Dimensionamiento de un sistema de aire comprimido

El diseño de cualquier instalación de aire comprimido sigue una serie de pasos secuenciales básicos. En general, se pueden describir de la siguiente manera:

1. Localizar e identificar cada proceso, estación de trabajo, máquina o equipamiento que utiliza aire comprimido dentro de la nave o recinto industrial sobre el que se proyecta la ejecución de una red de suministro de aire comprimido. Esta es la carga total que va a soportar la instalación a diseñar. Es recomendable situarlos en un plano y hacer un listado detallado de los mismos. 
2. Determinar el consumo de aire que se necesita en cada uno de esos elementos. 
3. Determinar el valor de presión necesaria en cada uno de esos puntos de consumo. 
4. Determinar los requisitos de cada elemento con respecto al máximo nivel de humedad, de partículas y de contenido en aceite que pueden admitir. 
5. Establecer el porcentaje de tiempo que estará operativo cada uno de esos elementos en un periodo de tiempo específico. Esto se conoce como el tiempo de funcionamiento (duty cycle). 
6. Establecer el máximo número de puntos de consumo que pueden ser empleados de forma simultánea en cada línea de suministro, en la principal y en todo el proyecto. Esto se conoce como factor de carga (use factor or load factor). 
7. Estime un valor permisible de fugas. 
8. Incorpore un margen en caso de una ampliación futura de la instalación (cuando sea aplicable). 
9. Realice una distribución en planta preliminar (preliminar piping) y asigne caídas de presión y pérdidas. 
10. Seleccione el tipo de compresor, equipos de acondicionamiento, etc, asegurándose de que se utilizan unidades consistentes. 
11. Ejecute el piping final y el tamaño de la red.

Dimensionamiento del compresor
 La selección del tipo de compresor y de su capacidad son parámetros críticos en el diseño de una instalación de aire comprimido. Una acertada elección supone un gran ahorro energético durante el funcionamiento normal de la instalación.
Para elegir correctamente el tipo de compresor más apropiado para las necesidades de diseño, es preciso conocer el consumo total de aire comprimido. En general, el consumo total de aire comprimido es aquel que resulta de sumar el consumo de todos los equipos neumáticos conectados en la planta, trabajando a pleno rendimiento.
Puesto que todos los elementos neumáticos de una instalación no trabajan generalmente a toda su capacidad al mismo tiempo durante las 24 horas del día, es habitual definir un factor de carga como:

Factor de Carga = Consumo de aire en 24 horas/Consumo máximo continuo en 24 horas

Este factor de carga trata de tener en cuenta los consumos intermitentes de aire, para optimizar al máximo los tiempos de arranque del compresor que rellenan de aire comprimido los depósitos.
En general, se establecen cinco pasos básicos para fijar correctamente la capacidad del compresor. A saber:

1. Estimar el total de consumos de todos los dispositivos que emplean aire. 
2. Determinar la presión más elevada que requieran estos elementos. 
3. Revisar los ciclos de trabajo y determinar los factores de carga de los elementos. 
4. Estimar un valor típico de fugas. 
5. Fijar las máximas caídas de presión admitidas tanto para los diversos elementos como para las conducciones. 

Otras consideraciones que afecten al diseño: condiciones medioambientales del entorno, altitud, etc…
Una vez determinado el consumo necesario y la presión demandada al compresor, se ha de elegir el tipo más adecuado para dicha aplicación. En general la figura siguiente fija los límites de uso de los diversos compresores.

Dimensionamiento del depósito
Aunque no existe una norma general de cómo han de dimensionarse los depósitos, sí es cierto que deberían diseñarse en función de la demanda y del tamaño del compresor, utilizando los arranque por hora y los tiempos máximos de funcionamiento del compresor como parámetros de diseño. Habitualmente, se emplea como fórmula para determinar el tamaño del depósito: 

T = V (P1 - P2)/C Patm

donde T es el tiempo en minutos que transcurre desde que el depósito alcanza el máximo de presión hasta que el consumo baja la presión al mínimo admisible. P1 y P2 son las presiones absolutas máximas y mínimas que se alcanzan en el tanque. C es el consumo de aire en CN en metros cúbicos por minuto, V es el volumen del depósito en m3 y Patm es la presión atmosférica.