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PRINCIPIOS BSICOS DEL AIRE Componentes del aire El aire est compuesto por una mezcla de gases, vapores y en menor medida slidos. Esta relacin puede variar, sin embargo, se puede adoptar la siguiente composicin del aire. Oxigeno 21% Nitrgeno 78% Otros gases y vapores 1% Que es el aire comprimido? Aire atmosfrico comprimido. Una mezcla de gases compresibles, vapores y slidos. Una energa transportable, debido a que se la puede utilizar para realizar distintos trabajos. Ventajas del uso de aire comprimido Posibilidad de generar en cualquier lado y en cantidades ilimitadas. Gran eficiencia energtica y transporte sencillo de la energa. Posibilidad de almacenarlo en depsitos. Es incombustible y no es inflamable. Mantenimiento y cuidados simples. Flexibilidad para utilizar distintos niveles de presin. El aire comprimido es la segunda instalacin energtica mas utilizado despus de la energa elctrica. Utilizacin del aire comprimido en la industria. Uso en produccin 50% Uso inadecuado 10% Demanda artificial 10% Fugas 30% Como se utiliza el aire comprimido? Por definicin es aire atmosfrico a presin, esto significa que la energa se almacena en el aire comprimindolo. Cuando el aire comprimido se expande de nuevo, esta energa se convierte en trabajo. Presin Atmosfrica La presin atmosfrica se produce por el peso de la atmsfera. Est relacionada con la densidad del aire y la altura. La presin atmosfrica normal a nivel del mar es 1.013 mbar. La presin atmosfrica cae aproximadamente 100 mbar por cada 1.000 mts de altura. Volumen Es la magnitud fsica que expresa el espacio que ocupa un cuerpo. Como el aire atmosfrico est constituido por gases compresibles, el volumen del mismo disminuye de forma inversa a la respectiva PRESIN ABSOLUTA.

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Ejemplo: Si tengo un volumen de 7 m3 a presin atmosfrica, es decir a 1 bar absoluto, y lo llevo a una presin manomtrica de 6 bar, 7 bar absolutos, que volumen ocupar? Si utilizamos la ley de Boyle-Mariotte

V1 = Po V1 = Vo x Po V1 = 7m3 x 1 bar = 1 m3 Vo P1 P1 7 bar

Si tengo un volumen de 1 m3 a una presin manomtrica de 6 bar, que volumen ocupar si lo dejo a presin atmosfrica? Si utilizamos la ley de Boyle-Mariotte

V1 = Po Vo = V1 x P1 Vo = 1m3 x 7 bar = 7 m3 Vo P1 Po 1 bar

Caudal Es la cantidad de aire comprimido que fluye a travs de una seccin por unidad de tiempo. La unidades utilizadas normalmente para estas instalaciones son litros/seg. o m3/min. Para el pasaje de unidad tener en cuenta que 16,66 litros/seg. = 1 m3/min. . V = A x v . V = Caudal; A = seccin; v = Velocidad Unidades estndar en compresores Entrega de aire en la unidad de compresin segn ISO 1217: 1996 Anexo B

- sin filtro de aire - sin prdidas por transmisiones (correas o engranajes) - sin consumo de energa por ventilador - sin prdidas internas en la unidad (tanque separador, post enfriamiento)

Entrega de aire (FAD) de todo el paquete a mxima presin de operacin a la salida del aire segn ISO 1217: 1996 Anexo C

- sin prdidas internas en tuberas y accesorios - Entrega de aire libre (FAD) calculado con referencia a las condiciones del aire de entrada.

Medicin de entrega de volumen de acuerdo a ISO 1217, anexo C El caudal expresado en los folletos de compresores, segn la norma ISO 1217, anexo C, es tomando como referencia el caudal de admisin al compresor. No tiene en cuenta el caudal de descarga ya comprimido. Se calcula mediante la siguiente ecuacin:

V1 = V2 x P2 x T1 T2 x P1

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Especificaciones para clculo de volmenes en aire comprimido

Temperatura

Presin del aire Humedad relativa

Volumen de acuerdo a ISO 1217 Anexo C

20C

1 bar (abs)

0%

Volumen en funcin a las condiciones del sitio

Temperatura ambiente

Presin ambiente

Humedad ambiente

Sm3/h, condiciones estndar mtricas (Canad, sud Amrica y nueva Zelanda)

15C

1 Atm (abs)

Nm3/h , condiciones mtricas normales. (Europa, argentina)

0C

1 Atm (abs)

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COMPRESORES Compresores de aire a PISTON Los compresores son mquinas que comprimen el aire ambiente (a presin atmosfrica)y lo comprimen hasta lograr una presin superior. En una relacin concisa, podemos resumir la gama de compresores a pistn conocidos en el mercado atendiendo al repertorio de caudales que se disponen y al rendimiento del mismo en CV necesarios para comprimir 1m/min. a 7 bar de presin efectiva.

Clasificacin

Por el nmero de etapas Compresores de una etapa. Estos compresores disponen de una simple etapa de compresin. Se componen, en esencia,

de un crter con cigeal, pistn y cilindro. Para su refrigeracin lleva, en la parte exterior, aletas que evacuan el calor por radicacin son utilizados para aplicaciones en donde el caudal sea limitado y en condiciones de servicio intermitente, pues son compresores de pequeas potencias. En este tipo de compresores, la temperatura de salida del aire comprimido se sita alrededor de los 180C con una posible variacin de 20C.

Compresores de dos etapas. Son compresores que tienen como caracterstica principal que el aire es comprimido en dos etapas, en la primera etapa (de baja presin) se comprime hasta una Pi = 2 a 3 bar, y en la segunda etapa (de alta presin), se comprime hasta una presin de 8 bar. Estos compresores son los ms empleados en la industria cubriendo sus caudales una extenssima gama de necesidades. Pueden ser refrigerados por aire o por agua. Es decir, el refrigerador intermedio (entre etapas) puede actuar a base de un ventilador o en virtud de una corriente: de agua a travs del mismo. En este modelo de compresores, la temperatura de salida del aire comprimido gira alrededor de los 130C con una posible variacin de 20C.

Por el modo de trabajar el pistn Se dice que un pistn es de simple efecto cuando trabaja sobre una sola cara del mismo (ver el modelo a) y precisamente aquella dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la seccin del pistn. El pistn es de doble efecto (ver modelo b ) cuando trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cmaras de compresin en el cilindro. As, el volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la seccin del pistn por la carrera. Hay que tener en cuenta el vstago, que ocupa un espacio obviamente no disponible para el aire, y, como consecuencia, los volmenes creados por las dos caras del pistn no son iguales. Se dice que el pistn es de etapas mltiples o tndem si tiene elemento superpuestos de dimetros diferentes, que se desplazan en cilindros concntricos (ver modelo c ). El pistn de mayor dimetro puede trabajar en simple o doble efecto, no as los otros pistones, que lo harn en simple efecto. Esta disposicin es muy utilizada por los compresores de alta presin. Y, finalmente, al pistn se le llama diferencial (ver modelo d) si trabaja a doble efecto, pero con dimetros diferentes para conseguir la compresin en dos etapas. Tiene limitada la utilidad, y dicha posicin de los pistones est cayendo en desuso.

