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Industrias I 72.02
Transporte de Gases
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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7 AIRE COMPRIMIDO ............................................................................................................... 3
7.1 Consideraciones Generales ...................................................................................................... 3
7.1.1 PROPIEDADES DEL AIRE .................................................................................................... 3
7.2 Comparación de fuentes de energía en la industria .................................................................. 5
7.3 TRANSPORTE NEUMATICO ............................................................................................... 6
7.3.1 Introducción ..................................................................................................................... 6
7.3.2 Transporte de Materiales Sueltos ..................................................................................... 6
7.4 Transporte De Materiales Pulverulentos .................................................................................. 8
7.4.1 Definiciones Generales .................................................................................................... 9
7.4.2 Elementos y Procesos del Transporte de Polvos a Presión ............................................ 10
7.4.3 Fluidización del Material ............................................................................................... 10
7.4.4 Bombas o Transportadores ............................................................................................. 16
7.4.5 Bombas a Presión ........................................................................................................... 18
7.4.6 Filtros Separadores del Aire y Polvo .............................................................................. 21
7.5 Lineas de Aire Comprimido ................................................................................................... 22
7.5.1 Aire Comprimido ........................................................................................................... 22
7.5.2 Clasificación de Compresores ........................................................................................ 23
7.5.3 Ubicación de la sala de compresores .............................................................................. 26
7.5.4 Tratamiento del aire ....................................................................................................... 26
7.5.5 Tratamiento del aire comprimido ................................................................................... 29
7.5.6 Almacenamiento del aire comprimido ........................................................................... 33
7.5.7 Distribución del aire comprimido .................................................................................. 34
7.5.8 Purgas ............................................................................................................................. 36
7.5.9 Tuberías para aire comprimido ...................................................................................... 37
7.5.10 Regulación del aire comprimido .................................................................................... 38
7.5.11 Lubricación ..................................................................................................................... 39
Bibliografía ..................................................................................................................................... 42
Anexo ............................................................................................................................................. 43
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7 AIRE COMPRIMIDO
7.1 CONSIDERACIONES GENERALES
7.1.1 PROPIEDADES DEL AIRE
Densidad = 1,2928 kg/m³
Exponente isentrópico = 1,40
Velocidad del sonido = 331 m/s
Constante individual del gas Ri = 286,9 J/(kg.K)
Estos datos están referidos a una temperatura normal Tn = 0° C y a una presión normal pn = 101
325 Pa (1,01325 bar).
7.1.1.1 Punto de Rocío
El aire puede almacenar cierta cantidad de agua en estado gaseoso. La cantidad depende de
la temperatura y de la presión del ambiente.
Si se enfría el aire a una presión ambiente fija, a partir de una cierta temperatura se rebasa el
grado de saturación y el agua comienza a condensarse. A esta temperatura se le da el nombre de
punto de rocío.
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7.1.1.2 Compresión de Gases
Si se reduce el volumen de un recipiente cerrado, la presión en el recipiente aumenta según
la siguiente fórmula:
Pabs: Presión absoluta [bar]
V: Volumen [m³]
Tabs: Temperatura [K]
P1ABS . V1/T1=P2ABS . V2/T2
A temperatura constante rige:
P1ABS . V1=P2ABS . V2 (ley de Boyle-Mariotte)
Si se comprime aire, éste se calienta.
Si se reduce la presión de aire comprimido, éste se enfría.
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7.2 COMPARACIÓN DE FUENTES DE ENERGÍA EN LA INDUSTRIA
En la industria se utilizan principalmente tres fuentes de energía, las cuales tienen ciertas
ventajas y desventajas. Las mismas se presentan a continuación:
Neumática Hidráulica Electricidad
Disponibilidad del medio ++ + +++
Capacidad de almacenamiento +++ + o
Transporte de energía ++ + +++
Fuerza lineal ++ +++ +
Fuerza rotativa ++ ++ +++
Sobrecarga +++ +++ oo
Movimiento lineal +++ +++ ooo
Movimiento rotativo ++ ++ +++
Movimiento oscilante ++ ++ oooo
Consumo de energía en parada +++ + +
Regulación de la fuerza +++ +++ +
Regulación de la velocidad ++ +++ +
Costes de la energía ++ + +++
Influencia de la temperatura ++ ooooo +++
Fugas, riesgos de accidente + oooooo ooooooo
Nota:
+ Aspectos Positivos
O Aspectos Negativos
Disponibilidad del Medio:
Neumática: El aire esta disponible en cualquier lugar.
Hidráulica: La adquisición y la eliminación del aceite originan costos.
Electricidad: Por regla general esta disponible en todos los lugares.
Capacidad de almacenamiento Neumática: El Aire comprimido es un excelente almacenador de Energía
Hidráulica: Limitada capacidad de almacenamiento, se necesita gas como elemento compensador.
Electricidad: Posible solo con gran dificultad y en pequeñas cantidades.
Regulación de la Fuerza
Neumática: Sencilla mediante válvula reguladora de presión.
Hidráulica: Sencilla mediante válvula reguladora de presión.
Electricidad: Gran complejidad.
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Fugas, Riesgos de accidente
Neumática: Excepto la perdida de energía, ninguna repercusión negativa. El aire comprimido se
disuelve en la atmósfera. Solo hay que tener cuidado con las mangueras y tubos sueltos.
Hidráulica: Gran riesgo de fugas debido a altas presiones.
Electricidad: Peligro de muerte en caso de contacto con alta tensión.
7.3 TRANSPORTE NEUMATICO
7.3.1 Introducción
En los sistemas de transporte neumático el material a transportar se introduce en una
corriente de aire mediante un dispositivo de alimentación. Así las partículas del material son
arrastradas a lo largo del conducto por la corriente de aire (gas).
Al transporte neumático conviene distinguirlos en dos categorías:
Transporte en corriente gaseosa de materiales sueltos o en tubos especiales.
Transporte de gas: gasoductos
7.3.2 Transporte de Materiales Sueltos
Ventajas:
Eliminación casi total de mecanismos.
Reducción de espacio.
Fácil aspiración de materiales.
Desventajas:
Consumo elevado de energía.
Económicamente favorable para recorridos breves
Limitación de granulometría, humedad (máximo 20 %) y tipo (riesgo de explosión) de material
a transportar.
Dificultad de separar el aire del material si este es pulverulento.
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7.3.2.1 Instalaciones
Tipo Ventajas Desventajas
Por Aspiración Simplicidad
Posibilidad de aspirar de
montones
El material no pasa por el
aspirador
Necesidad de un separador
para eliminar el aire del
material
Limitación de potencia
debido a la imposibilidad de
conseguir depresiones
mayores a 1 atm
Para las mayores
depresiones, enrarecimiento
del aire con poca
posibilidad de suspensión de
los materiales transportados
Mayor potencia absorbida.
Por Presión Simplicidad de descarga.
Aumento de la presión a
voluntad.
Velocidad creciente de
entrada a salida haciendo
más difíciles las
obturaciones.
Posibilidad de reducir la
dilusión
Ingreso complicado del
material al circuito.
Posibilidad de condensación
de agua.
Mixtas: El material pasa a
través del ventilador La de los dos sistemas
precedentes (absorber y
descargar en mas de un
punto)
El material pasa a través del
ventilador.
Solo se pueden utilizar
ventiladores por lo que las
presiones y depresiones son
modestas.
Mixtas: El material no pasa a
través de la bomba Permite la utilización de
bombas potentes
Complica la instalación
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Instalación por
Aspiración
Instalación por
presión
Instalación Mixta -
Material a través del
ventilador
Instalación
Mixta - El
material no pasa
a través de la
bomba
7.4 TRANSPORTE DE MATERIALES PULVERULENTOS
Para el transporte de sólidos pulverulentos se ha impuesto la utilización de equipos neumáticos,
debido a:
La simplicidad de su construcción
Buena adaptabilidad
Total ausencia de partes móviles en todo el trayecto del transporte
Escasa emisión de polvos
Bajo costo de mantenimiento
Resistencia a la intemperie
Adaptabilidad a la marcha automatizada
Una ventaja especial es que se puede conjugar la operación de transporte del material con la
interacción de éste con el gas que lo transporta ya que se pueden realizar, en dicho transporte,
distintos procesos Físico - Químicos como ser Procesos Catalíticos, Mezclado, Secado,
Clasificación, etc.
