Tanques y Almacenamiento

Los tanques de almacenamiento y los sistemas de distribución son críticos para entregar aire comprimido estable y de calidad.

¿Por qué usar tanques de almacenamiento?

Los tanques de almacenamiento cumplen múltiples funciones esenciales en el sistema de aire comprimido.

Los tanques cumplen múltiples funciones esenciales:

1. Disipación de Calor

El aire comprimido caliente del compresor se enfría en el tanque, permitiendo que la humedad se condense y se separe antes de entrar al sistema de distribución.

2. Recolección de Condensado

Los tanques proporcionan un punto de recolección para agua y aceite que se separan a medida que el aire se enfría. Un drenaje adecuado elimina estos contaminantes.

3. Almacenamiento de Aire

Los gases pueden comprimirse y almacenarse, a diferencia de los líquidos. El aire almacenado proporciona:

• Amortiguación para picos de demanda
• Presión del sistema más estable
• Reducción del ciclo del compresor

4. Estabilización de la Presión

Los tanques amortiguan las fluctuaciones de presión, proporcionando una presión más consistente al equipo.

Guías para el Dimensionamiento

Aplicación	Regla de Tamaño del Tanque
General	3-5 galones por CFM de salida del compresor
Ciclos de alta demanda	5-10 galones por CFM
Compresores de carga/descarga	Tanques más grandes reducen el ciclo

Configuraciones de Tanques

Sin Diferencial de Presión

Problema: El tanque es solo parte de la tubería, una "burbuja" en la línea. El compresor controla directamente la presión del sistema y no hay energía almacenada.

Con Diferencial de Presión (Capacitancia)

Solución: Al regular la salida por debajo de la presión del tanque, creamos energía almacenada (capacitancia). El tanque puede suministrar aire durante los picos de demanda sin una respuesta inmediata del compresor.

Cálculo de la Capacidad de Almacenamiento

Fórmula de Unidades de Almacenamiento

$$\text{Units} = \frac{P_{tank} - P_{output}}{P_{atm}}$$

Ejemplo:

Tanque: 1000 galones @ 105 PSIG, Salida: 80 PSIG

$$\text{Units} = \frac{105 - 80}{14.7} = 1.70$$ $$\text{Effective Storage} = 1000 \times 1.70 = 1{,}700 \text{ equivalent gal}$$ $$= \frac{1{,}700}{7.48} = 227 \text{ ft}^3$$

¡Esto puede ejecutar el equivalente de un compresor de 50 HP durante aproximadamente 1 minuto durante un pico de demanda!

Fórmula del Tiempo de Llenado (Pump-Up Time)

Para calcular cuánto tiempo se tarda en llenar un tanque:

$$T = \frac{V \times (P_2 - P_1)}{7.48 \times P_a \times C}$$

Donde:

• $T$ = Tiempo (minutos)
• $V$ = Capacidad del tanque (galones)
• $P_2$ = Presión final (PSIG)
• $P_1$ = Presión inicial (PSIG)
• $P_a$ = Presión atmosférica (14.7 PSIA)
• $C$ = Capacidad del compresor (CFM)

Sistema de Distribución

La Tubería es Transmisión de Energía

$$E_{transmitted} = E_{input} - E_{losses}$$

Fuentes de Pérdida

Factor	Efecto
Fricción	Las moléculas chocan con las paredes de la tubería
Turbulencia	Causada por accesorios, válvulas, cambios de dirección
Fugas	Pérdida directa de aire
Caída de presión	Por tuberías de tamaño insuficiente

Mejores Prácticas

1. Dimensionar la tubería adecuadamente - La demanda futura a menudo excede las estimaciones iniciales
2. Usar configuración de anillo - Proporciona dos rutas a cualquier punto
3. Minimizar los accesorios - Cada codo ≈ 25 diámetros de tubería de longitud equivalente
4. Inclinar las tuberías hacia los drenajes - Permite que el condensado fluya hacia los puntos de recolección
5. Tomar el aire desde la parte superior - El condensado se asienta en el fondo

Tanques Húmedos vs. Secos

Configuración del Sistema

Two-tank system (recommended):

   Compressor → Aftercooler → WET TANK → Dryer → DRY TANK → Distribution
                     │            │          │        │
                     ▼            ▼          ▼        ▼
                 Separator    Primary    Treatment  Stable, dry
                              moisture    complete   air storage
                              removal

Tanque Húmedo (Receptor Primario)

Ubicación: Inmediatamente después del postenfriador, antes del secador

Funciones:

1. Superficie de enfriamiento radiante (disipación de calor adicional)
2. Punto de recolección de condensado
3. Amortigua las pulsaciones del compresor
4. Proporciona un buffer antes del equipo de tratamiento