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COMPRESORES ROTATIVOS

Reciben el nombre de compresores rotativos las mquinas que producen aire comprimido por un procedimiento rotatorio y continuo, es decir, que empujan el aire desde la aspiracin hacia la descarga, comprimindolo. Los modelos de ms amplia difusin industrial pueden clasificarse: Compresores de paleta El principio de funcionamiento de estos compresores se ilustra en la figura siguiente. El rotor cilndrico R est colocado excntricamente dentro del hueco tubular del estator E. El rotor lleva un nmero de paletas radiales metidas en unas ranuras dispuestas a tal efecto, y cuando el rotor gira accionado

por el motor, las paletas se desplazan hacia afuera per la fuerza centrfuga, ajustndose a la pared interior del estator hasta el punto de excentricidad mxima situado en la parte superior del estator. El volumen de aire atrapado en la cmara comprendida entre dos paletas consecutivas se comprime gradualmente mientras que la rotacin del aire ir poco a poco disminuyendo y por lo tanto su presin aumenta por la progresiva reduccin del volumen provocando la correspondiente compresin. En el momento en que llega a la lumbrera o abertura de descarga el aire ser empujado a travs de ella hacia la salida, habindose consumado el ciclo. En los compresores de paletas, su principal campo de actuacin esta en presiones efectivas de 0, 5 a 4 bar; aunque hay empresas que los fabrican para una presin nominal a plena carga de 8-10 bar, oscilando su volumen entre 100 a 2.500 Nm/h El compresor de paletas puede ser de una o dos etapas. En este ltimo caso, se tiene prcticamente dos mquinas en serie con un refrigerador intermedio

Compresores Roots Los compresores Roots conocidos tambin con el nombre de soplantes, tienen un amplio campo de aplicacin a bajas presiones. Dentro de M cuerpo de bomba o estator, dos rotores de perfiles idnticos en forma de 8, giran a velocidad angular constante, en sentido inverso el uno del otro. Estas rotaciones estn sincronizadas por un juego de engranajes exteriores,

lubricados por bao de aceite. A diferencia de otros compresores, los rotores no rozan ni entre s ni con el estator, existiendo una pequea tolerancia entre estos; por consiguiente, no pueden efectuar compresin interior, ya que el volumen de las caras de trabajo no diminuye durante la rotacin. Estos compresores nicamente transportan del lado de aspiracin al de compresin, el volumen de aire aspirado, sin comprimirlo en este recorrido. El volumen que llega a la boca de salida, todava con la presin de aspiracin, se junta con el aire ya comprimido que vuelve de la tubera de descarga y se introduce en la cmara cuyo contenido llega en ese momento a la presin mxima, siendo

descargado seguidamente. Disponen de la ventaja de que la ausencia de friccin entre los rotores hace innecesaria la lubricacin en la cmara de compresin, lo cual permite la entrada de un aire totalmente exento de aceite que pudiera contaminarlo. Son muy aceptados en la impulsin neumtica de materiales a granel, en los camiones-silo, fbricas de cemento y un largo etctera de posibilidades industriales, ya que sus formas constructivas presentan aspectos muy variados.

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Compresor a tornillo Estos compresores son asimismo de tipo volumtrico. Pueden satisfacer las necesidades de una amplia gama de caudales que van desde 2,5 a 70 Nm/min en compresores de tornillo de dos etapas, para presiones mximas de trabajo de 8 a 10 bar. Estn dispuestos de tal manera que el rotor macho se encuentra dotado de lbulos con un perfil de estudiado diseo, y el rotor hembra de acanaladuras en las cuales se introducen los lbulos en el curso de la rotacin. El accionamiento del conjunto tiene lugar por el extremo del eje que lleva el rotor macho, quien arrastra por contacto a la hembra, o lo hace mediante engranajes sincronizados que posicionan relativamente los elementos con enorme exactitud consiguiendo en ambos casos la intercepcin mutua entre los cuatro lbulos del macho y los seis canales de la hembra. El rotor macho es el que absorbe la potencia suministrada por el motor, establecindose alrededor del 85 al 90% de la potencia total para l, dejando un 10 al 15 % para el rotor hembra. La interposicin de una pelcula de aceite, sirve para sellar el espacio de compresin y eliminar el calor que se origina durante la compresin. Lo que esencialmente distingue el compresor de tornillo es que el aire se comprime entre sus 1bulos de una forma continua y progresiva. Los rotores van montados en un crter provisto de una admisin para aire en un extremo y una salida en el otro. El rotor macho ha girado 1/4, y el hembra 1/6 de revolucin, en cada una de las figuras siguientes. Conforme giran los rotores, los espacios que hay entre los 1bulos van siendo ofrecidos al orificio de admisin y el incremento del volumen experimentado provoca un descenso de presin, con lo que dichos espacios empiezan a llenarse de aire (A). Al mismo tiempo se inyecta aceite sometido a presin neumtica en el aire entrante; no hay bombas de aceite. Cuando los espacios interlobulares estn completamente cargados de aire, la rotacin, que prosigue, cierra el orificio de admisin y comienza la compresin (B). El volumen de aire que hay entre los rotores de engrane continuo sufre an una mayor reduccin (C). En el momento en que se alcanza la presin final a que se somete el aire, el espacio interlobular queda conectado con el orificio de salida.

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Esquema compresor a tornillos lubricado Funcin del lubricante

- Lubricar rodamientos (aumenta la vida til de la unidad compresora) - Refrigeracin unidad compresora - Sellar rotor - Remover contaminantes del aire (slidos, xidos de azufre, xidos de nitrgeno, etc.)

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Compresores secos o no lubricados Cuando el agente comprimido que ha de producir un compresor tiene que quedar exento de aceite, hay que recurrir a compresores de pistn o de tornillo en los que ningn aceite de lubricacin o sucedneo entre en contacto con el gas a comprimir, resolviendo la mencionada necesidad mediante cmaras de compresin sin lubricante. Son los vulgarmente llamados "compresores secos", cuyo adjetivo no concuerda con la realidad, pues el aire sigue estando hmedo, denominndose mejor "compresores exentos de aceite o sin lubricacin". Desde luego que es imposible conseguir un aire real y absolutamente exento de aceite, si bien los compresores secos, tericamente, producen aire libre de aceite, puesto que trabajan con cmaras de compresin sin lubricacin. No obstante, aspiran el aire del medio ambiente y, aunque estn equipados con filtros de admisin de alto rendimiento, concentran las impurezas que le encuentran en el mismo por pocas que sean. Independientemente del use que se le d al equipo, en absoluto se puede garantizar que no dejarn de pasar partculas. As que la definicin de aire exento de aceite deber ser: aire al que, por medios prcticos, se ha eximido de aceite hasta tal punto que no se pueden detectar trazas de aceite en las lneas de aire comprimido. Por lo tanto, es evidente que el tener un compresor exento de aceite no excusa el colocar filtros de aire cerca del punto de consume, ya que el aire es portador, en una dosis ms o menos grande, de contaminantes a veces imperceptibles. Son utilizados normalmente en la industria farmacutica, medicina, industria alimenticia, etc. Estos compresores son ms costosos, debido a que tienen un nivel tecnolgico mayor a los lubricados.

Comparacin entre compresores lubricados y no lubricados Lubricados No lubricados Rangos de presin hasta 15 bar. Baja velocidad rotacional. Acople directo. Traccin mecnica simple. Piezas fundidas simples. Amplia tolerancia de unidad compresora. Buena eficiencia en caudal. Un nico radiador de aceite y post-enfriador. Mnimas tuberas. Intercambiador de calor con vlvula termosttica. Adaptable para sistema de recuperacin de calor.

Presiones hasta 11 bar. Alta velocidad rotacional. Sistemas de engranajes sincronizados. Sistemas de sellos laberintos. Fundicin con ductos para enfriamiento y circulacin de aceite. Estrechas tolerancias de unidad compresora. Prdida de eficiencia en caudal. Dos etapas con enfriadores. Requiere bomba de aceite. Revestimientos especiales sobre rotores. Servicio especializado. Varios intercambiadores, 1 etapa de aire, 2 etapa de aire, aceite. Complejo sistema de tuberas de aceite y aire. Altas temperaturas de operacin. Requerimientos de tuberas de inoxidable. Motor de ventilador de mayor potencia.

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FACTORES DE SELECCIN COMPRESORES DE TORNILLO LUBRICADO

1. Salto termino post enfriador de aire. Tiene en cuenta la eficiencia del enfriador de aire del compresor. El aire al ser comprimido eleva su temperatura, con estos equipos se busca bajar la temperatura del aire y eliminar parte de la humedad del mismo. El salto trmico es la diferencia entre la temperatura del aire de enfriamiento y la temperatura de salida del aire comprimido enfriado. Cuanto menor sea esta diferencia mayor es la eficiencia de enfriamiento del compresor. Un eficiente enfriamiento mejorar la calidad del aire a utilizar. Otra caracterstica a tener en cuenta es verificar que la limpieza del enfriador sea facial y rpida. 2. Eficiencia de separacin Aire-aceite. El tanque de separacin de aire-aceite debe ser los mas eficiente posible. Por lo general estn constituidas de 3 etapas de separacin. La primera etapa es centrfuga donde se separa entre el 95-98% de aceite. Las siguientes etapas de separacin estn formadas por elementos separadores de aceite, una capa de filtro gruesa y otra capa de filtro fino. 3. Potencia especifica del compresor. Llamamos potencia especfica del compresor a la relacin entre la potencia del equipo y el caudal de entrega de aire (FAD).