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Algunos de los inconvenientes más importantes que presenta el transporte neumático son:
Su gran consumo de energía
Con ciertos materiales (muy abrasivos), se produce el desgaste por rozamiento de los
conductos transportadores.
Si los materiales a transportar son combustibles y se hallan finamente pulverizados puede
existir algún peligro de explosiones (en determinadas circunstancias).
Existe el riesgo de que ciertos materiales obturen los conductos transportadores
(principalmente en curvas del recorrido).
Nota: Refiriéndonos a la industria Cementera diremos que el manejo Neumático del material
pulverulento tuvo mucho que ver con el mezclado de los diferentes componentes del material crudo
al pasar del proceso por vía húmeda a la vía seca. En este caso el aire reemplaza al agua como
elemento de homogeneización de los materiales.
Según su modo de actuar, habrá que distinguir entre:
Los Sistemas de Impulsión.
Los Sistemas de Aspiración: Utilizado cuando el transporte se efectúa a partir de varios
puntos de alimentación y un solo punto de descarga, o cuando el punto de distribución debe
ser móvil.
Los Sistemas Combinados: El material entrado por el sistema de aspiración se combina con
las ventajas que presenta el sistema de impulsión.
Los cuales veremos en detalle con posterioridad a las siguientes definiciones generales
7.4.1 Definiciones Generales
Transporte Neumático: Es el término general dado al movimiento de sólidos formado por
partículas y mezclado con aire, por influencia de la fuerza de gravedad o por la fuerza producida
por la diferencia de presión entre la presión del aire que rodea los mencionados sólidos y la
presión del aire en el lugar de descarga.
Nota: Durante muchos años se realizó usando volúmenes de aire a presiones relativamente
bajas, siendo pequeña la relación de sólidos en aire. A partir del desarrollo tecnológico en la
manipulación de polvos, se incrementó notablemente la relación antes mencionada, lográndose,
de este modo, un aumento sustancial de sólidos a transportar con relación al aire consumido
para este fin. Este logro es debido al trabajo a presiones más elevadas (hasta 4Kg/cm2).
Polvo: Partículas Granuladas o pulverizadas, susceptibles al transporte por aire. Se supondrá
que se usa polvo ideal, es decir, un polvo cuyas partículas presentan iguales características
(forma, tamaño, peso, etc.)
Fluidización: Se le llama a la Introducción de aire, finamente difundido, por debajo de los
polvos a través de un medio poroso. Con esto se consigue que la masa se asemeje a un fluido y
pueda manipularse como tal. Este tema será ampliado debido a su importancia tanto para el
Transporte como para la Mezcla y también para el Almacenamiento de materiales pulverizados.
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7.4.2 Elementos y Procesos del Transporte de Polvos a Presión
Los elementos y procesos más importantes en el transporte de polvos a presión son:
1. Fluidización del Material en su lugar de almacenamiento o en el punto de envío, para mezcla
y/o corrección.
2. Bombas o Transportadores, de los cuales hay diversos tipos y marcas.
3. Filtros Separadores del aire y polvo en el lugar de descarga.
4. Compresores de generación del aire para el proceso de preparación y transporte de polvos
7.4.3 Fluidización del Material
Se supondrá que se utiliza polvo ideal, es decir, un polvo cuyas partículas tienen todas
iguales características (tamaño, forma y peso). Si una capa de éste polvo descansa sobre un medio
poroso en el fondo de un recipiente y se le hace pasar aire verticalmente a través del polvo, no se
producirá un movimiento relativo de las partículas hasta no sobrepasar una cierta velocidad crítica.
Por debajo de tal velocidad, el caudal y la diferencia de presión serán directamente proporcionales
entre sí. Esta relación está indicada en la Figura 1.
A la velocidad crítica la presión ejercida a través de la capa está equilibrada por el peso de
las partículas. A una velocidad mayor, la resistencia de rozamiento de las partículas es mayor que el
peso de éstas y, por consiguiente se reordenan de manera de ofrecer menor resistencia al paso del
aire, y la capa comienza a hincharse. Conforme aumenta la velocidad del aire, aumenta el volumen
de la capa y las partículas terminan por flotar libremente en el aire. Se dice entonces que la capa
está fluidizada. La diferencia de presión siendo igual al peso por unidad de superficie de la capa y el
paso de aire a través de ésta sigue siendo prácticamente estable. Esta situación se denomina Etapa
Tranquila.
Si continúa incrementándose la velocidad del aire, se llega a una etapa en la que a través de
la capa fluidizada relativamente densa, pasan burbujas de aire que contienen una pequeña
proporción de polvo en suspensión, irrumpiendo a través de la superficie de un modo muy similar al
de las burbujas que se abren paso a través de la superficie de un líquido en ebullición. Si la
velocidad es aún mayor que la citada, las partículas de polvo se dispersan mas ampliamente y son
arrastradas con el aire. Estos conceptos se sintetizan en la Figura 2.
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Figura 1 Relación entre la Velocidad del Aire y la Diferencia de Presión hasta que se llega a la
Velocidad Crítica del Aire.
Figura 2 Relación entre la Altura de la capa de polvo y la Velocidad del Aire.
Consideraciones Prácticas: Las explicaciones precedentes están fundadas para el caso de
polvos ideales. En la práctica industrial no existen tales y es raro que un polvo se aproxime mucho
al ideal. En cualquier caso siempre deben realizarse experimentos a pequeña escala para verificar si
es o no posible fluidizar el polvo, lo cual se corrobora de la siguiente manera:
Corre Fácilmente entre los dedos al tomarlo
Tiene aristas vivas al tacto, es limpio, seco y no adhesivo.
No es escamoso y no puede amasarse en nódulos.
El cemento limpio y seco y la arena fina son ejemplos de polvos fluidizables.
Si un polvo es naturalmente pegajoso, es improbable que sea apto para transportarlo fluidizado.
La principal ventaja de la fluidización es que los polvos así tratados se comportan como líquidos y
pueden manipularse como tales.
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Aplicaciones Prácticas: Una primera utilización industrial que podemos citar, es el caso del
mezclado de diferentes componentes pulverulentos para producir una masa homogénea. Nos
referimos a la denominada “harina cruda” en el proceso del cemento, producto obtenido de la
molienda en molinos de variados tipos, de una mezcla de caliza, arcilla y óxido de hierro. Este
material finamente molido es depositado en silos de gran capacidad volumétrica (en términos
medios: diámetro 10m y altura 25m). La base de estos recipientes de hormigón, tienen adosados
medios porosos por los cuales penetra el aire de fluidización. Un proceso continuo de mezcla es el
sistema IBAU de cámara central, que utiliza los silos simultáneamente, como depósito para
alimentación de crudo. Figura 3.
Figura 3 Silo Cónico en la base con lecho fluidizador múltiple.
Con un adecuado caudal de aire a presiones promedio de 1,5 Kg/cm
2, se produce el proceso
descripto anteriormente, es decir el material se comporta como un líquido y circula dentro del silo
de modo parecido al indicado por las flechas en la Figura 4.
Figura 4 Circulación del Polvo Fluidizado en un Silo.
Los errores de composición pueden corregirse añadiendo pequeñas cantidades de los
constituyentes antes de la fluidización final, para asegurar el que la mezcla contendrá las
proporciones exigidas, dispersas uniformemente dentro de unos, límites estrechos. Mediante la
división de la base del silo en secciones aireadas por separado, es posible regular la distribución del
aire para efectuar la mezcla con mayor eficacia y rapidez.
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En la Figura 5 puede verse una forma constructiva para alojar el medio poroso. Esencialmente
debe ser estanca a la salida de polvo y tener un acople para la entrada de aire.
Figura 5 Forma constructiva de un medio poroso.
El material permeable puede ser:
Textiles (tela filtrante, filtro o loneta)
Caucho Alveolar
Baldosines de Cerámica Porosa
Metal Sinterizado
Celulosa Comprimida
Plástico Sinterizado
Filtro Metálico
La elección del medio poroso depende en cierta medida de las características del polvo que
interesa mezclar.
