Sistema de Producción y Transporte de Aire Comprimido (página 3)

Figura 14. Diagrama del
trabajo real
de un compresor

Fuente: Diplomado Electromecánica. E.U.P.M. Curso de
Neumática. U.P.C. Prof. J.J. de
Felipe Blanch.

Al llegar al PMS, el émbolo se mueve en sentido
contrario (hacia el PMI), dando lugar a la expansión del
gas acumulado
en el espacio muerto, hasta conseguir de nuevo una presión
inferior a la de aspiración y continuar un nuevo
ciclo.

Características esenciales. Se denomina
desplazamiento o cilindrada, es el volumen barrido
en su recorrido por el émbolo. Es un dato que normalmente
aparece en los catálogos, aunque su utilidad es
relativa, según veremos.

Se denomina volumen muerto o espacio
perjudicial, al volumen residual que existe entre la cara
superior del émbolo en el PMS, y la parte interior de la
culata. Normalmente se indica en tanto por ciento de la
cilindrada y suele rondar entre el 3 y el 10%.

Este volumen provoca, que debido a la expansión
del aire
comprimido en este espacio, en la carrera de aspiración el
volumen de aire realmente entrado al cilindro, sea
manifiestamente inferior a la cilindrada.

Se denomina caudal teórico, al producto de la
cilindrada por el número de revoluciones por
segundo:

Siendo D el diámetro del cilindro, n el r.p.m., C
la carrera.

Se denomina relación de compresión
(rc), a la relación entre la presión de
descarga y la de aspiración.

Debido a que este factor es determinante en la potencia del
compresor, si realizásemos compresiones muy altas en un
sólo cilindro, tendríamos dos problemas:

• 1. Se dispara la potencia consumida.

• 2. Las temperaturas del aire de descarga
  serían prohibitivas (muy elevadas).

Por lo que normalmente para obtener presiones elevadas
se utilizan varios cilindros en serie con refrigeración intermedia,
comprimiéndose el aire por etapas (compresores de
varias etapas).

Está demostrado que se tiene el máximo
rendimiento o, si queremos, el mínimo consumo de
energía, cuando la presión absoluta intermedia pi,
es igual a la raíz cuadrada de la presión final de
descarga:

Cuando un compresor es de varias etapas (x), las
relaciones de compresión de cada etapa son sensiblemente
iguales, y debe tener un valor
de:

Otro dato que tiene un verdadero significado
físico es la denominada potencia
específica, que es un parámetro importante y
permite averiguar el rendimiento del compresor. Se puede hallar
de dos formas:

• Potencia absorbida en C.V. por m3/min. , aspirado
  por el compresor.

• Consumo específico como, Watts por m3
  aspirado.

(0,736 C.V. = 1 kw)

6.4 RENDIMIENTOS

• Rendimiento indicado o interno. Que nos
  facilita el grado de alejamiento entre el ciclo real respecto
  al ideal. (Aprox. un 80%)

• Rendimiento mecánico. Que nos
  facilita la relación entre el trabajo
  indicado o real, y el trabajo necesario en el eje. Esto nos
  proporciona una idea de las pérdidas mecánicas
  que tienen el compresor. (Aprox. un 90%).

• Rendimiento volumétrico. Es la
  relación entre el caudal realmente aspirado por el
  compresor y el caudal teórico.

El cálculo
del rendimiento volumétrico se puede establecer por la
siguiente fórmula:

En donde, E es el espacio muerto relativo, Z1/Z2 el
cociente de factores de compresibilidad de la aspiración y
el escape (en el aire para presiones normales vale 1), ? la
relación de calores específicos del gas y K un
coeficiente que tiene en cuenta el grado de estanqueidad de
segmentos y válvulas,
así como las pérdidas de carga en las
válvulas.

6.5 COMPRESORES ALTERNATIVOS

Podemos resumir los compresores de este tipo que existen
en el mercado,
según sus caudales y la potencia específica
(C.V./m3/min.):

Tabla 2. Especificación de caudales y
potencias de los tipos de compresores.

Fuente: Diplomado Electromecánica.
E.U.P.M. Curso de Neumática. U.P.C. Prof.
J.J. de Felipe Blanch.

6.6 COMPRESORES ROTATIVOS

Reciben este nombre los compresores que comprimen el
aire, mediante un procedimiento
rotatorio y continuo, es decir, empujan el aire desde la
aspiración a la descarga, comprimiéndolo. Los tipos
más usuales son los siguientes:

• Compresor de paletas: El rotor es
  excéntrico respecto al estator y lleva una serie de
  paletas que se ajustan contra la pared interior del estator,
  por la acción de la fuerza
  centrífuga.

• Compresores de tornillo: Que se compone de
  dos rotores con lóbulos helicoidales de engranaje
  constante.

• Compresores Roots: Que se componen de un
  estator elíptico con una rueda con dos paletas
  giratoria.

6.6.1 Compresor de paletas. Como se muestra en la
figura el rotor cilíndrico, está colocado
excéntricamente dentro del hueco tubular del
estator.

El rotor lleva un número de paletas radiales
metidas en unas ranuras, y cuando el rotor gira accionado por el
motor, las
paletas se desplazan hacia afuera por la fuerza
centrífuga, ajustándose a la pared del estator. El
volumen de aire atrapado en la cámara comprendida entre
dos paletas consecutivas, se comprime gradualmente mientras que
disminuye el volumen de dicha cámara durante el movimiento de
rotación, con lo que aumenta su presión. En el
momento que llega a la lumbrera de descarga, el aire es empujado
a través de ella, hacia la salida. Habiéndose
finalizado el ciclo. Estos compresores, de una sola etapa
funcionan para presiones de descarga comprendidas entre los 0,5 a
4 bar, y de doble etapa hasta 8 – 10 bar, siendo sus caudales
comprendidos entre 100 a 2500 m3/h, (1,67 a 42
m3/min.).

6.6.2 compresores de tornillo. Como se muestra en
la figura, Estos compresores están dotados de dos rotores,
engranados entre sí. El rotor macho es el que se encuentra
accionado por el motor y con su movimiento arrastra al rotor
hembra. Los rotores giran a velocidades lentas (1300 a 2400
r.p.m.), y para sellar los huelgos entre estos y el estator, se
inyecta aceite, que
forma una película, y mantiene la estanqueidad,
además del efecto de refrigeración colateral.
Consiguiendo que la compresión en compresores de este tipo
de una sola etapa sea prácticamente isoterma. Debido a
este hecho, se debe proveer estos tipos de compresores de su
correspondiente separador, así como de refrigerador de
aceite.

Existen en el mercado de 1 ó 2 etapas, que cubren
una gama de caudales comprendidos entre 150 a 4200 m3/h (2,5 a 70
m3/min.), y unas presiones máximas de trabajo de entre 8 a
22 bar.

6.6.3 compresores roots. Como se muestra en la
figura, Estos compresores están formados por un estator
elíptico, y dos rotores idénticos que giran en
sentido contrario, sincronizados por un juego de
engranajes que se encuentran en el exterior, lubricados por
aceite. La diferencia esencial con los otros compresores, es que
los rotores no rozan entre sí, ni con el estator, por
consiguiente, no realizan una compresión del fluido,
simplemente transportan un determinado volumen de fluido desde la
aspiración a la descarga, éste se junta con el aire
ya comprimido que vuelve por la tubería de descarga, y
aumenta su presión.

