refieren con 50 Hz. En el caso de fabricantes de países con 60 Hz, como EE.UU., los rendimientos que dicen sus curvas, serán menores en Chile, según la siguiente relación:

V1 / V2 = 60 / 50 = 1.2

P1 / P2 = (60 / 50)2 = 1.44

Es decir, los caudales mostrados en curvas a 60 Hz deben ser divididos por 1,2, y las presiones por 1,44.

Eficiencia Energética

En 10 años de operación, el costo de la inversión y mantención tiene una incidencia menor a un 10% del gasto total, mientras que el 90% será por concepto de energía eléctrica.

El usuario debe solicitar a su proveedor de celdas una evaluación en este sentido.

Características del soplador

Figura 2: Impulsor de aluminio fundido.

Carcasa de fundición: Debe ser aerodinámica para un mayor rendimiento en los cabezales de succión y descarga, y en los canales laterales.

Impulsores: Deben ser del material adecuado (normalmente aluminio fundido), con un diseño de alabes curvados en tres dimensiones (ver Figura 2).

Eje y rodamientos: En aplicaciones como la flotación, el soplador debe ser robusto, ya que soportará la torsión de partida y la flexión que producen los impulsores.

Los rodamientos deben ser de doble contacto angular, ya que se generan fuertes cargas axiales con importantes aceleraciones en la partida.

Lubricación: Aún cuando existen sistemas de rodamientos engrasados de por vida, es preferible tener un control sobre el estado de los mismos. Se recomiendan los sistemas con aceitera por nivel (ver Figura 3).

Sellos: Se recomienda los sellos de laberinto con venteo de seguridad, ya que los de goma tienden a fallar tras un cierto uso.

Figura 3: Sistema de Lubricación por aceitera de nivel.

Accesorios en la instalación:

• Juntas de expansión de succión y descarga

• Válvulas mariposa de succión y descarga

• Filtro/Silenciador de succión

• Válvula check

• Válvula actuada de venteo anti surge.

• Silenciador de venteo

Panel de protección: Debe asegurar la adecuada protección del equipo contra situaciones como surge, sobrecarga del motor y vibraciones tanto del motor como del soplador.

El panel debe ser capaz de monitorear permanentemente la corriente del motor y, dado que ésta es linealmente proporcional al caudal, el panel debe incorporar en su lógica el caudal en el que debe iniciarse el proceso de protección anti surge, y actuar sobre la válvula actuada mencionada anteriormente.

Existen sistemas para ello, como el directo (ante el peligro de surge abre totalmente la válvula de venteo) y el modulado (abre la válvula proporcionalmente al requerimiento, ahorrando energía).