CAPITULO II

FUNDAMENTOS TEORICOS

Neumática

La neumática es la parte de la ingeniería que se dedica al estudio y aplicación

del aire comprimido en la automatización de diversos procesos industriales.

Actualmente el 90% de las industrias emplea este recurso. La sencillez de operación,

disponibilidad, facilidad y seguridad en el manejo de los equipos, dispositivos y

herramientas neumáticas, han propiciado una gran utilización de la energía de presión

producida por el aire comprimido.

El aire comprimido presenta una presión superior al aire atmosférico; está

compuesto por: oxígeno, anhídrido carbónico, vapor de agua y nitrógeno. De acuerdo

a esta composición química se pueden hacer las siguientes afirmaciones:

1. Presenta nula volatidad, y explosividad.

2. La viscosidad del aire se incrementa cuando se aumenta su presión, lo cual incide

directamente en el rozamiento de los elementos mecánicos, disminuyendo el

rendimiento óptimo de toda la instalación neumática. Existen unos limites óptimos

para trabajar con aire, que son entre 6 y 8 bar.

3. El hecho de poder limpiar el aire comprimido convierte a la neumática en una

tecnología ideal para sectores como la alimentación o la farmacológica, frente a otra

tecnología como puede ser la hidráulica.

4. El circuito principal de suministro de aire comprimido, no debe sobrepasar los

1000 metros, porque aumentaría considerablemente las pérdidas de aire comprimido,

haciendo que la tecnología neumática no resulte práctica.

5. Resulta provechoso y aconsejable hacer uso de un sistema de almacenamiento de

aire comprimido, sobre todo en largas distancias, de esta forma se eliminan las

posibles fluctuaciones que se puedan tener en el circuito neumático a consecuencia de

la distancia, de pequeños vaivenes del compresor, etc.

En toda instalación neumática se hace necesario tratar el aire por varias

circunstancias. El aire atmosférico lleva consigo partículas nocivas para los distintos

dispositivos que puede albergar una instalación neumática. El compresor no depura el

aire, aunque lleva filtros, pero no lo depura al 100 %. El aire también tiene cierta

cantidad de vapor de agua, que una vez presente en el circuito puede llegar a

condensarse y es necesario evacuar (purgar); si no se hiciera, los componentes

mecánicos del circuito sufrirían una oxidación, además del desgaste por otras

partículas.

El tratamiento del aire siempre comienza en el propio compresor, el cual está

dotado de un sistema de purga para la condensación de agua y de un filtro para quitar

las partículas del aire.

Williams (2005) concluye que: Para que un sistema sea eficaz, confiable y

económico, es esencial que la red de distribución del aire comprimido tenga un

diseño, instalación y mantenimiento adecuados. Un sistema de distribución de aire

convenientemente diseñado, ha de reunir las siguientes características:

• Puntos de consumo con presiones de aire correctas.

• Mínimas fugas de aire.

• Adecuada capacidad.

• Calidad de aire correcta.

• Una disposición perfectamente diseñada.

• Eficaces accesorios de línea.

Uso eficiente de las instalaciones de aire comprimido

El elemento fundamental de una instalación de aire comprimido es el

compresor. Los criterios básicos para seleccionarlo son la capacidad requerida de aire

comprimido, la presión de trabajo, la calidad del aire comprimido y el lugar en donde

se ha de instalar.

Selección de un compresor

Para seleccionar el compresor se necesita conocer la presión requerida en la

utilización, teniendo en cuenta todas las caídas de presión de todos los equipos

intermedios de aire comprimido, el caudal necesario y la calidad del aire.

Los compresores se usan para producir el aire comprimido, esto se logra

elevando la presión del aire al valor de trabajo deseado, los mecanismos y mandos

neumáticos se alimentan desde una estación central. El aire comprimido viene de la

estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías.

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, a 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.

Elección de la presión

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.

Los elementos neumáticos deben trabajar con una presión (normalizada) de 6

bar (87 psi). Los compresores utilizados para sistemas neumáticos dan una presión de

utilización de 7 bar (101 psi).