Debido a este hecho, no necesita lubricación y
sólo se puede utilizar para rangos de presiones muy bajos
y caudales reducidos.

Paralelo entre compresor rotativo de tornillo y
reciprocarte.

En el medio industrial es muy frecuente encontrarse con
la pregunta ¿entre un compresor de tornillo y uno de
pistón cuál es mejor?

La respuesta es inmediata: el uno no es mejor que el
otro, cada uno con sus características de diseño
y parámetros de operación se comporta mejor frente
al sistema, y aunque
tienen mecanismos y regulación de control diferente
las dos máquinas
son confiables. Para ayudar un poco a seleccionar el compresor
más adecuado para satisfacer las necesidades de la planta,
mostramos el siguiente paralelo entre las dos
máquinas.

• Temperatura de compresión. Debido a
  que el compresor rotatorio de tornillo se encuentra
  totalmente embebido de aceite, el aumento de la temperatura del aire comprimido con respecto a
  la ambiental es de aproximadamente 39° C a 100 PSIG,
  cuando en un compresor recíproco es mayor el aumento
  de la compresión.

• Aire a la admisión. Debido a las
  tolerancias tan estrechas que se tienen entre los motores
  del compresor de tornillo exige una mejor calidad de
  aire atmosférico. Los fabricantes tienen la
  opción de ofrecer un filtro de admisión de alta
  eficiencia
  para remover las partículas finas que se encuentran en
  suspensión en el aire de admisión.

• Unidad compresora. El compresor rotatorio de
  tornillo se ofrece como paquete compacto el cual ocupa menos
  área para la instalación que un compresor
  reciprocante de la misma capacidad.

• Mantenimiento. Es muy arriesgado decir cual
  genera más costos de
  mantenimiento, ya que depende del tipo de
  planta y la aplicación. Algunas diferencias son: En el
  compresor reciprocante se encuentran más partes en
  movimiento y en contacto que prestan desgastes, que hay
  necesidad de inspeccionar con mayor frecuencia, pero no
  necesita mano especializada. Además, debido a que
  trabaja a bajas revoluciones se logra una vida alta de las
  partes, combinado con una buena
  lubricación.

Los compresores de tornillos se presentan menos partes
en movimiento e inspección ya que el desgaste por contacto
se presenta únicamente en los rodamientos los cuales
trabajan a altas revoluciones. Existen partes criticas en estos
equipos tales como el sistema de lubricación que exigen un
alto cuidado en el aceite, filtro de aceite y separador aire/
aceite.

• Instalación. La mayoría de los
  fabricantes presenta el compresor de tornillo como una unidad
  compacta y montada sobre base, lo que hace que el compresor
  sea de fácil transporte
  e instalación. Además como su nivel de
  vibración es bajo no necesita cimientos especiales.
  Mientras en un compresor reciprocante se necesita
  fundación especial, aunque se tenga un balanceo
  perfecto.

• Sistema de control. El compresor reciprocante
  exige un rango de regulación más amplio que en
  los de tornillo. En las máquinas de pistón el
  rango es de 25 PSIG, mientras en los tornillos es de 3 PSIG,
  lo que significa un consumo de potencia mayor, los consumos
  de potencia hay que evaluarlos de acuerdo a la eficiencia de
  la máquina, y al parámetro anterior que da una
  base del consumo total de energía.

6.7 MANTENIMIENTO

El tema se centralizará en los compresores
reciprocantes y rotatorios de tornillos, puesto que son los
más comunes en las instalaciones de aire y haciendo un
gran énfasis en los compresores reciprocantes. El
mantenimiento de cualquier máquina se puede describir como
"la circunstancia de mantener un equipo en un estado
particular o condición de operación". Esto se
diferencia de las reparaciones, ya que estas consisten en la
restauración de un equipo a condición anterior u
original de "como nuevo". Un compresor es en
general: 

• Un respirador de aire: Necesita aire fresco
  y limpio.

• Un consumidor
  de energía: Necesita energía
  eléctrica adecuada.

• Un generador de calor: Necesita un adecuado suministro de
  enfriador.

• Un generador de agua
  condensada: Necesita drenajes.

• Un usuario de aceite: Necesita un
  lubricante de calidad y en cantidad apropiada

• Un vibrador: Necesita fundaciones y
  tuberías apropiadas.

En un clima monetario
actual, se hace énfasis en la economía de operación y la
reducción de los costos generales fijos de los
compresores. Los fabricantes de este tipo de máquinas
diseñan y construyen máquinas que cumplen con los
requisitos reales mucho más estrechos, lo que hace que el
mantenimiento y la correcta operación tomen mayor
importancia.

Se tiene cierto concepto ideal
sobre lo que el mantenimiento de compresores debe ser. El
mantenimiento por parte del usuario está limitado en
general por el presupuesto, el
personal
disponible, la destreza de dicho personal, los requerimientos de
producción, etc. Siendo en muchos casos no
estar relacionado con lo que el compresor requiere, y queda
limitado a lo que el usuario puede hacer, convirtiendo entonces
en un compromiso y llegan a un punto medio entre el ideal y la
falta absoluta de resultados.

El mantenimiento es una inversión en la continuación de la
operación económica del compresor. El segundo
beneficio más importantes la continuidad de la
operación y un mínimo de interrupción no
programada de la operación y reparaciones de emergencia.
Cabe anotar en este instante que el reemplazo de piezas rotas
conduce al manejo de crisis.

De los planteamientos hechos anteriormente puede surgir
la pregunta ¿cómo puede entonces un ingeniero de
planta o un superintendente de mantenimiento enfocar el problema
de la programación y ejecución del
mantenimiento de los compresores?

• Hacer un inventario de
  los compresores instalados.

• Cantidad, localización en planta, tipo de
  compresor.

• Determinar el ciclo de trabajo, tiempo
  cargando vs. tiempo descargando de cada compresor.

• Determinar la disponibilidad de capacidad de aire en
  reserva en cada área deservicio.

• Evaluar los efectos de una interrupción de la
  operación en cada área para predecir el aspecto
  de crisis de un compresor que esté temporalmente fuera
  de servicio.

• A partir de estos efectos, se podrá
  establecer áreas críticas y asignar prioridades
  en los programas de
  mantenimiento.

• Determinar requerimientos diarios normales de cada
  unidad.

• Aceite

• Chequeos visuales y audibles.

• Establecer hoja de registro de
  rutina para ser llevada por las personas responsables de la
  máquina.

• Revisar las hojas conjuntamente con el
  personal.

• Planear con anticipación como resultado de
  estas de registro: piezas en existencia, cambio de
  piezas, chequeos periódicos, etc.

Como complemento a los aspectos anteriores miremos los
siguientes puntos que aunque inicialmente no se consideran dentro
los parámetros de mantenimiento, si influyen directamente
en los equipos. En primer lugar está la
localización del compresor. El costo de espacio
actualmente es alto en cualquier planta. Sin embargo, una
localización inadecuada por ahorrar área es una
falsa economía. Debe haber suficiente espacio alrededor y
por encima de la unidad para hacer el trabajo de rutina diaria.
Se debe dejar espacio también para: adecuada
recirculación del aire con el fin de evitar
sobrecalentamientos del motor y de otros dispositivos
eléctricos sensibles como también del aire de
admisión. Si la unidad se instala en un sitio donde es
difícil encontrarla, verla o moverla alrededor de ella, el
personal de mantenimiento hallará una excusa para
evitarla, es una reacción humana normal.

