TESIS: TEORIA, DISEÑO Y APLICACION DEL AIRE COMPRIMIDO
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9'5 2_::f UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE INGENIERIA TEORIA, DISEÑO Y APLICACION DEL AIRE COMPRIMIDO TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DEI INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA PRE 5 EN TAN JOSE ARTURO MONTANO RESA JUAN MANUEL GON ZALEZ CAZARES DIRECTOR DE TESIS : J NG• JE SUS RO V1 RO ZA LO PEZ MEXICO D.F. TESIS CON FALLA DE ORIGEN 1992
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9'5 2_::f
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
FACULTAD DE INGENIERIA
TEORIA, DISEÑO Y APLICACION DEL AIRE COMPRIMIDO
TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DEI
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA
PRE 5 EN TAN
JOSE ARTURO MONTANO RESA JUAN MANUEL GON ZALEZ CAZARES DIRECTOR DE TESIS : J N G • JE S U S R O V 1 RO ZA LO PEZ
MEXICO D.F.
TESIS CON FALLA DE ORIGEN
1992
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INDICE
INTRODUCCION
CAPITULO I
TEORIA DEL AIRE COMPRIMIDO
l. 1 GENERALIDADES
I. 2 APLICACIONES DEL AIRE COMPRIMIDO
J. 3 DEFINICIONES BASICAS V SIMBOLOGIA DEL
AIRE COMPRIMIDO
I. 4
l . . 5
COHPRESION V EXPANSION
Layas de los gases per~ect.os
Ecuación caracleris~ica de los gases
perf"eclos
CICLOS DE COMPRESION
11
15
15
16
17
23
26
29
Cielo ideal de varios escalonanúen~os 34 Comparación de ciclos 37
CAPITULO U 41
DIFERENTES TIPOS DE MAQUINAS PARA LA COMPRESION
DEL AIRE
II. 1 GENERALIDADES
. Ref'r1geraci6n int.ermedia
41 41
11. 2
11. 3
11. 4
II. 5
CLASIFICACION GENERAL DE LOS COMPRESORES
Compresores de dasplazamient.o posit.i-
Compresores reciprocant.es
Compresores rot.at..orios de desplaza
miento pos! t..i vo
Compresores de alelas deslizables
Compresores de p1st.6n liquido
Compresores de lóbulos rect.os
Compresores de 16bulos helicoidales
Compresores dinámicos
Compresores cent.rirugos
Compresores axiales
Compresores de flujo mixt.o
Eyect.or Cbomba de chorro)
OPERACION DE LOS COMPRESORES
Compresores de pistón
Compresores de tornillo
Compresores del t.ipo de aletas
VENT A.JAS V DESVENTAJAS DE UNO V OTRO TIPO
DE COMPRESORES
Compresores de pistón
Compresores rot.at.ivos
Compresores de aletas
SISTEMAS DE PROTECCION V SEGURIDAD
Filtro de aire
VAlvulas de seguridad
Dispositivos aulo~t.icos de seguri
dad
44
45 45
45 45 45 45 45 46 46 46 46 46
46
46 51 53
54
55 55 56
58
58 59
60
CAPITULO III
Presoslato de aceite Interruptor termost~tico de aire de
impulsión
OTROS ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA COMPRESION
DEL AIRE
III.1
IIl.2
IIl.3
IIl.-4-
GENERALIDADES
POST-ENFRIADORES V SEPARADORES DE HUMEDAD
Pos~-enfriadores enCriados por agua
Post-enfriadores enCriados por aire
TANQUES O DEPOSITOS DE AIRE
SECADO DE AIRE
III.5 FACTORES QUE AFECTAN LA COMPRESION DEL
AIRE
CAPITULO IV
Humedad
Al t.i t.ud
DIFERENTES TIPOS DE HERRAMIENTAS NEUMA TICAS
IV.1 TPOS DE ACCIONAMIENTO DE UNA HERRAMIENTA
NEUMATICA
Herramientas d• percusión
Herramientas rotativas
60
61
63
63
63
63 66
68
71
75
75 76
81
81
82 82
IV.2 APLICACION
IV.3 COMPARACION ENTRE HERRAMIENTAS DE MANO,
ELECTRICAS V NEUMATICAS
CAPITULO V
INSTALACION V RECOMENDACIONES
V.1
V.2
V.3
V.4
V.5
CAPITULO VI
CONDICIONES OEL TERRENO
VENTILACION PARA EL CUARTO DEL COMPRESOR
LOCALIZACION DE LA PLANTA
CENTRALIZACION V DESCENTRALIZACION
TIPOS DE INSTALACION
Acciori.arnient.o por correas t.rapezoi -
dales
Accionamiento directo con acopla
miento flexible
Accionamiento con motor direct.amen
t..e embridado
Aecionamient.o por motor síncrono
DISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO
VI. 1 f"ACTORES IMPORTANTES EN EL DISEÑ<> DE LA
LINEA DE AIRE COMPRIMIDO
Caidas de presión
Fugas
83
84
87
87
89
99
100
102
103
103
104 105
107
107
108 112
. Elección correc~a del material
VI.2 RED EXTERNA DE AIRE
VI.3 RED INTERNA DE AIRE
VI.4- EJEMPLO DE COMO TENDER UNA RED DE AIRE
COMPRIMIDO
CAPITULO VII
ESTUDIO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE UN COMPRE
SOR
VII.1 GENERALIDADES
VII. 2 CONSUMO DE AIRE EN CLINOROS NEUMA TICOS
VII.3 FACTOR DE SERVICIO
VII.4- FACTOR DE SIMULTANEIDAD
VII.5 CORREClON POR ALTITUD
VII.6 CORRECION POR FUGAS
VII.7 AMPLIACIONES FUTURAS
VII.8 APLICACION
CAPITULO VIII
CONCLUSIONES
113
117
120
125
126
129
131
132
133
135
139
139
BIBLIOGRAFIA
14-5
INTRODUCCION
El objetivo del presente document.o consiste en dif'undir la
importancia del aira comprimido y su aplicación en la industria.
ya que en realidad existe poca lit.erat.ura al respecto.
Al consul t.ar las f'uent.es de conocim.ient.os sobre el t.ema se
encontró que ést.as en su mayoria se enf'ocan al aspecto
experimental o t.eórico; y la inf'ormación documental utilizada
para la obtención da dat.os Fue a t.rav~s de bol•t.inas t.4cnicos qu•
tienen las empresas dedicadas a la f'abricación y venta. de
equipo que genera consume aire comprimido, aunque .s
exclusivamente de uso interno.
Por t.al motivo se decidió invest.igar las experiencias, que
consistieron on la observación directa y en Vivo de
hechos en la industria, utilizando técnicas para el acopio de
material. vinculándolas con los conceptos técnicos f"undamentales
para ent.ender la aplicación y el comport.amient.o del aire
comprimido; siendo el aire la Ns• para el f"uncionam.ient.o de
muchas m.Aquinas la indust.ria. como en la industria
ext.ract.i va.
per !"oración
quimiea. de la construcción. asi como para la
de pozos petroleros. para el accionamiento de
diversas herramientas de mano. ontre et.ros. Result.a d• int.erllis
elaborar un trabajo donde se puedan encontrar las bases para
aplicar e!"icientement.e el aire comprimido. ya que es una f"uente
de energ1a f"ácil de manejar. sin mucho riesgo y de las Ñ.S
económicas.
Ahora bien. dado que la int"ormación t.knica. 0
su utilización y aplicación acerca del aire comprimido ha sido
des.arrollada exclusivament.e por los f"abricant.es de compresores y
equipo neu~t.ico. es dit"icil encontrar una guia al alcance de
ingenieros o técnicos que les pueda asesorar para realizar un
adecuado est.udio de aire. ademAs de cómo seleccionar
correct.amenle el tipo y tamaf"l'o del cor_npresor requerido y cómo
11
d.cidir el centralizar o dascantralizar el cuarto de compresores.
Considerando lo anterior. tratarán los puntos de mayor
import.ancia quo puedan ayudar a planear a nivel industrial la
correcta aplicación del aire comprimido.
pretende ademá.s proporcionar los elementos
t.eóri co-práct.icos que se requieren para un adecuado manejo del
aire comprimido. as! como los olement.os básicos necesarios para
logra.r una aplicación apropiada del mismo. tales como~ conocer
los di!'er•ntes tipos de compresores; aplicaciones del aire y
las diversas herramientas accionadas por éste; diseNar una linea
de aire y cómo ef'ectuar un estudio que det.ermin& el consumo del
aire comprimido.
Por ello. considera como principal objetivo
conjunt.ar la int'ormación qUf';t sobro aire comprimido se t.ieno.
ampliándola a través de la investigación, aprovechando la
experiencia del personal que se ha desarrollado en la práctica.
con el !'in de demostrar que la teoria y la pr-áct.ica de los
elementos sobre aire comprimido aqui reunidos:. son válidos y
pue-den ser una. guia en la toma de decisiones; pa.ra
cualquier problema que se presente.
Par a lograr los objetivos. el present.e est.udi o se
desarrolló basAndose en di!"erentes f'uentes de inf'ormación; por
una part.e. las bibliográf'icas, con objeto de recopilar y
organizar los datos más important.es que se encuentran dispersos
en diversos t.ext.os que han sido consultados. Por ot.ra parte se
consultaron bolet.ines técnicos de las dif'erentes empresas
relacionadas en el campo. para conocer los equipos exist.ent.es y
recornandaciones do los mismos. También se ut.ilizaron f'uent.es de
inf'ormación dir•ct.a. esto os la recopilación de dat.os modiant.e la
ent.revist.a personal que est.ableció con los inf'ormantes:
t.knicos macAnicos. supervisores de mantenimiento, t.•cnicos
especialistas en aire comprimido, consumidores. et.e .• d• los
cuales se obtuvo una valiosa inf'orrnación.
12.
Finalmente. se obtuvo la oportunidad de aplicar lo expues~o
en esta t.esis disertando una red de aire. t.omando como base la.
entrega del aire comprimido por dos compresores y el consumo del
mismo en los di~erent.es puntos de la linea. Adem:ts se realizó un
estudio de aire. considerando t.odos los: as:poct.os: que deben ser
incluidos en un t.rabajo de est.e tipo. Est.os punt.os se realizaron
en una empresa mexicana. la cual no mencionamos por hab•rlo
considerado asi convenient.e su gerent.• general.
Las conclusiones los r esul t. a.dos oxper i ene! as
pr~ct.icas que se pudieron comprobar a t.ravés de la aplicación de
las recomendaciones dadas en est.a tesis. obt.eniéndose a la vez un
ejemplo real de la aplicación directa a la práct.ica del presente
t.rabajo.
13
CAPITULO
TEORIA DEL AIRE COMPRIMIDO
1.1 OENERALDADES
El aire es una mezcla de moléculas de nit.rógeno, oxigeno.
bióxido d• carbono, vapor de agua y ot.ros gases; se dice t.ambien
que es un gas incoloro, inodoro e insípido.
En la t.abla 1; se puede ver la composición goneral d•l aire.
Componen t. es En Volumen En Poso
Oxigeno a1 "' 23.2 "' Nit.rógeno 7g "' 76.8 "
Tabla. 1
Todos los const.it.uyent.es del aire axc•pt.o •l oxigeno, ••
consideran en conjunto como un gas inert.e. cuyo peso molecular es
as. 2 Kg/Kmol en lugar de 28 que el peso molecular del
nit.rógeno puro.
Siendo el aire una mezcla y no una combinación quimica, sus
component.es se pueden separar norma.lment.e; est.a separación se
realiza enf'riando la mezcla ha.st.a. -1oo•c. t.emperat.ura. a. la cual
varios de sus componentes se separan por dest.ilación Craccionada.
En la t.abla 2, se encuent.ran las componentes ~1sicas del aire ~s
1 mpor t. antes.
Peso molecular Densidad a 1 e°C y 1 Kg/cm• ·Temperatura de ebullición de 1 Kg/cmª Temperatura de congelación de 1 Kg/cm• ConsLanLes del gas Presión cr1Lica Temperatura critica
Tabla 2
28.00 1.21
-191 "e a -a12 "e a 286.Q 38.7
-140. 7
Kg..-Xmol Kg/cm,
-1.u"c: -21e"c:
.Joul..-X.Kg Kg/cm• 'I::
1.2 APLICACIONES DEL AIRE COMPRIMIDO
Si nos introducimos brevemente a la historia se puede decir
que la aplicación del aire comprimido dala de épocas muy remotas.
cuando el hombre se dio cuent.a que soplando las c•nizas podia
reavivar el ruego; est.e compresor humano result.6 inoperante y rua
evolucionando a pasos agigantados al tener la necesidad de et.ras
aplicaciones mayores como por ejemplo cuando se comenzaron a
t"undir los met.ales C3000 af'fos A. c.) como el oro. cobre. est.af'fo y
plomo.
Act.ualment.e. el aire comprimido t.iene múltiples aplicaciones.
ya que cuent..a con mét..odos y t..l.tcnicas que junt..ament..e con la
t"acilidad d• t..ransport.arso han ayudado en su desarrollo.
Un gran número de operaciones llevan cabo en la
actualidad utilizando al aire comprimido. entre los cuales se
pueden mencionar los siguiant.es: al accionamient.o de t.aladros
neunuit.icos para per!'orar roca.o como prot.ección cont.ra el derramo
del pet.róleo en el ma.r mediant.e la barrera de burbujas: en la
mineria; en per~oración de pozos para la extracción del pet.róleo;
en los mot.ores de combust.ión int.erna y en las t.urbinas de gas; en
la obt.ención del oxigeno y nit.r6geno; en los aviones de reacción
para !'r•nar los t.renes da at.arrizaje.
Princ.ipalment.e. el en!'oque de est.e t.rabajo va dirigido a
t.od.a herramient.a neumat.ica que se puede emplear a nivel
indust.rial como son el accionamient.o de t.aladros. remachadores.
esmeriles para pulir. lima.r y cort.ar láminas met.~licas.
at.ornilladores. chorros de arena. equipos de pint.ura. cent.roles.
bombas. y mA.quinas de carga.
En cuant.o se requiera que las Ñquinas o las herram.ient.as
et'ect.O•n un t.raba.Jo en relación con su peso •. y sean al mismo
t.iempo sencil.las. el airo comprimido
propor·eionar:a. mayor rendimient.o.
16
1 a enorgia. que
En la actualidad desde el punto de vista econOmico y
práctico. el aire comprimido es la (Jnica :f'uant.e de onergia para
ciert.os t.ipos de herramient.as de percusión. como las remachadoras
y per:f'oradoras de roca.
1.3 DEFINICIONES BASICAS V SIMBOLOGIA DEL AIRE COMPR1MIOO
Se ha considerado convenient.e para desarrollar est.e t.rabajo
incluir algunas def'iniciones, las cuales serán f"undament.ales ya
que delerminan varios concept.os que so ut.ilizar~n :f'racuent.ement.a
al hablar del aire comprimido, al igual que una t.abla de símbolos
grá.f'icos de acuerdo con las normas suecas STS CSist.ema T6cnico
sueco:>.
Es la relación entre la presión de
descarga absolut.a y la presión de succión absolut.a.
Es la relación de
presión •n cualquier •t.apa; en part.icular. en un compre>sor d•
varias et.apas se considera la pres:ión do descarg.a. despu6s del
rof'rigerador intermedio.
ElevRdor: Es una máquina que aspira ol gas que
antoriormenle ya :rue comprimido. y lo sum.inist..ra a una presión ~s
elevada.
Capacidad:
en el punt.o de
Es el volumen de gas comprimido y suntinist..rado
descarga. ret:erido a condiciones de presión y
t.amperat.ura absolut.as y humed~d exis~ont.es el pun~o de
aspiración: on ot.ras palabras es la cantidad de aire realment.a
aspirado por un compresor en met.ros cúbicos por minut.o Cm>,......min).
Desplaz.amiont..o Q:Q.!:. ~ Esa ol produet.o quo sao obt..ion•
al mult..iplicar el desplazamiento del émbolo por las revoluciones
por minut..o.
17
J::)tspl.azamient.o ~ ·~ Es el volum.n del aire
desplazado por el cilindro de baja presión de un compresor en la
unidad de tiempo.
El volumen del cilindro por la velocidad en RPM. no coincide
la cifra del aira libre porquo no s• t.ienen en cuent.a. las
pt!llrdidas int.ernas f'ija.s d• válvulas. cal•nt.ami•nt.os;. espacios
muert.os al f'inal de la carrera, f'ugas
i mpul si ón. et.e.
Ternperat.ura ~ descarga 2 5'!!. ~6Q.L absolut.a C T + 273 )°C en el punt.o de descarga.
las válvulas de
Temperat,.yra ~ ~óD.i... Es la tempera.t.ura absolut.a C T +
273 )°C en el punt.o de entrada del compresor.
Rofrigera.c16n int.ermcpdia·
un gas ent.re etapas.
Es la eliminación del calor de
La. ret'rig•ración ideal int.ermedia se obt.endria cuando la
t.emperat.ura del gas a..l salir del ref'rigerador int.ermedio f'uese
igual a la t.emperat.ura del ga.5 en la as;pira.ción de la primera
et.a:pa..
R•frigeración pos\erior·
gas f'inalizada la compresión.
Es la eliminación del calor de
~60. ~ ~60. ~ Yll comprosor; Es la. pr.sión
a.bsolut.a en el punto de ent.rada del compresor. Coincide con la
presión at.mosf'érica si la aspiración es libre.
~ón si!!. descarga Q!!. !dD. compresor¡ Es la presión ~o~al
a.bsolut.a en el pun~o de des~arga del compresor.
Ea la pr•sión
manotni6-t.riea regis;~rada en la ~uberia de impulsión de un compresor.
18
Es el volumen de gas comprimido
y suminist.rado en el punt.o de descarga rer•rido ciert.as
condiciones normalizadas o est.~ndar de prasión y t.omperatura
absolut.as y grado do humedad que se t.oD\a. como base •n la
aspiración.
Exist.en otras f'ormas para denominar el aire libre
suministrado según los paises y f'abrica.ntes, éstas pueden s•r:
A:J Entrega del aire libre CFAD): es la cantidad de aire
comprimido entregado, pero ref'erido a las condicion•s existentes
en la succión.
B:> Pies cóbicos por minuto est.4ndar CSCFM>: para. indicar
esta dif'erencia. se ha introducido cantidad d• medida
est.A.ntar denominada "Pie cúbico ost.Andar"'. Un pie ct:ibico ost.Andar
es aire a 14. 7 psi a y eo°F C1.8°C:>. ocupando el volumen de un pie
cóbico.
O Pies ellbicos por minuto a la entrada Cinlet C. F. N. ):
~r det'inición es lo mismo que aire libre ent.regado CFAD:> • os
d9Cir, la capacidad d•l aire descargado a presión, pero ref"erido
a las condiciones de ent.rada.
0) Pies có.bicos por minut.o act.uales Cact.ual C.F.M.): no
hay nada claro respect.o a lo que ACFM signif"ica. O. acuerdo con
el "'Manual de Aire ComprimidoH de Ingersoll Rand. ACFM signif"ica
el volumen de aire descargado, pero ref"erido a las. condiciones
e:¡pecit'icadas.
Capacidad «fect.iva¡ Es la cant.idad de aire suminist.rado
.la presión y t.emperat.ura do impulsión. Es decir. aire
comprimido y calienLe.
Rendiajent.o ~ét.rieo: Es la relación de caudal de
aire libre dividido por el desplaza~ent.o. Al det.erminar la
19
capacidad de un compresor no inf'luye un buen rendimient.o
volumét.rico, ya que el desplazamient.o puede ser de un valor
pequef'(o con lo que aument.a el rendimient.o pero la capacidad de
aire libre puede ser t.ambién escasa.
~ myert.o: Es el volumen dent.ro del espacio de
compresión que cont.iene gas residual al !"inal del ciclo de
compresión.
~ !!ll:!!!.t..!:. r•lat.ivo: Es la relación ent.re el espacio
muert.o y el volumen desplazado por el element.o de compresión.
Es un proceso de compresión o
expansión de un ga.s per!"ect.o, en el cual la relación ant.re
volumen y presión se realiza s9gon la ecuación:
p V" CONSTANTE
n puede t.en•r dif'ent.as valores
Es la condición d• un gas
perf'ect.o al ser comprimido isoent.rópicamente cuando la
t.emperat.ura de aspiración del gas y el t.rabajo absorbido son los
mismos en cada etapa.
Es la potencia requerida por el eje de
accionamient.o del compresor. No se incluyen las p4ordida.s en
transmisiones ext.ernas. tales como engranajes y t.ransmisiones por
correas.
Randirn!ent.o ~·~
indicada y la pot.encia al eje.
Es la relación ent.r• la pot.encia
~ ~it:.!..!i.2 2!!, ~1~ Es la relación ent.re la
pot.oncia. al eje y la. capacidad del compresor.
20
PRESENTACJON GRAFICA DE SJMBOLOS.
---- TUBERIA ~ VALVULA DE NO RETORNO CARGADA CON MUELLE
TUBERJA DE DRENAJE [~ VALVULA DE SEGOOJOAD
ENVOLVENTES P/OIVERSOS COio- --1><1- VALVULA DE C !ERRE POOENTES OUE FORMAN UNA. UNIDAD
-L CONEXION DE TUBERJA + VALVULA DE EsmANGll..AMENlO
...... FLUJO HIDRAULICO -<l>- FILTRO
V' FLUJO NEUMATICO -)1(-- REFRIGERADOR
O= COMPRESOR ~ SEPARADOR DE AGUA DRENAJE AUTOMATICO
ó= BOMBA DE VACI O --¿-.. SECADOR
(tj= BOMBA HIORAULICA -<>- LUBRICADOR (CAPACIDAD VARIABLE)
ó= ~ VALVULA DE CONTROL Ol~CCIO·
MOTOR NEUMATICO NAL A MANO CON DOS PASOS Y DOS POS/OONES DISTINTAS
V= --w- VALVULA DE CONTROL DIRECC 10-MOTOR HJDRAULICO NAL ACCIONADA POR PRES10N
CON TRES PASOS Y DOS POSI-CIONE DISTINTAS
~ CILINDRO DE SIMPLE EFECTO [~ VALVULA DE SECUENCIA CON MUELLE DE RETORNO
@- ORIGEN DE PRESION [~ REGt.t.ADCR DE PAESION
O= MOTOR ELECTRI CO --~ PRESOSTATO El.ECTRICO
D= MOTOR TERMICO ~ MANOMETRO
c=:'.J DEPOSITO PRESURIZADO ~ TERMOMETRO
L__J TANQUE ABIERTO -0- MEDIDOR OE CAUDAL
21
1.4 COHPRESION V EXPANSION
En t.odos los f'enómenos nat.urales y procesos f'isicos
int.ervienen cambios de energía. y. por est.e mot.ivo, la
t.ermodinAmica desarrolla un papel import.ant.e, Cualquier elemento
es dependient.• de sus propiedades. de su est.ado y de la f'ase en
que se encuent.re. Por eso consideramos import.ant.e recordar los
principios de la t.ermodin~mica. los cuales nos dicen:
La enorgia no se crea ni se d•»t.ruya, sólo se
t.rans:C'orma.