Una sobre-presión puede ocasionar rotura de los componentes del sistema y

la instalación causando pérdidas de aire y por consiguiente pérdidas de energía. Hay

que tener en cuenta que una fuga a través de un agujero de 1 mm de diámetro en un

caño ó accesorio produce una fuga de aire de aproximadamente 1 litro/segundo a 6

bar de presión y 0,3 Kw, que es la potencia necesaria para su compresión.

Pero lo más importante es que ante una rotura de algún componente se puede

producir un accidente con graves consecuencias para los operadores. Una baja de

presión por otra parte altera completamente el funcionamiento de los componentes

del sistema.

Elección del Caudal

Se debe estimar un consumo medio, en función de factores de uso y de

simultaneidad. También se tendrá en cuenta necesidades temporarias, pequeñas

extensiones, bajas de rendimiento de la fuente y de las unidades neumáticas de los

puestos de trabajo y una tasa de fugas razonable, es decir menor al 10%

Elección de la calidad del aire

El aire puede ser sin aceite y aire seco. Generalmente, el aceite asegura

lubricación y estanqueidad. Una parte es eliminada luego del enfriamiento final antes

de la entrada a la red. La parte que resta en el aire, en la mayoría de los casos debe

ser evitada.

Según la guía para el ahorro de energía en la pequeña y mediana empresa de la

comisión nacional para el ahorro de energía CONAE: La calidad del aire está

determinada por la proporción de humedad y de contaminación (partículas de polvo o

aceite) que permita la aplicación final del mismo. En general, se utilizan 4 niveles de

calidad en función de su aplicación. En la industria se utiliza alguno de los tres

primeros, como a continuación se describe:

Aire de planta: Aire que puede estar relativamente sucio y húmedo. Por sus

características, es empleado en herramientas neumáticas y para usos generales. Este

tipo de aire es el que se utiliza en Moore de Venezuela S.A.

Aire para instrumentos: Aire con cantidades de humedad y suciedad

moderadas, por lo que es usado en laboratorios, sistemas de aplicación de pintura por

rocío o pintura en polvo, controles de climas, etc.

Aire de proceso: Aire con muy poca humedad y casi nula suciedad; por sus

características, es utilizado en la industria química, alimenticia, farmacéutica y

electrónica.

Aire para respiración: Aire sin humedad y totalmente libre de aceite y polvos,

por lo que se usa para recargar tanques de equipos de buceo, en hospitales,

consultorios dentales, etc.

Tratamiento del aire

El tipo de tratamiento de aire comprimido dependerá de las necesidades del

proceso en donde será utilizado. Suponiendo que se dispone de la capacidad y

presión necesaria, pero generalmente se encuentran inconvenientes por la presencia

de aceite, de humedad y de partículas en suspensión.

En cuanto a la presencia de humedad, corresponde indicar que el aire que

aspira el compresor proviene de la atmósfera, la cual tiene un cierto grado de

humedad según el lugar donde se encuentra instalado el compresor.

En cuanto el aire es comprimido se calienta a temperaturas superiores a 100ºC,

dependiendo del tipo de compresor utilizado. A estas temperaturas la humedad

absorbida toma la forma de vapor saturado.

En cuanto el aire pasa por conductos a menor temperatura, el vapor se

condensa y el agua deteriora todos aquellos elementos por donde pasa,

por ello lo primero que es necesario hacer es enfriar mediante un sistema de

enfriamiento colocado después del compresor y llevar el aire comprimido a una

temperatura 10ºC por encima de la temperatura ambiente. Generalmente el compresor

ya viene con el sistema de enfriamiento y el aire producido ya sale a esa temperatura.

Eliminación del agua

Lógicamente, al enfriarse el aire una parte de la humedad se condensa y es

eliminada mediante purgadores manuales o automáticos. A pesar de ello el aire

queda con gran cantidad de agua y no queda otra solución que eliminarlo con un

secador de aire comprimido. El drenaje del condensado influye en la calidad final

del aire, la seguridad de servicio y la economía del sistema.

