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Producción del aire comprimido




Enviado por resnick_halliday



    Neumática

    1. Tipos de
      compresores
    2. Elección del compresor
      Caudal
    3. Regulación
    4. Refrigeración
    5. Material de
      tuberías

    Para producir aire comprimido se utilizan
    compresores
    que elevan la presión
    del aire al valor de
    trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se
    alimentan desde una estación central. Entonces no es
    necesario calcular ni proyectar la transformación de la
    energía para cada uno de los consumidores. El aire
    comprimido viene de la estación compresora y llega a las
    instalaciones a través de tuberías.

    Los compresores móviles se utilizan en el ramo de
    la construcción o en máquinas
    que se desplazan frecuentemente.

    En el momento de la planificación es necesario prever un
    tamaño superior de la red, con el fin de poder
    alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en
    el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la
    instalación, al objeto de que el compresor no resulte
    más tarde insuficiente, puesto que toda ampliación
    ulterior en el equipo generador supone gastos muy
    considerables.

    Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el
    generador de aire comprimido tendrá una larga
    duración. También debería tenerse en cuenta
    la aplicación correcta de los diversos tipos de
    compresores.

    Tipos de
    compresores

     Según las exigencias referentes a la
    presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden
    emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen dos
    tipos básicos de compresores:

    El primero trabaja según el principio de
    desplazamiento. La compresión se obtiene por la
    admisión del aire en un recinto hermético, donde se
    reduce luego el volumen. Se
    utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o
    rotativo).

    El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es
    aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la
    aceleración de la masa (turbina).

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    Compresores de émbolo

    Compresor de émbolo oscilante . Este es el tipo
    de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para
    comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de
    trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles
    de kPa (bar).

    Compresor de émbolo oscilante

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    Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario
    disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a
    una compresión previa por el primer émbolo,
    seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el
    siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara
    de compresión es, en conformidad con la relación,
    más pequeño. Durante el trabajo de
    compresión se forma una cantidad de calor, que
    tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.

    Los compresores de émbolo oscilante pueden
    refrigerarse por aire o por agua, y
    según las prescripciones de trabajo las etapas que se
    precisan son:

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    Para los caudales véase la figura 14 diagrama.

    Compresor de membrana

    Este tipo forma parte del grupo de
    compresores de émbolo. Una membrana separa el
    émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en
    contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso,
    el aire comprimido estará exento de aceite. Estos,
    compresores se emplean con preferencia en las industrias
    alimenticias farmacéuticas y químicas.

    Compresor de émbolo rotativo

    Consiste en un émbolo que está animado de
    un movimiento
    rotatorio. El aire es comprimido por la continua reducción
    del volumen en un recinto hermético.

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    Compresor rotativo multicelular

    Un rotor excéntrico gira en el interior de un
    cárter cilíndrico provisto de ranuras de entrada y
    de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus
    dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal
    prácticamente uniforme y sin sacudidas. Para el caudal
    véase la figura 14 (diagrama). El rotor está
    provisto de un cierto número de aletas que se deslizan en
    el interior de las ranuras y forman las células
    con la pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas
    son oprimidas por la fuerza
    centrífuga contra la pared del cárter, y debido a
    la excentricidad el volumen de las células varía
    constantemente.

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    Compresor de tornillo helicoidal, de dos
    ejes:

    Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles
    cóncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire
    aspirado axialmente. En estos compresores, el aire es llevado de
    un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de
    impulsión, la estanqueidad se asegura mediante los bordes
    de los émbolos rotativos.

    Compresor Roots

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    Turbocompresores

    Trabajan según el principio de la dinámica
    de los fluidos, y son muy apropiados para grandes caudales. Se
    fabrican de tipo axial y radial. El aire se pone en
    circulación por medio de una o varias ruedas de turbina.
    Esta energía cinética se convierte en una
    energía elástica de compresión. Para el
    caudal, véase la figura 14 (diagrama).

    La rotación de los alabes acelera el aire en
    sentido axial de flujo.

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    Aceleración progresiva de cámara a
    cámara en sentido radial hacia afuera; el aire en
    circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se
    vuelve a acelerar hacia afuera.

