Guía de compresores pequeños de diafragma: caudal, presión, compatibilidad de gases y límites

¿Qué compresor pequeño de diafragma está comprando realmente?

La disposición de los accionamientos determina la familia del equipo. Las bombas mecánicas y los compresores hidráulicos de diafragma metálico son distintos. El término «pequeño» no establece un límite de presión universal ni autoriza el manejo de un gas determinado.

La bomba mecánica de diafragma utiliza un motor y mecanismos articulados que hacen oscilar una membrana. Al cambiar el volumen de la cámara de la membrana, las válvulas de entrada y salida controlan el caudal de gas. Para servicio de vacío, una bomba de vacío de diafragma puede evacuar una cámara por el lado de entrada; en una aplicación de presión, se utiliza el lado de salida. Las especificaciones de presión positiva no se pueden sustituir por un valor de vacío final.

En un compresor hidráulico de diafragma, un accionamiento hidráulico flexiona el diafragma de proceso. Esta construcción se encuentra en equipos industriales de gas de baja capacidad y alta presión. Como se explica en la descripción de diafragmas de Atlas Copco, las bombas mecánicas y los equipos hidráulicos pueden diferir en su construcción y aplicación. El tamaño no determina si una bomba es mecánica o hidráulica.

Antes de evaluar productos, es necesario entender de qué está hecho el diafragma. También hay que saber cómo se acciona, qué gas entra en contacto con las cabezas y las válvulas, y qué condiciones de operación permite el fabricante de equipo original. Para distinguir los equipos compactos de movimiento de aire de los sistemas industriales sobre patín para gases se necesita evidencia diferente. La selección del sistema requiere evaluar otros aspectos, como se explica en nuestra guía de selección de compresores de gas de diafragma.

Caudal y presión: encuentre el punto de operación utilizable

El caudal entregado debe establecerse para las condiciones requeridas de succión y descarga. La trampa de los dos extremos consiste en tratar el caudal máximo y la presión máxima como un único servicio garantizado. Esos valores por separado no demuestran que el equipo pueda prestar ese servicio. Para relacionar ambas magnitudes se necesita una curva de la configuración o una prueba de desempeño acordada.

La trampa de los dos extremos: lea las condiciones entre los valores nominales

Por ejemplo, la página del producto N86 de KNF indica un caudal máximo de 6.5 L/min, una presión máxima de 2.5 bar relativa y un vacío final de 100 mbar absolutos. Son valores máximos publicados por el fabricante y etiquetados por separado. La página por sí sola no garantiza 6.5 L/min a 2.5 bar relativa.

El valor de vacío es 0.1 bar absolutos, una conversión de unidades de los 100 mbar absolutos publicados. No significa que la presión de descarga nominal sea de 0.1 bar relativa. Mantener la referencia junto al valor evita confundir un extremo de vacío con un límite de servicio a presión.

¿Puede un compresor pequeño de diafragma entregar el caudal máximo a la presión máxima?

No lo dé por hecho. La guía de KNF para interpretar curvas de bombas explica las condiciones de caudal libre, la presión diferencial y los rangos de operación permitidos. Los extremos físicos pueden estar fuera del rango de operación autorizado. Por lo tanto, tampoco se justifica llamar «presión segura de bloqueo» a todos los valores nominales de presión máxima. Solicite la curva real y las instrucciones de la variante ofrecida.

Mantenga visible la base de medición. Los bar relativos y los bar absolutos corresponden a referencias distintas. Del mismo modo, antes de comparar, es necesario indicar la temperatura y la presión de referencia de los L/min en la entrada y del caudal volumétrico normalizado. La investigación de NIST sobre medidores de caudal también identifica errores causados por el caudal de gas pulsante y rápidamente variable en aplicaciones con compresores alternativos. La calibración de un instrumento para flujo estable, por sí sola, no demuestra que sea adecuado para sus condiciones dinámicas de prueba.

Considere una solicitud ilustrativa de 2.0 L/min en una salida de 2.0 bar relativa, con una entrada de 1,000 mbar absolutos a 20°C. Esas cuatro condiciones son requisitos propuestos, no afirmaciones sobre el N86. Si un proveedor responde únicamente «6.5 L/min máximo», no aclara el caudal entregado con carga. Si responde únicamente «2.5 bar máximo», no aclara ni el caudal ni el patrón de operación permitido. Pida al proveedor que marque el punto solicitado en la curva de la configuración o explique qué evidencia de prueba se necesita para establecerlo.