Ex.ist.e la posibilidad de t.ransf'ormar una f'orma
det.erminada de energia en t.rabajo mec•nico.
Ahora, si part.imos de la conceptualización que t.oda la
mat.eria est.á. const.lt.uida por molkulas que est.An en const.ant.o
movimient.o poro ligadas unas a et.ras por :f'uerzaso moleculares,
tendremos que:
"En un cuerpo s61ido, las moléculas est."-n muy cerca unas do
et.ras y dispuest.as •n r•jillas d• t.al modo qu• al ef'eclo da las
f'uerzas int.ermoleculares result.an m~y int.ensas proporcionando al
cuerpo su solidez y f'orma ...
En los liquJ.dos las mol~ulas se hallan aproximadament.a t.an
cerca unas de olras como en el cuerpo sólido, pero no est.á.n
dispuest.as en rejillas, por lo que las .f"uerzas int.ermoleeulares
act.Oan con menor cohesión y esa libert..ad da movimient..o hace que
•l liquido adquiera la. f'orma. int.erior dol reeipient.e que lo
cont.iene y la superf'icie del liquido se coloca en la posición
horizont.al.
En el gas las mol6culas est.A.n mucho JI\4.s dist.ant.es unas de .
ot.ras. por lo que las mismas so mueven librement.o unas en t.orno a
ot.ras y bajo una acción muy re-elucida d• las f'uerzas de cohesión
molecular. ésta es la razón por la que al gas se expande por t.odo
el roeipient.e disponible.
También por est.o. el volumen t.otal de las molkulas en una
masa de gas es muy pequerfo en proporción de la t.ot.alidad del
volumen que ocupa. el gas, por lo cual pued• comprimirse hast.a
reducir considorablement.o su volumen normal.
LEYES DE LOS GASES PERFECTOS
Dado qu• el aire junt.o con el oxigeno, nitrógeno. helio.
ent.re ot.ros, se comportan con mucha aproximación como gases
perf'ect.os. Se hace ref'erencia a la Ley de Boyle y a la Ley de
Charles. pues:t.o que un gas perf'ect.o por de!'inición debe cumplir
con dichas leyes, ya que t.odo ga..s se acerca a est.e est.ado ideal a
medida que su t.omperat.ura cree• y su pr•sión disminuye; est.o es,
a medida que se aleja. d• aquel est.ado en el cual puad•
condensarse convirt.iéndose en liquido.
Si so mant.i•n• la t.emperat.ura const.ant.e.
el volumen de un det.ormi nado peso de un gas per1"ect.o es
inversament.e proporcional a la presión absolut.a, es decir:
PaVa PzVz e
Donde:
Puest.o que:
P -= Presion a.bsolut.a, en Kg/cm"
V = Volumen del gas. en m~
T • Const.ant.e
Pz v.
Va
p .R E
1 o N
.c:K=========':::::::::::7 .: VOLUMEN
Figura 1
y raf'iriéndose a la !'igur-a 1 •. obsérvese que para comprimir un
gas desde el est.ado 1 al est..ado a. es necesaria la el! mi nación
del calor. ademá.s de la ecuación se observa que, el cambio de
presión es inversamente proporcional al cambio de volumen. A ost.a
curva se le conoce como ISOTERMA..
~ ~ Charles· Si se mant.iene el volumen const.ant.e, un
gas perf'ect.o puede recibir o ceder energJ a, con la cual las
presiones absolut.as son direct.ament.e
t.emperat.uras absolut.as. est.o
proporcional as
Donde:
so t.endr~:
p
e T
P = Presión absoluta, en Kq/cm•
T ~ Temperatura absolut.a, en °C
V = Const.ant.e
Pz Po a • • • =
Tz To
24
Pn =e
Tn
las
La Cigura 2 representa un proceso A volumen const.Ante y la
curva que lo representa se llama ISOCORA. En esta curva se puede
observar qua para comprimir un gas del punt.o 1 a.l punt.o a se
requiere agregar calor.
Kg/cmª
2
p
~o:• R
E
.f!..:h=c Tt Ta
o
N
.c:.k:;:=:=:=:=:=:=:=:=:=7m' VOLUMEN
Figura 2
1.a ~ 9.t ~ t.ambién dice que; "cuando un peso
det.errninado de un gas perrecto absorbe o cede energia mientras se
mantiene la presión constante. los volOmenes se mantienen
direct.ament.e proporcionales a las temperaturas absolut.as'". Es
decir:
Donde:
por lo t.ant.o.
V e
T
V = Volumen del gas. en m3
T • Temperatura absoluta. en °C
P = Const.ant.e
v. Vz Va = -•• 4 •
Ta Ta
Vn • e
Tn
La·figura 3 represen~a un proceso que se desarrolla bajo la
presión const.ant..•~ a est.a curva s• le llama ISOBARA. Obs4'rvase
que para pasar del est.ado 1 al est..ado 2 se requiere agregar
calor.
KQ/crn1
p R ISOBARA E Q s
o N Y.!.::~::c
T1 Tt: . m
VOLUMEN Fioura 3
ECUACION CARACTERISTICA DE LOS GASES PERFECTOS
En la. :figura 4 •st.an ropresent..adas las leyes d• los gases
que ayudar.6.n desarrollar
carac~eristica de los mismos.
Kg/cm1
LEY DE CHARLES
~=Y&=c T1 Tr
la
p
R
E
s 1 o N
LEY DE CHARLES
P1V1=P2V1:'llC
ISOTERMA
1fi-=Y:-:1c ISOCORA
4C========:?mª VOLUMEN Figura 4
ecuaciÓI\
Eligiendo arbitrariament.e los puntos 1 y 2 y pasando por •l
punt.o 1 una hipérbola equilá.t.era. y por •l punt.o 2 una r.et.a.
vertical. ést.as se cort.an en el punt.o 3.
Analizando la f'igura 4 se observa que la. ley de Boyl• s•
cumple para los punt.os 1 y 3, d• aqui qu• si se t.oma un peso ~ijo
de gas se cumple que:
PaV• PaVa,
T• Ta
Pz P• ... ------t Tz To
PzVz
Tz
T& T•
siendo T• .,. T•. dividiendo alnbos lados
por Tt = Ta
ahora cerno la lay de Charles es a.plicabl• a los punt.os 2 y 3 se t.i•n•:
siendo Vz • Va. por lo que s• puede escribir:
PaVa e Ee. 1 )
Ta
Independi.ent.el'l\'*nt.e de cómo s• hayan escogidos los punt.os 1 y
2. la ecuación 1 expresa que para un gas perrect.o la relación
p V
T
t.ien• •l rni~mo valor al pasar d•l est.a.do 1 al. est.ado 2. o del
estado 2 al estado 3 para un peso Cijo.
Para un peso ~ijo de 1 Kg
p V = R
T
Donde: p
V
T
R
Presión absolut.a en Kg/mª
Volumen espec1Cico. en m1.....-J<:g
Temperat.ura. Absolut..a. en ºC.
Const..ant.e part..icular del gas. en
Kgm por C Kg masa) C °C:> C Abs)
e Ec. a )
La ecuación 2. se aplica a cualquier sist.ema de unidades y
la const.ant.e R t.iene un valor part.icular para cada gas. Al
mult.iplicar la ecuación a en ambos lados por mT. se t.iene:
Pvm = mRT
como: V =- mv se t.iene;
PV = mRT e Ec. 3 '
Donde; V = volumen de m Kg Cm2)
La ecuación 3 se conoce como la ecuación caract.erist.ica de
un gas per!'ect..o.
Si a la ecuación 2 se mult..iplica en ambos lados por MT se
t.iene:
PvM .. MRT
Donde: M = peso molecular de un gas Cmolécula kilogramo:>
como: V = vm • volumen molecular espierci~ico
PV = MRT C Ec. "' :>
ea
1.5 CICLOS DE COMPRESION
Ciclo ideal simple. Para desarrollar la t.90r1a d• un ciclo
ideal simple se t.omara como base a un compresor id•al d• •mbolo.
Al ut.ilizar la palabra '"ideal"• se est..a. considerando que no
hay pérdidas por rozamient.o, que el gas a comprimir sea pertect.o
y que en el cilindro no hay volumen muert.o.
Est.as consideraciones se ejemplificará.n en las siguient.es
figuras que ademas servirán para desarrollar los c•lculos
necesarios para reducir las rórmulas d•l t.rabajo isoent.rópico que
se realizan al comprimir un volumen V&, desde la presión P& a Pa.
Figura 6
En la figura ~ est.a represent.ado el t.rabajo para comprimir y
descargar un volumen V& de aire libre, por la super~icie
sombreada 1, 2, 3, 4, 1. De 4 a 1 es el volumen desplazado por
el compresor ideal de simple erecto.
O. la rigura 6 se obt.iono quo el trabajo realizado durant.o
•1 ciclo es la suma algebraica de dichos trabajos. Por lo tant.o:
W por ciclo
como;.
PaVa - P.tV• + co-P~Va:> + co:> +' CP•V•-0)
.. P2V~ .~. P.tV.t,- ~
• -------------- - C PzVz - PtV:1.:> K
el, .t..ra.bajo desarrollado ser6.:
KmR W 21 ------------------- = ------- CTz - T.t:> e Ec. 6 '
K l - K
Donde: M Peso del aire comprimido. en Kg
R • Constante del gas. Kgm por CKg masa:> (°C)
Para compresores de aire. se recomienda trabajar con las
presiones de admisión y de escaf>9.
Para un proceso isoentrOpico se tiene:
e Ec. e ' T•
Por lo t.anto • para trabajo desarrollado de comprimir un
volumen V:1. desde la presión P• a l.a. presión Pz. t.ambién puede
escribirse de la siguient..e f'orma:
w -K
-----PtV:1. l - K
- 1 e Ec. 7'
Dc:snde: Pt = Presión absoluta de admisión;. Kg/cmª
P2 a Presión absoluta de escape: Kg/cmª
V& = mv . Volumen de aire libre aspirado, o
product.o d•l peso por el volumen especi r-i co
en el P":'nt.o 1; m>.
T Temperatura absoluta; °C
K Cp / Cv 1. 41 para el aire y gases
biat.óm.icos
l..a ecuación 7, no se lim.i t.a a. tm solo ciclo, ya que como Vt
mv, es el product.o de un peso cuUquiera por un volumen
espec1'f'ico cualquiera.
Si •n la ecuación 7, so sust.it.uyon valor- r•alos, dar4n
result.ados negat.ivos. Est.o es;. Porque se realizó un trabajo sobre
el medio comprimido.
Como se vio ant.eriorment.e:
e Ec. ª'
Las ecuaciones 7 y 9 son las que repres•nt.an el t.rabajo de
un compresor d• un solo escalonamient.o con compresión
isoent.rópi.ca. Como las condiciones se pueden pref'ijar, est.as
t'órmulas son aplicables a unidades de dif"erent.os velocida.des y
t.ama.f'l'os.
Ahora si, se supone que el proceso es d• 'f'lujo const.ant.e,
result.a por kilogramo;
P•v• v.• Pav. va• w + U& + + Q + uz + + --- CEc. 9)
J 2gJ J 2gJ J
Donde: P& • Presión absolut.a; Kg/cm•
V Q Volumon es¡>19e1t'ico; ... /Kg
u = En•rgia int.erna; Kea.l/Kg
V • Velocidad;. llVS
Q • Calor t.ransmi t.ido; KeAl
w • Equivalent.e moc6nico del calor
31
Ahora_si:
y., a ,VI = 0 y Q.= o CCasO. de· un.-procaso adiábá.t.ico)
se t.iene:
w + uz ) CEc. 10)
J
O.. •st.os d•sarrollos y &nalizando la f'igura 5 s• t.iene:
La superf'icie 1. 2. 3, 4. representa la variación da
~ia correspondient.e a dicho proceso.
3
e Pt vt :t
Cus-uz)
e -Pz vz '
es el rlujo de trabajo const.ant.e.
es la variación de la energía interna durant.e
el trabajo de compresión.
Es el r1ujo de t.rabajo saliente.
w Dobi do a quo h2 resultarA n•gat.ivo.
J
Si la compresión es tal que; p V" e e y n > 1 la ecuación
será:
n [ [ Pz ] , __ ,,_
] w = ----PsVt - 1 Kgm CEc. 12) 1-n P<
En donde W sorá. el t.rabajo necesario para comrpim.ir y
descargar un volumen Vs CmJ) de aire libre. La expresión C12) se
llama ecuAc16n polit.r6J2!E.A para •l t.rabajo de compresión.
S1 durant.e la compresión mant.iene .la t.emperat.ura
const.ant.e por medio de enCriamien~o y s:i sa considera que n = 1
en la expresión P V" • c. se t.endrA una compresión isot.érmica.
como la represent.ada en la Cigura 6.
p R E s 1 o N
o¡..--,...,,.~~-,02 __ ,
-;--PV"=C
VOLUMEN
' \,---PV::iC
' \ \
Figura '9
En la .cuac1ón 12. si n = 1 s• t.endrA. una ind•t.•rminación;
por lo que el t.rabajo result.ant.• se calcular• sumando el trabajo
realizado •n el ciclo.
Para un compresor con un oscalonarnient.o y sin volumen
muert.o. se t.andrA; . W = .tWz + zWs + aW• + ,w, J. P dV + CO-PzVz) + CO) + CP•V•-0)
como:
Pt.V.t C p =
V V
por lo t.ant.o:
w p V r: _e:;- - e PzVz. - P•V•)
Va P V loge
V•
La f'igura O muest.ra que la compresión isotérmica es
conveniente porque disminuye el t.rabajo que necesario
realizar.
La compresión isotérmica puede conseguirs• con un compresor
lent.o, qu• t.enga una camisa de agua sin incrust.aciones y haciendo
pasar por la carnisa d• agua t.emplada.
Dado que la compresión suele ser demasiado rilpida para
permitir que so transmita una gran cantidad do calor, por est.a
razón en los compresores de gran velocidad l•a. compresión es
adiab•t.ica.
CICLO DEAL DE VARIOS ESCALONAMIENTOS
Al const.ruir los compresores con varios cscalonamient.os se
deben incluir int.er-rof'rigeradores, ademi.s de las camisas de ~gua
de los cilindros para lograr enfriar adecuadament.e el airo.
En la f'igura 7 est.án reprasent.ados los diagramas
correspondient.es a los cilindros de alt.a y baja presión d• un
compresor de simple ef'ect.o. con dos escalonamJ.cnt.os.
KQ/cm2 ºe p PRESIOO EN EL T R
DEPOSITO Pr E
E M 5 ISOENTROPICA P. 1 A o N B A 3 5
o B ISOTERMICA L 3 p, T=C u L T
A
m3
VOLUMEN ENTRO PI A -A- -8-
Figura 7
34
El diagrama d& baja presión está representado por 1, e, 3,
4. 1. el de
1'. Cvéa.se
alt.a presión est.a
figura 7A:J.
represent.ado por 1". 2•. 3', 4",
El aire ent.ra en el cilindro de baja desde 4 hast.a 1, y la
compresión isoent.rópica t.iene lugar desde 1 hast.a 2, a
cont.inuación el aire es expulsado dol cilindro de baja hast..a
llegar a 3. Después el airo entra •n el int.er-ref'rigerador en
donde es reducida la t.empera.t.ura hast.a el punt.o 1. Al salir el aire del int.•r-ref'rigerador ont.ra en el cilindro do a.lt.a prosi6n
desde 4" a 1 • en donde su volumen. presión y t.emperatura est.á.n
represent.ados por 1•.
Post.eriorment.e. se realiza una segunda compresión desde 1' a
a• enviando el aire al dopósit.o hast.a llegar al punt.o 3".
l...a. reducción do t.rabajo debido al ref'r~gerador int.ermecUo se
encuont.ra represent.ado por la superf'icie rayada 1•. 2• 1 ~. 2, 1•.
en la !"igura 7A. La energía quo hay, qua desalojar en el
int.er-rarrigorador ost.a indicada por ª• 1·. ª· b. ª• de la rigura
78.
En un compresor de dos escalonamient.os el t.rabajo eroctuado
es minimo si los dos cilindros hacen la misma cant.idad de
t.rabajo. siendo la razón la siguiente: co?Del el cilindro de baja
presión ent.rega. la presión del int.er-rerrigerador ost.• dada por
los ~amanes rela~ivos de los dos cilindros.
El t.rabajo t.ot.al es: .... .... l..a ecuación 7 se aplica a los dos cilindros para cuando se
t.ian• qu• Wt.• • Wa•. por lo t.ant.o queda:
-----Ps.Vs. 1 - k
k =-----P' 1V• 1
1-k CEc. 14)
y como:' Pz , .··,, .. , p•.z
por 'lo· t.ant.o:
-;-.,,,,·_:_~--- -.P2
_•·1P/ ·~a Pi;;~···-·= pf.esión del ref'rigerador
'~ en donde:.~
Pi-~ . . e Ec. 1e )
De la ecuación 1!3 se puede decir que p, es la presión
óptima para el ref'rigerador y se int.arpret.a como la raiz cuadrada
de l~s prosionlS'S de aspiración y del recibidor.
Como el trabajo realizado por cada cilindro as el mismo. el
trabajo t.ot.al sorá. el doble del correspondient.e a uno de los
cilindros, est.o os:
C Ec. 16 )
siendo:
P• • Presión del t.anque recibidor
Si ahora t.iene un compresor con t.ros escalonamientos.
cada cilindro t.endrá que hacer un t.ercio del trabajo. es decir:
3K ] W z PV 1- K
Y asi sucesivamente.
COMPARACION DE CICLOS
El aire libre suminisLrado por un compresor es siempre menor
que su desplazamiento, ya que:
Hay ca.ida de presión en el ládo de aspiración.
El aire aspirado se calienta.
El gas contenido en los espacios muerto~ ca expansiona.
Fugas de gas tanto internas como o>ct.ernas.
Como un compresor de pistón no puede construirse sin
espacios muertos. el aire no puede entrar en al cilindro durante
la carrera de aspiración hasta que el aire comprimido en los
espacios muertos se expansione. Por tal causa el diagrama real
diCiere considerablemente del ideal y el compresor real requiere
e!'•ct.uar un trabajo ~s grande que el t.eórico. la dif'erancia se
debe principalment.• a los incisos mencionado~.
La f'igura a. muestra los diagramas real y t.eórico de un
compresor monocil1ndr1co. Al analizar ltst.a se deduce que: para
reducir el .A.rea do la superf'icie .-quivalenle al t.raba.jo es
necesario que ol compresor tenga grandes v"-lvulas de admisión y
descarga y quo ést.as t.engan poca inercia para que puedan abrirse
f"ácilmenle; que la re!'rigeración sea buena en el cilindro. que
los f'illros de ent.rada de aire estén limpioso es decir. que
of"re:zcan poca resist.encia al paso del aire y que las t.uber1as de
admisión y descarga sean de un diArnet.ro adecuado.
Para que las válvulas f'uncionen rápidament.• deben tener
poco peso. por ost.a razón. la m.ayoria de los compresores d•
•mbolo llevan vAlvulas do l•Tnina o anillos ligeros d• acoro. lo$
cuales se levantan f"á.cilment.e de sus asientos con una pe-quena
dif'erencia de presión.
p
R E s 1 o N
TRABAJO EXTRA PARA EVACUAR LOS CILINDROS 2 EXCESO OC PRESION PARA ABRIR LAS VALVULAS _ -~f:_INICIAR ASPIRACION.
1 'PRESION DE OESCAHGA 1
--4-DISMINUCION DE TRABAJO DEBIDO A 1
LA REFAIGERACION
~DIAGRAMA TEORICO
TRABAJO EXTRA DEBIDO A QUE EL AIRE DE VOLUMEN MUERTO NO
DEVUELVE TODA LA ENEAGIA IMPLICADA EN EL.
PERDIDAS PRODUCIDAS AL INTRODUCIR EL AIRE AL CILINDRO.
\ :ISION ATMQSFERICA.
1
4
VOLUMEN
Figura 8
O. la misma manera se muestran an la :f'igura Q los diagramas
r•al y ~eórico de un compresor de dos etapas de compresión. con
los cualiOS se deduce que para reducir el .i.rea de la superf'icie
equivalente al t.rabajo se rigen los mismos principios que para el
compresor monocilindrico. Onicamont.e que incluyen los
r.sult.ados da la •:f'iciencia do la re:f'rigeración intermedia. dicha
re:f'rigaración es la que se ef"et.úa al paso del aire del cilindro
de baja presión al cilindro.de alt.a presión.
38
t<o/cm2
p R , E 5 1 o PI A B 5 o L u T A
INERCIA DE LA VALVULA Y RESISTENCIA AL FLUJO
- PRESION EN EL REFRIGERADOR
~" ~PERDIDAS EN EL REFRIGERADOR
\ ~ TEORICA pvl\ C
\ Pv"=c
.c:.j.¿::=:=:===========================~m3 VOLUMEN
FJ.gura Q
CAPITULO 11
DIFERENTES TIPOS DE MAQUINAS PARA LA COMPRESION DEL AIRE
II.1 GENERALIDADES
Pr~ct.ieamant.• t.odos los procesos d• compr .. ión son
polit.rópicos; es decir. la t.empera.t.ura eleva con la relación
de presiones y cuando est.o ocurre el trabajo d• compresión se
incrementa.