Por ello es importante la instalación de diferentes elementos mecánicos, para

colectar y evacuar el condensado. Estos elementos pueden ser:

1. Separador centrífugo: Separa el condensado con ayuda de la fuerza

centrífuga. Para garantizar un funcionamiento óptimo, convendrá que cada compresor

tenga su propio separador centrífugo.

2. Refrigerador intermedio: En los compresores de dos etapas también se

recoge condensado en los separadores de los enfriadores intermedios.

3. Depósito de aire comprimido: Aparte de su función principal como

almacenador de aire comprimido, el depósito también ayuda a separar el condensado

por medio de la fuerza de la gravedad. Si tiene las dimensiones correctas, será tan

eficaz como el separador centrífugo. A diferencia del separador centrífugo, puede

instalarse en la conducción principal del sistema de aire comprimido, siempre que su

entrada de aire se encuentre en la parte inferior y la salida en la superior. Además, el

depósito enfría el aire comprimido gracias a su gran superficie de derivación térmica,

lo cual favorece la separación del condensado.

4. "Trampas" de agua en la conducción de aire comprimido: Para evitar un

flujo incontrolado del condensado en la red, será conveniente que todos los puntos de

entrada y salida del sector húmedo se conecten desde arriba o lateralmente. Estas

trampas permiten eliminar el condensado de la red principal. En la figura Nº 1 se

muestra una trampa de agua para condensados.

.

Figura Nº 1. Trampa de agua con drenaje de condensados

5. Secador de aire comprimido: Debido al calor generado durante el proceso

de compresión, el aire comprimido sale con un grado de saturación del 100%; al ir

disminuyendo la temperatura del aire comprimido durante su permanencia en el

tanque y su paso por los diferentes accesorios y tuberías, pierde capacidad de retener

vapor de agua, generando condensados, los cuales producen corrosión y mal

funcionamiento de las herramientas neumáticas. Los secadores son la solución a este

problema. Existen dos clases:

Secador refrigerativo: Es posible separar condensado en el secador

refrigerativo gracias al enfriamiento del aire, que hace que el vapor de agua se

condense y se precipite.

Secador de adsorción: Gracias al notable enfriamiento del aire comprimido en

la red, es mucho el condensado que se separa en el prefiltro del secador de adsorción.

En el interior del secador de adsorción, el agua sólo se encuentra en forma de vapor

debido a las condiciones de presión parcial.

Eliminación del aceite

Si no se adopta el uso de compresores que producen el aire exento de aceite, se

hace necesario utilizar filtros de alta eficacia. La combinación de compresores

rotativos lubricados con filtros de alta eficacia es suficiente para la mayoría de los

procesos industriales. Un filtro específico para aceite suele tener una eficiencia de

0,01 ppm que se puede complementar con otro filtro para retener los vapores y olores

del aceite, con lo que se llega a una eficiencia de 0,003 ppm, lo cual significa un aire

comprimido virtualmente exento de aceite.

Eliminación de partículas nocivas

En una instalación moderna este problema es muy leve. Pero en instalaciones

antiguas, y sobretodo en aquellas en donde no se ha instalado un secador de aire, la

presencia de partículas es muy frecuente, a causa, principalmente, de la continua

corrosión de las cañerías. Para eliminarlas hay que utilizar filtros de partículas.

Generalmente, un filtro de una eficiencia de un micrómetro situado a la entrada del

secador es suficiente para garantizar aire exento de partículas. Sin embargo, siempre

es recomendable colocar un filtro final.

Caída de presión

Uno de los aspectos más importantes a considerar en cuanto al rendimiento,

seguridad y economía de una red de distribución de aire comprimido es minimizar la

caída de presión entre el compresor y los puntos de consumo de aire.

Una caída de presión en el sistema de aire comprimido significa que en los

puntos de consumo la presión es inferior a la de la sala compresora y ocasiona una

pérdida de potencia en las máquinas u otros sistemas neumáticos. La mayoría de las

unidades de los sistemas neumáticos están diseñados para una presión de trabajo de 6

a 7 bares. Si la caída de presión es tan alta que la presión de trabajo obtenida es

menor que la presión prevista, la pérdida de potencia es proporcionalmente más

grande.