En segundo lugar está el filtro de aire de
entrada. Un compresor de aire es un respirador. Si se le
suministra aire sucio, húmedo y cargado de abrasivos
entonces la vida útil de los elementos internos del
compresor se acortarán considerablemente. Ponga el filtro
de admisión en un lugar limpio, pero localícelo
donde sea accesible para servicio conveniente. El compresor
prestará un mejor servicio si:

• Lo mantiene limpio.

• Lo mantiene adecuadamente enfriado.

• Lo mantiene debidamente aceitado.

• En cuanto a lubricación se puede hacer los
  siguientes comentarios:

• Seleccione un aceite que cumpla las especificaciones
  del fabricante del compresor. Consulte el manual de
  instrucciones para las especificaciones exactas.

• Lleve registros
  sobre cuanto usa y cuando se hacen los cambios.

• Los registros deben ser los más sencillos
  posible. En las unidades pequeñas enfriados por aire
  reciprocante, una simple etiqueta fijada a la unidad es
  suficiente.

• Para las unidades más grandes y enfriadas por
  agua se deben llevar un registro más elaborado. Sin
  embargo no se deben llevar demasiado pesados con datos
  incompresibles. El propósito de los registros es
  establecer el reconocimiento exacto de las funciones de
  mantenimiento periódico y llevar un historial con
  él, con el agua se
  puede proyectar el mantenimiento futuro.

En resumen, el mantenimiento de los compresores se
realiza mejor si tiene en cuenta las siguientes
sugerencias:

• Ubique la unidad en un área
  accesible.

• Manténgala limpia por dentro y por
  fuera.

• Manténgala enfriada. Lleve control del agua
  de enfriamiento. Si la unidad es enfriada por
  agua.

• Manténgala lubricada. Controle la cantidad y
  la calidad del aceite.

• Lleve registro del tipo que le convenga a sus
  necesidades. Le ayudará a determinar los intervalos de
  mantenimiento
  preventivo.

• Concéntrese en lo que usted realmente puede
  ser con los recursos
  disponibles.

6.8 DIMENSIONAMIENTO DEL COMPRESOR

La selección
del tipo de compresor y de su capacidad son parámetros
críticos en el diseño de una instalación de
aire comprimido. Una acertada elección supone un gran
ahorro
energético durante el funcionamiento normal de la
instalación.

Para elegir correctamente el tipo de compresor
más apropiado para las necesidades de diseño, es
preciso conocer el consumo total de aire comprimido. En general,
el consumo total de aire comprimido es aquel que resulta de sumar
el consumo de todos los equipos neumáticos conectados en
la planta, trabajando a pleno rendimiento.

Puesto que todos los elementos neumáticos de una
instalación no trabajan generalmente a toda su capacidad
al mismo tiempo durante las 24 horas del día, es habitual
definir un factor de carga como:

Este factor de carga trata de tener en cuenta los
consumos intermitentes de aire, para optimizar al máximo
los tiempos de arranque del compresor que rellenan de aire
comprimido los depósitos.

En general, se establecen cinco pasos básicos
para fijar correctamente la capacidad del compresor. A
saber:

• Estimar el total de consumos de todos los
  dispositivos que emplean aire=37.29 CFM.

• Determinar la presión más elevada que
  requieran estos elementos=7 Bar=101 psig

• Revisar los ciclos de trabajo y determinar los
  factores de carga de los elementos. numero de maniobras por
  hora= Z20

• Estimar un valor típico de fugas.

• Fijar las máximas caídas de
  presión admitidas tanto para los diversos elementos
  como para las conducciones. AP=0.5 bar

• Otras consideraciones que afecten al diseño:
  condiciones medioambientales del entorno, altitud,
  etc… Una vez determinado el consumo necesario y la
  presión demandada al compresor, se ha de elegir el
  tipo más adecuado para dicha
  aplicación.

En general la Figura 15 fija los límites de
uso de los diversos compresores

Figura 15. Monograma para la selección del
compresor

Fuente: Diplomado Electromecánica.
E.U.P.M. Curso de Neumática. U.P.C. Prof.
J.J. de Felipe Blanch.

Teniendo en cuanta el caudal de 37.29 CFM,
presión de trabajo 101 PSIG (7 bar), caída de
presión de 0.5 bar. Que la equivalencia de 1 HP=3.92 CFM,
con la tabla de Cálculo de CFM según modelo
compresor, se ha seleccionado un compresor tipo tornillo que
requiere un motor de 10 HP.

Tabla 3. Calculo de CFM según modelo
compresor

Fuente: manual Ingersoll-Rand UP-Series
5-15 HP

6.9 DIMENSIONAMIENTO DEL
DEPÓSITO

Aunque no existe una norma general de cómo ha de
dimensionarse los depósitos, sí es cierto que
deberían diseñarse en función de
la demanda y del
tamaño del compresor, utilizando los arranque por hora y
los tiempos máximos de funcionamiento del compresor como
parámetros de diseño. Habitualmente, se emplea como
fórmula para determinar el tamaño del
depósito:

Donde T es el tiempo en minutos que transcurre
desde que el depósito alcanza el máximo de
presión hasta que el consumo baja la presión al
mínimo admisible. P1 y P2 son las
presiones absolutas máximas y mínimas que se
alcanzan en el tanque. C es el consumo de aire en CN en
metros cúbicos por minuto, V es el volumen del
depósito en m3 y Patm es la presión
atmosférica.

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

Figura 15. Acumulador de aire
comprimido

Fuente: Diplomado Electromecánica.
E.U.P.M. Curso de Neumática. U.P.C. Prof.
J.J. de Felipe Blanch.

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 16.

Figura16. Cálculo de acumulador de
aire.

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria,
Manual de neumática de FMA Pokorny Francfort

Selección
de la unidad de mantenimiento aire comprimido

En los puntos de consumo es habitual colocar un filtro
final así como un regulador de presión que
acondicione finalmente el suministro de aire comprimido.
Normalmente, estos filtros en el punto de consumo permiten
retener aquellas partículas que sean de tamaño
inferior a las características de filtrado de elementos
previos.

7.1 IMPUREZAS

En la práctica se presentan muy a menudo los
casos en que la calidad del aire comprimido desempeña un
papel primordial. Las impurezas en forma de partículas de
suciedad u óxido, residuos de aceite lubricante y humedad
dan origen muchas veces a averías en las instalaciones
neumáticas y a la destrucción de los elementos
neumáticos.

Deben eliminarse todas las impurezas del aire, ya sea
antes de su introducción en la red distribuidora o
antes de su utilización. Las impurezas que contiene el
aire pueden ser:

• Sólidas. Polvo atmosférico y
  partículas del interior de las
  instalaciones

• Líquidas. Agua y niebla de
  aceite

• Gaseosas. Vapor de agua y aceite

Los inconvenientes que estas partículas pueden
generar son:

• Sólidas. Desgaste y abrasiones,
  obstrucciones en los conductos pequeños.

• Líquidas y gaseosas. El aceite que
  proviene de la lubricación de los compresores provoca:
  formación de partículas carbonases y
  depósitos gomosos por oxidación y contaminación del ambiente
  al descargar las válvulas. Por otro lado el agua en
  forma de vapor provoca: oxidación de tuberías y
  elementos, disminución de los pasos efectivos de las
  tuberías y elementos al acumularse las condensaciones,
  mal acabado en operaciones
  de pintura.