Potencia Especifica = Potencia en [kW] Caudal efectivo en [m3/min]

Este parmetro es muy importante para determinar el costo por m3 de aire comprimido generado por el equipo. Teniendo en cuenta un periodo de 5 aos, el consumo de energa elctrica del compresor en este periodo corresponde el mayor costo de la instalacin. Los componentes del costo son:

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4. Transmisin motor-bloque compresor. Normalmente las empresas fabricantes de compresores tienen un nmero limitado de unidades compresoras. Para cubrir un amplio rango de caudales y presiones, modifican el nmero de revoluciones de los tornillos. De esta forma se obtiene que pequeas unidades compresoras entreguen grandes caudales. Esto se logra aumentado el nmero de revoluciones de las unidades colocando multiplicadores de velocidad. Esto produce una cada en la vida til del compresor y un aumento de la potencia especifica. En la eleccin de los compresores se debe tener en cuenta que las unidades trabajen a un bajo rgimen de vueltas, para aumentar su vida til. En cuanto a la potencia especifica de la unidad varia con el nmero de revoluciones como se puede ver en el grfico adjunto. Para obtener el mejor rendimiento del equipo es necesario hacerlo trabajar en el punto ptimo.

5. Controles de regulacin de la potencia del compresor. Es muy importante conocer el tipo de regulacin de potencia que tiene el compresor, por que de esta forma vamos a saber como se comporta el compresor con la variacin de la demanda. Se debe saber como opera el compresor trabajando en vaco, ya que al estar funcionando el motor se produce un consumo de energa. Cuanto ms se controle este consumo de energa cuando no se est generando aire comprimido, ms eficiente ser el consumo de energa del compresor. Dependiendo de la variacin de la demanda y de la potencia del compresor se pueden utilizar distintos sistemas. Los ms conocidos son: ON-OFF Como su nombre lo indica, este tipo de regulacin trabaja con entrada de aire abierta al 100% o con entrada de aire cerrada al 0%, compresor trabajando al vaco, sin generar aire comprimido. Esta funcin entra en el periodo ON, funcionamiento a plena carga, cuando la presin est por debajo de una presin de control. Cuando la presin llega a un nivel mximo prefijado, el sistema entra en OFF, marcha en vaco. Algunas marcas de compresores agregan una variable mas, el tiempo de funcionamiento en vaco. Este parmetro se puede regular y de esta forma si el equipo funciona un tiempo en vaco, el mismo puede apagarse pasado este periodo. Otros introducen la mediacin de temperatura del bobinado del motor. El compresor se apaga y se prende continuamente segn las necesidades de la demanda. Cuando la temperatura del bobinado es muy alta debido a los arranques, el compresor trabaja en vaco hasta que la temperatura baje y luego se apaga.

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Esquemas de distintos sistemas tipo ON-OFF

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Modulante En este sistema, a diferencia del anterior, se regula la entrada de aire a la unidad compresora en funcin de la demanda. Es decir, el compresor funciona al 100% hasta llegar a una presin de control. Una vez all, la entrada de aire se abre o se cierra en funcin de las necesidades de la instalacin. Una vez llegada a la presin mxima, algunos equipos tienen un tiempo de espera, si en este tiempo no se llega a la presin mnima, entonces el compresor se para.

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Variacin de la velocidad de rotacin con convertidor de frecuencia En este sistema regula la velocidad de giro del motor en funcin de la demanda, con la ayuda de un convertidor de frecuencia. Este sistema reduce el consumo de energa de los equipo, si y solo si, el rango de variacin se encuentre cerca del punto optimo. Para bajas velocidades se obtendrn potencias especficas muy altas. Este sistema es recomendado solo para ciertas instalaciones, debido a su elevado costo inicial. 6. Nivel de ruido. Este parmetro es importante no solo en lo referente a la seguridad del personal, tambin nos indica una exigencia excesiva de la unidad compresora. 7. Peso del equipo y volumen de aceite. El peso del equipo nos da una idea de la robustez del equipo. Esto sera un buen indicativo para poder predeterminar la vida til del equipo en trabajo pesado. El volumen de aceite nos puede indicar, adems del tamao de la unidad compresora, una mejor eliminacin de impurezas y refrigeracin del equipo. 8. Costo del equipo Este es un indicativo ya conocido por todos, pero como se demostr anteriormente no es el nico ni el ms importante. ELEMENTOS EN UN SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

SALA DE COMPRESORES Consideraciones y disposicin

Temperatura ambiente del lugar entre 3 y 45C. Piso nivelado y firme Suficiente espacio para transporte e instalacin de equipos. Suficiente espacio para mantenimiento y reparacin. Como mnimo 800 mm de cada lado de servicio. La sala debe estar provista de una apertura de aire natural que provea la cantidad de aire necesaria por el sistema. Si es necesario instalar extractores o ductos de evacuacin de aire caliente desprendido por los equipos. Debe existir una lnea de evacuacin de condensados que facilite el tratamiento y evacuacin de los mismos. En caso de utilizar mas de un equipo, no colocar la admisin de un equipo cerca de la zona de desprendimiento de

aire caliente de otros equipos. En caso de utilizar ductos, utilizar una correcta dimensin de los mismos y tratar de evitar cambios bruscos de

direccin. En caso de utilizar el aire caliente de los equipo como calefaccin en invierno, realizar un buen dimensionamiento

de los ductos. Para las fuerzas axiales generadas por este fluido, colocar soportes y uniones flexibles entre los compresores y las

tuberas.

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DEPSITO DE AIRE

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Toda instalacin de aire comprimido dispone de un depsito de aire a presin entre el compresor y la red de distribucin, procurando evitar las distancias largas entre el compresor y el depsito. La funcin de los depsitos de aire es: Reduce los ciclos de carga en vaco del compresor. Permite a los compresores a pistn enfriar el aire. Compensa el aire en periodos de alta demanda Facilita la separacin aire/lquido. Reduce la cantidad de aceite y agua, aguas abajo. Amortiguar las pulsaciones del caudal de aire salido de los compresores alternativos. Ubicacin: Despus del compresor y antes del secador (depsito hmedo) Despus del secador (depsito seco) Capacidad La forma ms rpida de dimensionar la capacidad del depsito de aire comprimido es mediante el grfico siguiente: NOTA: En la prctica, los depsitos estn normalizados y cada fabricante aconseja cuales irn correctamente a la capacidad del compresor propuesto.

Dimensionando el tanque de aire como un compensador

VR = Q x t .

(Pi Pf)

VR = Volumen del tanque en m3 Q x t= Volumen a almacenar, siendo Q = Caudal requerido en m3/min t = Ciclo de tiempo necesario (Pi Pf) = prdida de presin en el receptor, siendo Pi = Presin inicial del tanque en bar Pf = Presin final del tanque en bar Ejemplo: Q = 4 m3/min t = 5 min. Pi = 10 bar Pf = 8 bar Tamao del tanque ser:

VR = 4 x 5 . = 10 m3

(10 8)

TRATAMIENTO DEL AIRE A LA SALIDA DEL COMPRESOR El aire sin tratar tiene los siguientes contaminantes: POLVO - AEROSOLES DE ACEITE HUMEDAD - GASES

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Problemas Lnea de aire: CORROSIN PRDIDA DE PRESIN CONTAMINACIN CONGELAMIENTO - MANTENIMIENTO Equipos: CONTAMINACIN DESGASTE DE LA HERRAMIENTA DAO DEL EQUIPO TIEMPO INACTIVO CONDENSADOS

Causa baja calidad en boca de consumo. Causa xido o excesivo desgaste en herramientas. Causa xido en las tuberas. Puede ocasionar congelamientos de tuberas o herramientas.