La distribución pareja a una velocidad uniforme del aire, depende de la uniformidad de tamaño
de los poros del material, especialmente en el plano superior. Una permeabilidad desigual produce
variaciones locales de caudal. Estas hacen aparecer “volcanes” en el polvo y la canalización
consiguiente conduce a pérdidas de aire y a un consumo superior al necesario.
No hay una norma universalmente aceptada para describir la permeabilidad de los medios
porosos (Ver Figura 6).
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Figura 6 Curvas de permeabilidad típicas.
Los fabricantes expresan las medidas de permeabilidad en diversas unidades, aunque por lo
general son medidas en función de una corriente de aire. Dichas unidades pueden ser como las
siguientes:
Metros Cúbicos de Aire por unidad de Superficie, Tiempo y Presión: 3
22min
m
Kgm
cm
Litros por Centímetro Cuadrados, Hora y Presión: 2
2
l
Kgcm h
cm
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Para completar la idea general de una instalación integral de mezclado véase la Figura 7.
(Respecto a los elementos denominados en ella “Bomba de Polvo” y “Colector de Polvos”, serán
temas tratados posteriormente).
Figura 7 Instalación para Fluidización y Mezcla de Polvos.
En relación con el aire utilizado en la fluidización, la premisa básica es que contenga la
menor cantidad de aceite y humedad posible, ya que estos dos elementos son sumamente
perjudiciales, ya que por un lado disminuyen la permeabilidad del medio poroso y por el otro
generan grumos entre partículas de polvo. Por ello, el tipo de compresor más apropiado es el del
tipo “Tornillo Seco”.
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7.4.4 Bombas o Transportadores
7.4.4.1 Planos Inclinados Fluidizadores
La Fluidización puede emplearse para acarrear polvos a lo largo de considerables distancias
por planos transportadores descendentes cuya inclinación es menor que el ángulo de rozamiento
interno del polvo. Esto se logra insuflando aire continuamente desde la cara inferior a través de un
medio poroso dispuesto a todo lo largo del plano transportador. Los nombres comerciales de estos
acarreadores son: “Fluido”, “Air Slide” o “Aerodeslizador” y como se verá son dispositivos
sencillos y de costos razonablemente bajos. En su estado normal, un polvo se desliza por un plano
inclinado sólo cuando la inclinación de este es mayor que el ángulo de rozamiento del polvo.
(Figura 9)
Figura 9 Un polvo cuyo ángulo de rozamiento sea 45°, descenderá por una pendiente de 45°
Pero un polvo fluidizado se desliza por una pendiente cuyo ángulo sea mucho menor que
dicho ángulo de rozamiento.
Un plano inclinado fluidizador, en su forma más sencilla, consiste básicamente en un canal
rectangular dividido en su plano medio por el elemento poroso. La parte inferior está abulonada, a
todo lo largo, a la superficie superior, para poder desarmar y así cambiar o limpiar el medio poroso
(Figura 10)
Figura 10 Sistemas por Gravedad, con ayuda de aire
Refiriéndonos a la Figura 10, la entrada de polvos se hace a través de válvulas especiales que
hermetizan el pasaje de aire hacia los recipientes o tolvas alimentadoras. Diremos de paso que este
tipo de “cierre alimentador” se usa en todos los tipos de transportadores por aire o bombas a
presión.
Las entradas de aire se reparten cada 10 o 15 metros y éste aire es generado por ventiladores
centrífugos (Ver capitulo de Transporte de Gases).
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7.4.4.2 Medios Porosos
El medio poroso está citado en páginas anteriores. En la industria del cemento se usan telas
de espesor aproximado a 1cm apoyadas en tejidos de alambre de tipo rectangular. Para terminar con
la descripción de la Figura 2.2, la salida del aire se hace a través de filtros destinados a separar los
polvos más finos que no caen por gravedad en la descarga.
Sección de Transporte: La cantidad de aire libre que se necesita para el funcionamiento eficiente
de un fluido depende de:
Las características físicas del polvo.
La inclinación descendente del transportador. (Figura 11).
El espesor de la capa de polvo transportada.
Como dato ilustrativo para transportar cemento (densidad = 1 Kg /dm3), con una capa de 5
cm de espesor sobre la tela, se requiere una pendiente de 3m / m.min.
La Resistencia total al paso del aire a través del transportador es la suma de las resistencias
compuestas por el medio poroso y por la capa de polvo sobre el medio poroso. Normalmente, un
ventilador centrífugo que pueda trabajar contra una presión manométrica de 500mm de columna de
agua podrá vencer sin problemas esa resistencia conjunta.
Figura 11 Relación entre Carga Transportada, Inclinación del Plano Transportador y la
Velocidad del Aire
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7.4.5 Bombas a Presión
Cuando es necesario transportar material pulverulento a largas distancias y a diferentes
niveles, con diferencias de altura apreciables, se apela al transporte a presión. En la Figura 12 se
muestra uno de los sistemas más simples, se trata de un recipiente cilíndrico de diámetros medios
del orden de los 2 metros y una altura de 3 metros.
Es alimentado por la parte superior a través de una campana de cierre y en general por
gravedad desde el proceso anterior de molienda.
Figura 12 Típica Bomba de Polvo Fluidizado
Mientras el recipiente se está llenando la campana permanece abierta. Mediante un dispositivo
de control de llenado, que puede ser mecánico en los tipos más antiguos y hasta rayos gamma en los
más modernos, al llegar el material a un nivel predeterminado, actúa un mecanismo hidráulico que
cierra la campana y de inmediato abre la válvula de paso de aire de transporte.
Cuando el recipiente se ha vaciado, por un sistema de control de caída de presión, se ordena el
proceso inverso, es decir, el cierre del aire y la apertura de la campana. Durante el proceso de
llenado hay una permanente entrada de aire a menor presión que es el necesario para mantener el
polvo fluidizado.
A su vez, en el lugar de descarga del material, que es generalmente un silo, debe realizarse el
proceso de filtrado del gran volumen del aire que acompaña al polvo transportado de tal manera que
salga limpio a la atmósfera. Esto se realiza utilizando diversos tipos de filtros, algunos de los cuales
veremos más adelante.
Describiremos entonces las tres etapas del transporte esquematizadas en la siguiente Figura:
Polvo Aire
Limpio
Zona de Mezcla Transporte Zona de Separación Aire Polvo
Zona de Mezcla: En ella todas las partículas de polvo han de acelerarse en el menor tiempo
posible hasta alcanzar la velocidad crítica. La velocidad de aire necesaria para arrastrar la
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partícula más pesada, resulta ser la velocidad mínima para producir el acarreo, la cual es
mayor en un tubo horizontal que en uno ascendente.
Una vez Alcanzada esa velocidad mínima, el paso ulterior a lo largo de un tubo sólo aumenta
la velocidad de las partículas debido a la expansión de la corriente de aire.
Cada tipo de bomba tiene incorporado un determinado dispositivo de mezclado, que en
general responde a lo indicado en la Figura siguiente.
Zona de Transporte: Se compone de la Bomba y la Tubería. Hay dos tipos básicos de
Bombas:
a) De grandes volúmenes de aire a presiones relativamente bajas: (hasta 1.05 Kg/cm2 sobre
la atmosférica) y con proporciones bajas de la relación polvo / aire. En las Figuras 13, 14, 15
se pueden ver ejemplos de ellas.
Figura 13 Introducción de Polvo en
el aire con ayuda de una elevada
altura de polvo fluidizado
Figura 14 Carga de un Silo
con el elevador Neumático
AEROPOL.
Figura 15 Introducción de Polvo en la Corriente de Aire
usando un obturador rotatorio como regulador de polvo y
como cierre.
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b) Las que trabajan a mayor presión de aire (hasta 2.5 Kg/cm2 sobre la atmosférica) y con una
elevada proporción polvo / aire. Un ejemplo de este tipo es la bomba Fuller – Kinyon (Figura 15)
El polvo se descarga desde una Tolva a un tornillo sin fin que gira a alta velocidad dentro de
un cilindro, haciendo pasar a través de una válvula mariposa a una cámara en la que se inyecta aire
a presión (2.5 atm).