Como una solución para lim.it.ar la elevación de la
t.emperat.ura y hacer mAs o.f'icient.e el randimient.o d• la
compresión. se o.f'ect.(ra •st.a en et.apas. de t.al manera que se
puede re.f'rigerar •l gas ent.r• cada et.apa.
Al et'ect.uar la compresión en et.apas la potencia. r~ida
: para lograr dicha compresión es m1nima si•mpre y cuando el
·t.rabajo t.ot.al sea dist.ribuido por igual ent.re las diversas
et.apas.
REFRIOERACION l'lTERMEDIA
Pu~t.o que la t.emperat.ura se eleva con •l proceso de
compres~ón, para disipar el calor g•n•rado •• ut.iliza la
ret'rigeración int.erlnEtdia. la cual puede sor d• dos tipos:
IV ReCrigeración por aire
9~ ReCrigaración por liquido
La reCrigeración por aire se emplea para compresores de gran
.capacidad. norrnalman~• en instalaciones a la int.om~ri• en donde
la disipación de calor •• rnAs !'4.cil. E:s:it.e t.ipo de r•f'rigeraci6n
es m.i.s · recomendable que la. realizada por liquido. ya que la
primera elimina problemas corPO el del suminist.ro de agua y la
41
.:;;olidi!'ica.:i6n d~ ~.:;;t..a por- -1.a.:;; .J:i:...ja.:;;:t..wmpiarMt.urm1.:s anÍbi~nt.-.1.-.i.:;;. Su
gro:..r, inconveniente es qu&_ r~sult.a muy dificil de .:onsegtJir en el
refrigerador -intermedio la-,t.emP,~rat.ura ·del ·aire a los'·.'·valores·~· de
la aspiración.
Para poder explicar coma se efe-::t;t'r,a l 3. r.;.f: L ;¡&r.-:..:.i-'!ln por
liquido (agua::>. obsérvese la t~igura 1.
RfFRIOERAOOR INTERMEOIO.
CAMISA DE AtUA,CILINDRD DE Al.TA PRESION
TUBO ENTRADA DE AGUA
CAMISA DE AGUA, CILINDRO DE BAJA PRESlDN
~~L~~~! TERMOSTATICA
TUBO DE AGUA DE REF'RI· GERACION OEl. CILINDRO BAJA PRESIOH
TUBO DE AGUA DE REF'RI • GERACIOH Al. CILINDRO BAJA PRESION.
MEDIDOR Of LA VALVULA TERMOSTATICA·
Figura 1. Ropro~ont.aci6n osquom~t.ica dol ~i~t.oma do
ref"rigG>raei6n
42
El aire se calienta al ser comprimido en los cilindros y
para poder disipar esle calor. los cilindros y las culat.as de
cilindro llevan camisas de agua de ref'rigeración. La
ref'rigerac16n ent.re etapas del aire comprimido se lleva a cabo en
un ref'rigarador int.ermedio. que t.ambién est.á. ret'rigerado por
agua.
El agua d• rerrigeración ent.ra •1 compr•sor- por ol t.ubo
principal C1) que est.a. provist.o de un grit'o CéP de ent.rada de
agua.
El agua pasa inmediat.ament.e al cilindro de baja presión y
después de haber pasado por su camisa de ref"rigeración (4) es
conducida al ret'rigarador intermedio (9).
Al sor conducida al rerrig•rador int.ormGrdio •l agua pasa a
t.ravés de la va.lvula t.ermost.6.t.ica de a.gua ''". la cual est.4
diseNada para evit.ar la dem.o.sia de rerrigeración d•l cilindro de
alt.a presión y ol riesgo de condensación en caso de
!'uncionamieont.o en carga parcial del compresor. La vAlvula
t.ermost.6.tica lleva un disposit.ivo para regular !a t.emperat.ura del
agua de ref"rigeración que ent.ra en ol cilindro de alt.a presión.
El ajust.e depende de la temperat.ura de ent.rada del agua de
ref"rigeración y deber~ ser ajust.ado hast.a que el t.erm6met.ro del
cilindro do alt.a presión indica aproximadatni9nt.o '55°c. La va.lvula
t.ermost.Alica de agua es dirigida por un nl9didor C11), siLuado por
delante de la válvula.
Ent.re la válvula t.ermost.á.t.ica d• agua y el ret"rigerador
int.ermedio hay un indicador del caudal C7), que perrni~e comprobar
visualmente el caudal del agua.
Después de habeor pasado por la. e ami sa C 12) d•l cilindro d•
alt.a presión, el agua deo refrigeración pasa pc>r el t.ubo de
salida. El sistema de rerrigeración est..i provisto de gri'f'os de
43
drenaje para vaciar todo el sist.ema.
El indicador de caudal C7), t.arnbién sirv. para comprobar la
apar.iencia del agua de ref'rigeración. Si t.iane un aspoc:t..o
l•c::hoso. est.o indica que ha habido 1"ugas entre los. sist.emas de
aire comprimido y de agua. Cuando est.a situación se present.a el
compresor debe pararse inmediat.amont.o y hay que localizar las
!'ugas. Una posible causa es una junt.a de cilindro de!'ect.uosa que
debe ser sust.it.uida. Si las juntas no t.ienen def'ect.os.
compruidibes• el paso del agua del ret'rigerador int.armedio y los
cilindros; bajo pr-sión hidraulica no s• debe ut.ilizar una
presión mayor de 6 Kg/cmª.
11.2 ct.ASIFICACION OENERAL DE LOS CONPRESORES
Los dos grupos rundament.alos de los compresores son los de
d.-splazam.i•nt.o y los de rlujo cont.inuo o dina.micos.
COMPRESORES
DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
RECI PROCANTE
ALETAS
DESLIZABLES
PI STON-LI QUI DO
ROTATORIOS
LOBULOS
RECTOS
LOBULOS
HELICOIDADLES
Figura 2
44
FLUJO
CONTINUO
DINAMICOS
CElfl"RI FUGO
FLUJO AXIAL
EYECTOR
FLUJO
MIXTO
~ compresores 9§. desplazaajeot.o positivo; el •Ure
succionado se manda a la ca.mara de compr•sión y por medio d• una
vAlvula. se cierra el paso a t.oda acción ext..erior. El volumen
encerrado de dicha cAmara decrece al ser comprimido •l a.ir• y
cuando se alcanza una presión igual que la presión en la t.ut.r1a
de ent.reqa. ot.ra vilvula se abre y deja escapar el aire a una
presión const.ant.e.
Compr•sores rteiproeant.es; son rn4qu1na.s d• desplaza.Jni•nt.o
posit.ivo. en las cuales el olemant.o d• compres:iión y
desplazamient.o es un p1st.ón. ést.o t.iene dentro del cilindro
movimient.o rec1procant.e.
Conwresorn raj.a.1,.or1os ~ desplazamient.o posit.iyo• Mi este
t.ipo de rM.quinas la compresión y el desplazamiento es e:rect..uado
por la acción positiva de los elementos rot.at.orios.
Compruoru a ~ dulizablu; son m4quin ... rot.a.t.oriaa
de desplazami•nt..o posit.ivo. en las cuales las aletas ax:iales ••
desplazan radia.l.Jn9nt.• en un rot.or mont.ado exe4nt.rieament.• en una
cubiert.a cilindrica.. El gas at.rapado ent.re las alet.as es
comprimido y desplazado.
Compresores ~ ~ón ,l!SlY..!..92; son mAquina.s rot.at.orias de
desplazamient.o pcsit.ivo. en las cual.os al agua u otro liquido es
usado como pistón para ma.neja.r ol gas a.l comprimirlo y
despl aza.r lo.
Compruort9S a ,l..6~ ~· son m.6.quinas rot.at.ori ... d•
desplazamient.o positivo. en las cuales el gas at.rapado 91\ l.o.
lóbulos es llevado de la succión a la descarga.
Comor•sorr¡ ~ ~6R!.l!.21 h•licoidalos; $On fl\6.quinas ro~at.orias
de d•&ipl a.za.mi •nt.o ?091 t.1 vo.
ent.relazados comprimen y desplazan el gas.
Compresores Q.i.ná.~; son má.quinas rot.at.orias de !"lujo
cont.inuo. en las cuales el aire es conducido rApidament.e al
interior de una rueda impulsora rotat.oria y acelerada a la m.ixima
velocidad y es descargado a t.ravés de un dif'usor en donde su
energia cinemát.ica es convert.ida en presión est.At.ica.
Compresores !i.2.!l!.:.!::.1~; son ná.quinas dinamlcas. en la
cuales uno o roAs impulsores rotatorios. usualment.e cubiort.os
sobre los lados. aceleran el gas. El !"lujo da gas princip:il es
radial.
Compresores ~; son máquinas dinAmicas. en las cuales
la aceleración del gas es obt.enida por la acción do las aspas del
rot.or cubiertas sobre el f'inal de las aspas. el f'lujo del
principal es a.xi al .
Compresores de r.1.Y.iQ. ~; son milquinas dinAmlcas con f'orma
de impulsor combinando algunas caracterist.icas de ambos t.ipo de
f'lujo cent.rif'ugo y axial.
~ ~ ~ ~ !ih2!:.J:.2.2.; son m.t\quinas que usan una alt.a
velocidad de gas o chorro de vapor a la entrada del f'lujo de gas.
luego se conviert.e la velocidad de la mezcla a presión en al
dif'usor.
11.3 OPERACION DE LOS COMPRESORES
Da.do que la clasificación de los compresores es muy ext.ensa
en est.e t.rabajo no se describirá. el funcionam.iont.o general de
t.odas las ~quinas. sino Onicament.e de aquellas que son las de
mayor uso en la compresión del aire a nivel indus~rial.
COMPRESORES DE PISTON
Es~• tipo de comprosoros est•n compuos~os principalmen~• d•
un cárter. cigOenal. pistón y cilindro. En el cilindro se
encuentran las v~lvulas de succión y descarga como s• pueden ver
en las t'iguras 3 y 4 e indican t.ambién las t.res rases de
operación de un compresor de_simple eCecto y uno de doble eCecto
raspecti vament.e.
Figura 3 Figura 4
De acuerdo
compresores de pistón
la colocación de los cilindros. los
clasi~ican de la siguiont.e manera:
Compresores en ~
Compro~orog on V
La colocación de éstos s• puede observar en las t'iguras e y e.
47
Figura 5
Figura. e
48
Los compresores .de doble efect.o t.ienen dos cama.ras de
compresión en ca.da cilindro, colocadas una en cada lado del
pist.ón, con lo cual la compresión s• realiza •n su movim.ient.o
ascendente y descendente Cver rigura 7). Est.os compresores t.ienen
una crucet.a que absorbe los esruerzos lat.e~ales •n el cigOeftal.
En las dos etapas se comprime ol a.ir• en el cilindro de baja
presión a una "'presión int.errnedia'", pasando el aire a t.ravés de
un reCrig•rador int.ermQtdio ant.•s de ser comprimido •n el cilindro
de alt.a presión.
_,_ -2- -3-
Figura 7
Por las caract.er~st.icas propias d• los compr9Sores da pist.ón
s• aplican para usos diversos como pu9dan ser:. en mi.quinas
pec¡uertas come:> son las pulveriza.doras do pintura y aquellas que
dan servicio de inClado de neu~t.icos, hast.a las grandes unidades
mixt.as que son las má.s usuales en la indust.ria oxt.ract.iva, en
ins;t..alaciones de roCrigeración y en la indust.ria en o•n•ral..
L.osa corn.presiorelOI d• piS11t.ón t.rabajan mat.i•!"&c:t.orJ.ament.e a l.a
presión que Cueron disertados. razón por la cual es una d• las
condiciones de t.rabajo má.s import.ant.~ que s• deben t.omar en
49
cuent.a para ut.ilizar una m:t.quina de una. dos o t.res et.apas. Asi
pcr ejemplo si se t.iene una presión ha.st.a de 10. 5 Kg/cm• se
emplean unidades con un solo escalonamient.o. para presione-s hasta
de 200 Kg/cm• se deben utilizar t.res escalonamientos.
Para poder describir con mayor claridad el runcionarniento de
est.e t.ipo de compresores se t.omará. como ejemplo uno de dos
etapas. doble erect.o. el cual es enrriado por agua Cvéase rigura
8).
2
F'igura e
En la !'igura 8 se· puede observar 'ciue el aire ent.ra por 1,
succionado por el cilindro vert.ical de· baja presión en donde as
comprimido aprox.imadamente a 2 Kg/cm•, el cual a t.ravés del
refrigerador intermedio en donde el calor generado por el trabajo
de compresión es elinúnado -en su mayor part.e por el agua de
re!'rigeración.
El vapor condensado que se !'orm6 al refrigerar el compresor
se separa durante su paso por el ref'rigerador int.ermedio. A
continuación el aire pasa al cilindro horizontal de alt.a prosión
en donde se completa la compresión alcanzando la presión Cinal de
trabajo que es aproximadamente de 7 Kg/cm•. la salida del aire
est.A representada por el punt.o 2.
COMPRESORES DE TORNILLO
Como piezas import.ant.es se t.ienen dos rot.ores con hélices
que se ent.relazan, los cuales se encuent.ran cubiertos por una
carcasa doble de Corma cilíndrica. Al ent.relazarse los _rotores no
se tocan ent.re si. as! como tampoco con la carcasa. En la Cigura
9 est.A representado un
Figura 9
51
El cielo de compresión de un compresor de t.ornill o est.A
represent.ado an la f'igura 10. por f'acilidad y para una mayor
claridad solament.e se describir.A un solo ciclo por espacio de
lóbulo.
El aire es succionado a los
espacios int.erlobulares el cual
est.A en cont.inua expansión,
medida que los
desent.rolazan.
lóbulos
Cuando los rot.ores alcanzan
la posición que se indica en Ca)
los espacios lobulares que están
t.ot.almant.e llenos quedan
aislados de la ent.rada.
A medida qu• cont.J.nóa la
rot.aci 6n los lóbulos macho se
ent.rela:z:an con los lóbulos
hembra correspond.ient.es. En
t.ant.o sigue el ent.rolazado. el
volumen disnúnuye los
espacios int.erlobulares en donde
se encuentra el aire. De est..a
manera. el aire es empujado
hacia la salida. con lo cual so
t.ieno una compresión complot.a
rnent.e unif'orme. La compresión
cont.inóa hast.a que los lóbulos
al canza.n el borde de la salida.
Al cont.inuar la rot.aei6n el aire
comprinúdo pasa a. la r~ de
(o)
(b)
(o)
aire. (d)
Figura 10
COMPRE&~S DEL TFO DE ALETAS
Hay diversos t.ipos de compresores del t.iPo de alet.as. si.ndo
el m.6.s conocido el t.ipo "'Wit.t.in"" most.rado en la t"igura 11.
Figura 11
En est.e t.ipa de compresor el. rot.or ost.~ exc6nt.rico •n
relación con la carcasa o cilindro. y lleva una seri• de &let.as
que s• ajust.an cont.ra. la.s paredes de la carcasa d•bt.do a la tuerza
cent.ri:f"uga.
Para ovit.ar •l desgast.e en las zonas de roce d• las alet.as
con la. carcasa s• usan a.ros de encamisamient.o. Est.os est.A.n bJ.•n
lubricados y siguen la dirección de rot.ación.
El volumen ont.re dos a.let.as disminuye durant.e la rot.ación
hac:ta la cámara de presión, a donde ha de suminist.rarse el aire
comprimido. Es muy import.ant.e que al disef'Sar los compresores de
al.et.as, •st.oa cubran sat.is:f"act.oriament.o las presione• que ••
requieran.
La capacidad que se cent.rola por est.rangulanúent.o del f'lujo
de descarga., en ocasiones t.ambi•n con la recirculaci6n del aire
comprimido desde la ca.mara de alt.a presión hast.a la cA.mara de
succión. La regulación mAs económica sa logra con el arranque y
paro aut.omá.t.ico.
Los compresores de alet.as han sido disel'fados en una et.apa
para presiones hast.a de 5 Kg/cmª y para presiones superiores deben
ser máquinas de dos o mas et.apas.
Est.e lipo de compresores se les puede conect.ar direct.ament.e
un mot.or de velocidad relat.ivament.e alt.a, su gran desvent.aja es
que por su bajo rendirn.ient.o no pueden compet.ir con los compresores
de pist.6n; solament.e son adecuados para aquellos t.rabajos en los
cuales se requieren bajas presiones.
Por pruebas de laborat.orio se ha demost.rado que con el
uso disminuye su rendinúent.o considerablement.e. ademas que su
consumo de lubricant.e es elevado.
11.4 VENTAJAS V DESVENTAJAS DE UNO V OTRO TIPO DE COMPRESORES
Uni e amen t. e se mienci onar á.n las ven t. aj as y des ven t. aj as d• los
compresores de pist.6n. de t.ornillo y de al et.as por ser
considerados los m.á.s usuales dant.ro de la indust.ria.
Al mencionar dichas caract.er~st.icas no s• pret.ende hacer un
cuadro de selección y mucho menos de~erminar qué t.ipo de
nu\quina es mejor que ot.ra. ya que para cada caso en part.icular
la máquina adecuada puede ser de émbolo o de t.ornillo. et.e, •
dependiendo de las necesidades que se requieran y las condiciones
que se t.engan. para lo cual al rinal s• mencionar~n los crit.erios
de selección recomendados por los Cabricant.es de compresores para
aire comprimido.
COMPRESORES DE PISTON
Vent.ajas:
Tienen el más alt.o rendimiento ent.re t.odos los disenos.
Pueden ser cent.rolados f'á.cilment.e de acuerdo con las
variaciones de demanda.
Son simples en su diseno y Cuncionamient.o.
Fácil mant.enimiant.o.
Acopl ami ent.o variado.
Son los mAs conocidos.
Des ven t. aj as:
Muchas piezas de desgast.e (cilindros.
cigUenales. válvulas).
anillos.
Vibraciones,
ciment.aci6n 0
por lo que generalmont.e requi•ren
•xcopción do los compresor ..
cilindros disenados en v. W y L.
COMPRESORES ROTATIVOS
Vent.ajas:
Aire comprimido libre de aceit.e.
Pocas vibraciones.
Casi no se requiere ciment.ación.
Poco desgaste.
Exento de pulsaciones.
Su ericiencia mejora a mayores vol~menes de ent.rega.
Des ven t. aj as:
su ericiencia es menor comparada con la d• pist.ón.
Son m.iquinas poco conocidas.
Mayor consumo de energia que en los de. pist.ón •. a _bajas
capacidades.
COMPRESORES DE Al.ET AS
Vent.ajas:
Pocas vibraciones.
Oesvent.ajas:
Alt.o consumo de energia.
Se encuent.ra mucho aceit.e en el aire. por lo cual es un
obst.i.culo para aplicaciones indust.r.iales ordinarias.
O.Sgast.e en las aletas. rot.or y en la camara de
compresión.
El consumo de energia en cualqui•r t.ipo- de compresor es d•
mucha import.ancia. ya que es un aspect..o f'undamant.al para bajar
los cost.os de operación. Por lo ant.es mencionado. la selección
adecuada. para aplicaciones industriales
compresores: de pist.ón y los de t.ornillo.
Con el f'in d• det.erminar qu• compresor es el mas adecuado
para un caso •n part.icular. es necesario que s• realice un
.. t.udio de cost.os de OJ>9ración y •ntre los punt..os do import.ancia
hay que considerar los siguient..es:
Bajos Costos de Potencia. un alt..o grado de ericiencia
d• bajos requerirnient.os .spec:if'icos de energía.
Precisión. buen balance. baja vibración. ma.t.eriales y
dimensiones correctas. alta calidad de manuract.ura en part..es
component.es y bajas temp.arat.uras de operación.
Ba.Jo• eost.os de mant.enilni.ent.o. senci.l.lo. tA.cilment.e
remplazable y moderadament.e evaluadas las partes usadas o en uso.
Diseno simple. lo que hace que &u ma.nt.enimiento se realice con el
minimo personal Posible.
Bajo cost.o de enCriador 0 en casos relevant.es el consumo
bajo del en~riador.
Bajo eost.o de supervisión. Cabricación aut.omát.ica o en
serie. purga para condensados. mecanismos de regulación.
Se recomienda hacer el análisis de .st.os puntos para t.ener
siempre ~ ~ ~ OPERACION ...
Requerimiont.os de espacios pequef'los. el diseno compact.o d•
un compresor y un oquipo a.uXiliar ahorran volómenes d•
construcción.
BAJO poso. signiCica ahorrar en cimentación y aument.an
seguridad.
rnat.alación Soncilla. equipo do inat.alación sencilla y
correct.ament.e adapt.ada.
Sencillo Equipo El6t.rico. los compr .. oros disonados
para mot.orus est.4ndar sencillos y equipos nuevos cont.ribuyen a un
bajo cost.o de compra.
Cost.o Moderado. 6st.e es t.omado en conjunt.o con los
requarimient.os de anergia y t.odos los demá.s cost.os.
Al igual que en •l aná.lisis de cost.os de operación. ..
recpmendable t.oner ~ ~ !;;§. lNSTALACION'"'.
So ha considerado que si &l.gQn cUculo os hecho de acuerdo
con es.la list.a. t.omando t.odos los cost.os se encontrará. el
compresor adecuado para el equipe o red P• airo diseNado.
Il.5 SISTEMAS DE PROTECCION V SEOURIOAD
Un medio para conseguir bajos costos de mant.enimient.o. •s el
de inst.alar en un compresor adecuados sist.emas de prot.ección y
seguridad. que det.engan al compresor en caso de ~alla. La
operación del compresor debe i nt.errumpi rse ant.es de que
alcance el nivel peligroso. Normalmente se cent.rola la baja
presión del aceit.o y la alt.a t.emperat.ura del aire.
Los dispositivos de soguridad están diseNados para dar una
sel'fal eléctrica " SI o NO '' de "PARE o ARRANQUE''. En los sistemas
de prot.ección se busca purlf'icar el aire a la entrada, válvulas
por alt.a presión de aire como presión de aceite, los cuales
ayudan en la conservación del compresor. Cabe mencionar que est.os
dispositivos no evitarán desperfectos en los mismos.
Habiendo moncionado ost..os aspoct..os es convenient..e hacer una
descripción m.a.s amplia de est.os sisLemas.