Ejemplo1: A una temperatura ambiente de 25C con 75% de HR, un compresor de 10 HP genera 27 litros de agua por da Ejemplo2: Temperatura ambiente de 20C con 70% de HR, un compresor de 5m3/min genera 90 litros de agua por da Entre el 60 a 66% de este condensado es eliminado en el enfriador de aire del compresor PUNTO DE ROCO El punto de roco determina una temperatura, t, a la cual el aire llega al punto de saturacin; esto es, el aire se convierte en aire saturado. No se producirn condensaciones si la temperatura del aire se mantiene por encima de la temperatura de roco. Aclaracin sobre el concepto del valor del punto de roco atmosfrico y el punto de roco a presin de trabajo. Los fabricantes de aire comprimido, para especificar la eficacia de un secador, usan la terminologa del PR alcanzando con l para describir la sequedad del aire comprimido. Pueden dar el punto de roco a presin atmosfrica (PR), o el referido a la presin de trabajo, denominado punto de roco a presin (PRP). Este ltimo es ms alto y es el que realmente debe tenerse en cuenta, pues el aire comprimido se emplea a presin de trabajo. El grfico indica la relacin entre el punto de roco a presin atmosfrica (PR) y el punto de roco a presin (PRP).

SECADORES

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Los secadores son equipos que se utilizan para reducir el contenido de vapor de agua; as, si sufre un posterior enfriamiento, hasta alcanzar una determinada temperatura lmite (punto de roco) no presentan condensacin alguna. Para su correcto funcionamiento deben ir acompaados de los elementos siguientes: a) Un elemento corrector de la temperatura del fluido comprimido para que este, normalmente, no supere los 25 a 30C a su

admisin del equipo secador. Cuando no se disponga del mismo, o su temperatura se mantenga elevada, deber corregirse tal deficiencia.

b) En los secadores frigorficos se recomienda un separador previo como elemento protector de la suciedad y post filtros que reduzcan las partculas slidas y el contenido de aceite. En los secadores de absorcin, sin embargo es indispensable disponer de prefiltros consistentes en un filtro cermico y un filtro desoleador, para eliminar el agua y el aceite arrastrados en fase liquida, y post filtros para quitar los aerosoles y vapores de aceite vehiculados por el flujo del fluido comprimido junto con contaminantes slidos.

Secadores frigorficos Este secador acta a base de medios frigorficos y tiene como meta reducir la humedad del aire comprimido, por enfriamiento del mismo, hasta la mnima temperatura funcional del mismo, que oscila alrededor de +2C y +3C, a la presin de servicio (punto de roco a presin, PRP). No se aconseja cuando el ambiente por donde discurra la red de conductos tiene una temperatura igual o inferior a los OC, ya que apareceran condensados e incluso se formara escarcha en el interior de aquellos.

Esquema de funcionamiento

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Seleccin Un secador frigorfico tendr que seleccionarse conforme al caudal nominal de aire en Nm/h o en Nm/min y la presin de trabajo y, por supuesto, en funcin del punto de roco deseado. No obstante, cuando vayamos a emplear el secador frigorfico para unas condiciones nominales de servicio distintas a las referidas por el fabricante, habr que hacer las oportunas correlaciones a fin de encontrar los datos de su nuevo uso y buscar el secador que mejor encaje. La formula ser

G = Go . C C = Ct . Cp

G =Caudal de aire comprimido en condiciones de servicio. Go= Caudal nominal del secador (dato de folleto) C = Coeficiente total de correlacin. Ct = Coeficientes de correccin por temperatura ( de tabla) Cp= Coeficientes de correccin por presin ( de tabla)

Ct Temperatura de entrada del aire (C)

Temperatura ambiente o del agua de refrigeracin

25 36 38 43 48 Punto de roco

3 5 8 3 5 8 3 5 8 3 5 8 3 5 8

25 1,46 1,53 1,66 1,00 1,06 1,15 0,90 0,95 1,03 0,76 0,80 0,87 0,84 0,67 0,73

32 1,31 1,39 1,51 0,91 0,98 1,04 0,81 0,88 0,94 0,68 0,73 0,79 0,58 0,61 0,66

38 1,21 1,29 1,40 0,84 0,89 0,98 0,75 0,80 0,88 0,63 0,67 0,73 0,53 0,58 0,81

Presin efectiva

bar 3,5 5 7 8 10 12 15

Cp

0,74 0,88 1,00 1,04 1,11 1,16 1,21

Ejemplo Tenemos que buscar el secador frigorfico apropiado para un caudal de aire comprimido de 1250 Nm/h cuya temperatura es de 43C y lleva una presin de trabajo de 7 bar. La temperatura ambiente en verano es de 32C y el punto de roco deseado a presin (PRP) es 5C. Calculamos C de la tabla Por temperatura 0,73: Por presin 1,0 C = 0,73 x 1,0 = 0,73 Si de un catlogo cualquiera, tomamos un modelo de secador frigorfico cuyo caudal nominal Go sea 1500 Nm/h, tendremos: G = 1.500 x 0,73 = 1.095 Nm/h, Como el caudal es inferior de 1.250 Nm/h, tenemos que buscar un modelo superior. Adopto ahora secador frigorfico cuyo caudal nominal Go sea 1.800 Nm/h, tendremos: G = 1.800 x 0,73 = 1.314 Nm/h Como el caudal es superior a 1.250 Nm/h, entonces dicho secador verifica para mi instalacin. Una forma ms rpida es dividir el caudal del compresor por el coeficiente C, 1.250 m3/min / 0,73 = 1.712 Nm3/min (es el caudal mnimo que debe entregar el secador, para que verifique e mi sistema)

Secadores por absorcin

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Estos aparatos consiguen una deshumidificacin segura del aire comprimido alcanzando temperaturas de (PRP) que oscilan entre 20C y -80C, dando por supuesto que por debajo de la mencionada temperatura en aire no tiene un uso industrial corriente. Responden a la denominacin de secadores de absorcin a aquellos secadores que realizan el secado por medio de un absorbente slido de naturaleza regenerable, que retiene, en un ciclo de absorcin, el vapor de agua contenido en un fluido comprimido, eliminando este vapor en un segundo ciclo de desadsorcin, al ser sometido dicho absorbente a un adecuado proceso de reactivaci6n. Los sistemas de secado por absorcin, pueden considerarse, en orden al mtodo de regeneracin empleado clasificndose en los grupos siguientes: Secadores regenerados trmicamente (por calor) Secadores regenerados por transferencia de tensiones de vapor (sin

calor) Entre los secadores regenerados trmicamente (por calor) cabe distinguir las dos modalidades citadas a continuacin. Regenerados con aporte de energa externa. Regenerados sin aporte de energa externa. Agente desecador Los gases pueden deshidratarse por absorcin sobre el cloruro de clcio, dietileno-glicol. glicerina, cidos sulfricos y fosfricos; o bien, por absorci6n sobre el gel de slice (o derivados), almina activada o tamiz molecular. En la absorcin el agua penetra en el agente deshidratante provocando un cambio de fase, por ejemplo. el cloruro de calcio pierde su aspecto cristalino por hidratacin y se disuelve en el agua absorbida. En La adsorcin, por el contrario. el agua queda en La superficie del absorbente y puede eliminarse fcilmente sin modificacin de la estructura o del estado de La superficie de La superficie del deshidratante. El termino superficie designa aqu a la totalidad de la misma, tanto externa como interna.