La mezcla intima de polvo y aire pasa de allí a la tubería de transporte. La presión de trabajo
depende de la distancia a recorrer y del volumen acarreado. El husillo actúa como alimentador y
como cierre estanco al escape de aire hacia la tolva de alimentación. Este tipo de bomba es apto
para servicio pesado y puede descargar muchas toneladas de material a gran distancia.
Figura 15 Esquema de una Bomba Fuller - Kinyon
Existen varios fabricantes de bombas y cada uno de ellos dispone de distintos modelos, que
en general responden a los dos tipos básicos descriptos. Normalmente las estaciones de bombeo
forman parte de procesos continuos de producción, razón por la cual están comandadas por sistemas
automáticos de control.
Respecto de la segunda parte del transporte, que lo constituyen las tuberías, en sus tramos
rectos verticales u horizontales se utilizan caños galvanizados comunes, mientras que en las curvas,
debido a la profunda abrasión, se utilizan caños de hierro fundido o revestidos interiormente de
cerámicas. El aire comprimido para las bombas de baja presión es producido por Compresores tipo
Roots. Y para los transportadores que trabajan a Presiones mayores a 1 atm se prefieren los
Compresores de Tornillo o los de Pistón Libre.
Cabe aclarar que el Aceite y el Agua que acompañan al aire comprimido no revisten en este
caso la importancia que sí cobran en la fluidización.
Zona de Separación: La vemos a continuación.
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7.4.6 Filtros Separadores del Aire y Polvo
Aquí trataremos la zona de separación. Normalmente el bombeo es descargado en silos que
deben tener aberturas en la parte superior para que su presión interna sea igual o menor a la presión
atmosférica, ya que de otra manera se perturbarían las posibilidades de ingreso del material
pulverulento (Figura 16).
Pero a su vez, esta conexión con la atmósfera, no es deseable por razones económicas y de
polución ambiental. Esto hace necesario introducir equipos que retengan la mayor cantidad de polvo
posible.
Si se trata de polvos altamente nocivos para la salud, la meta es conseguir una retención
total. Para el caso del cemento, cuyas fábricas en general están instaladas en zonas rurales, se acepta
una pequeña pérdida porcentual.
Las instalaciones típicas en esta industria consisten en instalar en la parte superior de los
silos “un exhaustor” centrífugo que aspira el aire de los silos a través de separadores estáticos
(ciclones) y filtros de mangas. Con ello se consigue una eficiente separación aire / polvo y
paralelamente crear una depresión en el silo.
Figura 16 A efectos de limpieza de las mangas una cámara de deposición es puesta fuera de
servicio; durante el tiempo de inactividad el resto de las cámaras están en explotación normal.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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7.5 LÍNEAS DE AIRE COMPRIMIDO
7.5.1 Aire Comprimido
El Aire Comprimido es una fuente energía que alimenta los distintos mecanismos y mandos
neumáticos de una estación central. El aire es aspirado por la estación compresora que cuenta con
un compresor o varios, a una temperatura y presión atmosférica con su consiguiente humedad
relativa. Se los comprime a una presión más alta que la atmosférica, produciéndose un
calentamiento del aire y como consecuencia se descarga del compresor conteniendo vapor de agua.
Al ir enfriándose por radiación y convección en el depósito va perdiendo presión, por lo que se
recurre al secado del aire, luego a través de las tuberías de distribución llega a los distintos puntos
de trabajo.
Suponiendo que nuestro gas es ideal veremos qué pasa con las ecuaciones de estado.
La mayoría de los compresores para comprimir el aire, lo que hacen es la
reducción de su volumen.
Al reducirse su volumen, esto se traduce en un aumento de su presión y por
consiguiente en un aumento de su temperatura
Trabajo de Compresión Por una Politrópica
En el grafico vemos la compresión del aire por una poli
trópica de coeficiente m.
En el segundo grafico vemos la diferencia de trabajo de
compresión a una misma P2 final si procedemos por una
adiabática o por una isoterma. Claramente en el gráfico
vemos que comprimir por una isoterma incurre en un menor
trabajo por una misma presión final. O sea trataremos de
comprimir por una isoterma y no por una adiabática.
La compresión nunca será adiabática ya que se
tendría que construir un compresor totalmente térmico lo
cual incurriría en altos costos de fabricación o en tiempo
infinitamente grandes. Tampoco será una isoterma ya que a
medida que recibe energía mecánica debe ir aumentando la
temperatura en igual medida. En consecuencia nuestra poli
trópica a la que asimilamos el proceso será entre una
adiabática y una isoterma
nRTPV
nRTPV
m
m
p
pRT
m
mLc
1
1
211
1
Km1
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7.5.2 Clasificación de Compresores
La sala de compresores consta de uno o varios compresores que se clasifican por la forma
en que puede obtenerse dicha energía.
Cuadro Comparativo de compresores según usos (Grafico Q vs. P)
7.5.2.1 Desplazamiento
La compresión se realiza en un recinto hermético aumentando la presión del gas gracias a la
reducción del volumen transmitiéndola al fluido.
Rectilíneo: Son muy utilizados en la industria, por ser económicos en su adquisición y en su uso.
Pistón: Su funcionamiento consiste en encerrar en el
cilindro una determinada cantidad de aire (que ha ingresado
por la válvula de admisión), disminuir su volumen por
desplazamiento del pistón y entregarlo al consumo, (a
almacenamiento) a través de la válvula de escape.
Para obtener aire a presiones elevadas, es necesario
disponer de varias etapas compresoras. El aire aspirado se
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comprime en la primera etapa seguida de una refrigeración para eliminar el calor generado,
luego es nuevamente comprimido obteniendo una mayor presión.
Diafragma: consisten en una membrana (diafragma), que modifica
el volumen existente sobre ella por la acción de un pistón solidaria
a la misma desde parte inferior. Su principal característica es la de
comprimir aire sin que exista la posibilidad de contaminación con
el aceite de lubricación. Sus posibilidades se limitan a bajos
caudales y a presiones moderadas.
Rotativos: Producen aire comprimido por un sistema rotatorio y continuo, es decir que empujan el
aire desde la aspiración hacia a la salida, comprimiéndolo.
De paletas: Su funcionamiento consiste en un rotor que es
excéntrico respecto de la carcasa o el cilindro que lleva una serie
de aletas que se ajustan contra las paredes de la carcasa por efecto
de la fuerza centrifuga. Debido a la posición excéntrica de los
cojinetes del rotor, en cada revolución las aletas de deslizan hacia
fuera y hacia adentro de las ranuras del mismo. El gas al entrar, es
atrapado por los espacios que forman las paletas y la pared de la
cavidad cilíndrica, el cual se comprime, al disminuir el volumen de
estos espacios durante la rotación. En la parte alta del cilindro al
comenzar la compresión se inyecta una cierta cantidad de aceite,
este filtrado y refrigerado absorbe el calor producido por la compresión.
Se caracterizan por marcha silenciosa, grandes caudales, presiones moderadas y bajos
rendimientos impidiéndole competir con los compresores de pistón. Alto consumo de
lubricante.
Compresor de anillo líquido (Compresor de lecho fluido):
Posee un rotor con una serie de alabes fijos montados en un
cilindro que está prácticamente lleno de liquido, generalmente agua.
Al girar el rotor las paletas se hunden progresivamente en el lecho
fluido disminuyendo de esta forma el volumen encerrado entre ellas y
produciendo la compresión.
La característica más importante es que al tener el lecho fluido
la compresión se realiza casi a la misma temperatura ya que ésta
actúa como refrigerante. Se utiliza para procesos que requieran poca
elevación de la temperatura.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
25
Compresor de tornillos simples: consiste en un par de
rotores que tienen lóbulos helicoidales de engranaje
constante. Los rotores van montados en un cárter de hierro
fundido provisto de una admisión para aire en uno de los
extremos y una salida en el otro. El aire aspirado llena un
espacio existente entre dos lóbulos, al mismo tiempo se
inyecta aceite sometido a presión. El espacio va
disminuyendo gradualmente para producir la compresión.
Luego la mezcla aire/aceite sale por la descarga, pasando
por un separador que elimina las partículas de aceite.