En la actualidad se ha desarrollado y se está
difundiendo cada vez con mayor velocidad los
compresores libre de aceite, especialmente desarrollado para la
industria alimenticia y farmacéutica, estos pueden ser del
tipo pistón o tornillo, la gran ventaja de estos equipos
es la entrega de un aire limpio, de alta pureza, pero siempre
necesita un sistema de filtración posterior.

Mientras que la mayor separación del agua de
condensación tiene lugar en el separador, después
de la refrigeración, la separación fina, el
filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se
efectúan en el puesto de aplicación.

Hay que dedicar especial atención a la humedad que contiene el aire
comprimido.

El agua (humedad) llega al interior de la red con
él. Aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad
depende en primer lugar de la humedad relativa del aire, que a su
vez depende de la temperatura del aire y de las condiciones
climatológicas.

La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en
un m3 de aire.

El grado de saturación es la cantidad de agua que
un m3 de aire puede absorber, como máximo, a la
temperatura considerada. La humedad es entonces del 100%, como
máximo (temperatura del punto de rocío).

7.2 FILTRO DE AIRE COMPRIMIDO CON REGULADOR DE
PRESIÓN

El filtro tiene la misión de
extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el
agua condensada. En los procesos de
automatización neumática se tiende
cada vez a miniaturizar los elementos (problemas de espacio),
fabricarlos con materiales y
procedimientos
con los que se pretende el empleo cada
vez menor de los lubricadores. Consecuencia de esto es que cada
vez tenga más importancia el conseguir un mayor grado de
pureza en el aire comprimido, para lo cual se crea la necesidad
de realizar un filtraje que garantice su
utilización.

El filtro tiene por misión:

• Detener las partículas
  sólidas

• Eliminar el agua condensada en el aire

Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido
tiene que atravesar la chapa deflectora (2) provista de ranuras
directrices. Como consecuencia se somete a un movimiento de
rotación. Los componentes líquidos y las
partículas grandes de suciedad se desprenden por el efecto
de la fuerza centrífuga y se acumulan en la parte inferior
del recipiente.

En el filtro sintetizado (4) [ancho medio de poros, 40
mm] sigue la depuración del aire comprimido.

Dicho filtro (4) separa otras partículas de
suciedad. Debe ser sustituido o limpiado de vez en cuando,
según el grado de ensuciamiento del aire
comprimido.

El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador
de presión y llega a la unidad de lubricación y de
aquí a los consumidores.

Los filtros se fabrican en diferentes modelos y
deben tener drenajes accionados manualmente,
semiautomática o automáticamente.

Los depósitos deben construirse de material
irrompible y transparente. Generalmente pueden limpiarse con
cualquier detergente.

Generalmente trabajan siguiendo el siguiente proceso: El
aire entra en el depósito a través de un deflector
direccional, que le obliga a fluir en forma de remolino.
Consecuentemente, la fuerza centrífuga creada arroja las
partículas líquidas contra la pared del vaso y
éstas se deslizan hacia la parte inferior del mismo,
depositándose en la zona de calma.

La pantalla separadora evita que con las turbulencias
del aire retornen las condensaciones. El aire continúa su
trayecto hacia la línea pasando a través del
elemento filtrante que retiene las impurezas sólidas. Al
abrir el grifo son expulsadas al exterior las partículas
líquidas y sólidas en suspensión.

El agua no debe pasar del nivel marcado que normalmente
traen los elementos, puesto que en la zona turbulenta el agua
sería de nuevo arrastrada por el aire.

La condensación acumulada en la parte inferior
del recipiente (1) se deberá vaciar antes de que alcance
la altura máxima admisible, a través del tornillo
de purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene
montar una purga automática de agua.

Reguladores de presión: Los reguladores
de presión son aparatos de gran importancia en
aplicaciones neumáticas. Normalmente son llamados mano
reductores, que son en realidad reguladores de
presión.

Para su aplicación en neumática debemos
entender su funcionamiento y comportamiento
ante las variaciones bruscas de presión de salida o frente
a demandas altas de caudal.

Al ingresar el aire a la válvula, su paso es
restringido por el disco en la parte superior. La
estrangulación se regula por acción del resorte
inferior.

El pasaje de aire reducido determina que la
presión en la salida o secundario tenga un valor
inferior.

La presión secundaria a su vez actúa sobre
la membrana de manera tal que cuando excede la presión del
resorte se flecta y el disco superior baja hasta cerrar
totalmente el paso de aire desde el primario.

Si el aumento de presión es suficientemente alto,
la flexión de la membrana permitirá destapar la
perforación central con lo cual el aire tendrá la
posibilidad de escapar a la atmósfera aliviando
la presión secundaria.

Cuando la presión vuelve a su nivel normal la
acción del resorte nuevamente abre la válvula y la
deja en posición normal.

Figura 17. Regulador de presión

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

7.2.1 Funcionamiento de la purga automática de
agua. El agua condensada es separada por el filtro. De vez en
cuando hay que vaciar la purga, porque de lo contrario el agua
será arrastrada por el aire comprimido hasta los elementos
de mando. En la purga de agua mostrada abajo, el vaciado tiene
lugar de forma automática.

El condensado del filtro llega, a través del tubo
de unión (1), a la cámara del flotador (3). A
medida que aumenta el nivel del condensado, el flotador (2) sube
y a una altura determinada abre, por medio de una palanca, una
tobera (10). Por el taladro (9) pasa aire comprimido a la otra
cámara y empuja la membrana (6) contra la válvula
de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir por
el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10) a
medida que disminuye el nivel de condensado. El aire restante
escapa a la atmósfera por la tobera (5). La purga puede
realizarse también de forma manual con el perno
(8).

Figura 18. Purga automática de
agua

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

7.3 FILTRO FINÍSIMO DE AIRE
COMPRIMIDO

Este filtro se emplea en aquellos ramos en que se
necesita aire filtrado finísimamente (p. ej., en las
industrias
alimenticias, químicas y farmacéuticas, en la
técnica de procedimientos y en sistemas que
trabajan con módulos de baja presión). Elimina del
aire comprimido, casi sin restos, las partículas de agua y
aceite. El aire comprimido se filtra hasta un 99,999% (referido a
0,01 micrón).

Funcionamiento: Este filtro se diferencia del filtro
normal en el hecho de que el aire comprimido atraviesa el
cartucho filtrante de adentro hacia afuera.

El aire comprimido entra en el filtro por (1), y
atraviesa el elemento filtrante (2) (fibras de vidrio boro
silicato de adentro hacia afuera. El aire comprimido limpio pasa
por la salida (5) a los consumidores.

Figura 19. Filtro finísimo de aire
comprimido

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

La separación de partículas
finísimas hasta 0,01 micrón es posible debido a la
finura extraordinaria del tejido filtrante. Las partículas
separadas se eliminan del recipiente del filtro, por el tornillo
de purga (4). Para que las partículas de agua y
aceite no puedan ser arrastradas por el aire que circula, deben
observarse los valores de
flujo. Al montarlo hay que tener presente lo siguiente: El
prefiltrado aumenta la duración del cartucho filtrante; el
filtro ha de montarse en posición vertical, prestando
atención al sentido de flujo (flecha).