FILTROS DE AIRE
La f'inalidad de est.e f'ilt.ro es el de recoger las impurezas
que ent.ran en el aire de aspiración, las cuales act.úan como
abrasivo en las part.es móviles. Es de gran import.ancia que los
compresores est.én provist..os de est..e t.ipo do f'ilt.ros pues ayudan
grandament..e en la seguridad y duración de las ~quinas. Para que
un f'ilt..ro cumpla af'icazment.o
mantenerlo limpio.
misión noce~ario
Como puede verse en la f'igura 12 el silenciador de
aspiración lleva en su part.e central una conducción de ent.rada en
f'orma de tubo vent.uri. la cual just.ament.e con la envolt.ura
cilindrica consti t.uyen un silenciador muy ef'icient.e cont.ra el
ruido de aspiración del compresor.
El nOmero d• inspeccionas necesarias y el cambio de f'iltros
56
depende del grado de limpieza del aire aspirado, asi como de la
calidad del filtro, ~ipo y marca del compresor.
FILTROS_
SILENCIAOOR-D E
ASPlRAOON
VALVULAS DE SEGURIDAD
Figura 12
,,.. TAPA
TUBO VENTURY
Los comprosoros estacionarios est.á.n dot.ados do una válvula
de seguridad si son de una ot.apa de compresión o varias v~lvulas,
depondiendo del nú~ro de et.apas de comproai6n. En el caso de un
compresor de dos et.apas se colocarán una v~l vula en la descarga
de cada et.apa.
59
Las vá.lvulas de seguridad pueden ajust.arse para las
di!"erent.es presiones de apert.ura y ca1das de presión. El ajust.e
de la pr9Sión de apert.ura de las válvulas de seguridad no deber~
ser superior a la rú.xima presión permisible para cualquier
componente de la unidad; est.e ajust.e se ef'ect.úa con el t.ornillo
de ajust.e. el cual se muestra en la !"igura 13.
RESORTE EN EL ASIENTO INFERIOR
Figura 13.
- RESORTE DE PALANCA
VALVULA
VAlvula d• seguridad
DISPOSITIVOS AUTOHATICOS DE SEOURtOAD
Los compre-sores ost.An dolados d• un disposit.ivo de seguridad
para la presión de aceit.• y de un int.errupt.or t.ermcst.á.t.ico para
cent.rol d• t.ernperat.ura d•l aire.
PRESOSTATD DE ACEITE
El presost.at.o va conect.ado al t.ubo de impulsión de la bomba
de aceit.e. El presost..at.o esl~ ajust.ado para inlerrumpir la
corrient.e que llega al mot.or si la presión de aceit.e bajara m.As
de lo permisible.
En la puest.a •n marcha del compresor. el int.'.9rrupor d•
corrient.• d• presión f'orrna. cort.o-circuit.o al oprimir el bot.ón de
arranque durant.e algunos segundos. t.iempo en el cual. la pros16n
de acei t.e deber A sub! r a. un 11 mi t.e de acuerdo al di seno del
compresor. Si el compresor se para después de es:t.a perJ.odo de
arranque o sea. que la presión de aceit.e necesaria no se ha
alcanzado se puede int.ent.ar un nuevo arranque. En el caso de que
el compresor se det.uviera por segunda vez. se deberá. invest.igar y
det.ormina.r la causa por la cual la presión de aceit.e es t.an baja.
Se debe t.ener en cuent.a de que si se int.ent.a repot..idament.e el
arranque del compresor con una presión insuf'icient.e de aceit.e
podria da!"{arse.
INTERRUPTOR TERHOSTATICO DEL AIRE DE IMPULSION
El compresor deberá est.ar provist.o de un int.errupt.or
t.ermost.~t.ico qua det.enga al compresor si aument.a anormalment.e la
t.amperat.ura del aire de descarga. El int.errupt.or t.ermost.At.ico
est.a. rnont.ado en la part.e de impulsión del cilindro de alt.a
presión.
ei
CAPITULO IlI
OTROS ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA COMPRESION DEL AIRE
III.1 OENERALIDADES
En est.• capit.ulo se t.rat.ar4 de senalar l.a importancia que
t.ienen los equipos auxiliares para lograr un mayor rondimient.o de
los compresores, asi como los ef'ect..os de la alt.it.ud 0 hurnedad.
t.emperat.ura y presión que int.ervienen en las herramient.as
neumat.icas y compresores.
De los equipos que ayudan a lograr buenas condiciones del
aire comprimido se pueden mencionar los post.-enf'riador•s y
separadores de humedad. los t.anques o dep6sit.os de aire. los
secadores de aire, de los que a cont.inuaci6n se harA una
descripción.
III.2 POST-ENFRIADORES V SEPARADORES DE HUMEDAD
La f'inalidad de los post.·-enf'riadores es reducir la
t.emperat.ura del aire cuando •st.e es descargado por el compresor~
a.l bajar la t.emperat.ura del aire se reduce la humedad del a.ir•
descargado. Se cuont.a con dos lipos de post.-enrriadores que son:
Los Post.-enCriadores enCriados por agua.
Los Post.-enCriadores enCriados por aire.
POST-ENFRIADORES ENFRIADOS POR AOUA
L..os Post.-ent'riadores enCriados por agua est.4.n normalment.e
const.ruidos por un sist.ema de t.ubos de condensación ligera.
El agua de enf"riamient.o !"luye. ya s~a ,~e ~ntrada. a salida de
los t.ubos. m.ienlras que el !'lujo d• .. :aire c~mprfznido lo hace en
sentido contrario. est.e t.ipo de f"lujo's•. denOIÍlina normalmente de
contracorrient.e.
SALIDA 2 ¡j ..... • JJ-1 SALIDA
.r.. 1""·. ,··-..,' . ._AA_;,¡,¡ Z; C€ AIRE "' ........ ;,;; e;;;;:....... ........ '.;' e:::::> ,-
Figura 1.
' 2 ENTRADA CE: AGUA
Post.-enf'riador •nf'riado por agua con f'lujo de
cont.racorrient.e
Cuando el aire t'luye por la parte exterior de los t.ubos.
ést.os se agregan para aumentar el •rea de enf'riamient.o.
El sistema. de t.ubos de un post.-enf'riador debe ser de f'ácil
acceso para removerlo en caso do ef'ectuar a.lgtln t.rabajo de
mant.enimient.o. est.e es un requisito que debe cumplir t.odo buen
diseno de anf'riadore-s posteriores.
Las caidas de presión en un post.-enf"riador enf"riado por agua
y supuest.amente bien dimensionado. no debe exceder do O. 2 JCg/cm•.
Al i nst.alarse un post.-enf'riador se de.be Poner un separador
d• hume<lad. Esle separador s• :Cija dir9Ct.amqnlo al post.-ontriador
y GtS inst.alado co~ part.o int...gral del onCriador. El soparador de
agua se puede coloear por separado pero debe sor conectado lo más
04
cerca del post-enfriador.
Un separador de hume-dad debe recoger y almacenar el agua de
condensado del post.-en!'riador. Hay dos tipos de separadores. el
t.ipo ba!'!'le y el t.ipo cent.ri!'ugo. Los separadores de agua son
disets:ados para presiones de trabajo de!'inidas. normalment.e a. 7
Kg/cm•.
Para ilus~rar la ins~alación y las par~es prineipal•s d• los
equipos mencionados an~eriorment.e v•anse las Ciguras 2 y 3.
VALVULA DE SEGURI~--
~~~~:M?fNTO ----11 TUBOS DE
ENFRIAMIENTO
ENTRADA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO
TERMOMETRO
'\
AIRE
"----SALIDA DE AGUA CE ENFRIAMIENTO
--.--r------ SEPARADORES DE AGUA
Figura 2
CAMISA CE TUBOS DE ENFRIAMIENTO ENFRlfMlENTO
i
VALVULA DE SEGURIDAD
SEPARADORES DE AGUA ',
PURGA oc¡_ AGUA ENTRAO'A DEL DE ENFRIAMIENTO AGUA DE --PURGA CE:L
ENFRIAMIENTO CONDESADO
Figura 3
POST-ENFRIADOR ENFRIADOS POR AIRE
Generalment.e, un enf'riador post.eriqr est.A hecho por t.ubos
alet.ados. El aire comprimido !'luye por dent.ro do los t.ubos y el
aire enf'riador f'l.uye alrededor de los t.ubos, para dar mayor
capacidad a est.e t.!po de enf'r!adores
vent.11 ador.
equipan con un
Con est.e t.ipo de enf'riadores se pueden obt.enar dif'er•neias
d•' 6 a 15ª C ent.re el aire •nf'ria.do comprimido y el aira
ambient.e, el cual se usa como medio enf'riador.
DRENAJE SEDtMENTOS
TUBOS CON ENFRIAMIENTO DE ALETAS
MOTOR DEL VENTILADOR
Figura. 4
POST- ENFRIADOR ENFRIADO POR AIRE
AIRE FRIO COMPRIMIDO
l. Post.-enfriador enfriado por a.J.re
a. Tubos con enfriamJ.ent.o de alot.as
3. Mot.or vent.ilador
4. Polea del vont.ilador
6, Capuchón del vant.ilador
e. Air• caliont.e compri'Q\ido
7. Air& f'rio comprimido
9. Dr•naje d• sediment.os
Q. Drenaje aulornAt.ico de condensado
Para inst.alar cualquier t.ipo de Post.-er1rriador; ~· debe .t.omar
en cuen~a lo siguient.o:
Cerrar la salida de compresor.
EJ. agua do enf'riamient.o dobe t.enor dirección opu .. t.a a
la d•l flujo do airo Ccont.racorri•nt.o~.
Inst.alar vAl vulas do exclusión en la ont.rada y a la
salida. procurando que el t.amafto nunca sea iú.s pequotto
que cualquier coneXión de agua de enfriamient.o.
Usar un embudo para poder observar el flujo del agua.
debe est.ar colocado a la salida del agua.
Usar indicador de flujo cuando se inst.a.lan sist.emas de
agua a pr•sión.
El .agua do onf'riam.Lent.o d•b. ser limpia sin s6lJ.doS1
cont.amina.nt.es. los cuales causan incrust.a.cionos en la
t.uberia.
Operación: No obst.ant.e que los post.-enf'riadores no
requieren cuidados especiales, se deben tener en cuent.a los
siguient.es puntos:
Antes de arrancar el compresor abrir el agua de
enf'riamient.o. No debe permi t.ir que el
post.-enf'riador t.rabaje sin agua.
Con ciert.a f'recuencia se debe drenar •l condensado.
pues
ést.e
se corre ol riesgo
demasiado alt.o.
de que cuando el nivel
pase sobre la t.uber1a
aire. Es recomendable usar drenadores automá.t.icos.
de
de
Evit.ar la f'ormaci6n de sólidos, para lo cual se
requiere que el agua de en!"riamient.o no
enf'riador a una temparat.ura mayor de 40°C.
111.3 TANQUES O DEPOSITOS DE AIRE
deje al
Por las propias necesidades de trabajo. normalment.e •n las
indust.rias donde hay plant.as de compresión hay uno o mas t.anques
reeept.ores de aire.
El objetivo principal de estos t.anques receptores es el de
almacenar aire, pero ademá.s brinda las siguientes funciones.
1. Inerement.a la ref'rigeraeión.
2. Recoge los posibles residuos de condensado
3. En las redes de aire. ayuda a. igualar las variaciones
de presión.
4. Absorbe las pulsaciones.
ea
Para" 1jli't.erminar la3 dimensicn&-::i- del depósit..o se debe t.ener
en c;uent.a l~. CCl!pacidad_ del. compresor y el sistema de regulación.
El ciclo de regulación del compresor no debe de ser cort.o
pues arect.aria no sólo-a algunos de sus component.es sino t.ambién
a los cent.roles eléctricos.
El siguient.e ajemplo ilust.ra como debe de operar un
compresor con la presión de t.rabajo a la cual se requiere que
f'uncione para compresores con una presión de a. a Kg/cmª en
condiciones de consumo de aira ef'ect.ivas y normales. las
dimensionas del depósito (unidades en volumen) deben de ser la
décima part.e de la capacidad del compresor. por minut.o. Est.o se
aplica a la operación aut.ornát.ica de la válvula de descarga; es
decir. el mot.or :funciona const.ant.e y el compresor se descarga
periódicament.e y la di:ferencia entre los lim.it.es de la presión de
succión y la presión de descarga no deben de ser menores de 0.4
Kg/cm" para cada et.apa de descarg;l.,
Para mol.ores cuyo arranque y µ·aro son aut.omAt..icos
cont.rolados por presión os necesario un t.anque recept.or de aire
de mayor volumen. pcrque de lo coi-it.rario se corre el riesgo de
crear una mayor :frecuencia, lo que implica una sobre carga en el
equipo eléct.ri~o. De ahi que para los compresores con arranque
y paro aut.omAt.ico, la selección de la capacidad del t.anque
recept.or de aire debe de hacerse de acuerdo con la capacidad del
compresor y consumo de aire. de t.al manera que haga al menos 10
arranques por hora Cproporcionalement.e repart.idas). bajo est.as
circunst.ancias las dif'erencias de presión ent.re el paro y el
arranque puede ser más alt.a. si es posible ~ener o acercarse a 1
Kg/cmª.
En l~ :figura 6 ~G roprosont.a un t.anquo rocopt.or do airo con
sus accesorios. junt.ament.e con la inst.alación de un re:frigerador
post.er i·or.
69
1. Tanque de cornpres:ión
2. Termómet.ro
3. Grito de agua
4. Admisión del a.gua de
enf'riamiant.o
~. ~ida del aire comprimido
e. Amortiguador de la pulsación
de descarga.
7 Acopl ami ent.o
Figura e
70
a
g
10
11
1él
13
14
Salid& d .. 1 a.gua d•
enrr i ami ent.o
Post.-enf'riador
Embudo del agua de
enf'r 1.a.rni ent.o
VAlvula solenoide.
Tubo del aire de
regulación
Tubo de descarga
Manguera
~lexibl•
!'errada
Para el diseno de los depósit.cs de aire se debe proyectar y
dimensionar de .a.cuet"do con los reglament.os of"iciales. de
recipient..os .a presión. C "'Reglament.os para la Inspección de
Generadores de Vapor y Recipient.es sujet.os a Presión .. : Edit.ado
por la S.cret.aria del Trabajo y Previsión Social ).
ALGUNAS RECOMENDACIONES PRACTICAS'
Apegándose a las reglas para seleccionar el
depósito de aire se considera que ha.br~ un consumo
de aire unif'or11"19.
La capacidad de los compresores no debe ser
excedida por el consumo inst.ant.Aneo.
En las redes de ai r • comprimido con di ver sos
punt.os de consumo. •• debe prov.r un P'JJ'l\,O .. de
equilibrio. lo que puede garantizar Un consumo de aire unif'oraw.
IIJ.4: SECADO DEL AIRE
Puest.o que en los sist.ema.s de compresión s• debe eliminar la
humedad qu• cont.ione el a.ir• que s• coraprime. •• colocan un
int.•r-enf'riador y un post.-ent'riador. los cuales so enca.rga.n de
•liminar la ma.yar1a del agua. dol air•; como la of'iei9neia en
est.os aparatos os del orden del 80 al QO Y., •l rest.o del agua se
va al t.anque receptor del aire y part.o a la linea de a.ir•
comprimido. Hay que t.omar en cuen~a que el punto de rocio no es
const.a.nt.e dado que depende de la humedad del lugar segó:n la •poca
del ano.
Por lo anterior. •s convenient.e qu• en las lineas d• aire
•>cist.an t.rampa.s d• condensado pues la cant.idad de agua que se
condensa es considerable. ya que en una instalación normal puede
llegar a cientos de lit.ros en 24 hor~s; el condensado que se
71
prasent.a· en la,·11~ea -pr:.od*:Jee-.qor·r.osiorl -y av~li_i'aSi-'~<i~t.errui:)eiones
en la produceió~. ·- .. asi .~i-~o~.:< ;~"'.l~i~n -~-_báJ~·;A: Calidad : del> aif..a
comprimido. .',;' .::¡ . ; >. ;. ;~: ... }' :; ,)¡7 '.' ' .. · Por -~st,~~ r~~~n~~: :-.~~~/:-.~~;%.ª~~~-t~:;~>~~~'f.~~~:~i;f~:.~:~~{~,~f q,~~ :_s.~l~ , de
los post.-en_f_r_iadores. ··A c'ont.inuaCión :se: describen -los mé~od~s -~s con\úneS. pa:ra l~~r·~~_16~>::::·:·-~i:~"C ·-. ~-'-~~,.._- -.-~;~- ,.'-/.-;>:::: - ;~~'-"·.-:-:.;{;~,_(··~" '"·,":··~·· -°' 7,-
. . -, . --~-·
Hay t.r.es·_.··~ét:--C?_c:l'?~ '"i:?!:~nc1·p~1e~· par.a 91 S8~3:d~ del: _aire._ ést.os . ...--:·~ -- --· ---· , ·.;-.·,.>~ -
son:
Regenerat.1 vo -
Re'f-:-1geraci6n
Delicuescencia
~ t.ipo regenerat.ivo consist.e de dos t.orres de secado, cada
una cont.eniendo camas de disecant.e absorbente. En el cent.ro de
cada t.orre est.á una bobina calent.ada elóct.ricament.e. El aire
f"luye alt.ernat.ivament.e ent.re las l.orres. Mient.ras que el aire
est.~ siendo secado ~n una de las Lorres. el disecant.e es~a siendo
regenerado en la oLra. El cos~o de operación de est.e mét.odo es el
más elev.ado de los t.res. pero es el más adecuado para
aplicaciones especiales. Se recomienda. colocar filt.ros ant.es y
después de los seca.dores regenera~ivos.
Figura 6. MéLodo Regonerat.ivo
72
~ unidades ~ !.1l2Q. 9!! refr1gerac16o. ut.ilizan el
enf'riamiont.o pa.ra condensar la humedad. El aire es dirigido a
t.ravés de int.ercambiadores de calor en combinac16n con un sist.ema
de refrigeración que est.a. aut.ocont.enido. El aire es usualment.e
enf'riado a 40° y 50°C para condensar la hutnedad. El agua es
separada de la corrient.e de aire y descargada aut.om.t.t.icament.e a
t.ravés do la linea de drenado. El aire es: ent.onc95 reca.lent.ado
ant.es de ser regresado al sist.ema . El Onico cost.o de opel"ación
es la energia para el compresor de retrigerant.e. se recomienda
para est.e t.ipo de secadores. pref'ilt.ros con rango de 50 microns.
SALIDA AIRE SECO ...-------~
AIRE REFRIGERACION
ENTRADA AIRE HUMEOO
Figura 7. 1'Wrt.odo de Rotrigeraci6n
i.l. m6!..2s\2. mAlE. simplificado l!: ~ u. !!l. ll.P2 delicu•scent.o; •n lugar de usar energia. r•l'rigeraciOn. calor,
fil t.ros. et.e. • consiste de una simple t.orre vert.ical que
presepara. las part.iculas mas pesadas de hum.dad. polvo,
inmediat.arnent.o a la ont.rada del aire al nivel, bajo la parrilla
que sop:Jrt.a el disecant.e. En la sección superior est.A una capa de
a.bsorbent.• quimico disecant.e. el cual act.úa con las part.1culas
má.s f'inas de humedad. Cuando el aire fluye hacia arriba en la
saiida del secador, la solución que se forma, got.•a a t.rav6s de
la rejilla y se t.ransf'orma. en neblina. la cual com.plement.a la
acción del presecado y se drena hacia donde est.A•el acumulador de
condensados.
ENTRADA DE AIRE HUMEDO
Figura e.
PURGA
74
SALIDA DE AIRE SECO
111.5 F" ACTORES QUE Af"ECT AN LA COMPRESION DEL AIRE
En est.e punto s• t..rat.ar•n los ract.or•s ext..•rnos que .at"ect.an
a los compresores y al aire comprimido.
Algunos de est.os .f'act.ores $On: La humedad y la alt.it.ud. A
est..os !'a.et.ores se les debe dar la debida import.aneta.. ya ~.,de
su control depende el bu•n f'uncionamient..o, et'ici•ncia y ~ vida
Ot.11 m..6.s larga de las mi.quinas.
L.a humedad en la a.t.m6s!'era se manif'i.st.a •n t'orzna d• vapor
de agua. Est.e vapor do a.gua combinar• con el air•
humedeci•ndolo on mayor m.onor grado. dependiendo de las
condiciones at.mósf'éricas del lugar.
En la humedad int.ervionen dos f'act.ores import.ant.•s que son:
La humedad relativa, y
El punt.o de rocio.
SUp6ngase que t.i•n• un aire con humedad r•l&t..iva de.L ioc»c, cuando ést.e ent.ra a los compresores se inant.iene const.ant.e · 1a
t.emperat.ura, pero con t.an sólo que la. presión oxl.st.•nt.e en la
at.mósf'era circundant.e f'uera dobl• se r.duciria la capacidad. de
ret.•nc16n de agua del aire que est.4 siendo comprimido.
En los cilindros del compresor el f'en6meno se present.a con
aument.o de t.emperat.ura y en cuant.o s• aument.a la presión se
t.endr.6. un aumc!ll'nt.o en la t.•mperat.ura o cuando ._t.a ce increment.a
lo suf'icient.e. la capacidad de ret.ención de agua en el air-e
compr-imido se reducirA.. por lo que en los cilindros de compresión
es imposible que se separ-ase el agua del aire. pero si est.e vapor
de agua se llevara consigo part.e del aceit.• lubrica.nt.e de los
cilindros se corre el riesgo de que 4'st.os se corroan.
EFECTOS DE LA AL TITUO
La presión del aire decrece con!'orme aument.a la alt..ura.
t.ambién sucede lo mismo con la t.•mperat.ura y la densidad del
aire. Est.os cambios afect.an la relación de presión del compresor
y simult.Aneament.e a la polencia y al caudal del aire.
Como la alt.it.ud en la compresión del aire es muy import.ant.e
se darAn unos ejemplos para comprender los o!'ect.os que produce.