Estos compresores giran a gran velocidad, se los utiliza en instalaciones que requieren de
gran capacidad de aire comprimido.
Dos rotores:
Compresor Root: presenta dos lóbulos cuyo perfil permite la rotación
simultánea y la constante penetración de uno sobre el otro. Esta
situación hace que quede encerrado en forma sucesiva un
determinado volumen de aire que disminuye hacia la salida a medida
que el giro se produce. Debido a la brusca disminución del volumen,
estos compresores son muy ruidosos. Brindan un caudal
significativamente alto pero a presiones muy bajas.
7.5.2.2 Dinámicos
Se basa en el teorema de la cantidad de movimiento donde gracias a la fuerza recibida del
motor de arrastre se aumenta la velocidad del fluido, para posteriormente transformarla en presión.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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Radial: El recorrido del gas se realiza, entre etapa y etapa,
siguiendo un camino radial. El gas entra por el centro de una
rueda giratoria, provista de aletas radiales, las cuales lanzan el
aire hacia la periferia mediante la acción centrífuga. Antes de ser
guiado hasta el centro del siguiente impulsor el aire pasa a través
de un difusor que transforma la energía cinética en presión. Se
adapta bien a la refrigeración intermedia en cada etapa.
Posee altas velocidades comparado con otros compresores.
Axial: El aire es impulsado por las paletas según el sentido del eje.
El gas pasa axialmente por el compresor por hileras alternadas de
paletas estacionarias y rotativas que comunica velocidad y luego
presión al gas. La refrigeración entre etapas es dificultosa,
limitando a la relación de presión.
Funcionan a mayores velocidades que los centrífugos y se
utilizan en aplicaciones donde es necesario caudal constante y
presiones moderadas.
7.5.3 Ubicación de la sala de compresores
Dependerá de la longitud y magnitud de la red de distribución del aire comprimido. Se
elegirá la parte más fría de la fábrica de manera de aspirar el aire exterior a baja temperatura para
que el rendimiento del compresor sea el máximo. Una disminución de la temperatura, aumenta la
masa de aire aspirado y el volumen de aire comprimido suministrado aumentará también.
La sala deberá estar equidistante de los puntos de consumo de la fábrica, teniendo en cuenta
los mayores consumos que pueden originarse para evitar los grandes diámetros de tuberías de
conducción o perdidas de presión por el transporte de aire a grandes distancias.
Deben estar centralizados en un lugar común para facilita su mantenimiento, lugar cerrado,
bien ventilado, exento posible de polvo de suciedad.
Cuanto más baja sea la temperatura ambiente en la sala de compresores mayor será la
disipación de calor cedido por el compresor durante la compresión. La misma deberá tener una
temperatura menor a 30-380C.
7.5.4 Tratamiento del aire
En la aspiración
El aire ambiente que aspira el compresor, contiene impurezas. A esto se le suma las que el
propio compresor genera así como también las que pueda encontrar en camino hacia los puntos de
distribución. Los contaminantes más comunes son: agua, aceite, polvo, partículas sólidas, neblinas,
olores, sabores y vapores. Esto provoca una disminución del rendimiento y un aumento de los
costos debido al desgaste de los quipos. Para evitar estos se utiliza ciertos accesorios como los
filtros.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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FILTROS ESTÁNDAR
El filtro está construido de manera tal que imprima al aire comprimido
entrante un movimiento de rotación por medio del deflector de paletas eliminando
los contaminantes como polvo y gotas de agua por fuerza centrífuga, filtrando luego
las partículas más pequeñas mediante un elemento filtrante para que el aire
comprimido procesado pueda fluir hacia la salida. Un deflector ubicado debajo del
elemento evita la turbulencia que podría arrastrar los contaminantes extraídos del
aire comprimido.
Para la elección de un filtro estándar se debe tener en cuenta: la caída de
presión que origina para el caudal y presión considerada, el área dispuesta para el
filtrado, el volumen del vaso, la facilidad operativa para el cambio.
En los puntos de utilización
FILTROS DE PARTÍCULAS
Están diseñados para retener partículas sólidas, interceptando las mismas mediante un
elemento filtrante los cuales pueden ser: papel, rejillas metálicas, mallas de nylon, espumas, etc.
FILTROS COALESCENTES
El propósito de estos retener lubricantes, emulsiones y neblinas, mediante el principio de
coalescencia, el cual consiste en una red aleatoria de fibras, la cual ante el paso de aire, produce
formación de gotas alrededor de las fibras, que después caen a un recipiente por gravedad.
Comparado con otros filtros es capaz de retener partículas de menor tamaño, por esto se
debe instalar primero un filtro de partículas antes que uno coalescente evitando que este se sature.
FILTROS DE VAPORES
Son filtros diseñados para remover olores sabores y vapores orgánicos. Su principio de
funcionamiento consiste en una capa filtrante de carbón activado que mediante absorción remueven
los contaminantes.
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Filtro de Partículas
Filtros Coalescentes
Filtros de Carbón Activado
VÁLVULAS
Las válvulas neumáticas controlan o regulan el paso del aire comprimido y se clasifican
según su función. El siguiente cuadro detalla esquemáticamente los distintos tipos de válvulas y sus
principales características.
En los puntos de consumo (como indica la figura con el accesorio A)
se recomienda válvula de globo con paso total.
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Respecto de las características según la presión de trabajo:
En cañerías de baja presión (hasta 7bar/cm2) válvulas diámetro 2” o mas; Hierro fundido, con
mecanismo interno de bronce extremidades brindadas con cara plana.
En cañerías de alta presión (más de 7bar/cm2), válvulas de Acero al carbono forjado, con
extremidades con bridas de cara con resalto para diámetros mayores; en todos los casos el
mecanismo interno será de acero inoxidable AISI 410.
7.5.5 Tratamiento del aire comprimido
Para el secado o deshidratación del aire comprimido, industrialmente se dispone de diversos
procesos, dependiendo el empleo de cada uno de ellos de la calidad que deseamos.
Para la deshidratación del aire se dispone de varios equipos que se dividen según su
ubicación:
aire - aire
Tratamiento a la salida del compresor : Post-enfriadores
aire - agua
Filtros mecánicos
Tratamiento en los puntos de consumo Filtros inerciales
Filtros combinados
Por refrigeración
Tratamiento en las redes de distribución: Secadores Por adsorción
Por absorción
7.5.5.1 Tratamiento a la salida del compresor
Cuando el compresor aspira aire, se inicia un proceso de comprensión que siempre viene
acompañado por un aumento de la temperatura y por ciertas modificaciones en la humedad relativa,
densidad, etc.
El enfriamiento debe producirse con elementos especialmente preparados para ello. Si
nuestra intención es bajar la temperatura del aire a 25ºC (menor que la del ambiente) y estamos a
60ºC, podríamos tratar nuestro problema en dos etapas: La primera utilizando el propio ambiente
como la fuente fría y la segunda utilizando una fuente fría artificialmente preparada. La primera
etapa surge de un concepto económico, aprovechar racionalmente lo que tenemos y la segunda
simplemente para completar lo que la primera no ha podido cumplir.
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Post enfriador aire - aire
Este post-enfriador es muy usado pues su instalación es muy
sencilla y por lo tanto rápida.
Consiste e en un radiador por donde se hace circular el aire
comprimido, que recibe una circulación forzada de aire ambiente. El aire
comprimido se enfría paulatinamente entregando el condensado
correspondiente y luego es entregado nuevamente al sistema.
Sus limitaciones están relacionadas con la máxima presión de
trabajo, la temperatura máxima de operación, la temperatura del
ambiente y la capacidad de circulación que permite, pues cualquier
variación de estos parámetros debería ser tal que a la salida la
temperatura del aire comprimido sea menor que 40ºC. En muchos casos este aparato puede
complementarse con purgas automáticas que eliminan el condensado.
Precauciones generales a tomar para su instalación: Colocar el post-enfriador sobre un
tramo horizontal de la tubería. No debe instalarse pegado a la pared. Colocar en un lugar limpio y
ventilado. Drenar periódicamente.