    Elección
    del compresor Caudal

    Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra
    el compresor. Existen dos conceptos.
    El caudal teórico y El caudal efectivo o real

    En el compresor de émbolo oscilante, el caudal
    teórico es igual al producto de
    cilindrada * velocidad de
    rotación. El caudal efectivo depende de la
    construcción del compresor y de la presión. En este
    caso, el rendimiento volumétrico es muy
    importante.

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    Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor.
    Sólo éste es el que acciona y regula los equipos
    neumáticos.
    Los valores
    indicados según las normas
    ?representan valores
    efectivos (p. ej.: DIN 1945).
    El caudal se expresa en m3/min ó m3/h

    .No obstante, son numerosos los fabricantes que
    solamente indican el caudal teórico

    Presión

    También se distinguen dos conceptos:

    La presión de servicio es la
    suministrada por el compresor o acumulador y existe en las
    tuberías que alimentan a los consumidores. La
    presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo
    considerado. En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6
    bar). Por eso, los datos de servicio
    de los elementos se refieren a esta presión. Importante:
    Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario
    que la presión tenga un calor constante. De ésta
    dependen : – la velocidad – las fuerzas – el desarrollo
    secuencial de las fases de los elementos de trabajo.

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    Accionamiento

    Los compresores se accionan, según las
    exigencias, por medio de un motor
    eléctrico o de explosión interna. En la industria, en
    la mayoría de los casos los compresores se arrastran por
    medio de un motor eléctrico.

    Si se trata de un compresor móvil, éste en
    la mayoría de los casos se acciona por medio de un motor
    de combustión (gasolina, Diesel ).

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    Regulación

    Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el
    compresor al consumo que
    fluctúa, se debe proceder a ciertas regulaciones del
    compresor. Existen diferentes clases de regulaciones. El caudal
    varía entro dos valores límites
    ajustados (presiones máxima y mínima).

    Regulación de marcha en
    vacío

    Regulación de carga parcial

    Regulación por intermitencias

    a) Regulación por escape a la atmósfera

    a) Regulación de velocidad de
    rotación

    b) Regulación por aislamiento de la
    aspiración

    b) Regulación por estrangulación
    de la aspiración

    c) Regulación por apertura de la
    aspiración

    Regulación de marcha en
    vacío:

    a) Regulación por escapo a la
    atmósfera

    En esta simple regulación se trabaja con una
    válvula reguladora de presión a la salida del
    compresor. Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado la
    presión deseada, dicha válvula abre el paso y
    permite que el aire escape a la atmósfera. Una
    válvula antirretorno impide que el depósito se
    vacíe (sólo en instalaciones muy
    pequeñas).

    b) Regulación por aislamiento de la
    aspiración

    En este tipo de regulación se bloquea el lado de
    aspiración. La tubuladura de aspiración del
    compresor está cerrada. El compresor no puede aspirar y
    sigue funcionando en el margen de depresión.
    Esta regulación se utiliza principalmente en los
    compresores rotativos y también en los de émbolo
    oscilante.

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    c) Regulación por apertura de la
    aspiración

    Se utiliza en compresores de émbolo de
    tamaño mayor. Por medio de una mordaza se mantiene abierta
    la válvula de aspiración y el aire circula sin que
    el compresor lo comprima. Esta regulación es muy
    sencilla.

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    Regulación de carga parcial

    e) Regulación de la velocidad de
    rotación

    El regulador de velocidad del motor de combustión
    interna se ajusta en función de
    la presión de servicio deseada, por medio de un elemento
    de mando manual o
    automático. Si el accionamiento es eléctrico, la
    velocidad de rotación puede regularse de forma progresiva
    empleando motores de polos
    conmutables. No obstante, este procedimiento no
    es muy utilizado.

    b) Regulación del caudal aspirado

    Se obtiene por simple estrangulación de la
    tubuladura de aspiración. El compresor puede ajustarse
    así a cargas parciales predeterminadas. Este sistema se
    presenta en compresores rotativos o en
    turbocompresores.

    Regulación por Intermitencias

    Con este sistema, el compresor tiene dos estados de
    servicio (funciona a plena carga o está desconectado). El
    motor de accionamiento del compresor se para al alcanzar la
    presión Pmax. Se conecta de nuevo y el compresor trabaja,
    al alcanzar el valor mínimo Pmin.