Recordando que la relación de presión es la razón ent.re la
presión de descarga y la de succión. lo cual indica que. si se
t.rabaja al nivel del mar con una presión do 7 Kg/cm• en la
descarga y con una presión de ent.rada d• 1 Kg/cm•. la relación de
presiones al nivel del mar será de 7/1. pero si est.a misma
presión de descarga C7 Kg/cm~ se obt.iene a 2 000 msnm. se t..iene
una relación de presión de Q.57, lo que coní'irma qu• a. mayor
a.lt.ura mayor relación d• presión. según lo indica la t.abla 1.
Alt.ura. sobre Relación de compresión Relación de compr•sión el nivel del a 7 Kg/cm• ClOO psig) a 3 Kg/cm•. C 4.3 psi g) mar lect.ura del ma.nómet.ro 1.-ct.ura. del m.a.nómet.ro
•n la prosión de •n la presión de m f't. descarga descarga
o o 7.79 3. Q1 1000 3ZSO a.ea 4.ae aooo e5e10 9.57 4.e7 3000 g950 10.e4 !5.13 4000 13100 11. 9'& !5.154 !5000 16400 13.17 e.aa
Tabla. 1
Lo ant.er i or • af'ect.a a la pot.onci ól. y al caudal del ai r •· debido a. que para d•t.erminada pot.encia al niv.l del t.i•n•
una d•nsidad d• &ir• de 1.22!5 Kg/m> y una. pr-ión de 1.013 Kg/cm•.
pero a 2 000 msnm se tiene una densidad de 1.007 Kg/m:a y una
presión de 0.709 Kg/cm•. Con est.o se visualiza que a nivel del mar
se sum.i ni st.r a mayor cant.i dad de aire que a 2 000 msnm de acuerdo
con la tabla. 2. Considerando desde luego ,la misma. 11\6.quina y la
misma potencia. Como consecuencia. el consumo de energia del
compresor ser~ menor y la potencia del moler también.
Al t.itud Presión Temperat..ura Densidad m Kg/cm" "e Kg/m2
o 1. 013 16.0 1.Za!S 100 1. 001 14.4 1. 213 200 O.Q0Q 13.7 1.202 300 O.Q70 13. :l. 1.1QO
400 O.l:le6 12.4 1.17Q !500 0."6!5 11.0 1.1'17 600 O.Q43 11.1 1. :l.!50 000 O.Q21 Q.8 1.134
1 000 O.BQQ B.6 1.112 1 200 0.877 7.a 1.0QO 1 400 0.0!50 !5.Q 1.00Q 1 600 0.036 4.e 1.049
1 000 0.816 3.3 1.oa7 2 000 0.7Q5 a.o 1.007 2 200 0.77!5 0.7 o,gee 2 400 0.756 - º·" º·""" 2 600 0.737 - 1.Q O.Q47 2 BOO 0.71Q - 3.a O.QaB 3 000 o. 701 - 4.!!I 0.009 3 200 0.603 - !5.8 0.801
3 400 o.eee - 7.1 0.072 3 600 o.e4g - B.4 0.854 3 000 o.e33 - Q.7 0.837 4 000 o.e1e -11.0 0.0:1.Q
!5 000 0.640 -17. !5 0.73e e 000 0.472 -24.0 o.eeo 7 000 0.411 -30.!5 0.6QO e 000 0.366 -37.0 0.!525
Tabla 2
77
SeQO:n los t'abricant.es de mot.cres no es necesario reducir la
capacidad nominal, si la t.emperat.ura ambient.e baja. con base en la
t.abla 3
Alt.ura Temperat.ura msnm ambient.•
"e
1 000 40· 1 eoo 38 a 000 3!9 a 600 33 3 000 30 3 600 as 4 000 ae
Tabla 3
CONSUMO DE POTENCIA DE LOS COMPRESORES
El consumo de la pot.encia depende direct.ament.e de l&. presión
at.mos:f"érica y de la capacidad del compresor Ccapacidad en m'/min:l.
Es t.ambién una f'unción do la presión on las et.apa.s de compresión,
asi como t.ambi•n de la t.emperatura del aire despu*5 del
int.er-enf'riador.
CONSUMO V SALIDA DEL AIRE DE LAS HERRAMIENTAS NEUMA TICAB
Del nivel del mar a e 000 m de alt.it.ud, cambia la presión
at.~f'•rica de 1. 032 Kg/cm• a O. fS7~ Kg/cm•.
Para el caso de un.a linea de a.ir• comprimido que lleva una
pres_ión ma.nomét.rica. de e Kg.-:'cm• cambia a 7. 032: a nivel .del mar y a
e.!57!5 Kg/cm• a~ 000 m, t.al y como lo muest.ra la t.abla 4.
Al t.ura sobre •l nivel del mar
m f't.
o o 1000 3Z80 2000 0500 3000 Q8!50 4000 13100 5000 10400
ESTA SALJR
TESIS DE Lit
NO DEBE BrBUOTECi
Relación alt.it.ud-presión
Presión del &il"'• Gravedad d•l. aire absolut.o espec1Cica
kg/cm• psi a kg/m.> oz/tt.>
1. 03Z 14.68 1. Z04 1. Z04 0.919 13.07 1.072 1.07Z 0.817 11. 02 0.953 O.Q53 0.720 10. 3Z 0.847 0.847
o.""" Q,1Q 0.734 O.'?!U o. !57!5 8.18 0.672 o. 072
Tabla 4
Con base 9n lo anterior. la pot.encia do salida de aJ.ro
comprimido en las herramient.as neum.At.ica.s, pr.i.ct.icament.e no
cambia para presiones at.mos~éricas bajas.
El consumo d• air• de las herramient.as neum&t.icas ••
incr•m.nt.a para presiones at.most•ricas bajas, porqu~ el consumo de
a.ir• es est.ablecido en aire libro para la presión qua prevalece a
alt.as alt.it.udes.
CAPITULO IV
DIFERENTES TIPOS DE HERRAMIENTAS NEUMATICAS
Las herramient.as neumAt.icas se han empleado siempre para dar
!'orma a los objet.os. pero la revolución indust.rial int.rodujo la
idea de una reducción de la mano do obra. Durant.e est.e
desarrollo. las harramient.as manuales perdieron su import.ancia y
f'ueron reemplazadas por herramient.as con pot.encia propia. y m.i.s
e!'icaces.
En 1858 comenzaron a ut.ilizarse las harrami•nt.as neurm\t.icas.
en t.rabajos como perf'oración de rocas y cincel~do, durant.• muchos
anos. hast.a que la soldadura llegó a s•r una pr•ct.ica comón, el
remachado !'ue el rnét.odo más empleado de unión de compon•nt.es d9
acero. como so hacia la !'abricación de dep6sit.os. en
ast.illeros. indust.ria de la const.rucción, et.e •• y las
herramient.as manuales comenzaron a. sor desplazadas por mart..illos
n~ul?\4\~icos. otros medios. Lalas como el vapor o la elecLricidad.
~ueron Lambién probados. poro nunca pudieron compe~ir con el a.ire
comprimido en el empleo de herramient.as de percusión.
Pront.o comprobó quo •l aire comprimido ro-sult.a.ba.
igualmen~e apropiado para el uso de h•rrami.ent.as rotativas, tales
como taladraras. esmeriladoras y numerosos tipos de herramientas
para el monLaje.
IV.1 TIPOS DE ACCIONAMIENTO DE 1A-1A HERRAMENTA NEUMATICA
Todos los Cac~ores deben est.ar bien equilibrados para
ob~ener el mayor rendimient.o den~ro del t.ipo de t.rab.ajo para al
qu• la herramient.a ha sido dis:ef'fada. Las h•rramient.a.s pueden
tener diC•r•nt.es caract.erist.icas como:
B1
Herramientas de Percusión.- El principio básico de ésta es
el movimient.o reciproco del pist.ón dentro del cilindro. Se
consigue est.o mediant.e una válvula de corredera que permit.e al
aire comprimido actuar alt.ernat.ivament.e en la part.e superior o
i nf'erior del pi st.ón. Para herram.ient.as de carrera cort.a por
ejemplo. los desincrust.adores, la regulación del pistón,
consigue dejando que el aire lo cent.role direct.ament.e por medio
del sobref'lujo. variando la longit.ud de carrera, el diámet.ro del
pistón y el peso de ést.e.
Herramientas Rot.at.ivas.- Las primeras herramient.as
neumá.t.icas rot.ativas llevaban motores de pistón.
Asimismo. existen varios tipos de mot.ores neumAt.icos, los
má.s impot.ant.es son los de alet.as, los de pist.ón y los de turbina.
El motor neumático es una unidad de poco peso. compact.a, que
suministra energía sin producir vibraciones. Estos motores no se
puedan averiar con carga excesiva. t.rabajo reversible ilimit.ado
o f"uncionamient.o cont.inuo. No les a!"ect.a el aire calient.e.
corrosivo o hO:med.o y son muy resist.ent.es a las explosiones o
r•vent.ones. Arrancan y se paran inst.ant.áneament.e y permit.an un
cent.rol de par y velocidad inf"init.arnent.e variable.
Los mot.ores de pistón han sido diseNados normalement.e con
eua~ro a seis cilindros como se muest.r~ on la rigura 1.
COMPRESIDN(O)
7 ----
SAUOA DEL AIRE RESIOUAL(E)
13 ----POSIClCN INICIAL (F)
SALIDA PRINCIPAL DEL AIRE (C)
~ --- 8
EXPANSION (B)
9 ' ENTRADA DE\.. AIRE~
Figura 1. Esquema del cielo del ~rabajo
Est.os mot.ores trabajan con velocidades de rotación ba.jas.
~recuent.ement.e por debajo de las 5000.rpm.
En los mot.ores de tipo alela. los limit.es del cilindro ast.án
determinados por la !'orma tubular del cilindro. el rotor. las
aletas y axialment.e, por las tapas del cilindro. con cojinetes de
bola. El rotor está descentrado en relación con el cilindro; unas
ranuras en las paredes del cilindro pernút.en que el aire pueda
ser evacuado. Cuando el rolar hG adquirido velocidad. las aletas
se mant.i enen en contacto con la parad del cilindro.
principalmente gracias a la ruerza cent.r1ruga.
En los motores de turbina la velocidad peri~órica del rotor
es muy elevada. result.a muy diricil reducir su velocidad a
velocidades prácticas. Esta es la razón por la que solamente se
emplea en herramientas especiales;. esto es. limadoras de gran
velocidad.
La presión normal de trabajo para un motor neumát.1.co es de 6
Kg/cm•. Sin embargo, se pueden emplear et.ras presiones que
varian entre 3 y 7 Kg/cm.2.
IV.2 APLICACION DE HERRAMIENTAS NEUHATICAS
Las herramie:-nt.as neumáticas han evolucionado su t.écnica ya
que en la época acLual, la producción exig9 rapidez. e~iciencia y
precisión. De ah! el porqué se encuentra que dia con d!a aparecen
nuevas aplicaciones y nuevos sistemas para desarrollar diversos
t.rabajos, por lo cual la gama de las herramientas neumaticas es
cada vez más extensa.
83
Y asi sucosivamenLe. se podrian seguir ilusLrando in~inidad
de aplicaciones que
neumoi.t.icas.
les han dado las herramient..as
IV.3 COMPARACION ENTRE HERRAt1ENTAS DE MANO, ELECTRICAS V
t-EUMATICAS
La fuent.e ~s com!In de pot..encia para t..odos l~s t.ipos de
herramientas mec~nicas es el rnot.or eléct.rico.
Por ot.ro lado. el mot.or d• .air• comprimido •s la f'uent.e de
pot.encia para herramientas rrecá.nicas de mano. Podria aparecer
como una solución indirecta el usar aire comprimido en lugar de
energía eléct.rica para mover harram.iant.as de mano. pero ast.• no
es •l caso. Por ol cont.rario. el aire comprimido es hoy dia una
Corrna de dist.ribución de energía, la cual ha probado ser
part.icularment.e Ut.il y es en muchos casos predom.inant.• al
racionalizar la producción.
A cont.inuación se dan las dif'erent.es vont.ajas en operación
de las herramientas de mano cuando son movidas Por aire
comprimido y cuando lo son por elect.ricidad.
a) En la herramienta nou~t.ica no se t.ienen sobrecargas.
porque se t.rabaja. por ~io de aire regulado.
b) Se puede rttgular la ent.rada del aire. cent.rolando al
mismo t.iempo las revolucion'*'50 por minut.o Crpm).
e) En la herramienta neum..t..t.ica. el diá.met.ro del rot.or es
menor y. por consiguiente, el peso y dirñensiones
de nu\quina disminuyen.
d) La herramienta neum.it.ica sirva para trabajo continuo.
•) Menor peligro para el operario a.l usar herramienta
neu~t.ica.
f') El volumen de aire de trabajo le sir'V8 a la m.6.quina
como un buen re~rigerante.
Cuando trabajan en vacio las herramient.as neum.i.t.icas
grandes crean ruido qu• laa
harr.a.mient.as eléct.ricas.
Para el diseno de est.as herramient.as se ha t.omado como regla
el qua vayan equipadas con silenciadores eficient.es que reduzcan
el ruido a un nivel considerable. Durant.e el esmerilado, el ruido
creado por la operaciOn será predominante. Cuando se t.aladra. el
ruido por el escape es el que predomina en una herramient.a
neumé.t.iea.
El volt.aje de operación para las herramient.as eléct.ricas no
puede ser demasiado bajo, ya que de ot.ra manera no realizarla el
mismo t.rabajo que una herramient.a noumát.ic.a. para una pot.encia
det.er mi nada.
El voltaje peligroso entre una fase y tierra es ent.re 180 y
150 Volt.~ para herrarnient.as de alt.a frecuencia de gran t.amars:o.
Por est.a razón. dichas herramient.as no son aconsejables para
lugares donde pueden est.ar en cont.act.o con el agua o la humedad;
consecuent.ement.e no se recomiendan para operarlas en el ext.erior.
Como vent.ajas de las herramient.as da alt.a frecuencia se
pueden mencionar la simpl•Z""- relat.iva del dise!'(o do su mot.or y
que el cable aléct.rico es algo más flexible que la manguera de
aire para la correspondient.e pot.encia.
Sin embargo, las herramient.as de a.lt.a. f'recueneia. son
f'•eilment.e sobrecargadas. debido que por el peso de la
herramient..a no se eligen mot.ores con suf"icient.e margen.
ocasionando que la vida de t.rabajo se acort.o y los cost.os de
reparación se eleven.
En el de las herram.ient.as neum.At.ieas de al t.a
f"rocuencia, la pot.encia especif'ica es mayor y consecuont.ement.e
nu\.s redit.uable. Por su disef'So simple y robust.o requieren ~nor
mant.enimient.o. originando que los cost.os de reparación sean
menores. La seguridad siempre est.arll present..e, ya que no hay
rioGgo de chispazos elóct.ricos. Nunca pueden sobrecargarse y no
se pueden daf'la.r por est.allamient.o.
CAPITULO V
INSTALACION Y RECOMENDACIONES
V.1 CONDICIONES DEL TERRENO
Hay que poner el mayor empefto en encont.rar el t.erreno idóneo
para la inst.alación del compresor. Especialmant.e hay que evJ.t.ar
los t.errenos arcillosos con gran cant.idad de agua, asi como
cualquier ot.ro t.erreno que haga necesario el empleo de pilot.es.
Las vibraciones producidas por un compresor se pueden
propagar t.ravés de los cirnient.os del edif'icio ha.st.a los
próXimos. causando molestias e incluso inconvenientes en ia.l
!'une! onanú ent.o de máquinas sensibles. Si 1 as candi ci ones del
terreno son buenas, una inst.alAción correcta puede evit.ar t.odos
est.os problemas.
Incluso. en condiciones des!'avora.blos para la ciment.ación,
no exist.irA ningím t.ipo de molest.ia si los cimient.os han sido
pert'ect.ament.e diseftados y el compresor es de un t.ipo moderno
cuidadosament.e equilibrado.
Generalmente resulla pre1"eribl• inslalar el compresor en una
habit.ación o 9Clif'icio ind•pendi•nt.•. Est.a es la m.Jor 1"orma d•
obt.ener una plant.a simple y prAclica y de mant.ener la inst.alación
f'uncionando a bajo coslo. Es ~s f'&cil conservar una inst.alación
de compresor separada. clara y limpia. de t.al manera qua el ruido
del compresor. no cause molest.ia a los et.ros depart.ament.os.
Los requerimienlos d• un cuart.o edii'icio para la
inst.alación d• un compresor depend•n f'undarnent.alment.• de la
ubicación y de la t.emperat.ura ambient.e. Si la plant.a de
compresores se encuent.ra ubicada dentro o cerca del terreno de. la
fAbrica, generalment.e las paredes del cuart.o son de concreto o de
87
ladrillo. con objet.o de obt.ener un buen aislamienlo de sonido.
Para 1nslalaciones t.emporales en climas calient.es y donde •l
ruido que el compresor produce no sea un serio problema. la
const.rucción puode ser m.6.s sencilla. Usua.l.ment.e pued•n t.•ner
lecho y paredes de asbest..o o de met.al lamina.do. sin necesidad de
algQn soport.e para el lavant.amient.o.
En la inst.alac16n de una plant.a permanent.•. •l piso debe ser
de concreto con la super~icie t.ratada. con el Cin d• conservarlo
limpio y libre de aceit.e. Para inst.alaciones t..empora.J.es. la
t.ierra suelt.a y la arena deben ser quit.ados del •lugar y la grava
debidamente aplanada o .apisonada. La vA.lV1Jla de admisión y los
t.ubos no deben est.ar Cijados sólidament.e de la const.rucci6n
porque ~tos pueden t.ransmit.ir muchas vibraciones.
La ciment.ación para el compresor. si es que la requiere.
consist.e en una base de concret.o. el suelo que soport.e la
ciment.ac16n. debe tener una sólida compact.ación y una resist.encia
m.lnima de 2 Kg/cm•.
Para el colado de la cimont.a.ción. se aconsejan llevar a cabo
los siguientes pasos:
a:> Realizar lA excavación del piso. de acuerdo con las
1 nd.i ca.e! ones de 1 a mi.qui na. aumentando li-st.as en
aproximadament.e 20 cm JX>T lado. a lo largo y a. lo ancho.
b) Compact.ar.
c) Const.ruir un marco de madera porosa. El marco deberá.
tener •n part.e int.erior. las dimensiones del largo y
ancho de J.a ciment.ación.
d) SUje~ar las anclas para el compresor. a la base soport.•
del mismo.
ea
e) Colocar sobre la excavación dos reglas o perf"iles de
acero rect.os. de manera que puedan sujet.ar en su par~•
inf"erior, la base del compresor ya con las anclas
colocadas.
Nivelar los perf'iles. calzAndolos de manera que la base
del compresor queda ni vela.da. y aproximadam.nt.• a .!SO. e
sobre el nivel del piso. L.a base no dobe ~aner por
ningún mot.ivo una 1nclinac16n mayor do 1/2 grado con la
horizont.al.
f") La mezcla de concreto en proporción de peso 1:3:3. de
cemento. arena y grava. teniendo cuidado que ni la
arena ni la grava t.engan t.iorra o impurezas org~icas.
g)
El concret.o dobe ser vibrado durant.e la colada.
debiendo colarse la tot.alidad de la ciment.ación sin
largas int.errupciones.
Con objet.o de t.ener un buen colado. l.:a colada d•b9r
humedecerse cont.inuamente cuando menos di as
consecut.ivos. no exponerse a los rayos del. sol.
Despu4'>5 de colar,
alineación
empolradas
o
y
despl azami •nt.o.
la
la
inrnediat.ament.e rect.i~iqum la
colocación
cimbra, par.a
de las
corregir
part.es
cualqui<tr
h' Despu•s de seis dias aproximad&m9nLe. on caso d• haber
usado cement.o normal, se padr~ colocar el compr-or.
V2. VENTLACION PARA EL CUARTO DEL COMPRESOR
En la operación de un compresor. un• mayor o mienor pa.rt.• del
calor radiado por un compresor y su mot.or. es siempre t.ransmit.ido
a.l medio ambient.e. Para plant.as localizadas en cuartos cerrados,
al calor debe ser removido por varios mét.odos pa.ra limit.a.r el
aument.o de la t.emperat.ura.. Algo del calor se pierde a t.ravés de
las paredes. vent.anas y piso. pero est.e calor eliminado es
raratn*nt.e suf icient.e. Por eso. el cuart.o del compresor es
vent.ilado y •l calor es removido con un ext.ract.or de aire.
Algunas veces. el calor puede ser recuperado y usado para
propósit.os de calent.amient.o.
En un compresor t.ot.almont.e en:friado por agua. el calor a ser
removido por vent.ilación es relat.ivament.e pequeno porque la mayor
part.e es absorbida por el agua de on:fria.mient.o. En un compresor
t.ot.altnent.e en:friado por aire es vent.aja usar el vent.ilador del
int.er-enfriador y del post.-enfriador para remover el aire
calient.e a t.rav•s de duct.os.
Exist.en et.ras combinaciones posibles. de las cuales
t.rat.ar~n de explicar. SogOn los fabricant.es d• compresor•s
recomiendan el siguient.e rn6t.odo de cá.lculo para simplif'icar la
cant.idad de vent.ilación de aire.
METOOO DE CALCULO
Supóngase que la energia t.rans:ferida al aire vent.ila.do es. igual a el calor radiado de la plant.a de compresores.
q =- V C iz - is. )
OQnde:
q
V
ia
Calor radiado de la plant.a de compresores en
Kcal/hr
Aire vent.ilado en mJl/hr
Cont.enido de energia de aire de vent..1lac16n
ent.ra.nt.e en Kcal;'mJI
Cont.enido de onorgia de aire d• vent..ilación
salient.e •n Kcal/Jns
90
El cont.enido de energia de aire esLá dependiendo no sólo da
su t.emp•rat.ura sino t.ambién de su humedad Ccont.enido de vapor de
agua).
En los casos part.iculares de vent.ilación que se mencionan en
est.e inciso. el aire es sólo calent.ado y su cont.enido absolut.o de
vapor de agua no es cambiado. Por ello es posible usar la
sigui•nle ~órmula.
q V X Cp X 1. 2 X .0.l V X 0,3 X .6.l
Cp 0.24 Kcal/Kg airo
.O.t. Increment.o de t.em~ra.t.ura de aire d• vent.ilac16n.
cAlculo con base en la t.emperat.ura ext.erior.