Post-enfriador aire-agua
El post-enfriador aire-agua es más efectivo que el post-enfriador aire-aire y ocupa menos
volumen, pero en este caso es necesario atender la disminución de la temperatura del agua de
circulación. Este enfriamiento se lleva a cabo en “torres de enfriamiento”. A veces es necesaria una
torre de enfriamiento específica para el post-enfriador, y a veces, dependiendo de la carga, puede
compartir la torre principal, dirigida para el agua de refrigeración de los compresores. Además, se
debe considerar las instalaciones adicionales no mencionadas. Tuberías, bombas. etc.
En la figura se puede apreciar la
evolución del agua de refrigeración,
intercambiando calor con el aire comprimido
que circula por el aparato. La zona de contacto
entre ambos fluidos esta considerablemente
extendida debido al tubo aleteado con que se
construyen. En este caso una parte del
contacto entre fluido es contracorriente y otra
a favor posibilitando la conexión del aparato
en forma simple.
La lección del post-enfriador debe hacerse cuidadosamente. Los parámetros a tener en
cuenta son: caudal, temperatura del aire de entrada, caída de presión admisible (a la presión de
trabajo). La temperatura del aire de salida debe ser tal que asegure el correcto funcionamiento del
secador (en caso de existir).
Las precauciones para la instalación del post-enfriador: Colocarlo en posición horizontal,
usar agua filtrada para evitar obturaciones y mantener el agua en circulación durante la operación.
Drenar periódicamente.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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7.5.5.2 Tratamiento a en los puntos de consumo
Estos filtros deben instalarse antes de cualquier consumo, tienen como función retirar del
aire comprimido el mayor porcentaje posible de agua líquida, aceite y partículas sólidas (incluso las
que el propio compresor haya introducido) y así como también las emulsiones que suelen
producirse al coexistir agua con aceite.
Filtro de acción mecánica
Este tipo de filtros presenta elementos filtrantes que por acción mecánica pueden retener
gotas y partículas sólidas. Las gotas provenientes del condensado se forman en la superficie de los
elementos obedeciendo a un principio de tensión superficial. La gota formada cae por gravedad
hace la zona de recolección. Es conveniente instalar este filtro después del tanque de
almacenamiento y así la red de distribución es grande, uno por cada ramal. La razón es simple:
cuanto más alejado, más oportunidad habrá tenido el aire de intercambiar calor con el medio
ambiente y por lo tanto cabe esperar más cantidad de condensado. En definitiva, el filtro retiraría
más cantidad de agua.
Este filtro debe inspeccionarse periódicamente y si bien los intervalos de atención no son
muy frecuentes (cuando el filtro está bien dimensionado) debe preverse el recambio de los
elementos filtrantes para evitar la saturación de los mismos.
El tamaño de partículas que pueden retener este tipo de filtros está comprendido entre los 20
y 10 micrones con una eficiencia de 45 - 55%.
La elección de estos filtros debe hacerse en función de la presión máxima de régimen del
caudal máximo que podría circular y de la presión que se adopte.
Filtro inercial
Si bien este tipo de filtro también responde a una acción mecánica, esta es dinámica y se
distingue de la anterior.
En un filtro inercial o ciclónico, la acción más destacada es el cambio de dirección. Este
cambio imprime a las partículas pesadas una acción centrífuga, que debidamente aprovechada,
permite controlarlas y retirarlas del torrente de aire.
La eficiencia de separación de estos filtros depende de varios factores, entre otros: la
intensidad del cambio de dirección, la densidad de la partícula que está evolucionando la
temperatura del aire, el tiempo que se pueda mantener el cambio de dirección, etc.
Estos filtros son económicos y si bien son tan eficaces como los anteriores, casi no necesitan
mantenimiento las precauciones son similares a las anteriores.
Filtro combinados
Naturalmente estos filtros son más modernos y reúnen las cualidades
positivas de los anteriores. El hecho de dar al aire un tratamiento inercial
previo a la acción mecánica permite usar elementos filtrantes más delicados y
conseguir así una mayor eficiencia.
La figura muestra un filtro combinado en el que el aire, al entrar,
cambia de dirección para ingresar después al elemento filtrante (desde el
interior al exterior) consiguiendo retenciones de hasta 3 micrones con una
eficiencia similar a los anteriores.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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7.5.5.3 Tratamiento en las redes
Los secadores son equipos que se utilizan para el secado al aire, retirando la mayor parte
posible del agua.
Secadores por refrigeración
El funcionamiento del equipo se reduce al
funcionamiento de una máquina frigorífica. El aire húmedo
se enfría a presión constante, llevando el agua al estado
líquido para poder retirarla del sistema.
El ciclo se desarrolla así: el gas refrigerante
aspirado por el compresor y comprimido, sale con
dirección al condensador, donde se licua y pasa al
evaporador a través de un tubo capilar o a de una válvula
de expansión. El refrigerante líquido se evapora utilizando
el calor del medio, o sea del aire comprimido, enfriándolo,
retirando así la humedad del aire comprimido. Evaporado
el gas, pasa nuevamente al compresor y el ciclo se repite.
Como características operativas, podemos
mencionar: servicio de mantenimiento simple y capacidad
de mantener un punto de rocío constante (temperatura de
saturación correspondiente a la presión del aire húmedo.
La elección del equipo depende de:
1) Temperatura de entrada del aire.
2) Presión de régimen.
3) Temperatura del ambiente.
4) Caudal a procesar.
5) Voltaje y frecuencia de la fuente de alimentación.
Secadores de aire por adsorción
El secado por adsorción es un proceso físico relacionado
con la tensión superficial (capacidad que tienen ciertos
materiales de adherirse naturalmente entre sí).
Los materiales desecantes más usados son la alúmina y
el gel de sílice anhidro o Silicagel (poseedor de porosidades de
muy pequeño diámetro). Cuando el aire húmedo circula a través
de estos materiales, las minúsculas gotitas de agua se le
adhieren retirándose del aire.
Su diseño siempre contempla dos recipientes o torres,
debido a que después de un tiempo de funcionamiento el
material desecante pierde su capacidad para capturar agua.
Cuando uno de los recipientes se satura, el aire húmedo se
orienta hacia el otro permitiendo la continuidad del proceso,
haciéndose circular simultáneamente el aire seco producido por
el recipiente saturado secando el gel y devolviéndole sus
propiedades secantes. En la figura se indica un esquema
simplificado de un secador por adsorción con recuperación del material
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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Secadores de aire por absorción
Este tipo de secadores utiliza un material delicuescente capaz de
reaccionar químicamente con el agua.
El aire húmedo pasa a través del material. Este captura químicamente las
moléculas de agua, licuándolas. El líquido cae hacia el fondo del recipiente
donde se elimina.
Al capturar el agua, este material se va gastando debiéndose reponer
periódicamente con el consiguiente inconveniente que ello significa.
7.5.6 Almacenamiento del aire comprimido
El aire comprimido es una forma de energía muy fácil de almacenar. En
instalaciones, se suele necesitar acumular aire comprimido en un depósito o
tanque de forma y tamaño variado entre el compresor y red de distribución.
Unas funciones de los depósitos son las siguientes.
De acumular aire comprimido como también acumular presión.
Permite amortiguar las oscilaciones en el caudal aire a medida
que se consume
Satisfacer las demandas que superen la capacidad del compresor
Minimizar la carga y descarga frecuentes del compresor
Suministrar enfriamiento adicional como también recoger aceite
y agua condensada.
Es muy importante no confundir este depósito con una fuente de energía
por aire, este depósito actúa como un acumulador para atender la demanda de
aire instantánea y no para suministrar aire continuamente. Tampoco es recomendable conectar
varios compresores a un solo depósito pero si puede resultar útil instalar uno más recipientes
adicionales después del depósito.
Los depósitos de aire comprimido son horizontales o verticales; se construyen en chapa de
acero y constan de una parte cilíndrica llamada virola, y de dos fondos repujados con convexidad
exterior. Los fondos son generalmente embutidos y tienen forma de bóveda esférica; van unidos a
la viola mediante una curva de enlace.
Los depósitos deben llevar los siguientes accesorios:
Válvula de seguridad que permita la evacuación total del caudal del compresor con
sobrecarga que no exceda del 10%.
Manómetro.
Grifo de purga o válvula automática en su fondo que permita la evacuación del agua
condensada y el aceite.
