4. SISTEMAS DE AIRECOMPRIMIDO.

AHORRO Y USO RACIONAL DE LAENERGIA EN AIRE COMPRIMIDO.

INTRODUCCION Y DEFINICION DEAIRE COMPRIMIDO.

n El aire comprimido es un gas incoloro,insipido einodoro. Es una mezcla de gases.

n Los principales usos del aire comprimido son:

u Para transmitir potencia, es de vitalimportancia para el funcionamiento deherramientas neumáticas.

u Para proveer aire de combustión.

u Como medio de transporte de elemntos yparticulas.

u Para faciltar una reacción química como elvulcanizado.

TIPOS DE COMPRESORES

RECIPROCANTES

De aletas Anillo líquido Lobulos rotatorios Tornillo

ROTATORIOS

DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO(Flujo Intermitente)

Centrífugos Flujo axial Flujo Mixto.

DINAMICOS EYECTORES

FLUJO CONTINUO

COMPRESORES

DEFINICION DE PRESION YPOTENCIA.

n Presion es la fuerza por unidad de área.

n Una relación practica en Aire comprimido : 1 BHPProduce 4.3 acfm a 100 psig (aprox)

PRESION ABSOLUTA =MANOMETRICA + ATMOSFERICA

P. ATMOSFERICA

VACIO

P. MANOMETRICA

VACIO ABSOLUTO

P. ATMOSFERICA (VARIABLE)

CUALQUIER PRESION SOBRE LA ATMOSFERICA

CUALQUIER PRESION DEBAJO DE LAATMOSFERICA

SELECCIÓN DEL COMPRESOR

n Para seleccionar un compresor hay que tener encuenta los siguientes aspectos:

u Para alta presión arriba de 250 psi se utilizan soloreciprocantes.

u Según el Tipo de Trabajo:F Para trabajo pesado se aplican los reciprocantes.

F Para un trabajo medio los centrífugos o los detornillo.

u Según su confiabilidad.

u Según el espacio y necesidades de anclaje: Losrotatorios requieren menos espacio y anclaje.

u Si se requiere aire libre de aceite.

n En el costo total del aire comprimido se incluyenvarios factores totales a saber:

n Tabla 1 Valores que afectan el costo de aire.

COSTO REAL DEL AIRE COMPRIMIDO.

Compresor de tornillohasta 75 Bhp.

CompresorReciprocante mayor de

75 Bhp.

Costo Porcentaje Costo Porcentaje

Mantenimiento 20 Mantenimiento 15

Operación --- Operación 20

Energía 80 Energía 65

COSTO REAL DEL AIRECOMPRIMIDO.

n Por ejemplo para un compresor de tornillo de 25Bhp trabajando 8hrs diarias,los costos totales son:

Costo Energía Costo total

Día $21.600 $27.000

Mes $648.000 $810.000

Año $7´776.000 $9´720.000

EL SISTEMA DE DISTRIBUCION DEAIRE COMPRIMIDO Y SUSCOMPONENTES.

n Toda red de aire comprimido consta de lossiguentes elementos:

n La red de succión (para los compresoresreciprocantes de gran potencia).

n El compresor.

n El Postenfriador.

n El tanque de almacenamiento principal.

n El secador.

n La red principal y secundaria.

n Trampas de drenaje.

n Unidades FRL.

RENDIMIENTO DEL SISTEMA DE AIRECOMPRIMIDO.

n La disminución del rendimiento un sistema de aire estaafectada por:

u El Compresor.

u La red de distribución

u El aire mismo.

n El Compresor.

n Un compresor de dos etapas de compresión supone unahorro de 10 a 15% de energía respecto a uno de una solaetapa.

n El factor de carga es la relación entre el suministro de airecomprimido real y el suministro teórico de diseño.

n El F.C. Nunca debe ser 100%

n El F.C. Debe estar 50-80%

RENDIMIENTO DEL SISTEMA DE AIRECOMPRIMIDO.

n Para un mejor rendimiento del compresor el aire aspiradodebe estar limpio y frío. Cada 4ºC. de aumento detemperatura en el aire aspirado, aumenta el consumo deenergía en 1% para el mismo caudal.

n El aire debe aspirarse preferiblemente del exterior, latubería debe ser recta y corta con filtro de aire.

n Cada 25 mbar de perdida de carga en la succión provocauna reducción de un 2% en el rendimiento.

n En la Red.n La red se debe diseñar de acuerdo a la capacidad del

compresor y a los consumos, un tamaño deficiente causaun aumento en las perdidas y una caída del rendimiento.

n Con el fin de mantener la presión en todo el sistema, la redse debe construir en forma de “Loop”, cerrado.

