En el mundo del aire comprimido, dos términos que a menudo se confunden son el flujo másico y el flujo volumétrico. Ambos términos son importantes en el diseño y selección de compresores y sistemas de aire comprimido, pero tienen diferencias significativas. ¡Lee nuestro blog hasta el final, te explicaremos la diferencia entre estos dos términos y su importancia en el aire comprimido!
¿Qué es el flujo másico?
El flujo másico se refiere a la cantidad de masa de aire que fluye a través de un sistema de aire comprimido. Se puede medir en kilogramos por hora (kg/h) o libras por hora (lb/h) y se utiliza para calcular la cantidad de energía que se puede transferir a través del aire comprimido.
¿Cómo se calcula el flujo másico?
El flujo másico se calcula utilizando la densidad del aire comprimido. Es importante destacar que el flujo másico no cambia con la presión ni la temperatura, ya que la cantidad de masa de aire que fluye a través del sistema sigue siendo la misma independiente de las condiciones a las que se encuentre. En términos prácticos, los flujos másicos indican la cantidad de moléculas de aire que son requeridos o alimentados por un sistema de aire comprimido.
¿Sabías que cuando hablamos de SCFM o de Nm3/Hr estamos hablando de flujos másicos?
Como la industria del aire comprimido se expresa en unidades de volumen sobre tiempo, la industria a través de la historia creó los ESTANDAR PIES CUBICOS POR MINUTO (SCFM) o los NORMAL METRO CUBICO POR HORA (Nm3/Hr) para referirse a un “volumen” donde la masa es conocida, ya que se define y fija una presión y una temperatura constante en el tiempo. Es por esto, que cuando hablamos de SCFM o de Nm3/Hr estamos hablando de flujos másicos a pesar de que se expresan en dichas unidades de volumen sobre tiempo.
El estándar utilizado para SCFM es típicamente una temperatura de 68 grados Fahrenheit, una presión de 14.7 psi o 1 atmósfera y aire seco, el normal utilizado para Nm3/Hr tiene una temperatura de 0 °C, una presión atmosférica de 1.013 BAR o 1 atmosfera y aire seco.
Observemos la siguiente gráfica:
Según la figura 1, 1 Nm3 de aire pesa 1.2754 kg, volviendo contante de esta manera la masa de aire contenida en dicho Normal metro cubico. Definiendo de esta forma la masa de aire que fluye a través de cada m3 tomado de la atmosfera para ser comprimido por un compresor de aire a las condiciones normalizadas. En términos prácticos, si mi planta requiere 1000 Nm³/hr, significa que se deben “alimentar” a la planta desde el compresor 1275,4 kg/hr de aire comprimido.
Entonces… ¿Qué es el flujo volumétrico?
El flujo volumétrico, por otro lado, se refiere al volumen o cantidad de aire que es tomado por un compresor desde la atmosfera en un determinado tiempo. Se mide en metros cúbicos por hora (m³/h) o pies cúbicos por minuto (cfm). A diferencia del flujo másico, el flujo volumétrico cambia con la presión y la temperatura. A medida que aumenta la presión, se reduce el volumen del aire comprimido, pero a medida que la temperatura del aire aumenta, se aumenta el volumen de aire comprimido. Los términos volumétricos más comúnmente utilizados en la industria son ACFM, ICFM, CFM o CFM FAD.
¿Para qué se utiliza el flujo volumétrico?
Generalmente todos los compresores de aire se diseñan para entregar flujos volumétricos, por lo tanto, si vemos en la placa de un compresor o en una hoja de datos CAGI, 1000 ACFM, estamos hablando de la capacidad de aire que el compresor toma de la atmosfera para ser comprimido a unas condiciones atmosféricas determinadas.
¿Cómo nos afecta las condiciones atmosféricas de los diferentes sitios de instalación?
Si tenemos un sistema de aire comprimido instalado en Bogotá, Colombia, que se encuentra a 2600 metros sobre el nivel del mar o 0.74 BAR, una temperatura atmosférica promedio de 20° C y una humedad relativa de 50%, ya cada m3 de aire no pesa 1.2754 kg sino de 0.874 kg, una pérdida de moléculas de aire o de energía disponible del 32%.
Si nuestra planta requiere los 1275,4 kg/h del ejemplo anterior, nuestro compresor debe tomar de la atmosfera 1460 m³/h (volumen) para compensar las perdidas moleculares por las nuevas condiciones atmosféricas.
Observemos la siguiente gráfica:
Para entender la importancia de estos dos términos en el aire comprimido, consideremos un ejemplo:
Supongamos que tenemos un requerimiento de compra de un compresor que suministrará aire comprimido a una planta textil, donde cada telar solicita 50 m3/hr @ 90 PSI(g) y se tienen 50 telares. Si multiplicamos 50 x 50, tendríamos un requerimiento básico de aire comprimido de 2,500 m3/hr @ 90 PSI(g).
Sin embargo y como el fabricante del telar no sabe en qué parte del mundo estará instalado dicho telar, los 50 m3/hr deben estar expresados en términos de la cantidad de energía (masa) requerida por el telar para poder cumplir su función o en Nm3/hr en lugar de los m3/hr volumétricos inicialmente expresados.
Si dichos telares fueran a ser instalados en Bogotá, donde por las condiciones atmosféricas se pierde el 32% de dicha energía (masa) disponible, tendríamos que realizar correcciones para poder calcular el nuevo volumen de aire a ser tomado de la atmosfera para poder entregar a los telares la cantidad de energía requerida en forma de aire comprimido.
Partiendo de los 50 m3/hr (a condiciones de referencia o Normalizados), tendríamos un requerimiento de masa de 50 Nm3/hr x 1.274 kg/m3 = 63.7 kg/hr para cada telar.
Partiendo de este ejemplo podemos concluir que…
El volumen de aire a ser comprimido en Bogotá sale de calcular la masa de aire requerida por el telar entre la masa de aire disponible en cada metro cubico de aire en Bogotá, así: 63.7 kg/Hr / 0.874 kg/m3 = 72.88 m3/hr
Dando como resultado, que, para los 50 telares a ser instalados, requerimos realmente un compresor que tome de la atmosfera 3,644 m3/hr en lugar de los 2,500 m3/hr originalmente calculados: 72.88 m3/hr x 50 = 3,644 m3/hr
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