Secador por delicuescencia Normalmente, este tipo de secador utiliza pastillas desecantes y delicuescentes, de composicin qumica y de granulado slido altamente higroscpico. que funden y lican al ir reteniendo el vapor de agua contenido en el flujo a secar. La calidad del aire resultante es limitada. Tienen el inconveniente de que es necesario reponer peridicamente la carga del producto qumico que se emplee, en proporcin directa al caudal de aire tratado y segn indicacin de un nivel visual de control. Filtros separadores cermicos

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La misin de los filtros separadores cermicos consiste en eliminar los condensados que salen del aire comprimido a partir del refrigerador posterior. Estos filtros estn diseados para eliminar un 70-80% de agua y aceite contenidos en el aire, as que un nuevo enfriamiento del aire en las tuberas suscitan nuevas condensaciones con aspecto de gotas de diferentes tamaos. El filtro ha de instalarse a continuacin del depsito de aire y alejado del compresor para que el aire se refrigere antes de entrar en l y se facilite, de este modo, la condensacin del aceite y del vapor de agua. La separacin de los condensados se realiza en tres etapas 1. Un separador por gravedad, elimina las partculas liquidas y slidas de tamao mayor que se recogen en el fondo del

separador. 2. Una malla filtrante se dedica a eliminar las partculas liquidas y slidas de tamao intermedio, las cuales, debido a la

diferencia de densidad respecto al aire, se depositan por gravedad en el fondo del separador. 3. El aire depurado en las dos etapas anteriores atraviesa un conjunto de bujas cermicas, especialmente tratadas, destinas a suprimir las ms finas partculas de tamao superior a las 10m. Debido a tratamiento superficial de las bujas. estas no se impregnan, por lo que la perdida de carga es baja notablemente constante en el transcurso del tiempo. Dicho tratamiento superficial consiste en aplicar en la parte externa de las bujas un producto especial que las convierte en repelentes al agua y aceite por un mecanismo de tensin superficial. No deben elegirse segn el dimetro de la tubera, sino segn el caudal de aire que van a tratar y la presin de trabajo. Separadores centrfugos Tambin para las redes de distribucin. y con la finalidad similar a los cermicos, se emplean los separadores centrfugos, los cuales se colocan cuando se persigue una separacin de condensados a un costo econmico. El aire entra al separador por la parte inferior y a travs del deflector de direccin, establecindose una fuerza centrfuga que obliga a las partculas liquidas e impurezas a adherirse a la pared del separador, al chocar con el envolvente. Estas condensaciones liquidas. con partculas slidas en suspensin se decantan en la parte inferior del separador y son sacadas al exterior por medio de la purga. El aire libre de contaminantes, es devuelto al circuito a travs del conducto superior de salida. Desoleadores Se encuentra dentro del grupo de los separadores, su objetivo principal es la retencin de los vapores de aceite que saturan al fluido. El aceite quemado proveniente del compresor hace que los aceites especiales dedicados a engrasar las maquinas neumticas pierdan sus propiedades causando un desgaste prematuro en sus rganos internos. Son imprescindibles en la proteccin de los secadores de absorcin, y para preservar los aerosoles de aceite a los equipos de pintura u otras aplicaciones en donde el aceite represente un riesgo. La temperatura del aire comprimido que reciban no debe superar los 40C. En case contrario, es necesario preenfriar el fluido a desolear. La eficacia de separacin llega hasta un 96% del aceite transportado per este fluido. La separacin de los condensados hidro-oleosos se efecta en dos fases. 1. Decantacin de los arrastres lquidos de agua y aceites contenidos en el aire comprimido

mediante la accin de un separador ciclnico. 2. Retencin de los vapores de aceite, obligando al aire a pasar a lo largo de una carga

absorbente selectiva que aparta el aceite del fluido gaseoso.

TRATAMIENTO DEL AIRE EN LOS PUNTOS DE UTTLIZACION Filtros Los filtros estndar estn indicados para aplicaciones ordinarias en plantas industriales y eliminan los residuos de humedad y polvo que circulan a lo largo de las tuberas.

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Normalmente el elemento filtrante es de 50m, adecuado para la materia de las tareas fabriles. Para proteger instrumentos y equipos similares, hay que elegir cuerpos filtrantes ms finos, advirtiendo que un filtro fino se obtura rpidamente. Reguladores de presin Tienen como misin principal mantener estables las condiciones de funcionamiento requeridas, a pesar de las fluctuaciones de la presin primaria y en el caudal. Los reguladores de presin se identifican por dos funciones conocidas como "caractersticas de regulacin" y "caractersticas de caudal. "Caractersticas de caudal" establece una relacin entre la presin regulada y el caudal o cantidad de fluido que circula a travs del regulador, siendo la presin secundaria independiente del caudal. "Caractersticas de regulacin" establece una relacin entre la presin regulada y la presin primaria o de suministro. Idealmente la presin secundaria no debera sufrir alteracin alguna aunque la presin primaria flucte sensiblemente. Lubricadores Es un error creer que el aceite del compresor sirve para lubricar los equipos neumticos. Este es un aceite que esta emulsionado con el agua y difcilmente mantiene su capacidad de lubricante despus de pasar per la ultima etapa de compresin a elevada temperatura. En este caso, lo que ocurre es que el aire esta contaminado con una emulsin gomosa y deposito carbonoso. Una lubricacin adecuada es indispensable para conservar productiva una mquina accionada con aire comprimido, evitando el desgaste ocasionado per el rozamiento y la corrosin, as como los "tiempos muertos. La lubricacin de las herramientas, cilindros, vlvulas, mquinas, etctera, se hace utilizando el aire comprimido para transportar, distribuir y depositar el aceite sobre todas las superficies que estn en contacto con el aire, esto se hace de una forma automtica, regulando el paso de aceite desde una gota por minuto hasta la circulacin continua, con lo que siempre habra aire lubricado mientras exista circulacin de aire, considerando que todo el aceite que se ve pasar por la cpula visible entra en el conducto de aire como niebla de aceite. Filtro para instalaciones estriles Son utilizados en las industrias farmacuticas, qumicas, alimentaria, destileras, tratamientos mdicos, etc. En la mayora de los pases, el valor limite del umbral higinico (TLV) para la mezcla de aceite de lubricacin con la atmsfera, estar en 5 miligramos por metro cbico (5 ppm). El aire empleado en mascaras de respiracin para buceo o para respiracin en tneles u otras actividades similares, se cifra en 0,3 miligramos por metro cbico de aire, La solucin para resolver este dilema pasa por escoger compresores no lubricados. Es de sealar que en la industria farmacutica, alimenticia o bebidas, as como en los hospitales, se requiere que el aire sea estril, lo que se consigue utilizando vapor de agua saturado a temperaturas comprendidas entre 130C y los 160C y filtros que retienen los microorganismos. Purgadores de boya Este tipo de purgadores cubre la demanda de condensados procedentes de una instalacin de aire comprimido. Hay que tener un cuidado especial en no colocarlo cuando se sospeche que exista una cantidad excesiva de mezcla (agua-aceite) espesa en la instalacin. ya que esto podra ocasionar dificultades en el movimiento de la boya. Por este motivo, son eficaces para el drenaje de condensados en donde la composicin aire-aceite esta en su fase lquida.

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Central de purga Las centrales de purga tienen por funcin operar desde un mando (3) con un programador regulable, sobre un numero concrete de purgas (1) y evacuar metdicamente y sin intervencin manual. La central incorpora un circuito elctrico con temporizador regulable que manda la apertura de las purgas en funcin del volumen de condensados a eliminar. La regulacin permite establecer el intervalo entre purgas y la duracin de las mismas. La regulacin entre purgas de condensados es de O a 25 segundos. La presin mxima de trabajo de la electrovlvulas es para 10 bar.

FACTORES DE DISEO DE SISTEMAS DE AIRE PRESIN Determinacin de la presin mxima de un sistema de aire comprimido. La presin necesaria entregada por el compresor ser: Presin necesaria = Presin mnima requerida + presin en tuberas + presin controlada (Secadores, filtros, etc.) Prdida de presin = prdida de potencia Nunca olvidemos que no es igual presin de aire en el compresor que presin de aire en el puesto de aplicacin. Existen entre el compresor y el puesto de aplicacin diversos elementos como por ejemplo refrigeradores, depsitos, filtros, enfriadores, acoples, mangueras, tuberas, etctera, que impiden el logro de conseguir que toda la energa (presin) se transmita ntegramente a la mquina cuyo fin es utilizarla. Se recomienda que la cada de presin del total de la instalacin se establezca en un mximo de 0, 6 bar. A continuacin se incluyen algunas prdidas referidas a una presin de 7 bar. Refrigerador posterior de agua.................................... 0,09 bar Refrigerador posterior de aire....................................... 0,09 bar Secadores frigorficos................................................... 0,20 bar Secadores de absorcin..................................................0,30 bar Red de tuberas...............................................................0,14 bar Filtros en general............................................................0,15 bar

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Ejemplo de cada de presin. 1. Tubera (max. 2%) 2. Secador frigorifico 3. Filtros varios y manguera.

