- Tipos de
compresores - Turbocompresores
- Elección del compresor
Caudal - Refrigeración
- Acumulador de aire
comprimido - Distribución del aire
comprimido - Material de
tuberías - Conclusiones
- Bibliografía
El aire comprimido
es una de las formas de energía más antiguas que
conoce el hombre y
aprovecha para reforzar sus recursos
físicos.
El descubrimiento consciente del aire como medio que nos
rodea se remonta a muchos siglos, lo mismo que un trabajo
más o menos consciente con dicho medio.
Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más
antiguos conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el
siglo pasado cuando empezaron a investigarse
sistemáticamente su comportamiento
y sus reglas. Sólo desde aprox. 1950 se puede hablar de
una verdadera aplicación industrial de la neumática
en los procesos de
fabricación.
A pesar de que esta técnica fue rechazada en un
inicio, debido en la mayoría de los casos a falta de
conocimiento y
de formación, fueron ampliándose los diversos
sectores de aplicación.
En la actualidad, ya no se concibe una moderna
explotación industrial sin el aire comprimido. Este es el
motivo de que en los ramos industriales más variados se
utilicen aparatos neumáticos cuya alimentación continua
y adecuada de aire garantizará el exitoso y eficiente
desempeño de los procesos involucrados en
la producción.
El diseño
y mantenimiento
adecuado de redes de aire comprimido y
sus respectivos accesorios, juega un papel decisivo en los
procesos productivos involucrados cuya energía utilizada
es el aire.
Para producir aire comprimido se utilizan compresores que
elevan la presión
del aire al valor de
trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se
alimentan desde una estación central. Entonces no es
necesario calcular ni proyectar la transformación de la
energía para cada uno de los consumidores. El aire
comprimido viene de la estación compresora y llega a las
instalaciones a través de tuberías.
Los compresores móviles se utilizan en el ramo de
la construcción o en máquinas
que se desplazan frecuentemente.
En el momento de la planificación es necesario prever un
tamaño superior de la red, con el fin de poder
alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en
el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la
instalación, al objeto de que el compresor no resulte
más tarde insuficiente, puesto que toda ampliación
ulterior en el equipo generador supone gastos muy
considerables.
Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el
generador de aire comprimido tendrá una larga
duración. También debería tenerse en cuenta
la aplicación correcta de los diversos tipos de
compresores.
Según las exigencias referentes a la
presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden
emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen dos
tipos básicos de compresores:
El primero trabaja según el principio de
desplazamiento. La compresión se obtiene por la
admisión del aire en un recinto hermético, donde se
reduce luego el volumen. Se
utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o
rotativo).
El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es
aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la
aceleración de la masa (turbina).
Compresor de émbolo oscilante . Este es el tipo
de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para
comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de
trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles
de kPa (bar).
Compresor de émbolo oscilante
Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario
disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a
una compresión previa por el primer émbolo,
seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el
siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara
de compresión es, en conformidad con la relación,
más pequeño. Durante el trabajo de
compresión se forma una cantidad de calor, que
tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.
Los compresores de émbolo oscilante pueden
refrigerarse por aire o por agua, y
según las prescripciones de trabajo las etapas que se
precisan son:
Para los caudales véase la figura 14 diagrama.
Compresor de membrana
Este tipo forma parte del grupo de
compresores de émbolo. Una membrana separa el
émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en
contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso,
el aire comprimido estará exento de aceite. Estos,
compresores se emplean con preferencia en las industrias
alimenticias farmacéuticas y químicas.
Compresor de émbolo rotativo
Consiste en un émbolo que está animado de
un movimiento
rotatorio. El aire es comprimido por la continua reducción
del volumen en un recinto hermético.
Compresor rotativo multicelular
Un rotor excéntrico gira en el interior de un
cárter cilíndrico provisto de ranuras de entrada y
de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus
dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal
prácticamente uniforme y sin sacudidas. Para el caudal
véase la figura 14 (diagrama).
El rotor está provisto de un cierto número
de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman
las células
con la pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas
son oprimidas por la fuerza
centrífuga contra la pared del cárter, y debido a
la excentricidad el volumen de las células varía
constantemente.
Compresor de tornillo helicoidal, de dos
ejes:
Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles
cóncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire
aspirado axialmente. En estos compresores, el aire es llevado de
un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de
impulsión, la estanqueidad se asegura mediante los bordes
de los émbolos rotativos.
Compresor Roots
Trabajan según el principio de la dinámica
de los fluidos, y son muy apropiados para grandes caudales. Se
fabrican de tipo axial y radial. El aire se pone en
circulación por medio de una o varias ruedas de turbina.
