Dimensionamiento de Compresores

Dimensionar correctamente los compresores es el primer paso hacia un sistema eficiente. Un compresor muy grande desperdicia energía; uno muy pequeño no cumple la demanda.

El Proceso de Dimensionamiento

    ┌─────────────────┐
    │  1. DEMANDA     │
    │  ¿Cuánto aire   │
    │  necesitas?     │
    └────────┬────────┘
             │
             ▼
    ┌─────────────────┐
    │  2. PERFIL      │
    │  ¿Constante o   │
    │  variable?      │
    └────────┬────────┘
             │
             ▼
    ┌─────────────────┐
    │  3. PRESIÓN     │
    │  ¿Qué presión   │
    │  necesitas?     │
    └────────┬────────┘
             │
             ▼
    ┌─────────────────┐
    │  4. CALIDAD     │
    │  ¿Clase ISO?    │
    │                 │
    └────────┬────────┘
             │
             ▼
    ┌─────────────────┐
    │  5. SELECCIÓN   │
    │  Tipo y tamaño  │
    │  de compresor   │
    └─────────────────┘

Paso 1: Calcular la Demanda

Método de Suma de Consumos

Lista todos los equipos y sus consumos:

Equipo	Cantidad	CFM c/u	Factor de uso	CFM Total
Pistolas de soplado	5	12	0.30	18.0
Herramientas	3	25	0.50	37.5
Cilindros	10	5	0.25	12.5
Empacadora	1	45	0.80	36.0
Total				104.0

$$Q_{total} = \sum_{i=1}^{n} (Q_i \times N_i \times F_{uso})$$

Factor de Simultaneidad

No todos los equipos operan al mismo tiempo:

$$Q_{diseño} = Q_{total} \times F_{simultaneidad}$$

Tipo de planta	Factor típico
Línea de producción	0.70 - 0.80
Taller diverso	0.50 - 0.60
Proceso continuo	0.85 - 0.95

Agregar Margen para Fugas

Un sistema nuevo tiene ~5% fugas. Uno antiguo puede tener 25%+.

$$Q_{final} = Q_{diseño} \times (1 + F_{fugas}) \times (1 + F_{expansion})$$

Ejemplo Completo

• Demanda calculada: 104 CFM
• Factor simultaneidad: 0.70 → 72.8 CFM
• Fugas (10%): × 1.10 → 80 CFM
• Expansión futura (15%): × 1.15 → 92 CFM

Paso 2: Analizar el Perfil de Demanda

CFM
 │
100├──────┐           ┌──────┐
 │       │           │      │     ← DEMANDA VARIABLE
 75├──────┤     ┌─────┤      │        (necesita VSD o
 │       │     │     │      │         múltiples unidades)
 50├──────┤     │     │      └─────
 │       └─────┘     │
 25├──────────────────────────────
 │                                ← CARGA BASE
  0└──────────────────────────────▶ Tiempo
     6am    10am   2pm    6pm   10pm


CFM
 │
100├──────────────────────────────
 │                                ← DEMANDA CONSTANTE
 75├──────────────────────────────    (compresor fijo
 │                                     funciona bien)
 50├──────────────────────────────
 │
 25├──────────────────────────────
 │
  0└──────────────────────────────▶ Tiempo

Tipos de Perfiles

Perfil	Característica	Mejor solución
Constante	Variación <10%	Compresor fijo
Variable	Variación 10-50%	VSD o base+trim
Muy variable	Variación >50%	Múltiples VSD
Picos cortos	Eventos de alta demanda	Tanque grande + base

Paso 3: Seleccionar Presión

Presión del Sistema

$$P_{compresor} = P_{punto uso} + \Delta P_{tratamiento} + \Delta P_{distribución} + \text{Margen}$$

Ejemplo:

• Presión requerida en punto de uso: 90 psi
• Caída en secador y filtros: 5 psi
• Caída en tuberías: 3 psi
• Margen de control: 7 psi
• Presión del compresor: 105 psi

No Sobredimensiones la Presión

Cada 2 psi extra = 1% más energía. Si necesitas 90 psi, no configures a 125 psi.

Paso 4: Seleccionar Tipo de Compresor

                                    SELECCIÓN DE COMPRESOR
                                            │
                    ┌───────────────────────┼───────────────────────┐
                    │                       │                       │
              ¿Aire Oil-Free?         ¿Demanda CFM?           ¿Operación?
                    │                       │                       │
            ┌───────┴───────┐       ┌───────┴───────┐       ┌───────┴───────┐
            │               │       │               │       │               │
           SÍ              NO    <50 CFM      50-500    >500 CFM      Continua    Intermitente
            │               │       │          CFM         │               │           │
            ▼               ▼       ▼           │          ▼               ▼           ▼
       ┌─────────┐    ┌─────────┐ Scroll      │      Centrífugo     Tornillo      Pistón
       │ Scroll  │    │Tornillo │ Pistón      │                                   Scroll
       │Tornillo │    │ Pistón  │             ▼
       │Oil-Free │    │         │         Tornillo
       └─────────┘    └─────────┘

Rangos Típicos por Tecnología

Tecnología	Rango CFM	Rango kW	Aplicación típica
Pistón	2-50	0.5-15	Talleres, uso intermitente
Scroll	5-40	1.5-15	Dental, laboratorios, oil-free pequeño
Tornillo	20-3,000	5-500	Industrial general
Centrífugo	500-10,000+	100-2,000+	Grandes plantas, 24/7

Paso 5: Configuración del Sistema

Opción A: Un Solo Compresor Grande

┌─────────────────────────────┐
│     COMPRESOR 100%          │──────▶ Sistema
│     (100 HP VSD)            │
└─────────────────────────────┘

Pros: Simple, menor costo inicial Contras: Sin redundancia, ineficiente si baja la demanda

Opción B: Base + Trim

┌─────────────────────────────┐
│     COMPRESOR BASE          │──┐
│     (75 HP Fijo)            │  │
└─────────────────────────────┘  ├───▶ Sistema
┌─────────────────────────────┐  │
│     COMPRESOR TRIM          │──┘
│     (50 HP VSD)             │
└─────────────────────────────┘

Pros: Eficiente, algo de redundancia Contras: Requiere controlador maestro

Opción C: Múltiples Unidades Iguales

┌─────────────────────────────┐
│     COMPRESOR #1            │──┐
│     (40 HP)                 │  │
└─────────────────────────────┘  │
┌─────────────────────────────┐  │
│     COMPRESOR #2            │──┼───▶ Sistema
│     (40 HP)                 │  │
└─────────────────────────────┘  │
┌─────────────────────────────┐  │
│     COMPRESOR #3            │──┘
│     (40 HP VSD)             │
└─────────────────────────────┘

Pros: Máxima redundancia, eficiente en todo el rango Contras: Mayor costo inicial, más mantenimiento

Fórmulas de Referencia Rápida

Potencia Teórica de Compresión

$$P_{isotérmica} = \frac{P_1 \times Q \times \ln(r)}{C}$$

Donde:

• $P_1$ = Presión de entrada (psia)
• $Q$ = Flujo (cfm)
• $r$ = Relación de compresión
• $C$ = Constante (229 para HP, 4.36 para kW)

Potencia Real Estimada

$$P_{real} = \frac{Q_{scfm} \times 0.746}{4.5 \times \eta}$$

Para 100 psig típico: ~18-22 kW por 100 cfm

Regla del Pulgar

Eficiencia	kW por 100 CFM @ 100 psig
Excelente	18 kW
Buena	20 kW
Promedio	22 kW
Pobre	25+ kW