    Los momentos de conexión y desconexión
    pueden ajustarse mediante un presóstato. Para mantener la
    frecuencia de conmutación dentro de los límites
    admisibles, es necesario prever un depósito de gran
    capacidad.

    Regulación intermitente

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    Refrigeración

    Por efecto de la compresión del aire se
    desarrolla calor que debe evacuarse. De acuerdo con la cantidad
    de calor que se desarrolle, se adoptará la
    refrigeración más apropiada. En compresores
    pequeños, las aletas de refrigeración se encargan
    de irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un
    ventilador adicional, que evacua el calor.

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    Cuando se trata de una estación de
    compresión de más de 30 kW de potencia, no
    basta la refrigeración por aire. Entonces los compresores
    van equipados de un sistema de refrigeración por
    circulación de agua en circuito cerrado o abierto. A
    menudo se temen los gastos de una instalación mayor con
    torre de refrigeración. No obstante, una buena
    refrigeración prolonga la duración del compresor y
    proporciona aire más frío y en mejores condiciones.
    En ciertas circunstancias, incluso permite ahorrar un
    enfriamiento posterior del aire u operar con menor
    potencia.

    Lugar de emplazamiento

    La estación de compresión debe situarse en
    un local cerrado e insonorizado. El recinto debe estar bien
    ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco,
    limpio de polvo y seco posible.

    Acumulador de aire comprimido

    El acumulador o depósito sirve para estabilizar
    el suministro de aire comprimido. Compensa las oscilaciones de
    presión en la red de tuberías a medida que se
    consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del
    acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo,
    en el acumulador se desprende directamente una parte de la
    humedad del aire en forma de agua

    Acumulador

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    El tamaño de un acumulador de aire comprimido
    depende:

     Del caudal de suministro del compresor

     Del consumo de aire

     De la red de tuberías (volumen
    suplementario)

     Del tipo de regulación

     De la diferencia de presión admisible en el
    interior de la red.

    Determinación del acumulador cuando el compresor
    funciona Intermitentemente

    El tamaño de un acumulador puede determinarse
    según el diagrama de la figura 24.

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    Distribución del aire
    comprimido

    Como resultado de la racionalización y automatización de los dispositivos de
    fabricación, las empresas precisan
    continuamente una mayor cantidad de aire. Cada máquina y
    mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo
    abastecido por un compresor, a través de una red de tuberías.
    El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera
    que si el consumo aumenta, la pérdida de presión
    entre él depósito y el consumidor no
    sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presión
    excede de este valor, la rentabilidad
    del sistema estará amenazada y el rendimiento
    disminuirá considerablemente. En la planificación
    de instalaciones nuevas debe preverse una futura
    ampliación de la demanda de
    aire, por cuyo motivo deberán dimensionarse generosamente
    las tuberías. El montaje posterior de una red más
    importante supone costos dignos de
    mención.

    Dimensionado de las tuberías

    El diámetro de las tuberías no
    debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de
    acuerdo con cualquier regla empírica, sino en conformidad
    con:

    el caudal

    la longitud de las tuberías

    la pérdida de presión (admisible) la
    presión de servicio la cantidad de estrangulamientos en la
    red

    En la práctica se utilizan los valores reunidos
    con la experiencia. Un nomograma (figura 25) ayuda a encontrar el
    diámetro de la tubería de una forma rápida y
    sencilla.

    Cálculo de una tubería:

    El consumo de aire en una industria es de 4 m3/min (240
    m3/h). En 3 años aumentará un 300%, lo que
    representa 12 m3/min (720 m3/h).

    El consumo global asciende a 16 m3/min (960 m3/h) La red
    tiene una longitud de 280 m; comprende 6 piezas en T, 5 codos
    normales, 1 válvula de cierre. La pérdida admisible
    de presión es de A p = 10 kPa (0,1 bar). La presión
    de servicio es de 800 kPa (S bar).

     Se busca: El diámetro de la
    tubería

    El nomograma de la figura 25, con los datos dados,
    permite determinar el diámetro provisional de las
    tuberías.

    solución:

    En el nomograma, unir la línea A (longitud M
    tubo) con la B (cantidad de aire aspirado) y prolongar el trazo
    hasta C (eje l). Unir la línea E,(presión). En la
    línea F (eje 2) se obtiene una intersección. Unir
    los puntos de intersección de los ejes 1 y 2. Esta
    línea corta la D (diámetro nominal de la
    tubería) en un punto que proporciona el diámetro
    deseado.