La red de distribución del sistema de aire comprimido ha de estar dimensionada

de forma que cualquiera sea el incremento futuro en el consumo de aire no signifique

una caída de presión excesiva que obligue a reemplazar todo el sistema. Hay que

tener en cuenta que el costo de instalar tubos y accesorios de dimensiones más

grandes que los estrictamente necesarios en un principio es muy pequeño comparado

con el costo que ocasionaría tener que cambiar todo el sistema.

Parámetros que intervienen en la caída de presión

Los sistemas de aire comprimido permanentes deben dimensionarse de tal

manera que la caída de presión entre la planta compresora y el punto de consumo más

alejado no sea superior a 0.3 bar. En el caso de instalaciones que cubren áreas muy

grandes, se puede aceptar caídas de presión algo superiores pero no más de 0,5 bar.

Cálculo y diseño

Para calcular el valor teórico de la pérdida de carga, se necesita conocer el

caudal de aire que circulará por el sistema. El caudal depende de las unidades o

elementos neumáticos, los cuales necesitan un volumen de aire para funcionar; por lo

tanto hay que conocer la disposición de las máquinas que se utilizarán en los diversos

lugares de trabajo.

En lo que respecta al trazado, ello será función de la disposición de los puntos

de consumo a la planta y de la forma de la distribución adoptada (suministro

centralizado, redes en anillo, etc.)

El dimensionamiento será consecuencia de las dos consideraciones anteriores, es

decir el caudal y el trazado. Respecto al trazado valen las siguientes consideraciones:

a. Se deben evitar las curvas y contornos inútiles. Diseñar canalizaciones a sección

constante para velocidades entre 5 y 10 m/s, de acuerdo a la extensión de la red.

b. Prever pendientes, como mínimo 2% y purgas, preferentemente automáticas.

c. Una red debe estar diseñada de tal forma que cada puesto de trabajo tenga doble

alimentación.

Esta mayor inversión se compensa pues además de proveer mayor

seguridad en el suministro, disminuyen las pérdidas de carga al tener doble

alimentación en paralelo.

Factores de uso y de simultaneidad

El tiempo en que la máquina esta consumiendo aire, se denomina factor de

uso, que es propio de cada tipo de máquina y está determinado por la forma en que

esta trabaja. Otro factor que hay que tener en cuenta para calcular el consumo es el

factor de simultaneidad, el cual depende del número de unidades que en cada

momento consumen aire. Si todas las máquinas funcionaran simultáneamente la

cantidad de aire a suministrar sería igual a la suma de los consumos de todas. Ello es

prácticamente imposible que suceda, pues siempre hay un desfasaje entre los períodos

en que trabaja cada una.

Fugas

Las causas principales de la falta o pérdida de presión en una red de aire

comprimido, son la capacidad insuficiente de los compresores, canalizaciones mal

calculadas y las fugas en la instalación. Si en una instalación de aire comprimido se

han calculado correctamente el caudal, el trazado y las dimensiones de los circuitos

neumáticos y sin embargo hay falta de presión, seguramente una parte de aire se está

perdiendo a través de fugas en la instalación.

Elementos de las instalaciones de aire comprimido

Básicamente las instalaciones neumáticas deben contar con:

1. Un compresor como generador de la fuente de energía.

2. Un transformador de la energía. El aire comprimido debe sufrir unas

modificaciones antes de poder ser utilizado.

3. Un sistema de almacenamiento o depósito que mantenga un suministro

continuo y estable.

4. Unas líneas de distribución.

5. Sistemas auxiliares como válvulas, filtros, reguladores de caudal y

presión.

En la industria se encuentran 2 variantes; que juegan con los distintos elementos de la

instalación.

Variante 1

Filtro de entrada: Se eliminan las impurezas del aire de entrada (polvo atmosférico).

Compresor: Encargado de comprimir el aire.

Refrigerador: El aire comprimido se calienta y se requiere una etapa de

enfriamiento. Si se usa el aire caliente se podrían producir desperfectos y fugas.