7.4 LUBRICADOR DE AIRE COMPRIMIDO

El lubricador tiene la misión de lubricar los
elementos neumáticos en medida suficiente. El lubricante
previene un desgaste prematuro de las piezas móviles,
reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosión. Son aparatos que regulan y
controlan la mezcla de aire-aceite. Los aceites que se emplean
deben:

• Muy fluidos

• Contener aditivos antioxidantes

• Contener aditivos antiespumantes

• No perjudicar los materiales de las
  juntas

• Tener una viscosidad
  poco variable trabajando entre 20 y 50° C

• No pueden emplearse aceites vegetales ( Forman
  espuma)

Los lubricadores trabajan generalmente según el
principio "Venturi". La diferencia de presión Ap
(caída de presión) entre la presión reinante
antes de la tobera y la presión en el lugar más
estrecho de ésta se emplea para aspirar líquido
(aceite) de un depósito y mezclarlo con el
aire.

El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del
flujo es suficientemente grande. Si se consume poco aire, la
velocidad de flujo en la tobera no alcanza para producir una
depresión suficiente y aspirar el aceite
del depósito.

Por eso, hay que observar los valores de
flujo que indique el fabricante.

7.4.1 Funcionamiento de un lubricador. El
lubricador mostrado en este lugar trabaja según el
principio Venturi.

Figura 20. Principio de Venturi

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

Figura 21. Lubricador de aire
comprimido

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

El aire comprimido atraviesa el aceitado desde la
entrada (1) hasta la salida (2). Por el estrechamiento de
sección en la válvula (5), se produce una
caída de presión. En el canal (8) y en la
cámara de goteo (7) se produce una depresión
(efecto de succión). A través del canal (6) y del
tubo elevador (4) se aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a
través de la cámara de goteo (7) y del canal (8)
hasta el aire comprimido, que afluye hacia la salida (2). Las
gotas de aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan
en este estado hasta el consumidor.

La sección de flujo varía según la
cantidad de aire que pasa y varía la caída de
presión, o sea, varía la cantidad de aceite. En la
parte superior del tubo elevador (4) se puede realizar otro
ajuste de la cantidad de aceite, por medio de un tornillo. Una
determinada cantidad de aceite ejerce presión sobre el
aceite que le encuentra en el depósito, a través de
la válvula de retención (3).

7.5 UNIDAD DE MANTENIMIENTO

Este aditamento está compuesto por un filtro de
partículas de baja eficiencia, un regulador con
manómetro y un lubricador; su función principales
es la de acondicionar una corriente determinada para su uso en
una maquina. El filtro de partículas sirve para eliminar
algunos contaminantes de tipo sólido, el regulador se
encarga de disminuir la presión y el lubricador dosifica
una cantidad requerida en algunas ocasiones por el equipo. La
unidad de mantenimiento representa una combinación de los
siguientes elementos:

• Filtro de aire comprimido

• Regulador de presión

• Lubricador de aire comprimido

Deben tenerse en cuenta los siguientes
puntos:

• El caudal total de aire en m3/h es decisivo para la
  elección del tamaño de unidad. Si el caudal es
  demasiado grande, se produce en las unidades una caída
  de presión demasiado grande. Por eso, es
  imprescindible respetar los valores indicados por el
  fabricante.

• La presión de trabajo no debe sobrepasar el
  valor estipulado en la unidad , y la temperatura no
  deberá ser tampoco superior a 50 C (valores
  máximos para recipiente de plástico).

Figura 22. Unidad de mantenimiento de R
1/8"

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

Figura 23. Símbolo de la unidad de
mantenimiento

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

7.5.1 Conservación de las unidades de
mantenimiento. Es necesario efectuar en intervalos regulares
los trabajos siguientes de conservación:

• Filtro de aire comprimido: Debe examinarse
  periódicamente el nivel del agua condensada, porque no
  debe sobrepasar la altura indicada en la mirilla de control.
  De lo contrario, el agua podría ser arrastrada hasta
  la tubería por el aire comprimido.

Para purgar el agua condensada hay que abrir el tornillo
existente en la mirilla. Asimismo debe limpiarse el cartucho
filtrante.

• Regulador de presión: Cuando
  está precedido de un filtro, no requiere ningún
  mantenimiento.

• Lubricador de aire comprimido: Verificar el
  nivel de aceite en la mirilla y, si es necesario, suplirlo
  hasta el nivel permitido. Los filtros de plástico y
  los recipientes de los lubricadores no deben limpiarse con
  tricloroetileno . Para los lubricadores, utilizar
  únicamente aceites minerales.

7.5.2 Caudal en las unidades de mantenimiento.
Todos los aparatos poseen una resistencia
interior, por lo que se produce una caída de
presión -hasta que el aire llega a la salida. Esta
caída de presión depende M caudal de paso y de la
presión de alimentación
correspondiente.

En la figura 24 están representadas varias
curvas.

Figura 24. Curva de selección unidad de
mantenimiento de R 1/8"

Fuente: Conceptos de Neumática e
Hidráulica en la industria, Manual de neumática de
FMA Pokorny Francfort

Diseño del
sistema eléctrico y de control

El elemento motriz del compresor será un motor de
inducción jaula de ardilla. El sistema de
mando eléctrico se compone de un circuito de fuerza y un
circuito de mando, el circuito de fuerza se compone de una
protección termo magnético, un contactor principal
y un relé de protección térmica. El circuito
de mando se compone de la estación de arranque y paro,
señalización de trabajo de motor y
señalización por sobrecarga. Para los
cálculos eléctricos partimos de un motor
trifásico de 220voltios, 10 h.p. factor de potencia
0.86.

Figura 25. Circuito de fuerza y mando

Fuente. Autores del proyecto

8.1 SELECCIÓN DEL CONTADOR

Según la Tabla 5 de carga de corriente nominal de
los motores, para un motor de 10 h.p. a 220 voltios la corriente
nominal del motor es de 28 amperios, Según la tabla 5.
Según tabla 6 de fabricante telemecanique esta corriente
corresponde a un contactor Ref. LC1D32 Cat. AC3 de 32 amp.
Télémécanique, el cual soporta hasta 32
amperios categoría AC3.

Tabla 5. Corriente carga nominal de los motores
asíncronos, motores trifásicos de 4 polos 50/60
Hz

Fuente: Manual electrotécnico Telesquemario
Telemecanique pág. 269

Categoría AC3: AC3. Motores
asincrónicos de rotor en cortocircuito, para aparatos de
aire
acondicionado, compresores, ventiladores, etc.

AC3 En funcionamiento normal, conexión al 600% de
la corriente nominal y desconexión al 100% de la corriente
nominal del aparato receptor. En funcionamiento ocasional,
conexión al 1000% de la corriente nominal del aparato
receptor si ésta es menor a 100 A o al 800% si esta es
mayor a 100 A. Desconexión al 800% de la corriente nominal
del aparato receptor, si ésta es menor a 100 A o al 600%
si es mayor a 100 A.

Tabla 6. Contactores tripolares para comando de
motores y circuitos de
distribución (Aptos para coordinación Tipo 2)

Fuente: Manual electrotécnico Telesquemario
Telemecanique.