Esta energía cinética se convierte en una
energía elástica de compresión. Para el
caudal, véase la figura 14 (diagrama).
La rotación de los alabes acelera el aire en
sentido axial de flujo.
Aceleración progresiva de cámara a
cámara en sentido radial hacia afuera; el aire en
circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se
vuelve a acelerar hacia afuera.
Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra
el compresor. Existen dos conceptos.
El caudal teórico y El caudal efectivo o real
En el compresor de émbolo oscilante, el caudal
teórico es igual al producto de
cilindrada * velocidad de
rotación. El caudal efectivo depende de la
construcción del compresor y de la presión. En este
caso, el rendimiento volumétrico es muy
importante.
Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor.
Sólo éste es el que acciona y regula los equipos
neumáticos.
Los valores
indicados según las normas
?representan valores
efectivos (p. ej.: DIN 1945).
El caudal se expresa en m3/min ó m3/h
.No obstante, son numerosos los fabricantes que
solamente indican el caudal teórico
También se distinguen dos conceptos:
La presión de servicio es la
suministrada por el compresor o acumulador y existe en las
tuberías que alimentan a los consumidores. La
presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo
considerado. En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6
bar). Por eso, los datos de servicio
de los elementos se refieren a esta presión. Importante:
Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario
que la presión tenga un calor constante. De ésta
dependen : – la velocidad – las fuerzas – el desarrollo
secuencial de las fases de los elementos de trabajo.
Accionamiento
Los compresores se accionan, según las
exigencias, por medio de un motor
eléctrico o de explosión interna. En la industria, en
la mayoría de los casos los compresores se arrastran por
medio de un motor eléctrico.
Si se trata de un compresor móvil, éste en
la mayoría de los casos se acciona por medio de un motor
de combustión (gasolina, Diesel ).
Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el
compresor al consumo que
fluctúa, se debe proceder a ciertas regulaciones del
compresor. Existen diferentes clases de regulaciones. El caudal
varía entro dos valores límites
ajustados (presiones máxima y mínima).
Regulación de marcha en | Regulación de carga parcial | Regulación por intermitencias |
a) Regulación por escape a la atmósfera | a) Regulación de velocidad de | |
b) Regulación por aislamiento de la | b) Regulación por estrangulación | |
c) Regulación por apertura de la |
Regulación de marcha en
vacío:
a) Regulación por escapo a la
atmósfera
En esta simple regulación se trabaja con una
válvula reguladora de presión a la salida del
compresor. Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado la
presión deseada, dicha válvula abre el paso y
permite que el aire escape a la atmósfera. Una
válvula antirretorno impide que el depósito se
vacíe (sólo en instalaciones muy
pequeñas).
b) Regulación por aislamiento de la
aspiración
En este tipo de regulación se bloquea el lado de
aspiración. La tubuladura de aspiración del
compresor está cerrada. El compresor no puede aspirar y
sigue funcionando en el margen de depresión.
Esta regulación se utiliza principalmente en los
compresores rotativos y también en los de émbolo
oscilante.
c) Regulación por apertura de la
aspiración
Se utiliza en compresores de émbolo de
tamaño mayor. Por medio de una mordaza se mantiene abierta
la válvula de aspiración y el aire circula sin que
el compresor lo comprima. Esta regulación es muy
sencilla.
Regulación de carga
parcial
e) Regulación de la velocidad de
rotación
El regulador de velocidad del motor de combustión
interna se ajusta en función de
la presión de servicio deseada, por medio de un elemento
de mando manual o
automático. Si el accionamiento es eléctrico, la
velocidad de rotación puede regularse de forma progresiva
empleando motores de polos
conmutables. No obstante, este procedimiento no
es muy utilizado.
b) Regulación del caudal aspirado
Se obtiene por simple estrangulación de la
tubuladura de aspiración. El compresor puede ajustarse
así a cargas parciales predeterminadas. Este sistema se
presenta en compresores rotativos o en
turbocompresores.
Regulación por
Intermitencias
Con este sistema, el compresor tiene dos estados de
servicio (funciona a plena carga o está desconectado). El
motor de accionamiento del compresor se para al alcanzar la
presión Pmax. Se conecta de nuevo y el compresor trabaja,
al alcanzar el valor mínimo Pmin.
Los momentos de conexión y desconexión
pueden ajustarse mediante un presóstato. Para mantener la
frecuencia de conmutación dentro de los límites
admisibles, es necesario prever un depósito de gran
capacidad.
Regulación intermitente
Por efecto de la compresión del aire se
desarrolla calor que debe evacuarse. De acuerdo con la cantidad
de calor que se desarrolle, se adoptará la
refrigeración más apropiada. En compresores
pequeños, las aletas de refrigeración se encargan
de irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un
ventilador adicional, que evacua el calor.