Separador: Del compresor puede salir aire a presión con una cierta cantidad de

aceite. Dicho aceite en suspensión, debe ser eliminado para que no genere

desperfectos en otros componentes de la instalación.

Pulmón: Debe satisfacer la demanda del resto de la instalación en aquellas

circunstancias en las que el compresor no aporta suficiente caudal o para que dicho

compresor no funcione continuamente.

Secador: El aire enfriado genera condensaciones que no deben llegar al resto de la

instalación, para no generar oxidaciones en el resto de los componentes. En el

secador, el aire comprimido se deshumidifica.

En la figura Nº 2 se muestra el esquema de una instalación de aire

comprimido según la variable 1.

Figura Nº 2. Elementos de una instalación de aire (Variante 1)

Variante 2

Filtro de entrada: Se eliminan las impurezas del aire de entrada (polvo atmosférico).

Compresor: Encargado de comprimir el aire.

Separador: Del compresor puede salir aire a presión con una cierta cantidad de

aceite. Dicho aceite en suspensión, debe ser eliminado para que no genere

desperfectos en otros componentes de la instalación. Esta separación se hace en una

primera etapa.

Calderin primario: Sirve de colchón para el resto de las etapas de producción.

Puede servir de by-pass en momentos en los que falla algún otro de los elementos

posteriores del equipo de producción.

Refrigerador de agua: El aire comprimido se calienta y se requiere una etapa de

enfriamiento.

Separador de aceite: Equipo especifico para eliminar las partículas de aceite

residual, del aire que será almacenado en el calderín.

Secadores: Aquí el aire comprimido se deshumidifica.

Filtro: este filtro tiene como finalidad la eliminación del gel de sílice utilizado en los

secadores, para lograr un aire comprimido de mayor calidad.

Calderin secundario: El aire deberá salir del depósito con una presión mínima de

trabajo que siempre será superior a la mínima de la instalación e inferior a la

manométrica del depósito.

En la figura Nº 3 se muestra el esquema de una instalación de aire

comprimido según la variable 1.

Figura Nº 3 Elementos de una instalación de aire (Variante 2)

Compresores

Según Escalona (2003), se dice que según las exigencias referentes a la

presión de trabajo y el caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de

construcción.

Se distinguen dos tipos básicos de compresores:

Compresores 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).

Compresores dinámicos: El aire es aspirado por un lado y comprimido como

consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).

Figura Nº 4 Tipos de Compresores

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

100 kPa a varios miles de kPa. En la figura Nº 5 se muestra un esquema del

compresor de émbolo.

Figura Nº 5 Compresor de embolo oscilante

Este compresor funciona en base a un mecanismo de excéntrica que controla

el movimiento alternativo de los pistones en el cilindro. Es el compresor más

difundido a nivel industrial, dada su capacidad de trabajar en cualquier rango de

presión. Normalmente, se fabrican de una etapa hasta presiones de 5 bar, de dos

etapas para presiones de 5 a 10 bar. y para presiones mayores de 10 bar, 3 o más

etapas.

Algunos fabricantes ya están usando tecnología denominada libre de aceite, es

decir, sus compresores no utilizan aceite lo que los hace muy apetecibles para la

industria químico farmacéutica y hospitales.

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.

Compresor rotativo multicelular

Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su

funcionamiento silencioso y su caudal prácticamente uniforme y sin sacudidas.

Genera grandes cantidades de aire pero con vestigios de aceite, por lo que en aquellas

empresas en que no es indispensable la esterilidad presta un gran servicio, al mismo

tiempo el aceite pulverizado en el aire lubrica las válvulas y elementos de control y

potencia. En la figura Nº 6 se muestra un esquema del compresor rotativo.

Figura Nº 6 Compresor rotativo

Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes

Entrega caudales y presiones medios altos (400 a 40000m³/h y 25 bar.) pero

menos presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente utilizado en la industria de

la madera, por su limpieza y capacidad. En la figura Nº 7 se muestra un esquema del

compresor de tornillo.