Aprox.imandament.e el mismo porcent.aje en la dist.ribución de
energia se aplica a compresores enf'riados por aire y agua. Para
lo cual se ilust.rarA un balance de calor para est.os dos t.ipos de
compresoras.
BALANCE DE CALOR
Enf"riado por Agua Air•
Capacidad 31 mcm e mcm
Presión 7 Kg/cmª 7 Kg/cm"
Energia requerida en el eigileftal 100 % 100"
Calor d•l int.er-en!'riador 43 " 40--<
Calor d•l post.-en!'r i ador 43 " 46 " Calor de los c111ndros e " 9 " Radiación del compresor 2 " 9 " Calor residual en el air• comprimido
4 " e " P•rdidas dol mot.or 7 .. 9 "
Con est.e balance se puede calcular el calor a ser reJDC1vido.
como ya se mencionó. .adeÑs se puede suponer que la energia
t.rans!'erida al aire ventilado es igual a el calor radiado de la
plan.la. Si se supone que la pc:it.encia rttqUerida. en el cigOerTal para
el compresor en!'riado por agua es de ZOO hp. y pa.r.a el ent'riado
por aire de OCI hp. se tendran t.odos los c:Ultos para calcular el
volunwn de aire d• vont.ilación.
Compr.sor enrriado por agua
l..a. pot.encia requerida en el cigUeNal sera:
aQe hp X 735 w/hp 1!l1 410 w
1!51 410 w/1.10 Kc~l/hr/W • 130 000 Kcal/hr
q VCiz-14:>
q • 130 x 10' e o. o7 + o. oa :> 11. 7 x 10' ICc.al/hr
donde:
e 0.07 + o.oa) e P•rdidas del mot.or + radiación del
compresor.
Aplicando la rórrnula q 111:: V X O. 3 x At. so det.erminar4. el
volumen d• a.ir• necesario d• vent.ilación.
Considerando t..t. • 10° e se t.ien•:
11.7x10>• Vx0.3x10
11. 7 X 10' 11 .• 7x10" V • ----------- • ------------ • 3 000 m>/hr
0.3 X 10 3
del
Para el comprl!!t'Sor enfriado-por aire la potencia"requerida en
el ci gUel"(al será: ,
et!i hp X 735 w/hp = 48 !310 W
49 510 w x 0.802 Kcal/hr/w • 41 91~.02 Kcal/hr
q - 41.815 x 10• e o.40 + 0.40 + o.oa + o.og'
q 41.815 X 10' ( 1.03)
En donde: C 1.03 ) s Pérdidas del mot.or + radiación
compresor calor del 1 nt.er-onf'r i ador calor del
pos t.-ent"r i ador .
q 42. oeQ x 10' Kca..l/hr
Con es:t.o se obs•rva qu• t.odo el calor, con excepción de
aquel en el aire comprimido, es t.ra.nsmit.ido al aire dtl
vent.i l ación.
Para. calcular el volum8n d• aire de vent.ilación nec-ario
para el compr•sor enf"riado por aire. s• ccnsiderarA. la siguient.•
f'igw-a:
l • r .M'RESCR POST-0-FRIAOCA 't, !
ENFRIADO POR-~""' / AIRE ~ ',
CUCT~E VENTILACION t t PARA DESCARGA DE AIRE
ABEITTURA -PARA ENTRAD\
Figura
1.-
.Capacidad 8 mll/min
Presión de trabajo = 7 Kg/cm• •. :- . C~· ' . , " . ; •
a. - Po5:1:-elli'r:t.ad·or enfriado por aire =-
capacidad de vent.ilaci6n 5 400 mª/hr
3.- Abert.ura para entrada :s
O. 8 mª; para aproxim.adament.e Q 000 mª/hr
<4~ - Duetos de vent.ilac16n para descarga de aire.
En la figura 1 se ve que el ventilador del inter-enfriador y
post.-en~riador es usado para reducir el aire de vent.ilación. Como
ya se mencionó la capacidad t.ot.al de ventilación es
aproxima.dament.e g 000 mll/hr. La cantidad de calor, la cual es
direct.ament.o radiada al cuarto de compresoros :
42. OOQ x 10ª CO. 09) = 3. 39t'5 x 10ll Kcal/hr ::t: 3. 4 x 10, Keal/hr
O sea. que de acuerdo con el balance de calor para el
compresor enfriado por aire. el calor del int.er-enfriador. motor y
post-enfriador son removidos a través de duetos de vent.ilaci6n. Es
esencial que los duetos de vant..ila.ción sean dilDl9nsionados para
bajas ca1das de presión y no arriba de 3 mm de columna de agua. Si
ca1das excesivas de presión ocurren. el volumen de vent.ilación del
aire es reducido con el ri.esgo result..ante de un enf'riamient.o
insu~icient.e. especialmente del inter-on~riador del compresor.
El incremento de t.empera.t..ura. .O.t. en •l cuarto se puede
calcular de la sigui.ent• manera:
g 000 X o.a X At
1.a5 "' 1.3" e Q 000 X 0.3
.ti.t. 1.3"C
94
Para ambos casos. se ha considerado que los compresores est.án
trabajando a plena carga. Sin embargo. si el compresor est.uvi ora
~rabajando al 50 Y., el aument.o de t.emperat.ura deberá ser
aproximadament.e de la m.it.ad. bajo di:f'erent.es. pero similares
cor.dicione~.
Si los duct.os de vent.ilación no pueden ser usados por el aire
desalojado del int.er-enf'riador y el post.-enfriador, et.ros métodos
de cálculo deben ser empleados.
Cabe se~alar que es de vit.al importancia at.onder el problema
de la vent.ilaci6n. especialment.e para compresores en:rriados por
aire.
Las aberturas de ont.rada para el aire de ventilación deben
estar localizadas t.an alt.o por encima del piso que el polvo y
ot.ras materias ext.raNas no se combinen y entren con el aire.
Como ya se mencionó se sabe que et.ros métodos de cálculo
deben ser empleados. por lo cual se t.rat.ará de eje"1plif'icar a
cont.inuación.
Ejemplo 1. - Arreglo de ventilación para compresores t.ot.alment.e
enf'riado por aire. Para mayor det.alle se hará
mención a la f'igura 2
f •
POST - l!Nl"RIAOO" l!Nl"RIADO PO" Al"E'
VE'NTILADOll
M COMPRUOR~
•
Figura 2
95
1 . - Compresor
Capacidad e m•/m.J. n
Presión d• trabajo
2.- Past-ent'riador ent'riado por aire.
3. - Ventilador L.& capacidad es la incógn.1 ta. para est.e
ejemplo.
4.- Abertura de salida O. !5 mª aproximadament."e.
l..a distribución de energ1a Cue dot.allada en la tabla
denominada Balance d• Calor. Para el ejemplo supóngase que so
desea limitar el aumento de t..omporat.ura en el. cuart.o de
compresor-s a 10° C con respecto a la t.ernperat..ura ambiente del
aJ.re. O sea. 6t. 10º c.
Ejemplo 2
1. - Compresor
V x O. 3 X 10
V 14. 023 x 10• m.Jl .. "hr 0.3 )( 10
El ventilador deber• tener una capacidad de
14. 023 x 10• m11.....,,r
En est..e ejemplo s• mostrar~ un arreglo para
ventilación de compresor en!"ria.do por a.ir• y con
post..-ent'riador ent'riado por agua. Para este
ejemplo se proporcionarán t.odos los dat.os
necesarios incluyendo su bala.ne• de calor.
Cap11.cidad
Pr~ión a t.rabajo
e.- Capacidad vent.ilador, 1nt.er-enCriador
3. - Aire aspirado en el compresor • 1 000 m>/hr
C El aire aspirado es t.omado en cuenta para est.e caso ).
4. - Ba.l.anc• d• calor
Energ1a requerida on el compresor
Calor del in~er-entriador
Calor del post.-en~ri&dor
Radiación del compresor
Calor r•sidual •n el air• comprimido
P6rdidas del mot.or
Solución:
100 " 40 " 4e " e " e " 7 "
Kcal/hr
73
ag
33
e e e
a) O.t.ermina.r el aurnent.o d• t.emperat.ura ATa en el cuart.o d•
compresores. ant.es del int.er-enf"riador.
La energia t.ransf"erida. a la plant.a q • V Cia -1&>
q 73 X 10' (0. 08 + 0. 07) 10.Q5 X 10'
q V X 0.3 x .AT
q 10.Q5 X 10' AT• 7.01°C
v x o.a C4 200 + 1 000) 0.3
ATz despu6s del int.er-entriador. se t.iene que:
q 73 X 10' ( 0. 40 ) 2Q.2 X 10:11
q V x 0.3 x ¿Ta
q 29.2 X 102
ATz za. a7" e v x o.a 4 200 X 0.3
ATz aa.17" e 7.01° e • aoº e
e:> La vent.ilación del aire requerida para e:.Dt.e ejemplo,
corresponde a la suma. de la capacidad del ventilador del
int.er-enf"riador y el aire aspirado por el compresor.
" aoo 1 000
Para est.a capacidad de aire de vent.ilacón se requiere una
abert.ura de entrada de 0.4 m•, para que la velocidad del flujo d•
aire sea 3.6 nvseg y quede dentro de las normas recomendadas por
los tabricant.es de aire comprimido.
Arreglo d• vent.ilación para compresor enf"riado Por aire y
posl-entriador enf"riado por agua: ,,,
..
Figura 3
96
1. - Compresor
2.- Post-en!'riador en:f"riado por aire
3.- Dueto de vent.ilación
4.- Abertura de entrada
V3 LOCALIZACION DE LA PLANTA
El localizar un cuarto de compresores dentro de una planta
es de vital importancia. ya. que al lomar osta decisión se llegarA
a concretizar la c•ntra.J.ización o descentralización de la misma.
dependiendo su ubicación y las condiciones d•l t..erreno. En si.
depende de muchos f'act..ores. ademi.s. que la localización de la
planta se puede visualizar desd• dos puntos di~•rent..es,
~ Localizar la planta t.omando corno punt.o de. part.ida la
linea de aire.
b) La localización de la planta como punto de p~rt..ida.
Se considera f'-'.cil pero a. la vez complejo el poder dar una
explicación que abarque todos los puntos que se necesitan
mencionar re!'erentes a este aspeci..o, por lo que se rnencionart..n
los de mayor importancia.
Un punto que debe ser considerado. cuando se e:f"ect.Oe la
colocación de la planta del compresor es que. debería ost.ar t.an
cerca corno ~u••• posible. de los punt.os principales • del aire d•
consumo para reducir los costos de t.uber.ta. p4.rdidas de
!'ilt.ración y condensación del aire comprimido. Est.o es
part.icular-ment.e import.ant.e: Si el equipo de aire que se est.4
usando no se d.a.f'fa por el aire caliente comprimido. como por
ejemplo, un taller de herrament.al. L.a. planta de compresores
deberá también estar ubica.da para lograr una m.i.x:ima eeonomia d•
las lineas de poder. como son agua de en:f"riamient.o. retorno de
dicha. agua. et.e.
La plant.a deberá. est.ar localizada en un lugar donde pueda
t.ener const.ant.e supervisión y de f'Acil acceso. Generalment.e, los
compresores son colocados en los principales cont.act.os o f'uent.os
eléct.ricas. est.acion•s de bombas de agua. •ntr• otros. Eat.o s•r•
vent.ajoso. para poder t.ener almacenes de t.rabajo mecánico de
m.ant.enimient.o dentro del mismo edif'icio.
Por ült.imo. hay que t.omar en cuenta que el cost.o de t.raslado
de una plant.a de compresores es considerable. por lo.que se debe
preveer un espacio suCicient.e para una rut.ura expansión. sin que
6st.a interf'iera en el desarrollo de los otros depart.ament.cs
localizados dentro de la misma plant.a.
V.4 CENTRALIZACION O DESCENTRALIZACION
Al planear la instalación d• una red de compresión do aire
es muy import.a.nte saber si s• quiere una planta cent.ral de
compresores o bien colocar ést.as en los punt.os de mayor consum::>
d• air•; ademlls de ást.as y et.ras consideraciones se t.rat.ar~n a
cont.inuación.
En una red de compresión de aire. el consumo va.ria en los
di'f'erent.os puntos es decir, al . consumo m4Ximo no ocurre
simult.•naarn.n~•. siendo est.o una de las razones, por lo que la
capacidad tot.al requerida en una planta cent.ral de compresores es
baja en relación al censumo t.ot.al mA.xiino t.9'6rico, est.a.s mismas
consideraciones se Meen para un consumo mínimo en una plant.a
descent.ralizada do compresores, por t.ant.o, la tendencia al
planear unA red de compresión de aire es el de igualar el consumo
de aire. lo que signi.tica que •n una planta siempre el consumo es
menor. con lo que se mejora e.l promedio especitico de potencia.
Tratándose d• una plant.a central es posible usar unidades
compresoras largas, las cuales contribuyen a una alt.a eticiencia.
En producción, la m.nor int.•rrupción •n la operación del
compr .. or, puede disminuir serian.nt.• la producción en cualqui•r
100
indust.ria, es por est.o que una reserva de capacidad út.il est.é
disponible. En •l caso de una instalación descent.ralizada
signif'ica un increment.o en la capacidad cent.ral de la plant.a,
hast.a que la capacidad de cada compresor se ut.ilice.
De est.e modo, para. una plant.a cant.ral la capacidad t.ot.al
inst.alada de compresores, asi como el cost.o inicial sarA.n más
bajos.
Asimismo el cost.o de alojami•nt.o, const.rucción a inst.alación
es menor para una gran plant.a cent.ral de compresor .. qua para
pequeNas plant.as descent.ralizada.s. Ot.ras vent.ajas de la
inst.alación cent.ra.l son los do una operación más ef'icient.e, as1
como t.ambi•n los bajos cost.os d• mant.enimient.o y supervisión.
Dent.ro de las vent.ajas en las inst.alaciones descent.ralizadas
se t.iene que el cost.o de mant.enimient.o o 1nst.alac16n da las
t.uber!as de presión es bajo, ya que ést.as son pe-queftas y cort.as.
Est.o rapresent.a ganeralment.e menos pérdidas en pot.encia y •n
consecuencia bajos cost,os. Los cost.os de pot.encia d•bido a f'ugaa
pulK!en ser reducidos considerablemente cuidando do qu. las
uniones sean soldadas adecuadamant.o. La mayoría de las f'ugas •n
una red de aire son causadas por lo general por tuberias y coples
def'ectuosos.
En plant.as Lales como. astilleros. f'~bricas de hule, f'Abricas
de acero. en trabajos de ingeniaria.. asi como en la ma.ygria de
las !ndust.rias qui micas. las consideraciones, vent.ajas y
desvenLajas mencionadas ant.eriorrnent• para la instalación de una
planta cent.ralizada son d• gran import.ancia.
En muchas companias ya establecidas, la compresión del aire
la van int.roduci•ndo gradualmant.• y los compresor•• son
inst.alados en varios sit.ios y la localización de la maquinaria y
dimensiones de la t.uberia son inadecuadas a los requerimient.os y
en t.ales casos se considera en ampliar el sist.ema descent.ralizado
101
o cambiarlo a uno cent.ralizado. Un an6lisis completo de costos de
inst.a.lación y operación muest.ra que sum.inist.rar aire con un
sist.ema centralizado os la mejor alternat.iva.
COMPARACI ON EN'IRE LOS DOS SI SI'EMAS
1. INSJ"ALACION CENTRALIZADA~ CQHPRESQRES
Es recorn.ndable en la mayoria de los casos, porque:
Baja la capacidad t.otal del compresor.
Bajan 1os cost.os iniciales del compresor y
edif'icios.
Una alta •!'!ciencia a t.ravés de largas unidades.
Se reducen co~t.os d• rnant.onimient.o y supevi:;;ión d•
los comprosores.
a. INStA!.ActOtl DESCENTRALIZADA QI¡; COMPRESQRES
recomienda en casos especiales para áreas
i ndust.r i al es muy largas y consumo de aire para
direrentes presiones. por lo consiguient.e:
Las t.uberias son cort.as y pequ•Nas.
Posibilidad de veriricar mAs cuidadosamente el
consumo de aire para part.es sepa.radas.
V!i TIPOS DE INSTALACION DE COMPRESORES
Un punt.o muy import.ant.e &l. est.udiar la. instalación d• los
compresores es det.erminar el t.ipo m.6.s conveniente da su
10C:
accionamient.o, siendo los siguient.es cuatro los más importantes.
1. ACCIONAMIENTO POR CORRE.>S TRAPEZOIDALES
Est.e mét.odo se ut.iliza on compresores con una capacidad
hasta de 250 c.r.
Vent.ajas:
Puede ut.ilizarsl!' un mot.or de alt.a velocidad Cde
1 200 a 1 800 rprn), lo que resulta ~s económico y
de Cácil sust.it.uci6n.
La velocidad del compresor pued• variarse de
acuerdo con la demanda del aire del usuario. hast.a
un cierto limite variando la pole~ del mot.~r.
FAcil montaje, supervisión y m.ant.enimient.o.
O.svent.ajas:
Al at.irant.ar excesiVament.e las correas se corre el
riesgo de desc•nlrar los cojinet.es y producir
desgastes en los ejes dol motor o compresor.
A pesar de la larga duración de las correas.
recomienda cambiarlas Crecuentement.e.
P•rdidas de potencia de un 4 Y. •
2. ACCIONAMIENTO DIRECTO CON AcoPL.AMIENTO FLEXIBLE
Est.e t.ipo de acoplamiento se r.comienda sino Cuera
posible utilizar et.ro t.ipo de instalación.
103
Vent.ajas:
Eliminar p6rdidas de t.ransmisión.
Eliminar cost.os de correas y supervisión de las
mismas.
Ahorro de espacio.
Desvent.aj as:
Mot..or de mayor t..amano y por consiguient..e un mayor
cost..o.
SUst.it..ución del motor mAs complejo
Mot..or relativamont.e ""'-s lento.
3. ACCIONAMIENTO CON MOTOR DIRECTAMENTE EMBRIDADO
Es la alternat.iva mas convenient..e en la ma.yoria de los
casos.
El rot..or del mot..or va mont.ado o ajust.ado al cigUerlal
del compr.sor y el est..at..or va embridado al cArter.
Vent.ajas:
No hay p41rdidas en la t.ransmisión de la !"uerza
mot.riz.
l...a. unidad nec•sit.a menos espacio y la inst.a1ac16n
es Ns sencilla.
104
El ma.nl.enimi.,nl.o es t.ambi6n !Ms si111Ple, debido a
la ausencia de piezas de t.ransmisión que se puedan
desgast.ar o que necesit.an ser r .. mplazadas.
4. ACCIONAMIENTO POR MOTOR SINCRONO
Est.e accionamient.o s• ut.iliza para compresores lent.os
de JM.s de 2450 c. 'f'.
El rotor del mot.or va. mont.ado direct.a.ment.• sobro la
prolongación del eje del cigUeftal del compresor y el
est.at.or se encuent.ra sobre la misma base.
La larga duración de est.os mol.ores elimina cae! por
complet.o la posibilidad de su reparación.
Tiene una gran vent.aja que es la mejora del tact.or de
potencia en la inst.alación el~t.rica.
10!!
CAPITULO VI
DISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO
Vl.1 FACTORES IMPORTANTES EN EL DISEÑo DE LA REO DE AIRE
COMPRIMIDO
Para el rendimient.o de una inst.a.lación neumA.t.ica exist.en
t.res !'act.ores muy import.ant.os, que deben t.omarse en consideración
para obt.ener un buen rlujo de aire a t.ravés de la red, el cual se
logra por medio de un diseno que incluya o t.ome en cuent.a est.os
!'act.ores.
La mayor part.• de los usuarios d• airo comprimido sa~n que
necesario t.ener un buen compresor y un circuit.o d• t.uberia.s
bion dimensionadas. Frocuent.ement.e, los usuarios no sacan el
m.A.ximo rendimient.o a su inst.alación, debido a que no ha.n escogido
el mejor t.ipo de accesorios para su rod de aire. Para obt.ener los
mejores result.ados económicos de una inst.alaci6n es necesario que
la elección y consideración de t.odos y cada uno de est.os
elementos sean lo mAs correct..ament~ posible.
Ya que las part1culas condensadas y sólidas del airo pueden
causa de corrosión en la t..uber!a y desgast..e prematuro de las
herramientas d•b•n ser elinúnadas. por lo cual la tuberia
principal debe est..ar inclinada en la dirección d•l caudal del
aire para que la gravedad y el !"lujo mismo conduzcan al .a.gua. a
los purgadores de humedad. as! como las pa.rt..1culas condensadas y
sólidas exist..entes dentro de la linea.
Haciendo énCas1s en el diseno de lineas de air• y corno ya s•
mencionó, los tres f"act..oros f"undament..ales son los siguien~es:
a) Caidas de presión.
107
b) Fugas.
cJ Elección correc~a d• ma~eriales.
CAIOAS DE PRESION
La caida de presión en el circuito de aire comprimido
signif'ica. una presión inf'erior en los punt.os de consumo. en
cons9Cuencia. una p6rdida de potencia en las herramientas.
tM.quinas y ot.ros sistemas neumá.t.icos. L.a ma.yoria d• las
herramientas neumAt.icas han sido disenada.s para. una presión de
trabajo de O a 7 Kg/cm•. Sin embargo, una calda relat.i va.mente
~uel"ra d• la presión puede producir una gran ef'ect.o en la
potencia de la herramienta. O. hocho. el rendimient.o d• la
herramient.a es proporcional al cuadrado de la presión absoluta.
Si. por ejemplo. la presión de t.ra.bajo en la red baja desde
O Kg/crn• .. e Kg/cm• • .st.o signif'ica. que, la potencia de las
herramientas conect.adas se roduc• en l• relación o• a e•. est.o en
la p6rdida de pot.encia supone aproximadamente el 2C % (Ver Figura
1).
'Mocidad º/o
Figura 1
1:06
l.& t'igura 1 muest.ra las variaciones del rendindent.o y la
veloeidad a dit'erent.es presiones de t.rabajo.
El sistema de t.uber!as. por lo tant.o ha de tener ta.les
dimensiones que. un incremento post.erior on el consumo de aire no
cause una caida de presión elevada que haga necesario modit'icar
todo •l sistema. esto principalnwnt.e est.~ ret'erido a las t.uber!as
principales.