Hay otro límite cuando cambia la condición de entrada. No se puede considerar que una curva obtenida con una sola condición de entrada defina todo el proceso. ¿Cuáles son las condiciones de entrada mínima y máxima? ¿En qué punto se debe entregar el gas? ¿La cifra de caudal representa el volumen real en la entrada? Estas respuestas permitirán evaluar distintas ofertas. Una ecuación sin la evidencia de entrada necesaria no permite establecer los datos de desempeño faltantes del proceso.

Compatibilidad con el gas: revise toda la trayectoria en contacto con el gas

Para evaluar la compatibilidad con el gas, se debe revisar el conjunto completo en contacto con el fluido bajo las condiciones reales de manejo del gas. La evaluación debe incluir el diafragma, los sellos, la cabeza, las válvulas, las tuberías, las mangueras, los accesorios de conexión y los accesorios instalados. Indicar el material del diafragma no basta para aprobar el conjunto completo, el gas ni la presión y temperatura de servicio.

En cuanto al N86, KNF menciona alternativas a los materiales estándar. KNF enumera opciones de materiales para el N86, incluidas cabezas de PPS, válvulas de FPM o FFPM y diafragmas de EPDM o recubiertos de PTFE. Son opciones disponibles dentro de la familia de productos, no una tabla de compatibilidad universal. Es necesario evaluar la combinación válida y su número de parte. En el análisis del servicio con gas se deben evaluar la composición y concentración del medio, así como la humedad y las partículas; además, se deben proporcionar las condiciones de operación para que el fabricante revise la aplicación.

Separe los requisitos de resistencia química de los requisitos de contención y servicio con gas. Aunque la revisión del material en cuestión parezca sencilla, también es necesario revisar la contención y el servicio con gas. Para hidrógeno, solicite una revisión específica de la configuración ofrecida y del entorno de servicio a fin de confirmar los requisitos de fugas y las interfaces con el sistema eléctrico. El manejo industrial de gases debe evaluarse luego mediante la ruta de aplicación correspondiente a compresores de hidrógeno.

La evaluación para oxígeno va más allá de una lista de materiales. La guía de evaluación de compatibilidad con oxígeno de NASA considera la geometría de los componentes, los mecanismos de ignición y las condiciones de operación más desfavorables, incluidas la presión, la temperatura, el caudal y la contaminación. Los registros de limpieza, por sí solos, no demuestran que se hayan evaluado estos peligros para el conjunto ofrecido.

Al documentar la evaluación, el responsable debe registrar el gas aprobado, los materiales exactos de la barrera de gas, los límites de servicio con gas, las exclusiones, las inquietudes y quién realizó la revisión. Si el fabricante no puede describir los elementos ofrecidos que forman parte de la barrera de gas con el nivel de detalle necesario para evaluarlos, registre la aprobación para servicio con gas como pendiente.

Gas limpio y fugas: defina qué debe garantizar una construcción libre de aceite

Una construcción libre de aceite o sin aceite no garantiza un nivel de pureza especificado ni demuestra la contención del gas; defina por separado los requisitos de calidad del fluido de proceso y la evidencia de contención del gas.

La especificación debe responder tres preguntas: qué puede entrar en contacto con el gas de proceso, qué nivel de contaminación permite la aplicación y cómo se demostrará la hermeticidad. Para un analizador, un requisito de aire limpio es distinto de uno de gas de proceso de alta pureza. También deben considerarse los filtros, los accesorios de conexión y los demás equipos, aunque la cámara del gas de proceso no requiera lubricación con aceite.

¿Puede una bomba miniatura libre de aceite comprimir hidrógeno u oxígeno?

Una construcción libre de aceite y un diafragma recubierto de PTFE no confirman que se autorice su uso con H2 u O2. Solicite los límites de operación específicos para el gas y una evaluación completa de la aplicación. El sitio web de la Asociación Europea de Gases Industriales dedica una página a la seguridad del O2, incluidos los riesgos de incendio, y ofrece enlaces a guías sobre limpieza y tuberías para servicio con oxígeno. Esa página no evalúa ni certifica una bomba en particular.

El comprador debe acordar con el proveedor los requisitos de los registros de limpieza y el método de prueba para demostrar la hermeticidad. Para el caso en cuestión, el diseñador debe indicar los requisitos adecuados para el gas procesado y el conjunto. No existe un umbral universal de tasa de fuga ni una garantía justificada sobre la pureza y limpieza del gas procesado por todas las unidades pequeñas. Para un componente limpiado para servicio con oxígeno, aún deben confirmarse las condiciones de servicio con el gas previsto.