Cuando se trata de una estación de
compresión de más de 30 kW de potencia, no
basta la refrigeración por aire. Entonces los compresores
van equipados de un sistema de refrigeración por
circulación de agua en circuito cerrado o
abierto.
A menudo se temen los gastos de una instalación
mayor con torre de refrigeración. No obstante, una buena
refrigeración prolonga la duración del compresor y
proporciona aire más frío y en mejores condiciones.
En ciertas circunstancias, incluso permite ahorrar un
enfriamiento posterior del aire u operar con menor
potencia.
Lugar de emplazamiento
La estación de compresión debe situarse en
un local cerrado e insonorizado. El recinto debe estar bien
ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco,
limpio de polvo y seco posible.
El acumulador o depósito sirve para estabilizar
el suministro de aire comprimido. Compensa las oscilaciones de
presión en la red de tuberías a medida que se
consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del
acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo,
en el acumulador se desprende directamente una parte de la
humedad del aire en forma de agua
Acumulador
El tamaño de un acumulador de aire comprimido
depende:
Del caudal de suministro del compresor
Del consumo de aire
De la red de tuberías (volumen
suplementario)
Del tipo de regulación
De la diferencia de presión admisible en el
interior de la red.
Determinación del acumulador cuando el compresor
funciona Intermitentemente
El tamaño de un acumulador puede determinarse
según el diagrama de la figura 24.
Distribución del aire
comprimido
Como resultado de la racionalización y automatización de los dispositivos de
fabricación, las empresas precisan
continuamente una mayor cantidad de aire. Cada máquina y
mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo
abastecido por un compresor, a través de una red de
tuberías.
El diámetro de las tuberías debe elegirse
de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de
presión entre él depósito y el consumidor no
sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presión
excede de este valor, la rentabilidad
del sistema estará amenazada y el rendimiento
disminuirá considerablemente. En la planificación
de instalaciones nuevas debe preverse una futura
ampliación de la demanda de
aire, por cuyo motivo deberán dimensionarse generosamente
las tuberías. El montaje posterior de una red más
importante supone costos dignos de
mención.
Dimensionado de las
tuberías
El diámetro de las tuberías no
debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de
acuerdo con cualquier regla empírica, sino en conformidad
con:
el caudal
la longitud de las tuberías
la pérdida de presión (admisible) la
presión de servicio la cantidad de estrangulamientos en la
red
En la práctica se utilizan los valores reunidos
con la experiencia. Un nomograma (figura 25) ayuda a encontrar el
diámetro de la tubería de una forma rápida y
sencilla.
Cálculo de una tubería:
El consumo de aire en una industria es de 4 m3/min (240
m3/h). En 3 años aumentará un 300%, lo que
representa 12 m3/min (720 m3/h).
El consumo global asciende a 16 m3/min (960 m3/h) La red
tiene una longitud de 280 m; comprende 6 piezas en T, 5 codos
normales, 1 válvula de cierre. La pérdida admisible
de presión es de A p = 10 kPa (0,1 bar). La presión
de servicio es de 800 kPa (S bar).
Se busca: El diámetro de la
tubería
El nomograma de la figura 25, con los datos dados,
permite determinar el diámetro provisional de las
tuberías.
solución:
En el nomograma, unir la línea A (longitud M
tubo) con la B (cantidad de aire aspirado) y prolongar el trazo
hasta C (eje l). Unir la línea E,(presión). En la
línea F (eje 2) se obtiene una intersección. Unir
los puntos de intersección de los ejes 1 y 2. Esta
línea corta la D (diámetro nominal de la
tubería) en un punto que proporciona el diámetro
deseado.
En este caso, se obtiene para el diámetro un
valor de 90 mm.
Tomado del manual de neumática de FMA Pokorny,
Francfort
Las resistencias
de los elementos estranguladores (válvula de cierre,
válvula esquinera, pieza en T, compuerta, codo normal) se
indican en longitudes supletorias. Se entiende por longitud
supletoria la longitud de una tubería recta que ofrece la
misma resistencia al
flujo que el elemento estrangulador o el punto de
estrangulación. La sección de paso de la
"tubería de longitud supletoria" es la misma que la
tubería.
Un segundo nomograma (figura 26) permite
averiguar rápidamente las longitudes supletorias.
Con esta longitud total de tubería de 380 m, el
consumo de aire, la pérdida de presión y la
presión de servicio se puede determinar, como en el
problema anterior, con ayuda del nomograma (figura 25) el
diámetro definitivo de las tuberías.
En este caso, el diámetro es de 95 mm.