8.2 SELECCIÓN DEL RELE TÉRMICO DE
PROTECCIÓN

Para seleccionar un relé térmico de
protección existe una norma que es la corriente de
sobrecarga más el 20 % lo que equivaldría
a:

28 x 1.2 = 33.6 amperios

Corresponde según tabla 7 a un relé
térmico tele mecanique LRD35 en rango de corriente de 30 a
38 amperios.

Tabla 7. Relés tripolares de protección
térmica compensados diferenciales con rearme manual o
automático y señalización de
disparo.

Fuente: Manual electrotécnico Telesquemario
Telemecanique

Selección de la protección relé
magnética por corto circuito. Según Tabla
telemecanique Para una corriente de 33.6 amperios, se selecciona
un interruptor Magnético ref. GV3L40 , el rango de
relé térmico a asociar al circuito está
entre 30 y 40 amperios.

Selección del calibre de cable de fuerza.
Para una corriente nominal de 28 amperios según tabla 8 de
selección de conductores corresponde a un calibre AWG
10.

Tabla 8. Selección del calibre de cable de
fuerza.

Fuente: Manual electrotécnico Telesquemario
Telemecanique

8.3 SOPORTE FUNCIONAL DE LOS EQUIPOS
UTILIZADOS

ELEMENTOS DE MANIOBRA, CONTACTOR PRINCIPAL, CONTACTOS
PRINCIPALES. Son los instalados en las vías principales
para la conducción de la corriente de servicio, destinados
a abrir y cerrar el circuito de potencia. Generalmente tienen dos
puntos de interrupción y están abiertos en reposo.
Según el número de vías de paso de
corriente, el contactor será bipolar, tripolar,
tetrapolar, etc., realizándose las maniobras
simultáneamente en todas las vías.

BOBINA: Elemento que genera una fuerza de
atracción al ser atravesado por una corriente
eléctrica. Su tensión de alimentación
puede ser de 12, 24, 110 y 220 V de corriente alterna
o continua.

ARMADURA: Parte móvil del contactor que forma
parte del circuito magnético. Desplaza los contactos
principales y auxiliares por la fuerza de atracción de la
bobina.

NÚCLEO: Parte fija por la que se cierra el flujo
magnético producido por la bobina.

RESORTES ANTAGÓNICOS: Son los encargados de
devolver los contactos a su posición de reposo una vez que
cesa la fuerza de atracción.

CÁMARAS DE EXTINCIÓN O APAGACHISPAS: Son
los recintos en los que se alojan los contactos y que producen
que el arco de ruptura se alargue, divida y finalmente se
extinga.

SOPORTE : Conjunto que permite fijar entre sí a
las piezas que constituyen el contactor y éste a su
tablero de montaje, mediante tornillos o riel DIN.

8.4 FUNCIONAMIENTO DEL CONTACTOR
ELECTROMAGNÉTICO

Cuando la bobina del contactor se excita por la
circulación de la corriente, el núcleo atrae a la
armadura y arrastra los contactos principales y auxiliares,
estableciendo el circuito entre la red y el receptor. Este
desplazamiento puede ser:

• Por rotación, pivote sobre su eje

• Por traslación, deslizándose
  paralelamente a las partes fijas.

• Combinación de movimientos, rotación y
  traslación.

Cuando la bobina deja de ser alimentada, se abren los
contactos por efecto del resorte de presión de los polos y
del resorte de retorno de la armadura móvil.

El circuito magnético está preparado para
resistir los choques mecánicos provocados por el cierre y
la apertura de los contactos, de igual manera los choques
electromagnéticos debido al paso de la corriente por las
espiras de la bobina. Con el fin de reducir los choques
mecánicos, a veces se instalan amortiguadores.

Cabe aclarar, que para el uso con corriente alterna, se
suele instalar una espira en cortocircuito (espira de sombra) que
genere un flujo magnético desfasado con el principal, de
manera que la fuerza de atracción pulsatoria resultante no
se anule nunca, evitándose así las vibraciones que
generan zumbidos molestos.

Si el contactor se debe gobernar desde varios puntos,
los pulsadores de marcha se conectan en paralelo y los de parada
en serie con la bobina.

8.5 SIMBOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN DE
BORNES

Los bornes de conexión de los contactores se
nombran mediante cifras o códigos de cifras y letras que
permiten identificarlos, facilitando la realización de
esquemas y las labores de cableado.

Los contactos principales se identifican con una sola
cifra, del 1 al 6.

Los contactos auxiliares se identifican con dos cifras.
Las cifras de unidades o cifras de función indican la
función del contacto.

1 y 2, contacto normalmente cerrado (NC)

3 y 4, contacto normalmente abierto (NA)

5 y 6, contacto de apertura temporizada

7 y 8, contacto de cierre temporizado

La cifra de las decenas indica el número de orden
de cada contacto en el contactor. A un lado se indica a que
contactor pertenece.

Las bobinas de un contactor se identifican con las
letras A1 Y A2. En su parte inferior se indica a que cofactor
pertenece.

El contactor habitualmente se denomina con la letra K M
o C seguida de un número de orden.

8.6 CARACTERÍSTICAS DE
UTILIZACIÓN

• Corriente de Servicio: Para desarrollar
  este concepto debemos hacer las siguientes
  definiciones:

• Corriente nominal térmica: Es la que
  puede ser soportada por los contactos principales del
  contactor durante 8 horas de ausencia de arcos de ruptura y
  permaneciendo dentro de los límites fijados de
  calentamiento.

• Corriente de servicio: Es la máxima
  intensidad que puede controlar un contactor en las
  condiciones de utilización exigidas por la carga.
  Estas condiciones se hallan definidas por las normas.

La corriente térmica nominal es un valor
único y característico para cada contactor,
mientras que la corriente de servicio varía con la
utilización a la que se aplique él mismo; pues los
distintos tipos de trabajo dan lugar a diferentes
regímenes de calentamiento.

• Clases de servicio: La clase de
  servicio está relacionada con la vida útil del
  contactor, generalmente expresada en miles o millones de
  maniobras. Las normas correspondientes establecen las
  siguientes clases de servicios:

• Servicio permanente: Conectando la
  corriente de servicio sin interrupción por tiempo
  indefinido servicio de 8 horas. Conectando la corriente de
  servicio sin interrupción por un tiempo suficiente
  para alcanzar el equilibrio
  térmico, pero inferior a 8 horas. Al final de ese
  periodo el contactor debe haber efectuado una
  desconexión en carga.

• Servicio temporal: Conectando la corriente
  de servicio sin interrupción por un tiempo suficiente
  para alcanzar el equilibrio térmico, permaneciendo en
  reposo un tiempo suficiente para enfriarse hasta la
  temperatura ambiente. Las normas establecen servicios
  temporales de 10, 30, 60 y 90 minutos.

• Servicio intermitente: Conectando y
  desconectando la corriente de servicio cumpliendo ciclos de
  trabajo, sin alcanzar el equilibrio térmico ni en la
  conexión, ni en la desconexión. Las normas
  establecen servicios intermitentes con cotas superiores de 6,
  30, 150, 600 y 1200 maniobras por hora.

• Categorías de servicio de los
  contactores: La categoría de servicio está
  relacionada con el poder de
  ruptura del contactor. Las normas han determinado 4
  categorías de servicio para aplicaciones de corriente
  alterna y 5 para aplicaciones en corriente continua, los
  cuales representan las corrientes de más
  utilización y difieren por los poderes de ruptura
  exigidos.