Ciclo de servicio, calor y vida útil

Se debe confirmar que el equipo específico esté autorizado para operación continua bajo las condiciones indicadas y justificar la vida útil. Una característica de mantenimiento mínimo no justifica la operación ininterrumpida ni una garantía de vida útil. También se debe proporcionar un plan de repuestos para el uso específico.

Indique las condiciones de operación previstas, incluidos el tiempo de ciclo del proceso, la frecuencia, la temperatura de entrada, la temperatura ambiente y la disposición de enfriamiento. Especifique la alimentación del motor (voltaje, CA o CC y frecuencia de alimentación) y el control de velocidad permitido. Si la instalación usa una alimentación de 60 Hz, esa frecuencia debe indicarse expresamente en la oferta. No debe suponerse a partir de otras versiones del catálogo.

La guía de curvas de KNF muestra que, en ciertos modelos, una parte del rango de presión nominal puede no estar disponible para operación continua. Su ejemplo se refiere a otra bomba; no proporciona un porcentaje de servicio continuo para el N86. Por seguridad, solicite información específica al fabricante en lugar de interpretar el ejemplo como el peor escenario posible.

Si se promete una vida útil de operación, pregunte qué se probó, con qué gas y bajo qué condiciones de temperatura, y qué mecanismos de falla se midieron. La guía de NIST sobre métodos de confiabilidad explica que la extrapolación a partir de pruebas de alta exigencia depende de modelos adecuados de aceleración y distribución de vida útil. La duración de una prueba, por sí sola, no equivale a la vida útil del diafragma, la válvula o la unidad completa.

Compras también necesita los identificadores del diafragma y los kits de válvulas, información sobre el acceso para reemplazarlos y las opciones de existencias, además de las exclusiones de la garantía. Averigüe dónde midió el proveedor el consumo de potencia, el ruido y las vibraciones. «Silencioso» y «confiable» se convierten en requisitos útiles cuando se definen. Solicite al proveedor un acuerdo basado en condiciones y evidencia especificadas. Una instalación industrial también requiere planificación específica para cada familia; considere las verificaciones de la trayectoria del gas durante el mantenimiento de compresores de hidrógeno, por ejemplo, para la familia de equipos correspondiente.

El plan de repuestos debe incluir el conjunto completo del equipo. Considere si las piezas de reemplazo modifican los materiales en contacto con el gas dentro del alcance de trabajo del fabricante de la bomba. ¿Quién realiza cada tarea de servicio y qué procedimiento definido exige el fabricante o proveedor de la bomba? ¿Cómo se conservarán los registros de contención y limpieza? Esto es especialmente importante cuando se adapta un producto estándar de catálogo para un servicio determinado.

Cuándo conviene una unidad miniatura de diafragma, de pistón o hidráulica

Elija la construcción del sistema después de confirmar el servicio con gas y el servicio de compresión requerido. Para una aplicación aprobada de baja capacidad, una bomba miniatura de diafragma puede ser adecuada; para otro sistema, podría convenir una unidad hidráulica o de pistón. Un caudal volumétrico bajo, por sí solo, no determina los límites de presión ni la construcción del sistema.

Un contraejemplo útil es la configuración para xenón de PDC Machines PDC-3-1000-2500(50). PDC publica 12 Nm³/h, una presión de descarga de 3,000 psig/207 barg y un motor de 5 hp/3.7 kW, con conexiones VCR, tuberías de proceso limpiadas para servicio con oxígeno y enfriamiento por agua de circuito cerrado. Este es un caso de xenón indicado por un proveedor; no es una curva probada de forma independiente ni una definición de equipo miniatura.

Compara el límite de compra de las unidades de menor capacidad con las suposiciones sobre presión industrial y muestra que un caudal bajo puede coexistir con una presión alta. Los accesorios y las condiciones de este caso de PDC no demuestran que se apliquen a Pangeng, a un compresor de aire de diafragma para venta al por menor ni a otro gas. Para más información sobre las construcciones de compresores y una comparación general, consulte la selección de compresores de diafragma y alternativos.

Qué enviar antes de solicitar una cotización

Los requisitos de operación deben vincular la configuración ofrecida con el entregable de aceptación. Ingeniería define el gas y el rango de operación, mientras Compras coordina la oferta y controla el alcance comercial. Operaciones y Calidad verifican la evidencia de instalación y aceptación durante todo el proceso. Use la hoja de solicitud de cotización a aceptación como herramienta de compra para descartar una oferta incompleta presentada como si incluyera el sistema completo.