Agujero de limpieza.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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Capacidad
La capacidad del depósito de aire comprimido está determinada según el tipo de regulación
de caudal del compresor.
Si la regulación es: Por válvula piloto 30V P
Automática 35V P
Automática con arrancador 75V P
P: Potencia del compresor o la potencia total instalada en CV
V: Volumen en litros del depósito o de todos los depósitos existentes comunicados entre sí.
Para seleccionar el tamaño del depósito, se utiliza la siguiente fórmula:
Donde:
P1: Presión Máxima en el interior del tanque
P2: Presión Mínima en el interior del tanque
Qn: Caudal suministrado por el compresor en m3/h
Z : Conexiones / Desconexiones por hora del compresor
Vo: Volumen nominal del tanque a Po = 1.013 BAR
7.5.7 Distribución del aire comprimido
Una red de distribución de aire comprimido es un sistema de tuberías que permite
transportar la energía de presión hasta el punto de utilización. No se debe descuidar este tema ya
que pueden conseguirse grandes ahorra financiero limitando o evitando perdidas por fugas y
seleccionando los aparatos y materiales adecuadas distribuyéndolos en la forma más eficiente.
Un depósito de aire debería montarse a la salida del compresor como ya se explico
anteriormente en el sector de almacenamiento de aire comprimido para luego alimentar la red de
tuberías.
Para distribuir correctamente la red, se debería tener en cuenta lo siguiente:
Ubicación de los punto s de consumo
Ubicación de las máquinas
Configuración del edificio
Actividades dentro de la planta industrial
Desde el punto de vista del ambiente podemos dividir la instalación en externa o interna. La
externa es la instalada a la intemperie y la interna la que corre bajo cubierta. Desde el punto de vista
de la posición, puede ser aérea o subterránea y desde la importancia de distribución puede ser
primaria o secundaria.
Hay dos configuraciones básicas de trazado:
A- final en línea muerta
B- Conducto principal en anillo.
0
1 2
250
( )
nQV
Z P P
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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La primera configuración favorece el drenaje y tiene un bajo costo de inversión, pero está
expuesta a mayores pérdidas de carga, lo que aumenta su costo de operación. También requiere una
parada total del sistema cuando se necesita realizar alguna actividad de mantenimiento o
modificación parcial. En la segunda configuración todo punto está abastecido desde las dos
direcciones, permitiendo minimizar la caída de presión.
El costo de los ductos de aire presenta una porción elevada del costo inicial de instalación.
Una reducción en el diámetro de la tubería baja este costo, pero al aumentar la caída de presión en
el sistema, se incrementa el costo de funcionamiento.
Teniendo en cuenta lo enlistado: El trazado de la tubería se debe elegir a modo que el recorrido sea más corto y más recto
posible, evitando los cambios bruscos de dirección, reducciones de sección, curvas, las
piezas en T.
Se debería tratar que el montaje de la misma sea aéreo para facilitar la inspección y el
mantenimiento eligiendo el material adecuado como se profundizara en la siguiente
sección.
Contemplar las variaciones de longitud producidas por dilatación térmica, sin
deformaciones ni tensiones.
Evitar que la tubería se entremezcle con conducciones eléctricas
Sobre dimensionar las tuberías para atender a un fuerte aumento de demanda.
Inclinar la tubería ligeramente de 3% a 5% en el sentido del flujo de aire y colocar en su
extremo una purga manual o automática para evitar que agua condensada escurra en
dirección del compresor.
Colocar llaves de paso en los ramales principales y secundarios de la red, para facilitar la
reparación y el mantenimiento.
Prever las necesidades de filtros, reguladores, o lubricadores.
Sistemas de Conexión de Tuberías:
1. Por Inserción: El tubo está presionado por el anillo exterior
cuando se atornilla la conexión. Al entrar dentro del alojamiento,
reduce su diámetro y representa así una resistencia extra.
2. Por Introducción: No hay resistencias adicionales al flujo, puesto
que la conexión tiene la misma sección de paso interior que el
diámetro interior del tubo que se conecta.
3. Autoestanca: Si no se introduce ningún tubo, la conexión queda
cerrada por una válvula de retención, y cuando se introduce un
tubo, se abre el caudal de aire empujando la válvula de retención
fuera de su asiento.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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7.5.8 Purgas
Es un dispositivo que permite retirar de la instalación el agua líquida condensada. La
instalación de las purgas debe hacerse en las zonas más bajos de la tubería hacia donde se puede
prever que se acumule agua. Se pueden dividir en dos grandes grupos: manuales y automáticos.
Purgas Manuales
Este tipo se hace efectivo con la colocación de una válvula de cierre que puede ser del tipo
esférico, globo o de diafragma. Son muy elementales pero muy efectivas, siempre que se los
mantenga con cuidado. Es conveniente, con el propósito de prolongar los lapsos de apertura,
colocar antes de la válvula in pequeño tanque de almacenamiento del condensado.
Purgas Automáticas
Son aquellas que permiten la evacuación del condensado en forma totalmente independiente.
La clasificación de estas se realiza según el parámetro que se toma como variable.
Purgas por Flotación
Purgas por presión diferencial
Purgas motorizados
Las de flotación se caracterizan por acumular el agua
de condensación en el fondo y cuando sube lo suficiente para
levantar el flotador de su asiento, la presión transmite al
embolo que abre el asiento de la válvula de alivio y expulsa
el agua. El flotador baja entonces, para cerrar el suministro
de aire al embolo. La siguiente imagen se puede ver una vista
de estos tipos de purgas.
Las de presión diferencial permiten eliminar
condensado frente a una variación de la presión provocada
por la acumulación de líquido. No son en general para
grandes cantidades de condensado.
Las purgas motorizadas o también conocidas como
purgas accionadas eléctricamente consisten en drenar
periódicamente el agua de condensado por medio de una leva
que dispara una válvula accionado por un motor eléctrico.
Esta purga es la más aconsejable cuando existe un caudal de condensado muy significativo
como por ejemplo en el tanque de almacenamiento.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
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7.5.9 Tuberías para aire comprimido
Una vez determinados los datos de consumos de cada punto de la línea de producción y la
presión media para el funcionamiento de las herramientas, calcularemos las tuberías.
El diámetro y el espesor de las tuberías dependen del caudal horario requerido, de la presión
de trabajo y las perdidas admisibles para el circuito de de aire (no deben superar el 10% del aire
aspirado).
La selección del material de construcción de la tubería depende de las condiciones del
ambiente trabajo, la calidad del aire requerida y la presión de trabajo. El mercado presenta las
siguientes ofertas de tubos para aire comprimido: acero sin costura, roscados (galvanizados,
cincados), aluminio, acero inoxidable y de materiales sintéticos (Poliamida, Poliuretano,
Polietileno). En primer lugar los tubos acero inoxidable y los de cobre son usados donde se requiere
un calidad de aire superior por ejemplo en hospitales, industria alimenticia y química. Los tubos de
acero son costura pueden presentar corrosión (tubos negros) y tiene gran masa en comparación a los
de aluminio y sintéticos. Los tubos sintéticos si bien son livianos y resistentes a la presión, esta
resistencia disminuye al aumentar la temperatura, tiene más apoyos en comparación con los tubos
de acero y se pueden romper fácilmente.
Por último los más adecuados a nuestra utilización seria los tubos de aluminio y los acero
roscados (galvanizados y cincados). Ambos tienen una gran variedad de accesorios en el mercado y
no poseen un precio elevado comparado con otros productos. Los tubos roscados al cabo se cierto
uso pueden presentar filtraciones en los sellos de las roscas. Ambos tienen facilidad de instalación y
buenas características físicas. Los tubos de acero roscados pueden presentar corrosión aun en
cincados.
Características principales de los distintos tubos:
Cuadro comparativo:
Tipos de tubos Ventajas Desventajas
Acero sin Costura Posibilidad de doblar Corrosión, gran masa, difícil montaje
Roscados Disponibilidad de accesorios Resistencias al flujo, necesidad de roscar y soldar.