Categorías para corriente alterna:

• AC1: En funcionamiento normal,
  conexión y desconexión al 100% de la corriente
  nominal del aparato receptor. En funcionamiento ocasional,
  conexión y desconexión al 150% de la corriente
  nominal del aparato receptor.

• AC2: En funcionamiento normal,
  conexión al 250% de la corriente nominal y
  desconexión al 100% de la corriente nominal del
  aparato receptor. En funcionamiento ocasional,
  conexión y desconexión al 400% de la corriente
  nominal del aparato receptor.

• AC3: En funcionamiento normal,
  conexión al 600% de la corriente nominal y
  desconexión al 100% de la corriente nominal del
  aparato receptor. En funcionamiento ocasional,
  conexión al 1000% de la corriente nominal del aparato
  receptor si ésta es menor a 100 A o al 800% si esta es
  mayor a 100 A. Desconexión al 800% de la corriente
  nominal del aparato receptor, si ésta es menor a 100 A
  o al 600% si es mayor a 100 A.

• AC4: En funcionamiento normal,
  conexión y desconexión al 600% de la corriente
  nominal del aparato receptor. En funcionamiento ocasional,
  conexión al 1200% de la corriente nominal del aparato
  receptor si ésta es menor a 100 A o al 100% si
  ésta es mayor a 100 A. Desconexión al 1000% de
  la corriente nominal del aparato receptor si ésta es
  menor a 100 A o al 800% si es mayor a 100 A. En
  función de la categoría de servicio, algunas
  aplicaciones de los contactores son:

• AC1: Cargas puramente resistivas o
  ligeramente inductivas, para calefacción
  eléctrica, iluminación incandescente,
  etc.

• AC2: Motores asíncronos de rotor
  bobinado, para mezcladoras, centrífugas, entre
  otros.

• AC3: Motores asincrónicos de rotor
  en cortocircuito, para aparatos de aire acondicionado,
  compresores, ventiladores, etc.

• AC4: Motores asincrónicos para
  trabajo pesado (intermitente, frenado, contracorriente)
  grúas, ascensores, etc.

Categorías para corriente
continúa:

• DC1: En funcionamiento normal,
  conexión y desconexión al 100% de la corriente
  nominal del aparato receptor. En funcionamiento ocasional,
  conexión y desconexión al 150% de la corriente
  nominal del aparato receptor.

• DC2: En funcionamiento normal,
  conexión y desconexión al 250% de la corriente
  nominal (constante de tiempo hasta 2 mSeg) y
  desconexión al 100% de la corriente nominal (constante
  de tiempo hasta 7.5 mSeg) del aparato receptor. En
  funcionamiento ocasional, conexión y
  desconexión al 400% de la corriente nominal (constante
  de tempo hasta 2.5 mSeg) del aparato receptor.

• DC4: En funcionamiento normal,
  conexión al 250% de la corriente nominal (constante de
  tiempo hasta 7.5 mSeg) y desconexión al 100% de la
  corriente nominal (constante de tiempo hasta 10 mSeg) del
  aparato receptor. En funcionamiento ocasional,
  conexión y desconexión al 400% de la corriente
  nominal (constante de tiempo hasta 15 mSeg) del aparato
  receptor.

• DC5: En funcionamiento normal,
  conexión y desconexión al 250% de la corriente
  nominal (constante de tiempo hasta 7.5 mSeg) del aparato
  receptor. En funcionamiento ocasional, conexión y
  desconexión al 400% de la corriente nominal (constante
  de tiempo hasta 15 mSeg) del aparato receptor.

La constante de tiempo citada resulta del cociente entre
la inductancia y la resistencia del circuito. Cabe anotar que en
CC generalmente se emplean contactores unipolares. En
función de la categoría de servicio, algunas
aplicaciones son:

• DC1: Cargas puramente resistivas o
  débilmente inductivas, para calefacción
  eléctrica, etc.

• DC2: Motores derivación, con
  desconexión a motor en rotación, nunca a motor
  frenado.

• DC3: Motores derivación, con
  desconexión a motor frenado, inversiones del sentido de giro,
  etc.

• DC4: Motores serie, con desconexión
  a motor en rotación, nunca a motor frenado.

• DC5: Motores serie, con desconexión
  a motor frenado, inversiones del sentido de giro,
  etc.

8.7 TENSIÓN DE SERVICIO

La tensión de servicio está relacionada
con las propiedades dieléctricas del contactor. Las normas
establecen que el funcionamiento normal de los contactores deben
establecerse, el funcionamiento normal de los contactores deben
conectar entre el 90 y 110 % de su tensión
nominal.

8.7.1 Elección de un contactor
electromagnético. Para seleccionar un contactor es
necesario conocer las siguientes características del
receptor:

• La corriente de servicio (Ie) o en su defecto la
  potencia del circuito.

• Los lapsos de trabajo, que determinan la clase de
  servicio (permanente, intermitente, etc.)

• La naturaleza
  de la carga, que determina la categoría de servicio
  (AC1, AC3, etc.)

• La tensión nominal de
  funcionamiento

Con estos valores se consultan las tablas provistas por
los fabricantes para elegir el contactor más apropiado.
Estas tablas dan los límites garantizados de
aplicación de cada uno de los modelos de contactores, para
cumplir con las normas correspondientes.

8.8 SISTEMAS DE PROTECCIÓN PARA MOTORES
ELÉCTRICOS

Los motores
eléctricos están determinados como los
más importantes y mayores accionadores en máquinas
y procesos industriales. En muchos casos, la causa de una parada
en la máquina o proceso obedece a deterioro progresivo o
instantáneo del motor por diferentes irregularidades o
fallas en el sistema eléctrico o en la carga que trabaja
el motor.

Una de la mayores fallas (en un 60%) se deben a causa
que producen un excesivo calor en los bobinados del motor, factor
que puede ser detectado fácilmente por algún
dispositivo de protección antes que se deteriore el
motor.

El incremento de la corriente en el motor, se determina
como corriente de sobrecarga (I o l). Algunas causas de
sobrecarga en un motor pueden ser:

• Sobrecarga de la máquina accionada por el
  motor.

• Caída de tensión en la red de
  alimentación.

• Falta de una fase en caso de un motor
  trifásico.

• Gran inercia en las partes móviles de un
  motor.

• Arranques pesados en larga
  duración.

• Muchas maniobras por unidad de tiempo.

• Temperaturas ambientes elevadas.

• Bloque del motor.

• Motor no alineado en caso de motobombas.

8.9 DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN PARA LA
SOBRECARGA DE UN MOTOR

Existen diferentes dispositivos de protección
para la corriente de sobrecarga en un motor, desde dispositivos
mecánicos hasta equipos electrónicos de gran
precisión.

• Relé térmico: Características
  principales

• Son dispositivos tripulares.

• Se instalan directamente a las salidas (2, 4,6) del
  contactor.

• Su disparo es diferido.

Existen relés térmicos compensados y
diferenciales.

Los relés térmicos bimetálicos
constituyen el sistema más simple y conocido de la
protección térmica por control indirecto, es decir
por calentamiento del motor a través de su
consumo.

Los bimetales están formados por la soldadura al
vacío de dos láminas de materiales de muy diferente
coeficiente de dilatación (generalmente invar. Y ferro
níquel). Al pasar la corriente eléctrica los
bimetales se calientan y se curvan, con un grado de curvatura que
depende del valor de la corriente y del tiempo.