    En este caso, se obtiene para el diámetro un
    valor de 90 mm.

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    Tomado del manual de neumática de FMA Pokorny,
    Francfort

    Las resistencias
    de los elementos estranguladores (válvula de cierre,
    válvula esquinera, pieza en T, compuerta, codo normal) se
    indican en longitudes supletorias. Se entiende por longitud
    supletoria la longitud de una tubería recta que ofrece la
    misma resistencia al
    flujo que el elemento estrangulador o el punto de
    estrangulación. La sección de paso de la
    "tubería de longitud supletoria" es la misma que la
    tubería.

    Un segundo nomograma (figura 26) permite averiguar
    rápidamente las longitudes supletorias.

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    seleccione la opción "Descargar"

    Con esta longitud total de tubería de 380 m, el
    consumo de aire, la pérdida de presión y la
    presión de servicio se puede determinar, como en el
    problema anterior, con ayuda del nomograma (figura 25) el
    diámetro definitivo de las tuberías.

    En este caso, el diámetro es de 95 mm.

    Tendido de la red

    No solamente importa el dimensionado correcto de las
    tuberías, sino también el tendido de las
    mismas.

    Las tuberías requieren un mantenimiento
    y vigilancia regulares, por cuyo motivo no deben instalarse
    dentro de obras ni en emplazamientos demasiado estrechos. En
    estos casos, la detección de posibles fugas se hace
    difícil. Pequeñas faltas de estanqueidad ocasionan
    considerables pérdidas de presión.

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    En el tendido de las tuberías debe cuidarse,
    sobre todo , de que la tubería tenga un descenso en el
    sentido de la corriente, del 1 al 2%.

    En consideración a la presencia de condensado ,
    las derivaciones para las tomas aire en el caso de que las
    tuberías estén tendidas horizontalmente, se
    dispondrán siempre en la parte superior del
    tubo.

    Así se evita que el agua
    condensada que posiblemente en encuentre en la tubería
    principal llegue a través de las tomas. Para recoger y
    vaciar el agua condensada se disponen tuberías especiales
    en la parte inferior de la principal.

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    En la mayoría de los casos, la red principal se
    monta en circuito cerrado. Desde la tubería principal se
    instalan las uniones de derivación.

    Con este tipo de montaje de la red de aire comprimido se
    obtiene una alimentación uniforme cuando el consumo de
    aire es alto. El aire puede pasar en dos direcciones.

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    En la red cerrada con interconexiones hay un circuito
    cerrado, que permite trabajar en cualquier sitio con aire,
    mediante las conexiones longitudinales y transversales de la
    tubería de aire comprimido,

    Ciertas tuberías de aire comprimido pueden ser
    bloqueadas mediante válvulas
    de cierre (correderas) si no se necesitan o si hay que separarlas
    para efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento.
    También existe la posibilidad de comprobar faltas de
    estanqueidad.

    Material de
    tuberías

    Tuberías principales

    Para la elección de los materiales
    brutos, tenemos diversas posibilidades:

    Cobre Tubo de acero negro,
    Latón Tubo de acero galvanizado, Acero fino
    Plástico

    Las tuberías deben poderse desarmar
    fácilmente, ser resistentes a la corrosión y de precio
    módico.

    Las tuberías que se instalen de modo permanente
    se montan preferentemente con uniones soldadas. Estas
    tuberías así unidas son estancas y, además
    de precio económico. El inconveniente de estas uniones
    consiste en que al soldar se producen cascarillas que deben
    retirarse de las tuberías. De la costura de soldadura se
    desprenden también fragmentos de oxidación; por
    eso, conviene y es necesario incorporar una unidad de
    mantenimiento.

    En las tuberías de acero galvanizado, los
    empalmes de rosca no siempre son totalmente herméticos. La
    resistencia a la corrosión de estas tuberías de
    acero no es mucho mejor que la del tubo negro. Los lugares
    desnudos (roscas) también se oxidan, por lo que
    también en este caso es importante emplear unidades de
    mantenimiento. Para casos especiales se montan tuberías de
    cobre o
    plástico.

     

     

    Ivan Escalona

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