Parámetro	Valor Típico
Ubicación	Después del postenfriador, antes del secador
Tamaño	1 galón por CFM (mínimo)
Presión	Presión total del compresor
Condensado	Pesado - requiere drenaje automático

Tanque Seco (Receptor Secundario)

Ubicación: Después del secador, antes de la distribución

Funciones:

1. Almacena aire tratado para picos de demanda
2. Estabiliza la presión del sistema
3. Proporciona capacitancia para el control
4. Reduce el ciclo del compresor

Parámetro	Valor Típico
Ubicación	Después del secador, antes de la distribución
Tamaño	3-10 galones por CFM
Presión	Por debajo de la presión del tanque (regulada)
Condensado	Mínimo - debe estar seco

Sistemas de Uno vs. Dos Tanques

Configuración	Pros	Contras
Un solo tanque (húmedo)	Menor costo, más simple	El secador trabaja más, menos almacenamiento
Doble tanque	Mejor control de la humedad, más almacenamiento	Mayor costo, más espacio
Almacenamiento distribuido	Capacidad en el punto de uso	Requiere múltiples drenajes

Best Practice

Use un tanque húmedo antes del secador y un tanque seco después. Esto protege el secador y maximiza el almacenamiento utilizable.

Fórmulas para el Dimensionamiento de Tanques

Regla de Dimensionamiento CAGI

Para compresores de carga/descarga:

$$V = \frac{C \times P_a}{(P_1 - P_2) \times N}$$

Donde:

• V = Volumen del tanque (galones)
• C = Capacidad del compresor (CFM)
• Pₐ = Presión atmosférica (14.7 psia)
• P₁ = Presión de corte (psig)
• P₂ = Presión de conexión (psig)
• N = Ciclos permitidos por hora (típicamente 4-10)

Ejemplo:

• Compresor de 100 HP que produce 450 CFM
• Conexión: 100 psig, Corte: 110 psig
• Objetivo: 6 ciclos por hora

$$V = \frac{450 \times 14.7}{(110 - 100) \times 6} = \frac{6,615}{60} = 110 \text{ gallons}$$

Dimensionamiento de Compresores VSD

Los compresores VSD necesitan menos almacenamiento ya que modulan:

$$V_{VSD} = 1-3 \text{ gallons per CFM}$$

Dimensionamiento para Eventos de Demanda

Para sistemas con grandes demandas intermitentes:

$$V = \frac{(Q_{demand} - Q_{supply}) \times t \times 14.7}{P_1 - P_2}$$

Donde:

• Q_demand = Flujo de demanda pico (CFM)
• Q_supply = Salida del compresor (CFM)
• t = Duración del evento de demanda (minutos)

Ejemplo: Purga de 30 segundos usando 200 CFM

• El compresor proporciona 100 CFM
• Caída de presión permitida: 10 PSI

$$V = \frac{(200 - 100) \times 0.5 \times 14.7}{10} = \frac{735}{10} = 73.5 \text{ gallons}$$

Capacitancia del Sistema

El almacenamiento total del sistema incluye toda la tubería:

$$V_{system} = V_{tanks} + V_{piping}$$

Donde:

$$V_{piping} = \frac{\pi \times D^2 \times L}{4 \times 231}$$

(D en pulgadas, L en pulgadas, resultado en galones)

Código de Recipientes a Presión ASME

ASME Sección VIII

El Código de Calderas y Recipientes a Presión ASME, Sección VIII rige el diseño y la construcción de los tanques de almacenamiento de aire comprimido.

ASME Code Requirements:

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│  ASME SECTION VIII - PRESSURE VESSELS                  │
├─────────────────────────────────────────────────────┤
│  Division 1: General requirements (most common)        │
│  Division 2: Alternative rules (high-stress design)    │
│  Division 3: Alternative rules for high pressure       │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

Requisitos Clave de ASME

Elemento	Requisito
Material	Materiales aprobados por ASME (SA-516, SA-283, etc.)
Presión de diseño	MAWP claramente estampada
Soldadura	Soldadores certificados, procedimientos documentados
Inspección	Inspección de terceros (Inspector Autorizado)
Pruebas	Prueba hidrostática a 1.3× MAWP
Documentación	Informe de datos del fabricante (formulario U-1)
Placa de identificación	Sello U de ASME con todos los datos requeridos

Datos de la Placa de Identificación ASME

ASME U-Stamp Nameplate:

┌────────────────────────────────────────┐
│              [ASME U STAMP]            │
│                                        │
│  MAWP: ______ PSI at ______ °F         │
│  MDMT: ______ °F at ______ PSI         │
│  Serial No: ______________             │
│  Year Built: ______                    │
│  Manufacturer: ________________        │
│  National Board No: ___________        │
└────────────────────────────────────────┘