0,14 bar 0,20 bar 0,45 bar

max. 0,80 bar Cada de presin mxima: 0,8 bar Mxima presin del compresor Cada de presin Presin en punto de aplicacin

7,0 bar -0,8 bar 6,2 bar

Usando la menor presin posible obtenemos:

Reduccin de fugas Reduccin de consumo de energa y carga del motor Cada 1 bar de incremento de presin resulta un 6% de mayor consumo de energa.

CAUDAL Consumo especfico Se llama consumo especfico de una herramienta o equipo al consume de aire requerido para servicio continuo a la presin de trabajo dada per el fabricante. Se expresa en aire libre (litros por minuto o Nm/min) Nmero de compresores Aunque los compresores son mquinas simples y robustas, requieren conservaci6n y pueden ser necesario retiradas del servicio para repararlas. Si solo se considera el costo por metro cubico de aire comprimido, basta con elegir un compresor grande, pero si este se retira de servicio, el tener una unidad de servicio de la misma capacidad para hacer frente a todas las necesidades ser una inversin excesiva. Una solucin puede ser instalar tres mquinas de igual capacidad y que cada una de ellas pueda ser capaz de suministrar la mitad de las necesidades totales de aire. Dos compresores estn normalmente en funcionamiento, mientras que el otro permanecer en reserva, teniendo un conjunto que podemos razonar come "2+1". Coeficiente de utilizacin En la determinacin de la capacidad del compresor, intervienen adems del consumo especifico del aparato, el tiempo que el componente neumtico esta parado por la ndole de su trabajo. Este margen de operacin intermitente, o factor de servicio, se denomina coeficiente de utilizacin. Bastar sumar los consumes de todas las herramientas que se deseen emplear y hacer la reduccin del tanto por ciento indicado, por trabajo no simultaneo, para obtener la capacidad del compresor.

Coeficiente de utilizacin = Periodo de trabajo total Periodo de referencia

Equipo Coeficiente de utilizacin

Agujereadora Arenadora Martillo neumtico Estampadora Moldeadora Pistola de aire

30% 40% 30% 15% 20% 10%

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Coeficiente de simultaneidad Cuando hay en funcionamiento diversas herramientas o, en general, todos los equipos que integran una industria el promedio de los coeficientes de utilizaci6n de cada una de ellas nos da una cifra denominada coeficiente de simultaneidad. Los valores empricos para la utilizacin de consumos similares en una estacin de trabajo.

Nmero de mquinas Coeficiente de simultaneidad 1 2 4 6

8 o mas

1,00 0,96 0,90 0,85 0,80

Capacidad de los compresores Para evaluar la capacidad del compresor o compresores a colocar, es necesario conocer el consume medio del conjunto de utilizaciones del aire comprimido en la planta. La capacidad del compresor o compresores puede averiguarse estableciendo los sucesivos procedimientos. 1. Se estudian detenidamente todas las aplicaciones que en la planta industrial puede tener el aire comprimido. De este

estudio aparecen los tipos y el nmero de herramientas y equipos neumticos que se necesitan en la proteccin. 2. Se anota en una lista cada modelo de herramienta o de equipo, y su nmero, cifrando un consumo especfico. 3. Se perfila el consume general promedio del aire libre de todas las unidades neumticas. 4. Establecer el coeficiente de utilizaci6n individual o el coeficiente de simultaneidad global por caractersticas de la

industria. 5. Se multiplica el consume total promedio de aire libre por el coeficiente de simultaneidad para obtener la cantidad de aire

libre que debe suministrar el compresor. 6. Se agrega un tanto por ciento de consume de aire, que suele oscilar entre 5 y un 10 % sobre el computo, para integrar la

parte de prdida de aire en el sistema. 7. Se agrega un tanto por ciento de consume de aire por posibilidades de ampliacin. 8. La suma de todos los valores ser el consume de aire total correspondiente al estudio planificado. Estudio de una planta de aire comprimido Supongamos que hemos de calcular la central de compresores de un taller mecnico que tiene distintas secciones. Estableceremos la relacin de mquinas neumticas con especificacin de sus consumos individuales de aire (consume especfico) De la tabla se puede determinar el consuno total de la planta. Para la capacidad de los compresores, hay que partir del consume total de la planta, al cual habr que aadir un 10 % por prdidas de aire admisible por fugas, as como sumarle un 20 a 25 % para prever posibles ampliaciones.

Seccin Tipo de mquina Consumo Total

Coeficiente de utilizacin

Suma Nm/min

Calderera Forja

-Amoladoras -Taladros -Cinceladoras -Remachadoras -Esmeriladoras -Desincrustadoras -Pistolas de pintar -Mecheros horno (Fuel-oil) -Martillo de 1000 kg

22.5 28.0 19.6 53.2 7.2 5.2 0.15

60.0 21.6

0.80 0.25 0.25 0.50 0.80 0.30 0.50

0.80 0.80

18.00 7.00 4.90 26.60 5.76 1.56 0.07 63.89

48.00 17.28 65.28

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Chorro de arena Taller mecnico T. trmicos

-Boquillas -(Global) -(Global)

14.00

1.3

16.9

0.85

0.50

0.70

11.90

0.65

11.83

Resumen -Calderera.......................................................... -Forja.................................................................. -Chorro de arena................................................ -Taller mecnico................................................ -Tratamiento trmico.........................................

63.89 65.28 11.90 0.65 11.83 Total consumo de aire ~155 Nm/min 10% prdiddas ~ 16 Nm/min 20% ampliaciones 31 Nm/min TOTAL 202 Nm/min .

Prdidas de aire admisibles por fugas En la prctica, es imposible suprimir las fugas de aire comprimido. Las prdidas de aire admisibles por fugas, es un porcentaje de la capacidad de los compresores instalados, dependen de varios factores, por ejemplo, en un amplio sector de industrias que utilizan herramientas neumticas comunes, talleres mecnicos en general, las prdidas de aire por fugas no tendran que pasar del 5% al 10% del consume palpable de aire. En instalaciones que coexiste gran cantidad de maquinas movidas por aire con escapes innatos en ellas (fundiciones), o cuando la red de aire presenta notables longitudes (astilleros, minas, obras pblicas) las prdidas llegar entre el 10 y el 15%. Como pauta, un margen entre el 10 y 15% de la capacidad de compresor, habra que destinarse para el escape por fugas.

Dimetro de fuga Consumo de aire a 6bar (m3/min)

Costo kW u$s

1 mm 2mm 4 mm 6 mm

0,065 0,240 0,980 2,120

0,3 1,7 6,5 12

240 1.360 5.200 9.600

Precio electricidad: 0,10 u$s/kWh Horas de servicio: 8.000 hs/ao

Medicin de las fugas Para poder determinar las fugas de la instalacin es necesario encender el compresor con la planta parada. Y por medio del nmero de arranques del compresor sin haber consumo alguno, se puede determinar las fugas de la siguiente manera:

QL = QC x t T

QL = Caudal en Nm3/min de fuga. QC = Caudal del compresor Nm3/min t = Suma de tiempos que el compresor est en carga. T = Tiempo total de la medicin Ejemplo: Caudal del compresor = 3 Nm3/min Tiempos del compresor en carga = t=t1+t2+t3+t4+t5+t6= 120 seg. Tiempo total de la medicin = 600 seg.