En caso de sobrecarga, al cabo de un determinado tiempo
definido por su curva característica, los bimetales
accionan un mecanismo de disparo y provocan la apertura de un
contacto, a través del cual se alimenta la bobina del
contactor de maniobra. Este abre y desconecta el
motor.

En los relés térmicos diferenciales se
dispone de un sistema mecánico diferencial para la
protección contra fallos de fase. S i durante la marcha
del motor se interrumpe una fase, el bimetal de esta fase se
enfría y desplaza hacia la izquierda la regleta superior.
Con ello se consigue una carrera adicional en el extremo de la
palanca, de manera que con una menor deformación de los
otros dos bimetales se produce el disparo.

El efecto resultante es un desplazamiento de la curva de
disparo según la línea de trazos de la curva
característica, de forma que este produce con una
intensidad inferior a la nominal (generalmente a 0.85 de la
nominal).

Se trata, pues de una protección contra fallos de
fase muy relativa, ya que el tiempo de disparo depende de la
intensidad que esté consumiendo el motor. Si en el momento
de fallo de fase esta intensidad fuera inferior al valor ajustado
en el relé, éste no dispararía o lo
haría en un tiempo muy grande. En cualquier caso se trata
de un disparo lento, ya que incluso con la intensidad nominal
habría que esperar un tiempo de aproximadamente 100
segundos.

Por otra parte los relés térmicos tienen
una curva de disparo fija y está prevista para motores con
arranque normal, es decir, con tiempos de arranque del orden de 5
a 10 segundos. (p.e. en centrifugadoras, molinos, grandes
ventiladores, etc.), que tienen un mayor tiempo de arranque, la
curva de disparo resulta demasiado rápida y el relé
térmico dispararía durante el arranque. Para evitar
esto hay que recurrir a algún procedimiento especial como
cuentear el térmico durante el arranque o alimentarlo a
través de transformadores
saturables. Esto además de encarecer considerablemente el
arrancador, supone emplear procedimientos sin fundamento
físico porque en realidad lo que se hace es engañar
a la protección.

Así pues, el sistema de protección para
relés térmicos bimetálicos es generalmente
utilizado por ser, con mucho, el más simple y
económico, pero no por ello se deben dejar de considerar
sus limitaciones, entre las cuales podemos destacar las
siguientes:

• Curva de disparo fija, no apta para arranques
  difíciles

• Ajuste impreciso de la intensidad del
  motor

• Ajuste impreciso de la intensidad del
  motor

• Protección lenta o nula contra fallos de
  fase, dependiendo de la carga del motor.

• Ninguna señalización selectiva de la
  causa de disparo.

• Imposibilidad de autocontrolar la curva de
  disparo.

Tabla 9. Regulación de relés
térmicos de protección para motores
trifásicos

Continuación Tabla 9. Regulación de
relés térmicos de protección para motores
trifásicos

Fuente: Manual electrotécnico Telesquemario
Telemecanique

Recomendaciones

Para la instalación y montaje de los equipos
electroneumática del sistema de generación y
transporte de aire comprimido para el laboratorio de
electroneumática de la Universidad
Antonio Nariño sede Bucaramanga, y garantizar un optimo
funcionamiento se recomienda ajustarse a los parámetros y
cálculos establecidos en este estudio y ajustarse a las
recomendaciones dadas por los fabricantes de equipos, a la tabla
10, se resumen los diferentes cálculos realizados para el
montaje del sistema.

Tabla 10. Resumen de datos de cálculo y
diseño.

Fuente: Los autores

Conclusiones

Es indispensable basado en estos cálculos y
diseños, el montaje del sistema de producción y
transporte de aire comprimido para el laboratorio de
neumática, garantizando de esta manera las
prácticas en los laboratorios y con esto el desarrollo
integral de los estudiantes. 

Como en la mayoría de instituciones
de educación
superior, es necesario contar con un sistema centralizado de
aire comprimido como parte integral para el buen desarrollo de
las actividades de los laboratorios. 

Es en la universidad donde se fijan los
estándares que serán aplicados en el futuro en la
industria, siempre y cuando se cuente con las instalaciones
acordes a la tecnología actual, es
aquí donde el profesional se vuelve más
competitivo.

Un diseño adecuado y una ejecución
correcta de las instalaciones, garantizan que no existirán
problemas que alteren las magnitudes físicas del aire
comprimido. Este libro permite
definir una red de
aire comprimido ajustada a las necesidades del laboratorio de
electroneumática de la Universidad Antonio Nariño,
y en la cual también se contempla ampliaciones
futuras.

Bibliografía

CARDONA BARRIENTO, Marcela. Aire Comprimido

Comentario basado en experiencias realizadas durante la
asignatura del laboratorio de electroneumática por los
estudiantes de Ingeniería
Electromecánica.

Condensed Air Power Data, INGERSOLL-RAND, AIR
COMPRESSORS. U.S.A 1988 P 127.

DORANTES González Jorge, MANZANO Moisés
herrera, SANDOVAL Benítez Guillermo, VÁSQUEZ
López Virgilio. Automatización y Control,
Prácticas de Laboratorio, México:
McGraw-Hill, 2004. 268 p.

Ecopetrol, folleto ilustrativo de automatización
industrial planta de polipropileno, Refinería Ecopetrol.
2004

GUILLÉN SALVADOR, Antonio. Introducción a
la Neumática, Barcelona: Marcombo, 1999. 156 p.

Holcim, Cementos Boyacá, documento interno sobre
mantenimiento predictivo, mantenimiento de clase mundial.
2001.

Laboratorio del SENA Girón, Santander. El Sena
más cerca de la industria, edición
interna, 1998, p. 124

Según Trabajo presentado por el estudiante
Raúl Ramírez C,
Para la asignatura Electroneumática semestre II
2007.

SHIGLEY, Joseph Edward. MISCHKE, Charles R.
Diseño en Ingeniería Mecánica, 5 Ed. México:
McGraw-Hill, 1990. p. 869

Raúl Ramírez
Carreño

2008

[1] GUILLÉN SALVADOR, Antonio.
Introducción a la Neumática, Barcelona: Marcombo.
p. 7.

[2] Ibíd., p. 11.

[3] GUILLÉN SALVADOR, Op. Cit., p.
17.

[4] GUILLÉN SALVADOR, Antonio.
Introducción a la Neumática, Barcelona: Marcombo.
p. 22.

[5] Ibíd., p. 23.

[6] GUILLÉN SALVADOR, Op. Cit., p.
27.

[7] DORANTES González Jorge, MANZANO
Moisés herrera, SANDOVAL Benítez Guillermo,
VÁSQUEZ López Virgilio. Automatización y
Control, Prácticas de Laboratorio, México:
McGraw-Hill, 2004. 268 p.

[8] Según Trabajo presentado por el
estudiante Raúl Ramírez C, Para la asignatura
Electroneumática semestre II 2007.

[9] Comentario basado en experiencias
realizadas durante la asignatura del laboratorio de
electroneumática por los estudiantes de
Ingeniería Electromecánica.

[10] SHIGLEY, Joseph Edward. MISCHKE, Charles
R. Diseño en Ingeniería Mecánica. 5 Ed. México:
McGraw-Hill, 1990. p. 869

[11] CARDONA BARRIENTOS, Marcela. Aire
Comprimido.