El costo de inst.a.lac16n de t.ubos y a.coplamJ.•nt.os do mayores
dimensionos que- las est.rict..ament.e necesarias es. sólo. algo
superior si so compara con los costos que ocasionaria t.ener que
cambiar todo el sistema.
A veces una t'uert.e c:aida de presión en al circuito puede
comJ)4tnsarse elevando la presión d• trabajo desde. por ejemplo. 7
a 7. 8 Kg/cm ... En el caso de que el consumo de aire disminuya, la
caída de pr•sión disminuye y la presión en •l punt.o d• consumo
aumenta. Hay qu• considerar astas condiciones, porque no t.oda..s
las herramient.as han sido dis•f'fadac para pioder s:osport.a.r est.a.
elevación de prosión.
Cabe sef"ralar que. es de gran import.ancia tener en cuent.a
durante el disefto de la plant.a de compresores y del sist.ema de
circulación de aire. los increment.os f'ut.uros en •l consumo d•
a.ire.
Los circuitos d• aire compriaúdo t'ijos deber~ t.•n•r unas
dimensiones tal•s que la e.a.ida t.ot.al. d• la presión en las
tuberias no exceda de O. 3 Kg/cm" ent.re el compresor y el punto
~ dist.ante de consumo.
En el ca.so de inst.alaciones que cubran A.reas rnuy grancl.-s.
t.ales como minas. canteras. ent.r• otras. pu9de aceptar una caida
de presión mayor en el sistema. aunque nunca debe do ser Jnayor de
0.5 Kg/cm•. Hay que aftadir a t.odo est.o, la ca1da de· presión en
100
1 as mangueras. acopl ami en t. os y o t. ros accesorios • asi mismo hay
que pcner especial at.ención en las dimensiones de estos element.os.
porque en ellos se producen las caidas de presión más
import.ant.es. Los acoplamientos y otros accesorios han de oponer
la menor rosist.oncia posible al rlujo.
Generalment.e es mejor const.ruir ol circuit.o de t.uberias en
!'orma de anillo cerrado alrededor del Area donde se produce el
consumo de airo. y desde est.e circuito central de tuberias debeon
partir las secundarias hacia los puntos donde se consume el aire.
De esta t'orma. se obtiene un suministro más uni!'orme de aire
c~ndo el consumo es muy int.erm.1.tente. porque el aire es
conducido al punto do consumo por dos caminos di!'erent.es. Este
sistema debct emplearse en todos las instalaciones a menos que los
puntos de mayor consumo de aire •stén separados gran distancia
del compresor en cuyo caso hay que montar t.uberlas independientes
para estos puntos.
Par a poder calcular ex.actitud las caldas do prosión y
seleccionar adecuadamente los diAmetros y tipos de tuberias son de
gran ayuda la tabla 1 y 2.
Ejemplo: Se requiere conocer cu•l será la caida d• presión
para las siguientes condicion•s de t.rabajo:
- Presión inicial.
Q - Caudal de aire suministrado.
0 • 70 mm - Di~metro de la tuber!a.
l • 200 m - Longit.ud de la tuberia.
Par~i•ndo de P y Q y haciendo uso do la tabla 1.
t.al como lo i.ndica.n las¡ f'leehas ae oncuont..r• quo
la ca.ida. d• presión •• de 0.1 Kg/cm•.
110
Long1IUd do la luberla, en melros
25 1 2 J 4 5 fO 20 50 100 21l0 500 1000 2000
/ /
Cnirf.1 di!! la r>1n'l16n 11n 111 1uhf!il11 (hl'lf)
Tabla 1
1 longU<1d de I• 1ub•rl• •qu•v•l•nte •n"'
)ltl,.ule•. Ht
r D1•m•1fo lnUrior d• I• tub•rl• en mm
" 1 .. 1 " 1 .. 1 ,., 1 115 1 ISQ
"''""'•d."'."'º 1 ~ 1 "' 1
~-10
1 7-1~
1 10·"5
1 ,,_,,, ¡~:¡::-
v .... ul• d~ do•h•gm•
1 ~ 1 " 1 " lO
1 " 1 . .
1 " Ytl..ul• d• comJ>V••tt
1 i±1 1 Ol
1 os " 1 " 1 " 1 " 1 "
..... 1 L? 1 " 1 " 1 " 1 . ' " , ..
c ... u n .. d
1 ~,_, OJ
1 os
1 " 1 " " " 1 " C"'o A - 2d
1 -~J º" 1 º" 1 Ol
1 os
1 06
1 " 1 " co-••tlnd•"'•"I"' ... !vi ' ,
1 .
1 ' i" , .. 1~ " Aed<1tlD< 1-~I os º·' " 1 " " " 1 "
Tabla 2
111
l'UOAS
El cAlculo de las pérdidas por Cugas en las plantas
industriales de aire comprimido que no t.ienen un mant.enimient.o
ad.cuado. en ocasiones arrojan cifras muy elevadas. Se han
d•scubiert.o inst.alaeiones donde las pérdidas d• capacidad a causa
de las Cugas. ha llegado a ser de 30 Y.. Est.a cant.idad result.a
inacapt.able. ya que con unos cuidados de mant.enim.t.ent.o normales
est..as pérdidas no son superiores a un !5 o 10 ~ . Aun cuando el
cost.o de la enorgia es elevado result.a. económico .. Cpese a los
cada voz 11\As elevados cost.os de ma.nt.enirnient.o), int.ent.ar reducir
las pérdidas por rugas a porcent.ajes inferiores.
El Cost.o do m.ant.enimient.o de inst.alaciones ant.iguas para
roducir las ~ugas. result.a r9Ciucido comparado las ganancias
conocen la grai.n cant.idad de aire que se puede escapar 1nclU$O a
t.ra~ de los oriricios pequenos.
En la t.abla 3 se indica cómo la p6rdida de aire aumen~a con
el t.amano del agujero. Mues~ra t.ambién la poLencia que se
requiere para comprimir est..as canLida.des de aire. Las rugas a
t.ravés de un agujero consumen aire de rorm.a conLinua mienLras que
Dilunet.ro del agujero Escape de aire PoLencia requerida a a Kg/cm• p/compresión
Tama.rto Real mm m,/ min cv Kw
. 1 0.00 0.4 0.3
• 3 o.o 4.Z 3.1
• 5 1. o 11.a 8.3
• 10 0.3 44.0 33.0
Tabla 3
ua
una herramient..a neum.it.ica por t.érmino medio t.rabaja del 4-0 al OOY.
del t.iempo. Una f'uga por t.a.nto consuJDe aproxima.dament.e el doble
de pot.encia que una herramienta.
mciment.Aneo de a.i re.
que t.uviera el mismo consUJD::>
La experi•ncia indica qu• la supervisión especial. el
mant.enimient.o y ol entrenamiento son necesarios para evit.ar fugas
de aire innecesariamente en los circuit.os do aire comprimido.
Si se cont.rola el caudal de p6rdidas a int.erValO!I regulares
se simplif'icará el ma.nt.enimient.o. Las p4Jrd1das de a.ir• se
obtienen midiendo la cant.idad de aire suminist.rado cont.inuament.e
por el compresor para mantener la presión normal cuando no exist.e
consumo üt.il de airo. La medida de las f'ugas es part.icularment.e
út.11 si se puede det.ermi nar en cada sección del si st.ema de
t.uberias. Result.a luego ~s sencillo est.abl•c•r la causa de est.as
f"ugas.
ELECCKlN CORRECTA DEL MATERIAL
Es de gran importancia t.ener cuidado al seleccionar el
mat.erial y los accosorios para la inst.o..lación de aire. Empleando
mat.erial d• una f"uer2a elevada de tracción. Ke puede obt.ener una
zona m.6.xima de paso de a.ir•. Ces decir, un doscenao ainimo de
presión)• a pesar do las dimensiones ext.ernas compa.ct.as. Sin
embargo. la.s poquef'l:aso dimonsion•s ext.erna.s cont.ribuyen a. evit.ar
que sean dif'ic.i.les los t.rabajos por ca.usa de unos accesorios
incómodos.
Las siguient.es figuras representan dos ejemplos t.1picos de
inst.alaciones de aire comprimido: Una herramient.a neu~t.ica y una
inst.a1ación de sum.inist.ro aut.omát.ico de aire para una
t.aladradora.. donde ae muest.ra que la t.uber1a princip&l d•be est.a.r
inclinada •n la dirocción del caudal de airo. para que la
gravedad y el caudal de aire conduzcan el agua a los purgadores
de humedad.
113
lnatah1ct6n de una herramienta manual
Tub9rl1 pr1nc1p11
Aoopl1ml1n\o ••pido
Figur~ 2. Inslalac16n lipica de una herram.ienla n•u~lica
lnetalacfón de eumlnletro automóUco da aira para una taladradora
Figura 3. Inslalaci6n para un surninislro aulomAlico
114
VI.2 RED EXTERNA DE AIRE
En las modernas instalaciones industriales es necesario tener
mucho cuidado en la planif'icación del circuito de aire comprimido.
agua. vapor e instalación del circuito eléctrico.
La instalación del sistema de tuberia en galerías subterrán•as
es normalment.e la mejor solución. a menos que sea necesario hacer
excavaciones que por alguna razón resulten demasiado costosas.
Cuando planif'ica la red de t.uberias de una planta
industrial. todas las t.uberias ext.eriores deber~n ir en una galeria
común y si f'uera posible se evitará el empleo de galarias solamente
para los tubos de aire comprimido. Las t.uberias ext.ernas de aire
comprimido estarán a una prof'undidad donde no corran peligro de
heladas. lo cual cabe aclarar que en nuestro pals no so tiene este
pi&ligro pero que se debe prevenir. para evi lar la congelación de
condensados. que pueden dest.ruir las tuberías. En cualquier caso
los colectores de condensados deben ir instalados a una prof'undidad
donde se evite la congelación. y los tubos de drenaje pueden ir en
la superf'icie. Desde el punto de Vista de la congelación resulta
importante que la válvula esté hermét.icament.e cerrada y se pueda
abrir con f'acilidad. Los colectores del condensado y las válvulas
deberán ir en regist.ros de inspección do f'orma que sean rac!lment.e
accesibles. Las t.uberlas éxt.er!ores dobarán estar soldadas y llevar
bridas para las válvulas y separadores. Genaralmont.e. las t.uberlas
de aire comprimido no es necesario que est.én aisladas. salvo en los
casos especiales en que sea necesario aire caliente. Es aconsejable
que las t.uberlas de aire comprimido estén pintadas por la parte
ext.erior con pintura anticorrosiva.
Las tuberlas de aire comprimido pueden ir larnt>ién suspendidas.
Esto sistema resulta genoralmento má.s económico que el de galerlas.
Es noce~ario tanor especial cuidado en la separación de condensado~
cuando exista riesgo de heladas. Se pueden emplear tuberías y
acoplamientos rápidos con juntas de goma autosellables para que el
115
cierre sea herJnilliot.ico. en est.os: casos conviene •mplaar t.uberJ.as
galvanizadas. El ent.ubado r4pido se utiliza principalment.e en
instalaciones t.emporalas. pero result.a t.ambi~n vent.ajoso en
instalaciones permanent.es.
El sist.ema má.s económico de inst.alar t.uberias de aira
comprimido al ext..erior es sobre ménsulas. En est.e tipo de
inst.alaciones resulta espocialment.e apropiadas las t.uberias
galvanizadas con acoplamient.o rApido. porquo las junt.as permiten a
la vaz la d.ilat.aci6n y cierto grado de desalinea.mJ.ent.o si las
ménsulas hubieran d• ser movidas una vez eroct.uada la instalación.
La rigura 4 repres:ent.a la construcción de un circuit.o de
aire comprimido. as! como la inst.alación de los principales
eomponent.es.
Figura 4. Esquema para la construcción d• un circuito
de a.ir• contprimido
110
1. - Compresor
2.- Ret"rigerador
3.- Amort.iguador de pulsaciones de descarga
4.- Depósit.o de aire
e.- VAlvula para drenaje del condensado
e.- Inclinación hacia el drenaje de condensado
7.- Bajada t.1pica a los punt.os de consumo
8. - Vilvula de cierre
Vl3 RED INTERNA DE AIRE
La eonst.r ucci ón del si st.ema mé.s conveni ent.e de \m& red
int..erna d• aire comprimido va.ria seg'O:n. los casos. depende de
diversos f'act.ores. t.a.los como. el t.a.mafto del 9d!.t'icio. n'OJDm-o de
punt.os de consumo de aire. loca.J.ización, ent.re ot.roa. El aist.ema de
const.rucción do la reod prineipa.l en t"or?J\11. dm circuit.o cerrado
cont.in'O:a siendo el mejor. Se puede emplear t.ambi•n un ciert.o nOmero
de.circuitos cerra.dos una para cada piso. t.odo: ellos conect.ados a
uns art.eria principal.
En edit"icios de varios pisos puede r.sult.ar m4m conV91\lent.e
·suspender la red de t.ubos del t.eeho dal piso mi.s' bajo con
ramit'ieaciones para los pi.sos superiores y para ol propio piso.
segón me muest.ra •n la rigura •.
El circuit.o int.erno se puede inst.a.lar seg6n los siguient. ..
principios:
1. Los t.ubos van en zanjas •n el suelo con el nO:mero
necesario de ramales secundarios.
2. Los t.ubos est.•n suspendidos de las paredes: o de t.19ehos
del edit'icio. pueden est.ar sost.enidos por repisas o en
las vigas.
En el primer mét.odo, que ha sido empleado desde hace mucho
t.iempo. la sit.uación de la instalación est."- det.erminada por las
zanjas de tuberías con lo que result.an dit"1ciles de cambiar. No se
obstaculiza el t.ransport.e int.erno ya que las zanjas est.An cubiert.as
con planchas y as1 se libera a las paredes de t.ubos. lo que result.a
convenient.e en algunos casos.
Si la red de aire va en las paredes, la art.eria principal
deberá. ir relat.ivam.ente alt.a. de f'orma. que evit.e las puert.as y
ventanas. Se mont.a asi un circuito cerrado con las correspondient.es
ramas secundarias hacia los puntos de consumo de aire. Si est.os
punt.os est.An si t..uados cerca de las paredes. las ramif'icaciones
secundarias salen vert.icalrnent.e de la art.eria principal hacia los
punt.os de consumo. En habit.aciones grandes. habr~ conexiones
horizont.ales a lo largo del t.echo con ramas secundarias verticales
hacia los punt.os de consumo.
Los soport.es o repisas que se emplean para scst.ener los t.ubos
van norma.lmen.t.e sujet.os n columnas o a la parte int"erior de .las
vigas. De esta f'orma. el ent.ubado result.a sencillo y económico y si
Cuera secundario puede sor ajust.ado o modif'icado un cost.o
razonable. Los t.ubos deben ir inst.alados: d• t.al t"orma que no
obst.aculicen ol t..rabajo de las grúa.s o de cualquier ot.ro medio de
transporte empleado. Es necesario pinLarlos para avit.ar la
corrosión. pero normalment.e no es necesario el empleo de un
aislante. Los colect.ores de condensado van ajust.ados o situados en
los punt.os 11\As bajos. de í"orma que se pueda ef'ect.uar el drenaje
r•cilment..e desde el mismo suelo.
En la ~igura e est.4 represenLado un circuit.o neumAt.ico y la
disposición de las herramient.a.s.
-118
Figura !5. Disposición d• un circuito neumJttico ~on
di~•rontes h•rramientas
1. Art.eria principal
2. Colector do condensado
3. Tubo de drenaje
4.. V.é.lvula de drenaje
e. Tuberia de servicio
e. Válvula da cierre
7. FJ.lt.ro de aire
e. ~ubricador por niebla d• aceit.•
O. Regulador d• presión
10. Regulador de presión con puriricador de aire
11. Acoplamiento aut.omllt.ico
12. M.a.ngu•ra para el aire
13. Manguera espiral
14. Alambre recubierto de plás~ico
1!5. Acoplamiento de garras
119
Vl.4- EJEMPLO DE COMO TENDER UNA RED DE AIRE COMPRtMDO
En una ~abrica X se desea disenar la red de aire comprimido
para lo cual el disef"ia.dor debe conocer la dist.ribución de la
maquinaria que empleara aire. a.si como las t.omas de aire lo más
aproxi ma.dament.• pos! ~l • y 1 os lugares de mayor consumo.
Para est.e caso en part.icular se calcular~ el di.i.mot..ro de
t.uberia adecuado según las normas y recon.ndaciones .st.ablec:idas
por los ~abricant.es de aire comprimido. las cuales se mencionaron
ant.eri'orment.e.
Los dat.os que ayudan para est.e disei"fo y que a la vez son
tAciles de obt.ener:
1. Dimensiones del local
2. Cant.idad de aire libre ent.riegado por •l compresor.
3. Punt.os de mayor consumo
4. Considerar t.odos y cada uno de los accesorios
ut.ilizados en la red.
~. Considerar las norma.s est.~lecidas por los trabricant.es
de aire comprimido.
Ejemplo:
1. Se t.iene un local de 220 m de longit.ud. por 200 m
de ancho.
2. Dos compresores. los: cuales •nt.regan eo m>/min
3. l. ocal izan
~oneciendo ~l consumo an cada una do las t.oma.s y
dividiendo la li~ea on t.ant.as como se
quiera. para que una vez det.erminadas se puedan
lccali:ar los punt.cs de mayor consumo por zona.
Para este caso se lienen marcadas t.odas y cada una
de las t.omas ccn su comsumo correspondient.e. as1
como las zonas con su consumo t.ot.al.
4. Para este caso. en Al cual la linea so dividió en
cuatro zonas se encuentra· que en cada una de ellas
se t.ienen los siguientes accesorios. C dos tees.
un codo, una válvula y una reducción en las zonas
tras y cuatro). ya que únicament.e para el cálculo
se t.oma encuent.a la linea principal.
5. Todos los subincisos anteriores son de gran
importancia. ya que para determinar •l diAmet.ro de
la t.uberia se debe t.omar en cuenta la ca.ida de
presión que causa cada accesorio y la cua.l est.a
dada en :forma equivalent.e en met.ros lineales. los
cuales se t.endr1an que agregar a la longit.ud de
linea que se considere como punt.o má.s dist.ant.e de
la ant.rada de aire.
DESARROLLO'
En el plano de plant.a se muest.ra la dist.ribueión de la
linea y la división de las zonas.
La siguient.e t.abla muest.ra los datos neeesarios para
ef°ect.uar el cá.lculo de las dimensiones de t.uberia y
caidas de presión para las di:ferent.es longit.udes de la
misma en dicho circuit.o.
Primerament.e. obt.endra un diamet.ro de t.uberia
aproximado ya que para det.ermJ.nar el equivalent.e en
121
e g ¡j !i
!11
"' z
:'í o
5 "' ~
., "'
a:
" o
~
~ 1l
" z
,_ o
~ "' o
a '
o o ¡¡¡ ¡;: o. :E
o (,)
"' ~ ·'
"' ;:
o
o "" o:
12
2
m&t.r os. .:Se 1 os accesorios. se deber.á t.ener idea del
.:Uá.met.ro de t.uberia para que la selección sea lo más
real posible. La t.abla 2 de est.e cap1t.ulo muest.ra
la longit.ud de t.uber1a equivalent.e por accesorio
ut.ili::ado.
Post.eriorment.e se obt.endrA la longit.ud real. sumando la
longit.ud de la linea y la longit.ud equivalent.e por
accesorios. Con est.e dato véase nuevament.e la t.abla 1.
donde det.erminará la calda de presión y el diámet.ro
final de la t.uberia.
L. 1 n e a A - B B-C-D D-E-F B-G-H H-I-J
Longitud de lin"'1a 20 210 210 210 210
Ccnsumo de aire 46.25 20.75 13. 5 25.5 13.25
0 de t.uberia aprox 3" 3" 3" 3 1/2" 3"
Ca.ida de prosi6n i 0.096 1 0.235 0.105 0.1'5 0.1 1
Longit.ud real 1 27 254 256 2éo 254 t
Caida de presión 0.133 0.280 0.127 0.195 0.12 real
0 de t.uberla final 3•• 3" 3•• 3 1/2" 3"
En iest.e caso obsérvese que el tramo de linea B-C-D está
muy just.a su calda de presión real a la t.olerancia
recomendada. la cual nos indica que no debe
excederse de O. 3 Kg/cm2, por lo t.ant.o se aument.ará. el
diá.met.ro de tuberia a 3 1/2" y con est.o se reducirá la
calda de presión a 0.13 Kg/'cm2•
En caso de que ex! st.a una f'ut.ura expansión del si st.ema
habrá que considerarlas. as1 como un porcent.aja por Cugas
y algunas o~ras que
par~icular.
123
present.an cada easo
CAPITU..O VII
ESTUDIO DE AIRE PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD
DEL COMPRESOR
Vll.1 GENERALIDADES
En t.oda plant.a es necesario det.erminar el volumen de aire
que se necesit.a para sat.isracor un n~mero det.erminado de
herramient.as neumat.icas, t.ales como: cilindros, equipos de
pint.ura. esmeriles, at.ornilladores. llaves de impact.o, equipos de
sand blast.eo, sist.emas de sujeción, boquillas, et.e. Est.a cant.idad
de aire const.it.uirA post.eriorment.• la base para det.•rminar la
pot.encia del compresor, el volumen que consumo la red y la
presión de t.rabajo.
El int.ent.a.r dar una ma.n!Cest.ación cubriendo t.odos los
t.ipos de indust.rias y t.odas las clases de producción qee exist.en,
seria bast.ant.e complejo, por lo cual s• seNalarAn ciert.os valores
indicat.ivos y las bases da cAlculo lo l'M.s sencillo posible, para
que se pueda est.abl9Cer aproxim.adament.e la cant.idad de a.ir•
necesaria.
Por lo goneral. cuando unft h•rrami•nt.a neum.At.ica t.rabaja
cont.inua.mant.e se necesit.a un compresor. que. por lo .,.nos.
ent.rege t.ant.o aire como consuma la herramient.a.