FOCOS DE PERDIDA DE ENERGIA YEVALUACION DE ESTAS.

n Por Fugas:

n Para comprimir aire se requiere energía, lasfugas son perdidas de energía.

n Las perdidas por fugas varían desde un 5% a10% en instalaciones bien mantenidas, y hastaun 30% e incluso hasta un 50% en instalacionesdescuidadas.

n El costo de reacondicionamiento de la red esmuy pequeño en comparación con los costos deperdidas de energía.

FOCOS DE PERDIDA DE ENERGIA YEVALUACION DE ESTAS.

Tabla 3 Descarga de aire a través de un orificio ( Diámetro enpulgadas)

DESCARGA DE AIRE EN CFMPresión(Man)

psi 7 15 30 45 80 100 125

1/64" 0.073 0.105 0.158 0.211 0.335 0.406 0.494

1/32" 0.293 0.402 0.633 0.845 1.34 1.62 1.98

1/8" 4.68 6.72 10.1 13.5 21.4 26.0 31.6

1/4" 18.7 26.9 40.5 54.1 85.7 104.0 126

3/8" 42.2 60.5 91.1 122.0 193.0 234.0 284

1/2" 75.0 108.0 162.0 216.0 343.0 415.0 506

FOCOS DE PERDIDA DE ENERGIA YEVALUACION DE ESTASTabla 4 PERDIDAS ANUALES DE ENERGIA POR FUGAS.

$ = kwh * 195$ /kwh* 8000h/año.

Perdida de EnergiaORIFICIO

(mm)

Perdidas de aire a6bar(88psi) en

L/S Kw/h $/año

1 1.24 0.3 468.000

3 11.14 3.1 4´836.000

5 30.95 8.3 12´948.000

10 123.8 33 51´480.000

FOCOS DE PERDIDAS POR FUGAS YEVALUACION DE ESTAS.

n Los puntos de fuga mas frecuentes son:

u Válvulas de seguridad de los depósitosacumuladores.

u Juntas de tuberías y mangueras.

u Válvulas de corte que hacen mal cierre.

u Enchufes rápidos.

u Herramientas neumáticas.

u Fugas en los equipos.

FOCOS DE PERDIDAS POR FUGAS YEVALUACION DE ESTAS.

n Por Redes de Distribución.

n Estas pueden afectar el rendimiento del sistema por:

u Mal diseño.

u Defectos en sus elementos.

n En una red de distribución a 7 bar (103 psi), dispuestade manera optima no deberá tener una caída depresión de 0.3 bar (5psi)(5%) entre el compresor y elpunto mas lejano.

n Algunas medidas practicas a tomar:

n Dimensionar la red de acuerdo al volumen de aire atransportar.

n Las tomas de aire deben realizarse siempre desde laparte superior del colector.

FOCOS DE PERDIDAS POR FUGAS YEVALUACION DE ESTAS.

n Dimensionar los acoples y mangueras de conexióngenerosamente ya que en estos se producen lasmayores caídas de presión.

n Mantener el siguiente rango de velocidades del aire:

u Para líneas de distribución : 6 a 10 m/s.

u Para líneas secundarias: hasta 15 m/s.

u En las mangueras hasta 30 m/s.

n Instalar secadores en la red con el fin de retirar lahumedad presente en el aire.

n En los puntos mas alejados si se presenta una altacaída de presión instalar tanques pulmones en estossitios.

RECUPERACION DE ENERGIATERMICA EN UN SISTEMA DE AIRECOMPRIMIDO.

n Figura 2 Distribucion de Energia en un Compresor.

Entrada total deEnergía 100%

Calor al medio

Caloren laetapade baja

Calor en elinterenfriador

Caloren laetapadealta.

Calor en elpostenfriador Total

94%

Energianeumática 6%

RECUPERACION DE ENERGIA TERMICA EN UNSISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

n En conjunto un 94% de la energía consumida setransforma en calor perdido.Unicamente un 6% permanececomo energía neumática.

n No todo el calor puede recuperarse, una fracción puedeaprovecharse.

n En compresores enfriados por agua.

n Puede recuperarse hasta el 90 % de la energía de entradaen forma de agua caliente a temperatura de 70 y 80 ºC.Utilizandose como alimentación a calderas o calefacción.

RECUPERACION DE ENERGIATERMICA EN UN SISTEMA DE AIRECOMPRIMIDO

n Fig 3 Recuperación de calor en compresor Reciprocanteenfriado por agua

ENTRADA DE AGUA ALCOMPRESOR

SALIDA DE AGUA DELCOMPRESOR

INTERCAMBIADORDE CALOS

AGUAFRIA

S..AGUACALIENTE