Figura Nº 7Compresor de tornillo

Compresor Axial

Con este tipo de compresor se pueden lograr grandes caudales (200.000 a

500.000 m³/h) con flujo uniforme pero a presiones relativamente bajas (5 bar.)

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. En

la figura Nº 8 se muestra un esquema del compresor axial.

Figura Nº 8 Compresor axial

Compresor Radial

Por efecto de la rotación, los alabes comunican energía cinética y lo dirigen

radialmente hacia fuera, hasta encontrarse con la pared o carcasa que lo retorna al

centro, cambiando su dirección. En esta parte del proceso el aire dispone de un mayor

espacio disminuyendo por tanto la velocidad y la energía cinética, lo que se traduce

en la transformación de presión. Este proceso se realiza tres veces en el caso de la

figura, por lo cual el compresor es de tres etapas. Se logran grandes caudales pero a

presiones también bajas. El flujo obtenido es uniforme. En la figura Nº 9 se muestra

un esquema del compresor radial.

Figura Nº 9 Compresor radial

Según Bahr, M. y Ruppelt, E. (2007). Al momento de elegir el compresor más

adecuado, ya sea uno libre de aceite o refrigerado por aceite, se debe considerar la

economía del sistema y no solo la calidad del aire que pueda producir el compresor.

El buen rendimiento vendrá determinado por los costos de energía y de

mantenimiento, que pueden llegar a representar hasta un 90% de los costos totales de

producción de aire comprimido. Los sistemas libres de aceite, como los sopladores

(hasta 2 bar), son muy adecuados desde el punto de vista energético en el campo de

bajas presiones, desde 500 mbar hasta 3 bar aproximadamente. A partir de 4 bar y

hasta 16 bar será económicamente más conveniente elegir compresores de tornillo

enfriados por aceite. Desde los 5 bar, la compresión con unidades libres de aceite

debe ser de dos etapas para conseguir una buena relación entre la potencia consumida

y el caudal de aire producido. El gran número de enfriadores que se precisan, las altas

velocidades de giro, la mayor necesidad de técnica de control, el gasto en agua para

refrigeración y la alta inversión de adquisición, hacen dudar de que la compresión sin

aceite sea la más adecuada económicamente para este campo de presión.

Número y ubicación de los compresores

Según Vélez, A. (2002). Hay dos posibilidades para la ubicación de los

compresores. Una consiste en una sala centralizada con todos los compresores de la

planta y la otra posibilidad consiste en tenerlos distribuidos a lo largo y ancho de la

planta pudiendo estar interconectados o no.

La ventaja principal de la planta centralizada, está en la posibilidad de poder

usar unidades de mayor capacidad que son más eficientes, reduce el costo de

supervisión y control de los equipos, asi como la mano de obra para operación y

mantenimiento. Además, se puede lograr un mejor balance entre la capacidad

instalada y demanda. Para que el esquema de planta centralizada funcione

adecuadamente, el diseño de la red, debe ser muy bien realizado para no tener

pérdidas excesivas de presión en sitios alejados de la planta.

Para decidir la localización central de los compresores se deben tener en

cuenta las siguientes consideraciones:

Deben estar cerca de los mayores consumidores.

Las captaciones de aire deben ubicarse donde este sea lo mas frío posible, con la

menor humedad relativa y exento de contaminantes.

La principal ventaja de la descentralización es la flexibilidad. Es simple

agregar unidades nuevas donde se requieren, con las tuberías que son relativamente

cortas. Los sistemas descentralizados aumentan el consumo de energía, desfavorecen

la relación capacidad instalada versus demanda y se incrementan los costos de

mantenimiento.

Depósitos o Pulmones

Cumplen con las siguientes funciones:

1. Amortiguar los pulsos de presión convirtiendo un flujo discontinuo en uno

continuo.

2. Acumular el aire para que el compresor no funcione constantemente.

3. Hacer frente a las demandas de caudal de las horas de punta. Se dimensiona

teniendo en cuenta un factor de utilización.

4. Realizar un enfriamiento estático por la superficie del calderin, a la vez que se

elimina parte del agua por condensación.

