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

Enviado por Ral Ramrez Carreo



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Figura 14. Diagrama del trabajo real de un compresor

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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:

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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.

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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:

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

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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%)

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  • 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%).

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

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

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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.

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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:

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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

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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

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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:

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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

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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.

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Figura16. Cálculo de acumulador de aire.

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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

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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

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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

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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

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

Figura 21. Lubricador de aire comprimido

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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"

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

Figura 23. Símbolo de la unidad de mantenimiento

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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"

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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

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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

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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)

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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.

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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.

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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

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

Monografias.com

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.

ESPECIFICACIONES

REFRENCIA DE CALCULO

Consumidores

22 cilindros neumáticos Doble efecto (laboratorio)

aida de Presion (?p)

0.5 bar

Velocida del Aire(V)

8 m/seg.

Presion (P)

6-7 bar (87-101 PSIG)

Caudal (Q)

37.29 CFM

Diametro (ø Tub.)

1 ½" SCH 40 SC

Longitud Tubería

9.2 m

Capacidad Deposito aire

1.57 m³

Tipo Compresor

Tornillo

Unidad de Mantenimiento

R18

Motor compresor

10 HP.

Tensión

220 Volt.

Corriente

28 Amp.

Contactor

Ref. LC1D32 Cat. AC3 de 32 amp. Télémécanique

Relé Térmico

Ref. LRD35 de 30 a 38 amp. Telemecanique

Relé Magnético

 Interruptor Magnético ref. GV3L40

Calibre conductor

 10 AWG

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.


Partes: 1, 2, 3


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