Acero Inoxidable Ausencia de corrosión, posibilidad de doblar
Piezas y accesorios costosos. Oferta limitada
Cobre Ausencia de corrosión, aire alta calidad
Alto precio, montaje operaros especializados
Aluminio Ausencia de corrosión, pared lisa
Resistencia hasta 14 bar, menor distancia entre apoyos.
Material Sintético (PVC) Ausencia de corrosión, livianos , flexibles, instalación sencilla
Dilatación térmica (menor resistencia a la presión) Posibilidad de cargas electroestáticas
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7.5.10 Regulación del aire comprimido
7.5.10.1 Regulación de la presión del aire comprimido
La energía en la neumática está directamente relacionada con la presión del sistema. Las
herramientas que permiten controlarla son los reguladores de presión. Con el regulador de presión
podemos conseguir una presión menor a la que genera el compresor, presión que adaptaremos a
nuestras necesidades de trabajo.
Podemos distinguir dos presiones (o niveles de energía) diferentes: la presión que entrega la
fuente compresora “presión de régimen” y la presión que usamos para trabajar “presión de trabajo”.
Observemos que la primera puede ser variable, obedeciendo en sus cambios a las
posibilidades y regulación del compresor, mientras que la segunda siempre deberá ser constante,
para un aprovechamiento racional de la energía neumática, necesitamos que esta se mantenga al
mismo nivel.
7.5.10.2 Reguladores de presión estándar
Funcionamiento: Se basa en el equilibrio de fuerzas en una membrana que soporta por su
parte superior la tensión de un resorte, tensión que puede variarse a voluntad del operador por la
acción de un tornillo de accionamiento manual. Por su parte inferior, la membrana está expuesta a la
presión de salida y por lo tanto a otra fuerza, que en condición de descanso, resulta ser igual a la
tensión del resorte.
Cuando la membrana está en equilibrio la entrada de
aire comprimido está cerrada. Si desequilibráramos el sistema
por aumento voluntario de la tensión del resorte la membrana
descendería ligeramente abriendo la entrada de aire a presión.
Su introducción se permitirá hasta que nuevamente se logre el
equilibrio perdido, solo que esta vez a la salida la presión será
ligeramente mayor.
Otra forma de desequilibrio puede producirse cuando se
“afloja” el resorte. En este caso la membrana subirá destapando
el orificio central (hasta ahora obturado por el vástago del tapón
de cierre) permitiendo que el aire escape a la atmósfera por los
orificios señalados. Este escape se mantendrá hasta que la
presión de salida (que obviamente ha disminuido) produzca una
fuerza tal que restablezca el equilibrio.
El regulador que trabaja según la descripción anterior se
llama “regulador de presión con escape”. Aumentan las
condiciones de presión previstas tanto por exceso como por
defecto.
Retomando la situación de aflojar el resorte, puede
ocurrir que la membrana al subir no destape ningún orificio
(porque este no exista), en este caso no habrá escape de presión
a la atmósfera. Estamos en presencia de un “regulador de presión sin escape”.
Cabe mencionar que en este caso la presión no descenderá hasta que no se produzca algún
consumo.
En la figura encerrada con un círculo se muestra el detalle de un regulador sin
escape.
72.02 – Industrias I Aire Comprimido
39
Sólo con la intención de ilustrar las posibilidades de componentes
disponibles, brindamos a continuación el esquema de un mini-regulador de aire
con escape.
7.5.10.3 Características de calidad de un regulador
Estándar: Es interesante detenerse a pensar en que características habrán de permitir la elección de
un regulador de mayor calidad que otro.
Los parámetros ciertos de comparación entre reguladores son: capacidad de flujo y capacidad
de mantenimiento de la presión regulada.
Capacidad de flujo: El aire debe evolucionar a través de intrincados conductos antes de salir del
regulador. Cualquier acción que se verifique en el sentido de permitir un fluir menos complicado,
redundará en un mejor desempeño del aparato.
Simplemente como orientación, diremos que los elementos relacionados con el desempeño,
en cuanto a flujo se refieren, son diámetro de pasaje de la válvula principal, curvas o desviaciones
suaves, amplitud, dispositivos de comparación, resorte de regulación, rigidez de diafragma, etc.
7.5.11 Lubricación
Entre los componentes neumáticos existen dos formas de llevar a cabo la lubricación: con
lubricantes sólidos y con lubricantes líquidos.
En muchos casos se prefiere el lubricante sólido dado que existe menos riesgo de contaminación del
producto que se estuviera elaborando.
Cuando en cambio, se trata de lubricante líquido, la solución formal es instalar lubricadores.
La función de estos aparatos es incorporar al aire ya tratado, una determinada cantidad de aceite.
Una clasificación razonable para ellos puede hacerse atendiendo a su zona de influencia, así
tenemos:
1) Unidades individuales de lubricación.
2) Unidades centrales de lubricación.
7.5.11.1 Unidades individuales de lubricación
En todos los casos estas unidades cuentan con un dispositivo que eleva el aceite y lo
incorpora en la vena de aire en forma pulverizada. Esta elección puede controlarse externamente y la
energía para hacerlo, así como también la necesaria para su pulverización, se toma de la energía del
aire en circulación. Existen dos grandes grupos de lubricadores individuales que se distinguen por el
tipo de niebla de aceite que producen:
a) El estándar
b) El de micro niebla
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a) El lubricador estándar:
En el lubricador estándar se produce una caída de presión entre la entrada y la salida,
directamente proporcional al caudal unitario, provocada por la restricción del flujo. La diferencia de
presión provoca la elevación de la columna de aceite del vaso al visualizador del goteo. El aceite se
infiltra por el orificio capilar en la corriente de aire principal de mayor velocidad. El aceite se rompe
en partículas minúsculas, se atomiza y mezcla homogéneamente.
El problema característico reside en que la caída de presión está directamente relacionada con
el caudal en circulación. La aplicación de este principio se vería limitado a caudales pequeños si no
existiera la posibilidad de modificar la sección transversal en relación con el aumento o la
disminución del caudal. Hay por lo menos tres dispositivos que permiten una variación proporcional,
ellos son: válvula de asiento, pistón y aleta flexible.
En la figura apreciamos los
esquemas que materializan los
distintos tipos de construcción.
En la figura vemos un lubricador de aleta
flexible completo.
Existen otros tipos de lubricadores estándar
que se han construido sin respetar estos principios.
Son los que tienen una proporción de mezclado
llamada regresiva, cuanto mayor sea el caudal de
aire en circulación, menor es la cantidad de aceite
por unidad de volumen de aire comprimido.
Para que se comprenda la función de un lubricador proporcional, presentamos en la figura el
comportamiento presión/flujo, teórico y real.
La línea “T” corresponde al comportamiento teórico de caída de presión con respecto al
aumento de flujo (proporcional: mezcla ideal aire-aceite).
La curva “S” representa el comportamiento real para un lubricador proporcional y la curva
“R” es el comportamiento que se obtiene con un lubricador de orificio fijo o regresivo.
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El tamaño de estos aparatos está directamente relacionado con la necesidad de caudal que se
tenga. Su capacidad de lubricación está limitada a aproximadamente 7 metros de recorrido por la
tubería.
b) El lubricador de micro niebla:
Asegura la pulverización extra fina. Se
aconseja instalar antes del lubricador un filtro que
asegure la retención de partículas sólidas de tamaño
muy fino y posibles partículas de aceite provenientes
del compresor.
7.5.11.2 Unidades centrales de lubricación
El aire comprimido pasa a través del filtro de entrada y del lubricador dividiéndose en dos
flujos, uno destinado a regular la presión diferencial y otro a generar la micro niebla de aceite.
Ventajas:
Mínimo caudal de arranque
Escasa caída de presión
Alto caudal máximo
Inmediata respuesta
Muy fácil maniobrabilidad
Reducción del costo de mantenimiento de la instalación
Optimización del consumo de aceite
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Bibliografía: Manual sobre aire comprimido y su aplicación en la industria. Departamento de Comunicaciones de Atlas Copco Venezuela S.A. Atlas Copco Manual (3° Edición) España 1979. Trabajo practico sobre líneas de Aire de industrias 1, Facultad de ingeniería. Año 2008, 1° cuatrimestre. Grupo Ing. Ramos Lobo
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Anexo Cuadro Comparativo de tuberías