MAWP = Maximum Allowable Working Pressure
MDMT = Minimum Design Metal Temperature

Recipientes No-ASME

Exentos del código ASME:

• Recipientes ≤ 5 pies cúbicos Y ≤ 250 psig
• Recipientes ≤ 1.5 pies cúbicos sin límite de presión

Code Compliance

Usar recipientes no-ASME por encima de los límites de exención:

• Viola las regulaciones de OSHA
• Anula la cobertura del seguro
• Crea exposición a la responsabilidad
• Puede incurrir en multas regulatorias

Requisitos de Alivio de Presión

Dimensionamiento de la Válvula de Alivio ASME

$$A = \frac{Q}{C \times K \times P_1 \times \sqrt{\frac{M}{T}}}$$

Donde:

• A = Área de orificio requerida (in²)
• Q = Capacidad de alivio requerida (CFM)
• C = Coeficiente (356 para aire)
• K = Coeficiente de la válvula (típicamente 0.975)
• P₁ = Presión de ajuste + sobrepresión (psia)
• M = Peso molecular (29 para aire)
• T = Temperatura (°R)

Requisitos de la Válvula de Alivio

Parámetro	Requisito
Presión de ajuste	≤ MAWP del recipiente
Capacidad	≥ Salida del compresor a MAWP
Tipo	Certificada por ASME, con sello UV
Pruebas	Se recomienda inspección anual
Descarga	Con tubería a un lugar seguro

Instalación de la Válvula de Alivio

Correct installation:

         ┌─── Relief valve (no shutoff between valve and vessel)
         │
         ▼
    ┌─────────┐
    │ ░░░░░░░ │
    │ ░VESSEL░│
    │ ░░░░░░░ │
    └─────────┘

NEVER install:
- Shutoff valve between relief and vessel
- Reducer below relief valve size
- Relief valve in discharge piping only

Todos los recipientes a presión requieren:

• Válvula de alivio clasificada para la presión máxima de trabajo
• Manómetro para el monitoreo
• Inspección y pruebas regulares

Safety

Las válvulas de alivio protegen contra la sobrepresión. Nunca las bloquee ni las desactive.

Requisitos de Inspección

Guías de Frecuencia

Jurisdicción	Requisito Típico
OSHA (general)	Inicial + según sea necesario
Estatal/local	A menudo anual interna + externa
Seguro	Según los requisitos de la aseguradora
National Board	Seguir las guías NB-23

Puntos de Inspección

Componente	Qué Revisar
Cubierta	Corrosión, picaduras, abultamiento
Soldaduras	Grietas, corrosión en zonas afectadas por el calor
Boquillas	Corrosión, daño en la rosca
Válvula de alivio	Operación, corrosión, presión de ajuste adecuada
Drenaje	Función, corrosión
Soportes	Corrosión, integridad estructural
Placa de identificación	Legible, adjunta

Pruebas de Espesor

Las pruebas de espesor ultrasónico (UT) determinan la pared restante:

$$\text{Remaining life} = \frac{t_{actual} - t_{minimum}}{\text{Corrosion rate}}$$

Donde:

• t_actual = Espesor medido actual
• t_minimum = Mínimo requerido por el código

Silenciamiento

El escape de aire comprimido a la atmósfera crea un ruido significativo. Soluciones:

• Silenciadores/amortiguadores de escape
• Difusores
• Liberación gradual de presión

Gestión del Condensado

Tipos de Drenaje

Tipo de Drenaje	Operación	Pros	Contras
Manual	El operador abre la válvula	Simple, barato	Requiere atención, a menudo se olvida
Temporizador	Se abre según un horario	Automático	Desperdicia aire si el temporizador está mal ajustado
Sin pérdida (flotador)	Se abre cuando hay líquido presente	Sin pérdida de aire	Las piezas mecánicas pueden fallar
Nivel electrónico	El sensor activa el drenaje	Sin pérdida de aire, confiable	Mayor costo

Desperdicio del Drenaje del Temporizador

Timer drain air loss calculation:

If drain opens 10 sec every 5 min at 100 psig:
- Air loss per cycle ≈ 0.5 CFM × 10 sec = 0.08 CF
- Cycles per hour: 12
- Air loss per hour: 0.96 CF
- Annual air loss: 8,400 CF
- Annual cost @ $0.25/1000 CF: ~$2,100

Solution: Install no-loss drain

ROI

Los drenajes sin pérdida normalmente se amortizan en 6-12 meses a través de la reducción de la pérdida de aire.