Tendido de la red
No solamente importa el dimensionado correcto de las
tuberías, sino también el tendido de las
mismas.
Las tuberías requieren un mantenimiento y
vigilancia regulares, por cuyo motivo no deben instalarse dentro
de obras ni en emplazamientos demasiado estrechos. En estos
casos, la detección de posibles fugas se hace
difícil. Pequeñas faltas de
estanqueidad ocasionan considerables pérdidas de
presión.
En el tendido de las tuberías debe cuidarse,
sobre todo , de que la tubería tenga un descenso en el
sentido de la corriente, del 1 al 2%.
En consideración a la presencia de condensado ,
las derivaciones para las tomas aire en el caso de que las
tuberías estén tendidas horizontalmente, se
dispondrán siempre en la parte superior del
tubo.
Así se evita que el agua
condensada que posiblemente en encuentre en la tubería
principal llegue a través de las tomas. Para recoger y
vaciar el agua condensada se disponen tuberías especiales
en la parte inferior de la principal.
En la mayoría de los casos, la red principal se
monta en circuito cerrado. Desde la tubería principal se
instalan las uniones de derivación.
Con este tipo de montaje de la red de aire comprimido se
obtiene una alimentación uniforme cuando el consumo de
aire es alto. El aire puede pasar en dos direcciones.
En la red cerrada con interconexiones hay un circuito
cerrado, que permite trabajar en cualquier sitio con aire,
mediante las conexiones longitudinales y transversales de la
tubería de aire comprimido,
Ciertas tuberías de aire comprimido pueden ser
bloqueadas mediante válvulas
de cierre (correderas) si no se necesitan o si hay que separarlas
para efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento.
También existe la posibilidad de comprobar faltas de
estanqueidad.
Tuberías principales
Para la elección de los materiales
brutos, tenemos diversas posibilidades:
Cobre Tubo de acero negro,
Latón Tubo de acero galvanizado, Acero fino
Plástico
Las tuberías deben poderse desarmar
fácilmente, ser resistentes a la corrosión y de precio
módico.
Las tuberías que se instalen de modo permanente
se montan preferentemente con uniones soldadas. Estas
tuberías así unidas son estancas y, además
de precio económico. El inconveniente de estas uniones
consiste en que al soldar se producen cascarillas que deben
retirarse de las tuberías. De la costura de soldadura se
desprenden también fragmentos de oxidación; por
eso, conviene y es necesario incorporar una unidad de
mantenimiento.
En las tuberías de acero galvanizado, los
empalmes de rosca no siempre son totalmente herméticos. La
resistencia a la corrosión de estas tuberías de
acero no es mucho mejor que la del tubo negro. Los lugares
desnudos (roscas) también se oxidan, por lo que
también en este caso es importante emplear unidades de
mantenimiento. Para casos especiales se montan tuberías de
cobre o
plástico.
Aprendimos la importancia de conocer la
simbología empleada en la neumática, pues bien,
estos símbolos aunque fueron pocos, explica un
proceso
importantes etapas de generación, preparación y
distribución de aire comprimido, en donde
este debe seguir una secuencia lógica,
que nos lleve a la eficiencia de
nuestro sistema, cada etapa, se fueron desmenuzando conceptos y
se mostraron esquemas que nos ayuda a entender el proceso aunque
es complejo, podemos decir que es sencillo, con sus
simbologías, que son importante en materia,
porque son la estandarización de esta simbología,
uno se complicaría al armar un circuito neumático,
y si queremos transmitir la idea del circuito no se podrá
con facilidad, ya que no habría un estándar, por
eso es que debemos tener en cuenta toda la simbología
empleada, para poderla aplicar, en cada etapa aprendimos que
existen herramientas
que ayudan, por ejemplo un papel filtro, que ayuda a evitar el
acceso a objetos que dañen el material, entre otros que
son importantes y debemos tener al tanto.
Si no conocemos las etapas, la cuales se aprendieron
durante la sesión, tendríamos muchos problemas
técnicos, ya sea que la tubería se pierda, o las
sustancias se desperdicien, por eso como ingenieros industriales,
tener que tener estos conceptos bien definidos para aplicarlos en
la práctica, en la aplicaciones se pueden ver que en
muchas máquinas, ciclos, etc, se aplican estas etapas, con
el fin de lograr lo objetivos
deseados.
DEL RAZO, Hernández Adolfo, "Sistemas
Neumáticos e Hidráulicos"
DEPPERT W. / K. Stoll. "Aplicaciones de
Neumática" Ed. Marcombo"
GUILLÉN SALVADOR, Antonio.
"Introducción a la Neumática" Editorial:
Marcombo, Boixerau
GABY