El ejemplo es ilustrativo. Se indicó como requisito aire seco; sin embargo, esto no debe interpretarse como un desempeño medido ni como una garantía de desempeño del proveedor. No se debe hacer ninguna suposición sobre el desempeño del N86.

¿Cómo verificar la capacidad de un proveedor para fabricar compresores pequeños?

Solicite evidencia vinculada al número de parte ofrecido: materiales, potencia nominal del motor, curva de desempeño, gas autorizado, manual y procedimiento de aceptación propuesto. Verifique que la cotización y los documentos de respaldo describan la misma configuración. Una curva correspondiente a toda la familia o el registro de operación de otro cliente deja diferencias por resolver. Distinga la capacidad de fabricación del producto de una garantía de operación específica. La certificación debe identificar a su titular, alcance y pertinencia; la patente debe identificar a su cesionario y la tecnología cubierta. Por ejemplo, el registro público de la patente de Wanner sobre ruptura de diafragmas se refiere a una bomba hidráulica de líquido, no demuestra que otro proveedor sea titular o suministre esa característica. Pregunte quién se responsabiliza de revisar el servicio con el gas ofrecido y qué registros se entregarán al aceptar el equipo. Así, Compras tendrá elementos concretos para comparar sin tratar la capacidad general anunciada en materiales de mercadotecnia como un servicio verificado para una unidad pequeña.

Los anuncios de componentes de Gast o Thomas para venta al por menor pueden ayudar a identificar una familia, pero la oferta exacta requiere documentación propia. El perfil de la empresa no la sustituye. La información de Pangeng sobre la empresa describe su actividad de diseño y fabricación de compresores; analice el servicio específico para determinar qué equipos ofrecidos son adecuados.

Defina y registre con precisión todo cambio en el número de parte, el desempeño o las dimensiones físicas de la unidad. Documente expresamente las diferencias indicadas por el proveedor. Los documentos de compra deben permitir que el área receptora identifique la variante, las desviaciones aceptadas y la configuración final de una solución personalizada.

Instalación y aceptación: pruebe el conjunto completo

Se debe demostrar que el conjunto suministrado cumple los requisitos especificados de rendimiento y servicio. Las especificaciones de la bomba por sí sola no determinan automáticamente el caudal una vez instalada. Antes de acordar los requisitos de prueba, identifique y considere otros requisitos, como el suministro eléctrico, el enfriamiento y los controles.

El resumen público de ISO 1217 describe métodos de aceptación para compresores de desplazamiento, relativos al caudal volumétrico y la potencia, e incluye las condiciones de operación y prueba. Acuerde con las partes responsables el método pertinente, la edición y su aplicabilidad; el resumen del catálogo no certifica una bomba miniatura específica.

Las modificaciones solo se deben aceptar después de demostrar que se cumplen las condiciones requeridas. Una variante puede responder a una pregunta distinta si usa otro gas, omite un filtro o requiere enfriamiento de una fuente externa. Comprenda qué demuestra la condición de prueba, qué presupone y qué excluye. Conserve los resultados y las condiciones de prueba junto con la configuración aceptada. Si cambia la aplicación, evalúe las condiciones de aceptación y las instalaciones de prueba, en lugar de basarse en las condiciones y la aceptación originales.

“PTC 19.1, Incertidumbre de las pruebas, ofrece pautas para determinar objetivamente la calidad de los datos de prueba.”

Ronald H. Dieck, presidente de Ron Dieck Associates, Inc., citado en la descripción general de los códigos de pruebas de rendimiento de ASME. Se refiere a la calidad de los datos de prueba en general, no a la aprobación de un modelo de compresor.

Para los sistemas de hidrógeno suministrado en las instalaciones del consumidor que estén dentro del alcance aplicable en Estados Unidos, OSHA 1910.103 aborda los materiales y accesorios adecuados, así como la comprobación de que las tuberías, los tubos y los accesorios instalados sean herméticos al gas a la presión máxima de operación. Es importante considerar el alcance y las exclusiones indicados; no es un requisito de certificación mundial para todos los compresores pequeños. Dentro de ese alcance, se excluyen las tuberías de hierro fundido. El diseñador calificado del sistema debe determinar los requisitos de la instalación concreta.

Preguntas frecuentes