QL = QC x t = = 3 x 120 = 0,6 Nm3/min 20% T 600

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REDES DE DISTRIBUCIN DE AIRE COMPRIMIDO Parmetros Los parmetros claves que deciden en una instalacin de aire comprimido son: a) PRESION: Mientras no se indique lo contrario, al hablar de presiones son siempre presiones efectivas, que se

encuentran despus de la presin atmosfrica. Los manmetros industriales miden la presi6n efectiva. b) CAUDAL: Su magnitud depende del planeamiento a que pueda ser sometido cada proyecto. El caudal de aire

comprimido viene expresado en Nm/min o en Nl/min referidas al aire libre. c) PERDIDA DE PRESIN: Se refiere a la perdida de energa que se va originando en el aire comprimido ante los

diferentes obstculos que va encontrando en su desplazamiento hacia los puntos de utilizacin. El conseguir que la prdida de la presin est entre los lmites permisibles, es una de las tareas fundamentales en el memento de concebir una instalacin.

d) VELOCIDAD DE CIRCULACIN: En el aire comprimido las velocidades oscilan entre 3 y 10 m/s para las tuberas. Disposicin de las redes de aire comprimido Circuitos cerrados y abiertos. Por otro lado, aceptaremos una recomendacin 1gica aprendida de los textos de dinmica de los fluidos: frecuentemente, es conveniente sustituir un sistema de tuberas complejo por una sola tubera equivalente, para una misma perdida de carga y para igual caudal. Otro requisito a presentarle particular atencin, al disear la red de tuberas, se refiere a que el factor principal a tener en cuenta es la humedad del aire.

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Por lo tanto, el circuito cerrado rene los siguientes inconvenientes: a) Impide que un separador centrifugo, cermico o filtro, se monte dentro del circuito en razn a su un direccionalidad b) Anula la intencionalidad de tener el circuito con pendientes para evacuar el agua mediante purgas manuales o

automticas. c) Es incorrecto afirmar que en un circuito cerrado se equilibran las presiones. d) Otro alegato infundado sobre la ventaja del circuito cerrado es el hecho de que si tenemos un punto de consume en el

extreme de una red, el aire le llega antes. Sin embargo es aconsejable inclinarse per el tendido de tuberas en circuito abierto motivado por firmes conclusiones corroboradas por una exhaustiva investigacin emprica. En toda ocasin es posible aplicar acertadamente la tcnica del aire comprimido sin mengua de su rendimiento y buen hacer. TUBERIAS Tubera principal Se denomina tubera principal a la lnea de aire que sale del deposito y canaliza la totalidad del caudal del aire. Debe tener la mayor secci6n posible y prever un margen de seguridad en cuanto a posteriores crecimientos de fabrica, y, come resultado, a un aumento de la central de compresores. La velocidad mxima del aire es de 8 m/seg. Tubera secundaria Son las que toman el aire de la tubera principal, ramificndose por las zonas de trabajo, y de los cuales salen las tuberas de servicios. El caudal de aire que transporta ser el correspondiente a la suma de los caudales parciales que de ella se deriven. Al mismo tiempo, es conveniente pensar en alguna posible ampliacin al calcular el dimetro. La velocidad mxima del aire es de 8 m/seg. Tuberas de servicio Son las que alimentan a las herramientas o equipos neumticos en el punto de aplicacin. Llevan los acoplamientos de cierre rpido e incluso las mangueras de aire, as como los grupos filtro-regulador-lubricador. No colocar ms de dos o tres acoplamientos rpidos en cada una de ellas. Evitar poner tuberas de servicio inferiores a de dimetro, ya que si el aire est sucio puede segarlas. La velocidad mxima del aire es de 15 m/seg.

Clculo de tuberas Cuando se transporta un fluido a travs de una tubera, se origina inevitablemente una perdida de presin. La disminucin de presin viene motivada per el rozamiento en los tubos rectos y en las variaciones de direccin en los conductos, aadiendo las resistencias individuales de los accesorios. El coste adicional como consecuencia de cierto agrandamiento de la dimensin es insignificante comparado con los gastos que pueden generarse si la red de tuberas debe renovarse al cabo de algn tiempo. Hemos de traer a la memoria la prohibici6n de pasar una perdida de presin en la red de tuberas de un 2% de la presin de trabajo, o sea, si trabajamos con una presin de 7 bar, la cada de presin mxima que podemos consentir oscilar sobre los 0, 14 bar. La cada de presin de un tubo recto se calcula per la siguiente formula

P = . V . Lp RT . D

P = Cada de presin en atm. o bar. P =Presin en atm. o bar R = Constante del gas, equivalente a 29,27 para el aire. T = Temperatura absoluta (t+273) D = Dimetro interior de la tubera en mm. L = Longitud de la tubera en m V = Velocidad del aire en m/seg, = Indice de resistencia, grado medio de rugosidad, variable con la cantidad suministrada G (ver tabla adjunto)

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G = Cantidad de aire suministrado en kg/hora = 1,3 Nm/min x 60 Nota : Se supone que la temperatura del aire, t, es aproximadamente igual a la temperatura ambiente, si se desconoce este dato.

Indices de resistencia para G kg de peso del aire comprimido que circula a la hora G G G G 10 15 25 40 65 100

2.03 1.92 1.78 1.66 1.54 1.45

100 150 250 400 650

1000

1.45 1.36 1.26 1.18 1.10 1.03

1000 1500 2500 4000 6500

10000

1.03 0.97 0.90 0.84 0.78 0.73

10000 15000 25000 40000 65000 100000

0.73 0.69 0.64

0.595 0.555 0.520

La aplicacin practica de nomogramas facilita la determinacin de los dates buscados con rapidez y exactitud, evitando el anterior proceso de calculo. Es cmodo encontrar cualquiera de los cuatro factores que integran el clculo de tuberas, a saber: presin, caudal, dimetro de tubera y prdida de presin, con tal de que tres de ellos sean conocidos. El nomograma para el clculo de tuberas de aire comprimido

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DISEO DE UNA INSTALACION DE AIRE COMPRIMIDO Una vez estudiada los puntos de consumo, para completar el diseo de la instalacin basta tener en cuenta los siguientes requisitos: a) Trazado de la red segn la configuracin del edificio y las actividades que se desarrollan en la planta, escogiendo el

mejor itinerario para la tubera principal. b) Tendido de tubera de modo que se elijan las distancias ms cortas y procurando que las conducciones sean lo mas rectas

posibles, siempre que se pueda, evitar cambios de direccin y reducciones innecesarias. c) Montaje siempre areo de la red de tuberas, pues as se obtiene una mejor inspeccin y un buen mantenimiento. Esta

disposicin facilita la disposicin de las bajadas y los puntos de drenaje. La tubera subterrnea es poco prctica ya que dificulta las tareas de mantenimiento y la posibilidad de hacer conexiones para ampliaciones.

d) Al montar las conducciones se intentar sujetarlas de tal manera que cuando se produzcan variaciones de temperatura la sujecin permita la dilatacin natural de las tuberas, para evitar tensiones internas adicionales.

e) No debe hacerse tomas de aire adicionales en tuberas existentes sin verificar que sus dimetros sean suficientes como para una cantidad adicional de aire comprimido.

f) Las tuberas principales deben ser ampliamente dimensionadas para poder atender la demandas de aire sin que se produzca una prdida de presin excesiva y estar ligeramente inclinadas (de 1/200 a 1/400) en el sentido del flujo del aire, a fin de que el agua comprimida drene en la direccin del flujo de aire comprimido, colocando en el extremo de la tubera, un ramal de bajada provisto de una purga manual o automtica para evacuar el agua acumulada.

g) Colquese siempre llaves de paso en los ramales principales y secundarios. h) Cuando se forma un cambio de pendiente o direccin, debe preverse una toma para colocar una purga puesto que el agua

condensada se quedar en 1. i) Las tomas de aire para bajantes nunca deben hacerse de la parte inferior de la tubera, por el contrario, deben hacerse de

la parte superior, a fin, de altar que el agua circule por efecto de la gravedad.