Deben tener:

1. Entrada y salida de aire.

2. Válvula de seguridad.

3. Grifo para purgar los condensados.

4. Presóstatos para producir el arranque del compresor cuando la presión interior

baje de un determinado valor y para producir la parada del compresor cuando

la presión interior suba por encima de un valor determinado.

Refrigerador

Puesto que al comprimir el aire éste se calienta, su capacidad para retener

vapor de agua aumenta. Por el contrario, un incremento en la presión del aire, reduce

notablemente su capacidad para retener agua. Por tanto, mientras el aire se comprime

en el compresor, la alta temperatura evita que el agua condense, pero una vez en las

conducciones, el descenso de temperatura, mantenido a presiones altas, sí conlleva la

condensación de agua en las tuberías.

Por tanto, para eliminar posibles condensaciones, se reduce la temperatura del

aire en un dispositivo que se coloca justo a la salida del compresor (sin esperar a que

ese descenso tenga lugar en las propias líneas de suministro de aire comprimido).

Para ello se introduce un enfriador (aftercooler), tan próximo al compresor como sea

posible.

El aftercooler no es más que un intercambiador de calor, que puede funcionar

bien con agua o con aire como fluido que transporta calor.

Filtros

Su propósito es suministrar aire libre de contaminantes a los diferentes puntos

de aplicación. Contaminantes tales como agua, aceite, polvo, partículas sólidas,

neblinas, olores, sabores y vapores.

Se distinguen varios tipos:

a. Filtros de partículas: Están diseñados para retener partículas sólidas,

interceptando las mismas mediante un elemento filtrante que puede ser de diversos

materiales como: papel, rejillas metálicas, espumas, etc. Son recambiables y deben

ser reemplazados periódicamente puesto que se van saturando y ocasionan altas

perdidas de presión.

b. Filtros coalescentes: Su propósito es retener lubricantes, emulsiones y

neblinas, mediante el principio de coalescencia, el cual consiste básicamente en tener

una red aleatoria de fibras, cayendo luego estas a un recipiente de acumulación por

efecto de gravedad. Por su diseño se pueden retener partículas sólidas incluso de

menor tamaño que las retenidas por un filtro de partículas, por esto se recomienda

instalar primero un filtro de partículas antes que uno coalescente y así evitar que este

se sature.

c. Filtros de vapores: Son diseñados para remover olores, sabores y vapores

orgánicos. Su principio de funcionamiento consiste en lechos de carbón activado que

mediante adsorcion remueven dichos contaminantes.

Secadores

La presencia de condensados en el aire produce diversos problemas tales

como corrosión, mal funcionamiento de herramientas neumáticas etc. Este problema

se soluciona mediante los secadores los cuales son de dos clases.

Refrigerados: Consisten en una máquina con un circuito de refrigeración típico el

cual se encarga de enfriar aire por debajo de la temperatura mínima histórica en la

red produciéndose intencionalmente condensados que son retirados por medio de

un separador centrífugo. Solo pueden ser utilizados en sitios donde el punto de

rocío sea mayor o igual a 0 0C ya que de lo contrario el agua se congela y obstruye

la tubería.

Regenerativos: Funcionan bajo un principio diferente que permite que alcancen

puntos de rocío por debajo de 0 0C. Trabajan utilizando materiales desecantes, que

son aquellos que tienen, la propiedad de adsorber agua, capacidad que se va

perdiendo al irse saturando de esta, pero la cual pueden recuperar regenerándose,

mediante diversos métodos, los cuales dependen del material desecante empleado.

Unidades de mantenimiento (Unidades F-R-L)

Estas unidades están compuestas por un filtro de partículas de baja eficiencia,

un regulador con manómetro y un lubricador; su función principal es la de

acondicionar una corriente determinada para su uso en una máquina.

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 de aceite en algunas ocasiones por el equipo.

Red de Distribución

Son todas las tuberías que partiendo del depósito conducen el aire a presión

hasta el lugar de trabajo. Desde el compresor se crea una red principal que se

distribuye por toda la empresa. Desde la red principal de distribución se toman las

derivaciones que distribuirán el aire hasta los diversos consumidores.

