Dimensionar la ventilación de una sala de compresores

En el caso de los compresores refrigerados por aire, una buena ventilación es crítica para mantener la temperatura en niveles aceptables. En caso contrario, el compresor se sobrecalienta y esto puede generar paradas, averías y reducir la vida útil de los equipos. ¿Cómo dimensionar la ventilación de una sala de compresores?

1. Datos necesarios para dimensionar la ventilación de la sala de compresores

Este artículo se refiere a la ventilación de salas de compresores refrigerados por aire. Sin embargo, no es de aplicación para el caso de compresores refrigerados por agua. Si tienes dudas sobre la tecnología de compresor que más te conviene instalar, te aconsejamos que leas este artículo que compara diferentes tecnologías de compresores.

Para determinar el caudal de renovación necesario, necesitaremos algunos datos sobre los compresores, que se pueden obtener en las fichas técnicas proporcionadas por el fabricante:
– el caudal del ventilador de refrigeración del compresor
– el aumento de temperatura entre la admisión y la descarga del ventilador de refrigeración
– la temperatura máxima admisible de funcionamiento

También necesitaremos conocer el número máximo de compresores en funcionamiento simultáneo y la temperatura ambiente más desfavorable a considerar.

2. Cálculo de la potencia térmica a disipar

A continuación, calculamos la potencia térmica del flujo de aire de refrigeración sobrecalentado, mediante la siguiente expresión:

Cálculo de la potencia térmica a disipar para dimensionar la ventilación de la sala de compresores

Para realizar estos cálculos, consideraremos las siguientes características del aire:
– Densidad del aire: 1,16 kg/m3 de aire seco a 20ºC
– Calor específico del aire: 0,24 kcal/kg.K

3. Cálculo del caudal de aire de ventilación de la sala

A continuación, realizaremos el cálculo inverso, calculando cuál es el caudal mínimo necesario para mantener la temperatura de la sala en niveles aceptables. Para ello, deberemos tener en cuenta las condiciones más desfavorables, es decir, el caso en el que la temperatura ambiente exterior es más elevada y, por lo tanto, necesitamos un caudal de aire mayor.

Utilizaremos la misma ecuación que hemos presentado en el apartado anterior, pero, esta vez, despejaremos el caudal de ventilación. Sin embargo, en esta ocasión, el incremento de temperatura será igual a la diferencia entre la temperatura máxima admisible en la admisión del compresor (normalmente en torno a 45ºC) y la temperatura ambiente exterior máxima.

Para decidir qué temperatura exterior adoptamos, deberemos tener en cuenta el nivel de criticidad del funcionamiento de los compresores. Por ejemplo, si es fundamental para el usuario que los compresores funcionen de manera continua porque de lo contrario se produce un paro en la producción, adoptaremos como temperatura de referencia la máxima temperatura exterior registrada en los últimos 10 o 20 años… Si, por el contrario, el uso de aire comprimido es intermitente, para tareas de mantenimiento por ejemplo, podremos adoptar una temperatura correspondiente al percentil 95 o 98. Esto supone que aceptamos que la instalación tenga que estar parada cuando se sobrepase dicho valor.

Una vez conocido el caudal de ventilación necesario, sólo nos queda dimensionar las rejillas de admisión y extracción, o, llegado el caso, los conductos de extracción y ventiladores asociados.

Ejemplo de cálculo de la ventilación de una sala de compresores

Supongamos que tenemos una sala en la que se van a instalar 3 compresores: 2 de 160 kW y un tercero de 200 kW. Funcionarán simultáneamente 2 de ellos: el de 200 kW y uno de los de 160 kW.

Para empezar, consultando la documentación del fabricante obtenemos los siguientes datos:
– Capacidad máxima del ventilador de refrigeración (idéntica para los 3 compresores): 100 m3/min
– En el caso de los compresores de 160 kW, la temperatura de descarga del aire de refrigeración es 18ºC superior a la temperatura ambiente
– Para el compresor de 200 kW, la temperatura de descarga es 22ºC superior a la temperatura ambiente

Ahora, a partir de estos datos podemos calcular la potencia térmica a disipar:

P = 100 m3/min x 1,16 kg/m3 x 0,24 kcal/kg.K x 18 K + 100 m3/min x 1,16 kg/m3 x 0,24 kcal/kg.k x 22 K = 1113,6 kcal/min

En nuestro caso, la temperatura ambiente máxima (percentil 98), es de 35ºC. Dado que la temperatura límite de funcionamiento de los compresores es de 45ºC, podemos admitir un aumento máximo de temperatura en la sala de 10ºC.

Así, despejando el caudal:

Q = 1113,6 kcal/min / (1,16 kg/m3 x 0,24 kcal/kg.K x 10 K) = 400 m3/min

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