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CONSUMOS DE AIRE COMPRIMIDO DE DIVERSAS MAQUINAS

Designacin Consumo en

Nm/min Martillos, servicio ligero Martillos de cincelar y calafatear ligero Martillos de cincelar y calafatear medio/pesado Martillo remachador ligero Martillo remachador dim. Remache Martillo remachador 1 dim. Remache Martillo remachador 1 dim. Remache Prensa-remaches Martillo cincelador Martillo para sacar machos de fundicin Pisn, moldeo a mano, tipo banco Pisn, moldeo a mano, ligero 5/7 kg. Pisn, moldeo a mano, mediano 9 kg. Pisn, moldeo a mano, pesado 10/16 kg. Desincrustador (vibrado de machos) Taladros hasta dim en acero Taladros hasta mayor potencia Taladros hasta 3/8 dim en acero Taladros hasta dim en acero Taladros hasta 7/8 dim en acero Taladros hasta 1 dim en acero Taladros hasta 1 dim en acero Taladros hasta 2 dim en acero Atornilladores, no reversibles, hasta dim. Atornilladores, reversibles, hasta dim. Atornilladores de 8 mm Roscadoras hasta 3/8 dim. Amoladoras de 2 x 3/8 dim muela Amoladoras de 4x 1 dim muela Amoladoras de 6x 1 dim muela Amoladoras de 8x 1 dim muela Esmeriladora muelas/disco (130/127 mm) Esmeriladora muelas/disco (178/178 mm) Esmeriladora muelas/disco (235/235 mm) Pulidoras, disco pulir 125 mm Pulidoras, disco pulir 80,127,152 mm Mquina para fresar ranuras 178/235 muela Llaves de impacto con rbol cuadrado 3/8 Llaves de impacto con rbol cuadrado Llaves de impacto con rbol cuadrado - Llaves de impacto con rbol cuadrado 1 - 2 Fresadoras radiales, fresa 10/12 mm Fresadoras de ngulo, fresa 12/15 mm Llaves de carraca, cabezal cerrado, M 7- M 12 Llaves de carraca, cabezal cerrado, M 10- M 16 Sierras para aluminio, plasticos, hasta 15/40 mm Cizallas, espesor de chapa mm 3.5 h, 4 alum. Cizallas, espesor de chapa mm 6 h, 6 alum. Motores neumticos 0,45 CV Motores neumticos 1,00 CV Motores neumticos 1,40 CV Bomba neumtica Elevador neumtico, carga en kg 55/45 Pistoleta soplante Pistoleta de pintar

0.16 0.28/0.45 0.65/0.73 0.22/0.33 0.56/0.67

0.84 0.89 0.3

0.16/0.22 0.65/0.97

0.33 0.40/0.60

0.62 0.78/0.84

0.2 0.195 0.275 0.450 0.560

1.13/1.27 1.41/1.69 1.41/1.69 1.41/1.69

0.195 0.300 0.350 0.350 0.42

0.70/0.84 0.99/1.13

1.27 1.25 2.40 3.20 0.30 0.65

2.4/3.2 0.30 0.50

0.90/1.50 1.80

0.30/0.40 0.30/0.40

0.40 0.40

0.90/2.70 0.90 2.70 0.50

0.875 1.20

2.26/2.40 0.06/0.36

0.15 0.15

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Gasto en Nm/min de sopladores

del

orificio mm

Presin efectiva en bar

2 3

4

5

6

7

8

10

12

15

20

30

0.1 0.2 0.3 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10.0 12.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0

0.00027 0.00109 0.00245 0.00681 0.0272 0.0613 0.109 0.245 0.436 0.681 0.981 1.75 2.72 3.92 6.13 10.9 17.0 245 33.4 43.6 55.2 68.1 82.4 98.1

0.00036 0.00145 0.00326 0.00905 0.0362 0.0815 0.145 0.326 0.579 0.905 1.304 2.32 3.62 5.22 8.15 14.5 22.6 32.6 44.4 57.9 73.3 90.5

109.5 130.4

0.00045 0.00181 0.00406 0.0113 0.0452 0.102 0.181 0.406 0.723 1.13 1.63 2.89 4.52 6.50 10.2 18.1 28.2 40.6 55.3 72.3 91.3 113 136

0.00054 0.00217 0.00487 0.0135 0.0541 0.122 0.2171 0.4871 0.865 1.35 1.95 3.46 5.41 7.78 12.2 21.7 33.8 48.7 66.3 86.5 110 135

0.00063 0.00252 0.00568 0.0158 0.0631 0.142 0.252 0.568 1.01 1.58 2.27 4.04 6.31 9.06 14.2 25.2 39.5 56.8 77.3 101 128

0.00072 0.00288 0.00649 0.0180 0.0721 0.162 0.288 0.649 1.15 1.80 2.60 4.62 7.21 10.4 16.2 28.8 45.0 64.9 88.3 115 146

0.00081 0.00324 0.00730 0.0203 0.0811 0.183 0.324 0.730 1.30 2.03 2.92 5.19 8.11 11.68 18.25 32.4 50.7 73.0 99.3 130

0.00099 0.00396 0.00891 0.0248 0.0990 0.223 0.396 0.891 1.585 2.48 3.57 6.34 9.9

14.3 22.3 39.6 61.9 89.1 121 159

0.00117 0.00468 0.0105 0.0292 0.117 0.263 0.468 1.05 1.87 2.93 4.22 7.5

11.7 16.9 26.3 46.8 73.1 105 144

0.00144 0.00575 0.0130 0.0360 0.144 0.323 0.575 1.30 2.30 3.60 5.18 9.20 14.4 20.7 32.3 57.5 90.0 130

0.00188 0.00755 0.0170 0.0472 0.188 0.425 0.755 1.70 3.02 4.72 6.80 12.1 18.8 27.2 42.5 75.5 118

0.00279 0.0111 0.0251 0.0696 0.279 0.627 1.11 2.51 4.45 6.96 10.0 17.8 27.9 40.1 62.7 111

CONSUMO DE AIRE EN CILINDROS NEUMTICOS

Q(Nm3/min) = x x L x n x N x P(abs)

4

Medidas = mts n = ciclos por min. (i/min.) N=1 simple efecto N=2 doble efecto; P= presin absoluta.

Pgina 37 de 37

PERDIDA DE PRESIN EN MANGUERAS Dimetro de la manguera en mm y longitud en metros

Caudal de

aire libre en Nm/min

7 3

8

2,5

10 3

13

4

13 8

13

15

19

4

19

8

19

15

15 de 13

+ 3 de 7

15 de 13

+ 3 de 10

15 de 13

+ 2,5 de 8

15 de 13

+ 4 de 13

15 de 19

+ 8 de 13

15 de 19

+ 4 de 19

Prdida de presin en bar (Presin inicial de 7 bar)

200 a 315 315 a 340 340 a 370 370 a 400 400 a 425 425 a 455 455 a 510 510 a 565 565 a 710 710 a 850 850 a 995

995 a 1135 1135 a 1415 1415 a 1700 1700 a 1985 1985 a 2265 2265 a 2550 2550 a 2835 2835 a 3400 3400 a 3965 3965 a 4535 4535 a 5100 5100 a 5665 5665 a 6230

0,350 0,420 0,480 0,560 0,650 0,780 0,908 1,380

0,064 0,070 0,084 0,098 0,112 0,133 0,168 0,210 0,300 0,462 0,665 0,895 1,350

0,028 0,035 0,042 0,049 0,056 0,070 0,098 0,147 0,217 0,294 0,441 0,665 0,945 1,300 1,750

0,049 0,070 0,091 0,119 0,168 0,260 0,371 0,497 0,630 0,777

0,070 0,105 0,147 0,268 0,287 0,411 0,630 0,868 1,127

0,091 0,151 0,252 0,365 0,560 0,855 1,318

0,063 0,777 0,098 0,119 0,161 0,225 0,301 0,392 0,505 0,630

0,098 0,119 0,154 0,190 0,254 0,336 0,462 0,610 0,777

0,154 0,175 0,225 0,280 0,392 0,560 0,777 1,065

0,371 0,434 0,505 0,588 0,665 0,812 1,050 1,498

0,049 0,056 0,063 0,077 0,091 0,105 0,133 0,168 0,235 0,365 0,511 0,672 0,980 1,526

0,098 0,112 0,133 0,154 0,175 0,203 0,245 0,315 0,488 0,686 0,959 1,358

0,119 0,140 0,182 0,266 0,371 0,497 0,728 1,120 1,596

0,091 0,133 0,168 0,245 0,365 0,546 0,777 1,050 1,386

0,126 0,168 0,210 0,259 0,322 0,406 0,473 0,784 1,085 1,410

p/p1

5 5 = d1 / d

La prdida de presin es inversamente proporcional a la quinta potencia del dimetro, para un caudal de aire prefijado.

p/p1 = L/L1 La prdida de presin es directamente proporcional a la longitud de manguera. p/p1 = Q/Q1 La prdida de presin es directamente proporcional al cuadrado del caudal de aire libre.