La red de distribución debe suministrar el aire comprimido con una pérdida

mínima para cualquier punto del sistema. Un sistema bien dimensionado en trazado y

diámetros de las tuberías debe garantizar una pérdida máxima del 5% para el punto

más alejado, respecto a la presión generada por el compresor.

El trazado de las redes de distribución puede realizarse según dos

disposiciones:

1. En circuito cerrado

2. En circuito abierto

1. Red abierta: La presión ingresa por una única dirección lo que genera falta

de presión en el extremo opuesto. Se constituye por una sola línea principal de la cual

se desprenden las secundarias y las de servicio. La poca inversión inicial necesaria de

esta configuración constituye su principal ventaja. Además, en la red pueden

implementarse inclinaciones para la evacuación de condensados. La principal

desventaja de este tipo de redes es su mantenimiento. Ante una reparación es posible

que se detenga el suministro de aire “aguas abajo” del punto de corte lo que implica

una interrupción de la producción. En la figura Nº 10 se muestra el esquema de la red

abierta.

Figura Nº 10. Red abierta

2. Red Cerrada: 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. La línea principal constituye un anillo. La inversión inicial

de este tipo de red es mayor que si fuera abierta. Sin embargo con ella se facilitan las

labores de mantenimiento de manera importante puesto que ciertas partes de ella

pueden ser aisladas sin afectar la producción. Un defecto de la red cerrada es la

dificultad de eliminar los condensados debido a la ausencia de inclinaciones. Esto

hace necesario implementar un sistema de secado más estricto en el sistema. Es

necesario destacar que las caídas de presión disminuyen. En la figura Nº 11 se

muestra el esquema de la red abierta.

Figura Nº 11. Red cerrada

Según Williams M. (2005). En una red de distribución de aire comprimido se

pueden encontrar tres tipos de tubería:

Tubería principal: Es aquella que proviene del depósito y conduce la totalidad

del caudal de aire comprimido. Su configuración puede ser cerrada o

abierta.Velocidad máxima admisible: 8 m/s.

Tuberías secundarias: Son aquellas que se derivan de la principal y se

distribuyen sobre las áreas de trabajo. Velocidad máxima admisible: 10 a 15 m/s

.

Tuberías de servicio: Se desprenden de las secundarias y son las que

alimentan a los equipos neumáticos. Velocidad máxima admisible: 15 a 20 m/s.

En el tendido de la red no conviene descuidar los siguientes conceptos:

a) En el trazado se deben elegir los recorridos más cortos, tratando en general

de lograr tramos rectos; evitar cambios bruscos de dirección, reducciones de

secciones, piezas en T, y otros accesorios innecesarios, a modo de producir la menor

pérdida de carga.

b) En lo posible tratar de que el montaje de la misma sea aéreo; esto facilita

tareas de inspección y mantenimiento. Evitar tuberías subterráneas, pues la

imposibilidad de evacuar los condensados hace que la corrosión actúe sobre los

caños.

c) Evitar que las tuberías se entremezclen con conducciones eléctricas.

d) Dimensionar ampliamente las tuberías de modo que sean capaces de

adsorber futuros aumentos de demanda sin una excesiva pérdida de carga. El costo

adicional de una tubería algo sobredimensionada puede resultar insignificante frente

el gasto originado si la red ha de renovarse antes de amortizarla completamente.

e) Inclinar las tuberías ligeramente (3%) en el sentido del flujo del aire y

colocar en su extremo más bajo un ramal de bajada con purga. Esto evita la

acumulación de condensado en las cañerías.

f) Colocar llaves de paso en los ramales principales y secundarios a fin de

facilitar la reparación y mantenimiento sin poner fuera de servicio toda la instalación.

g) Las tomas de aire de servicio o bajantes deben hacerse siempre por la parte

superior de la tubería de la red, para evitar que los condensados puedan fluir hacia los

equipos neumáticos.

h) Realizar las tomas y conexiones en las bajantes lateralmente, colocando en

la parte inferior un grifo de purga.

i) Prever la utilización de filtros, reguladores y lubricantes (FRL) en las tomas

de servicio.