Sin embargo. en l a mayor 1 a de los ca.sos. · la her r ami ent.a
t.ra.baja en una f'"orma 1nt.erm1 t.ent.e. lo cual signif'"ica que el
compresor t.endrá el suCicient.o t.iempo para suminist.rar la
cant.idad de aire n•cesaria y a la pr•sión requerida durant.e est.e
t.iempo en el t.anque.
Cabe mencionar los punt.os ÑS import.ant.es que Se deben
125
considerar para un est.udio de aire:
1. Consumo en cilindros neumAt.icos.
a. Fact..or de servicio.
3. Fact..or de simult.aneidad.
4. Fact..or de correcci 6n por alt.it.ud.
5. Correción Y. por fugas.
5. Ampliaciones f"ut.uras.
VII.2 CONSUMO DE AIRE EN CILINDROS NEUMA TICOS
Para det.erminar el consumo de aire en un cilindro neumA.t.ico
se muest.ra la t.abla 1. en la cual se encuenLran los fac~ores que
se ut.ilizan para det.erminar dicho consumo.
a) En la primora columna se especif'ica el diá.met.ro del
pistón del cilindro.
b) En la prim0ra linea horizont.al se dan las presiones de
disetro.
e) Siguiendo la columna horizont.al del diamet..ro del pist..6n
hast.a la correspondient.e a la presión requerida. se det.ermina el
t:act.or necesario para dichas dimensiones. el cual mult.iplicado
por la carrera det.ermina el consumo requerido por el cilindro
est.abl eci do.
1ae
PI STON ~'AM.IN PULG.
1 ~~ 2
2Y. 2!1
2~~ 3
:n~ 3~~
J~~ A
AX AV¡
.t?{ 5
sx 5)1
s~; 6
óX 6}í
6~¡
' 7~~ 7}í
Volumen requerido· de aire comprimido en pies cúbicos por
pulgada-:de carrera para operar el cilindro de aire
PRES 1 ON DE D 1 srno 70 " 90 100 110 1" 1>0 100 l>o '" '" "' '" P 1 ES CUB 1 CDS DE AIRE LIBRE
.008 .009 .010 .011 º" .OlJ .014 .015 .016 017 .018 .018 .019
.010 .012 .013 .01.4 .016 .017 .018 .019 .010 .021 .023 .024 .0'25
.OlJ .015 .017 º" 019 .021 .023 .074 .026 º" .029 .OJO .032 ,017 .018 º'º .022 .OH .026 .Q28 .OJO .037 .034 036 OJB .040
.020 .022 º" .026 .029 031 .034 .036 OJB .041 .043 .045 .048
.024 .026 029 º" .035 .037 º" .043 .046 048 .051 º" .057
.028 .031 .034 .038 .041 .044 .048 .051 .05.d. .057 061 º" .067
.032 .036 .040 .o.u ,0-17 .051 .oss .059 .063 .066 .070 º" .078
037 º" 0~6 º'º ()~4 OSY 06'2 O!i7 .072 .076 .oso OBS .089 .042 047 .052 .057 ot.1 .M7 .on .076 .081 056 .092 .096 .103
.047 .053 .osa 06.! O:'C .075 Olil .087 .092 .098 .\03 .109 .\JA
.053 .059 Oe.>6 .072 073 08' 091 097 .103 109 .116 "' .129
.059 .066 .073 080 .OE.7 .09.: .101 .106 .114 .122 .118 .136 .143
.065 ,073 .081 º" .m? .104 .112 .120 .127 .13!. .J.13 .150 • .158
.• 072 .081 089 .098 .106 . 115 .123 .132 .140 .149 .157 .166 .173 .079 .087 .098 .lOG .117 .126 .135 .1"6 .154 .163 .173 .162 .191
.066 .O'i7 .107 .117 .127 .1311 1'8 .158 .169 .l7E .189 .199 .209
.094 .105 .116 178 .139 .l.'.>O .lt.1 .In .163 .194 .205 .216 .22!!
.10:: .114 .126 .139 .150 .163 .175 '.187 .199 .210 .223 .235 .247
.111 .174 .1J7 .150 .163 .176 .189 .2o:i .215 .228 .241 .254 .267
.119 .\33 .147 .163 .176 .169 .204 .218 .232 .244 .:no .274 .268
.116 .143 .159 .174 .189 .204 .219 .234 .248 .204 .280 .295 .310
.138 .154 .170 .lt7 .202 .::> ::35 .2~1 2l7 75.! 300 "' .332
.U7 .165 .162 10, :'1:1 -;:;4 .251 .269 .286 .JO.! .321 .336 .356
Tabla 1
''° .020 .026
.034
.042
.oso
.060
.070
.081
.093
.107
.120
.135
.150
.166
.183
.200
.219
.2J9
.259
.280
.302
.325
.340
.373
Not.a: El aire requerido es para una operación por minut.o; si
es ~s que de una operación por minut.o mult.iplicar el
nómoro de car roras requeridas por pulgada d•
carrera. para longit.udes dif'erent.es de carrera
mult.iplicar el aire requerido por longit.ud de la carrora.
Ejemplo: Se necesit.a calcular el consumo de-aire· 8ri un,cil~ndro qu• t.iane las siguient.es carac~erist.icas:
0: d•l pist.ón. 2 3/4 ..
1; Carrera. del pist.ón. 4°
a) Para una presión de t.rabajo de 100 Lb/Pulgª
r------- 4" ___ __,
Solución: Buscando la t.abla en la
primera columna. el diá.met.ro del pist.ón que para
est.e caso es de 2 3/4 .. ; y prosiguiendo en la
linea hori:zont.al hast.a la columna. qu., para est.e
ejemplo es de 100 lb/pulg-9. !.le ver.i. que se unen en
el f'act.or O. 020
Por lo que se t.endrA:
FACTOR DE CARRERA X
TABLA DE PisrON
0.02" 4
CONSUMO DEL
PISTON
0.104 pies11/min
Csimple ef'ect.o)
Est.e result.ado mu.st.ra que la acción del pist.ón
es de simple ef'ect.o. pero ~ra •l caso de que el
pist.ón sea de doble ef'ect.o simplemont.e bast.a
.mult.J.plJ.car est.e rosult.ado por dos. El voluman
ocupado por ol vast.ago dol pist.ón es despreciable.
1ee
0,1()4 X él Cdoble ef'19et.o)
b) Para una presión de t.rabajo de 1eo lb/pulgª y
pist.on d• doble efeet.o.
0,038 X 4
0,15a X él O. 304 pies:t/m.in
consumo del cilindro o. 304 piesª/Jni.n
Vll.3 FACTOR DE SERVICIO
El í'act.or de servicio se det.ermina como el t,..i•IDPO re~at.ivo
que la mi.quina o herramient.a. l!'tst.a en marcha, t.iempo en el cual
consume aire. Sa vera que est.e f'act.or s• halla en t.res valores
relat.lvamont.a bien limit.ados para una sección o t.ipo de
producción det.erm.inada. De la misma manara •• podr4 var que los
remachadores, boquillas. sopladoras, pist.olas de pint.ura,,
cilindros de aire. llaves de impa.ct.o t.ienen cada harramient.a un
fact.or de servicio det.erminado que, sin embargo, difiere de las
diferent.•s mi.quinas y ést.as ent.re si, por t.ant.o, este f'act.or de
servicto se ca.rat.eriza por los t.ipos do máquinas y herramientas
diferent..es que est.án en marcha real durant.• ci~t.os periodos de
t.iempo.
A cont.inuaci6n s• mu•st.ra en ~orma de cuadro esqu•mllt.ico. el
tact.or de servicio qu• d•pende del t.ipO d• herraini•nt.a. para •l
cual se ha elegido una fábrica con un rit.mo de produccJ.ón en
serie relat.ivament.e elevado.
Cant.idad Herramient.a Modelo Fact.or de servicio
a Taladro A o.s 4 Taladro B 0.4
Taladro A- 0.4
s At.or ni 11 ador e 0.3
4 At.ornillador 0.4
3 Cincelador 0.1
a Cincela.dor 0.1
3, Cincelador o.os 4 Remachador 0.3
a Remachador 0.3
Apisonador w' o.s 1 Apisonador w 0.3
a Sand Blast. ae o.e 1 Sand Blast. 1B º·" 3 Boquilla l/4'" 0.4
.a Boquilla 1/4" o.a 4 Boquilla 3/9" º·" a Boquilla 1/9" º·"
Pist.ola de pint.ura E3 o.s Cilindro de aire 1" X 2° O.a!:!
a Cilindro de aire ª" X 1" o.a 1 Cilindro de aire 1" X 3" 0.4
Cilindro de aire 1" X ª" 0.05
130
Vll.4 FACTOR DE SIMULTANEIDAD
Ahora bien. hay t.ambién ot.ro f'act.or que depende del nOmero
de herranú.ent.as en f'uncionamient.o. Para el caso en part.icular que
se encuent.ren t.odas las mAquinas dent.ro de una plant.a f'uncionando
simult.aneament.e. el consumo debera ser t.an grande como la suma de
las cant.idades de aire que dichas máquinas o herramient.as
demandan. Es f'ácil comprender que t.al simult..aneidad solament.e
ocurre en pocas ocasiones y nunca durant.e largos periodos de
t.iempo.
Por lo t.ant.o. el llamado f'act.or de simult.aneidad depende del
número de mAquinas del mismo t.ipo.
A cont.inuaci6n se present.a una graf'ica, en la cual se puede
det.erminar el ~act.or de simult.aneidad dependiendo del nümero de
her r ami en t. as.
F A e T o R
o E
s 1
M u L T A N E 1 o A o
1
1
"''9 o·~ '\..
0'7
0'6
o•o
10
""- i'-.. .........
~---:---r--
20 30 40 00 60 70
NUMERO DE HERRAMIENTA
131
VII!> CORRECCION POR ALTITUD
Hay poco que hablar sobre la correción que se debe efect.uar
una vez qu• s• ha •st.ipulado el caudal de aire ne:eesarJ.o en una
lin•at es decir, hay que corr19gir por alt.J.t.ud. basá.ndose en la
alt.ura sobre el nivel del mar.
Por ejemplo. la pot.encJ.a en las h•rramJ.ent.a.s neu~t.ica.s no
cambia prAct.icament.e con la alt.it.ud siempre que la presión
manom6t.rica a la ent.rada de la rná.quina no varia. Por ot.ra pa.rt.e,
el consumo de aire de las herramient.as neumá.t.icas se eleva con
una presión ambient.e menor.
En la siguient.e t.abla se muest.ra el increment.o del consumo:
relat.ivo del aire rospect.o al consumo de aJ.re libr• a nivel del
mar.
ALTITUD m FACTOR DE CORRECCION
o 1.00
500 1.05
1 000 1.11
1 500 1.17
a 000 1.2:4
a soo 1. 31
3 000 1. 3'I
3 500 1. 47
4 000 1.ee
4 eoo 1.oe
e ooo 1.77
132:
Vll.6 CORRECCION POR FUOAS
En el cap!t.ulo ant.erior s• t.rat.aron los perjuicios y
p4ordidas que originan las 'f'ugas d• aire •n una linea.. a.qui
ónicament.e se est.udiarA la necesidad de incluir un ciert.o
pc:ircent.aje sobre el consumo t.ot.al por las pérdidas ocasionadas
por las f'ugas que se •ncuent.ren en la linea de aire comprimido.
No se puedo dar una cit'ra exact.a o un porcent.aje aproximado. ya
que est.e porcent.ajo depende de las condiciones en que se
encuentre la linea.
En el moment.o que s• requiera dot.orminar el consumo de a.ir•
on una plant.a. el encargado do realizar el est.udio. chber• dar a
crit..erio ese porcent.aje. YA que se recomienda que se •t"etct.óe un
recorrido. siguiendo la linea de aire. as! como en sus ra.m.ales y
punt.os de consumo.
Es muy Crecuent.e y en la mayoria de los casos desde luego.
dependiendo del sist.ema. de producción que ~• t.enga. que se
necesit.a soplet.ear alguna pieza. una ~quina, ent.r• oLros. en la cual se uliliza alguna boquilla acoplada a una manguera rlexibl•.
asi como en algunas rnAquinas h•rrami•nt.as para •l arrast.re de la
viruta del ma.t.erial quo se est.'1 maquinando, una manguera en la
cual permit.e una salida cont.inua de a.ir•. por t.al razón, se ha
incluido en est.e inciso. una t.abla qu• muest.ra ol consumo de aire
dependiendo d• la presión de t.rabajo y del d.iA.rr.t.ro t.ant.o de
oriricio como de boquillas.
La t.abla da el f"lujo d• aire dent.ro de la at.mós~era a t.ravés
de varios t.amaf"l'os de oriricios para varias presiones basada en
70° F a. 100 " de coef"icient.e de f"lujo.
Dicho porcent.aj• por c.tlculos de cost.o no debe exceder de un
10 % dol t.ot.al. d•l coru;.umo, ya qu• si oxeado no dobe ineluirae
como consumo normal puest.o quo seria incost.•able. por lo cual s•
debe recomendar la reparación de la linea para. post.eriorment.e
realizar dicho osludio.
133
Al RE EN
PS 1
JO 40 so 60 70 80
.. 90
'ºº 110
120 lJO
"º 1'0
FLUJO DE AIRE EN ORIFICIOS EN CU.FT DE AIRE LIBRE POR MINUTO
. 156 .631
.190 .771
.'225 .914
.260 105
.295 1.19 JJO 1.JJ JliJ 147 .400 1 t.1
.430 1.76
A70 1.90 .500 2.04 540 2.17 .'i.70 '3'.t
2.s1 1roo J.07 17.27 J.64 lJ.50
Jl.20 16.80 4.76 19.00 5.32 21.20
~ s:> n so t. .:S ;>~!!O
1.00 28.0
7.58 J0.2 8.13 32.4 8.!:.8 34.5
º·'º 36.7
40 00 90 o 161.0 49.09 110.5 196.4 !1820 1.30.0 1320
67.00 151.0 266 o 7600 1710 304.0 85.00 1910 340.0
94 oo 211 o :in o 1010 :0110 .!.''
112.0 :;:si.o 4JB o 121.0 271.0 ¿94 o 1300 792.0 5:'00 138 o 313.0 556.0 J.170 3340 5020
FLUJO DE A 1 RE A TRAVES DE BDQU 1 l LAS
.237 .9ól
.'89 1.17
.JJ2 1.39
,395 1.60 .448 1.81 .501 2 07
~53 27:! t.0b 'J.::>
.654 2 6ll
.714 2.B9
.760 3.10
.821 3.30 866 3 5-1
3.83 15.20 60.80 4.67 18.65 74 62 5.53 22.04 88 46
6.38 25.54 IOU 7.24 28.88 115.5 B 09 32.'27 129.2 E 91 :!577 14:>.9 V HO JY.:i/ 15~ o
10 6(J 4'.l.!ltl 170.2
11.52 45.90 183,9 12.36 49.25 197.6 1:i.19 52.44 209 e 1398 55.78 2:234
~ ... 136.B 74!._7 168.o nss 197 t 3~2 6
229 5 J.07 4 '259 9 462.1 290.J 516 B
370 7 571 ~
J!l l 1 ( ~ ~ :-J&l 5 OdLI.~
411.9 735.6 442 :J 790 3 472.7 845.0 503.1 ei;-9.7
Flujo d• air• a t.ra~ de oriticios y boquillas
VII.7 AMPLIACIONES FUTURAS
Siempre se debe t.ener en cuent.a un posible a.ument..o en el
número de herramient.as neu~t.icas a utilizar. por est.o es
necesario t.ener capacidad par a sumi ni st.r ar la. cant.i da.d de aire
requerida.
Con base en experiencias. est.• aument.o no debe ser in~erior
a 50 Y. para hacer posible la adquisición sucesiva da herramient.as
eomplement.arias que siempre est.• relacionada una nueva
plant.a. Es pref'erible que est.e increment.o alcance un 100 Y.. lo
que ~acilitara por ejemplo la inst.ala.ción de una nueva sección de
tresado. rect.if'icado. ent.re et.ro~.
134.
Vll.8 APLICAC10N
Para realizar un est.udio de aire se puede llevar a cabo de
dos :formas:
a) Ef'ect.uando una recopilación de dat.os d• t.odas y cada
una de las m.6.quinas, h•rramient.as y disposit.ivos neum6.t.icos que
se ut.ilicen en cada t.oma, por ejemplo:
Disposi_ Diam. Car re- No. Mod.!! Consumo Pre- Fact. Can t. Observ t.ivo Plg. ra. Ef'ee- lo PCM si6n. Serv
Plg. t.os Trab.
Pist.6n 5u 7" 2 100 0.!5 1 .. 2 1/2" 4•• 1 100 0.4 2 .. 4u 5u 2 100 0.5 4 .. 1 3/4" 2 .. 1 QO 0.2!5 2 Boquil1a. 1/9" AC 110 0.5 1 .. 1/9'' AC 110 0.!5 1 Mi.quina 7.00 110 0.4 1 da.t.os
d• placa
Boquilla 1/9" IR 100 0.3 2 Llave im
pact.o 7/9" CP 48.40 110 0.3 2 .. Di~posi-
l.ivo 7.00 170 0.3 1 .. Llave im
pact.o 7/9" CP 48.30 110 0.4 2 .. Probador 40.00 110 o.e 2 .. Pist.ola IR 115.80 110 0.3 1 .. Engrapa-
dora. DB 10.00 110 0.1 1 .. HA.quina. 70.00 110 0.!5 1 .. .. 70.00 110 0.5 1 .. At.orni-llador AC 18.40 110 0.4 1 ..
Boquilla 1/16" IR 110 0.4 1 .. Probador 7.0 170 0.3 1 ..
Ya e{'ect.uada dicha recopilación, la cual debe ser lo mAs
real posiblo. se procede al cá.lculo del consumo del a.J.r• y
f'act.or de simult.aneidad de a.cuordo con las t.ablas present.adas
en los incisos ant.eriores correspondient.es a est.e mismo capit.ulo.
135
Pi sposi ti vo Cant Caudal Factor Fact.or Pres. Tot.al PCM S.rv. Simult.. Trab.
Lb/plg•
Pist.6n 1 1. a4e o.s o.O!! 100 0.6Q1 Pistón a o.ose 0.4 o.ea 100 o.oe4 Pistón 4 0.!57 o.s o.ea 100 1.003 Pistón a o.oa 0.2:5 o.ea go o.ooe Boquilla 1 4Z.56 o.s o.ea 110 18.72:15 Boquilla 1 4a,56 o.s o.ea 110 10. 7ae Máquina 1 7.00 0.4 0.00 110 a.eeo Boquilla a 4a.eo 0.3 o.ea 110 aa. 471 Uave impact.o a 4Z.40 0.3 o.ea 110 aa.387 Di sposi ti vo 1 7.00 0.3 O.QS 170 1. QQ!5
Llave impacto a 4Z.40 0.4 o.se 110 ag,94g Probador a 40.00 o.e o.ea 110 44.160 Pistola 1 1e. eo 0.3 o.os 110 4.788 Engrapadora 1 10. ºº 0.1 o.es 110 o.eso M:..quina 1 70.00 o.s o.ea 110 3a.aoo Ha.quina 1 70.00 o.s o.ea 110 3a.aoo At.ornillador 1 1a. 40 0.4 o.es 110 4. na Boquilla 1 10.00 0.4 o.oo 110 4.oae Probador 1 7.00 0.3 o.es 170 1.QQS
Consumo Net.o Tot.a.l a43.S14 PCM
· Consumo Net.o Tot.al Z43. 514 PCM
Corr-.:=ción por altura
a 2 000 mn.m. 301.QSS PCM
Corrección por t'ugas s" 317. 0!55 PCM
An\pli acion.s rut.uras ao" 380.467 PCM
Consumo Tot.al 380.467 PCM
Para este caso hay dos alt.ernat.iva.s para seleccionar el
compresor adecuado.
1. Compresor quo •nt.rege 381. pcm a 170 lb/pul~
2. Compresor que ent.regu• 391 pcm a 110 lb/pulg• y adaptar
130
un elevador de presión a 170 lb/pulg• para los dos
casos requeridos.
El encargado de realizar el est..udio de aire deberá. decidir
cuil de las dos alt.ernat..1vas es la mas económica, ya que en la
primera alt..ernat.iva el consumo de energia del compresor es mayor.
puest.o que ent..regarA aire a 170 lb/pulgª y se deberá.n colocar
reguladores d• presión an cada una d• las t.om.as ya qu• la mayoria
t.ien• una presión de t.rabajo de QO, 100 y 110 lb....-pulg•. Para la
segunda alt.ernat.iva el consumo d• energia. d1.S1minuye ya que
ent.regará. aire a 110 lb/pulg", pero se t.endr.i.n que 1.nst.alar dos
equiJX)S o disposit.ivos que eleven la presión hast.a 170 lb/pulg•.
b) Est.a ot.ra forma. para det.erminar el consumo de aire.
t.amb1116n se puede aplicar como comprobación d•l m6t.odo ant.erior.
Est.e mOt.od.o se ut.iliza cuando no se puede ot'ect.uar un
levant..amient..o d• dat..os. dado, que las mi.quinas qu• ut..ilicen ~ir•.
no t.engan es~i'f'i.cado su consumo. t.rabajen por medio de un
sist..ema hidronoumA.t.ico, en el cual no sea accesible medir su
consumo, et.e.
Por lo t..ant.o. para est..e t.ipo de caso!:, se realiza. una
recopilación de dat.os del compresor o los compresores 1.nst..alados;
los punt..os qu9se consideran de import..ancia son:
Entrega de aire.
Fa.ct.or de servicio,
Con est..os dat..os. es suf'icient.e para calcular la demanda
requerida y det..erminar si se puede t..rabajar alguna herramient.a
con ese mismo compresor o si est..e es 1.nsu~ici•nt.e.
Es decir. si se multiplica la ent..rega de aire por el t'act..or
de servicio del compresor. y est.e resultado se lo rest..amos a la
ent.r-oa de aire, se conocerA si en realidad se dispone de aire
sobrant.• para su aplicación,
137
CAPITULO VIII
CONCLUSIONES
Después d~ haber roali-zado las visit.as a 20 empresas y reco
rrer sus inst.alaciones. so concluye lo siguiont.e:
La in!'ormación recopilada en est.e t.rabajo de t.esis es de
gran valor para t.odas aquellas personas que direet.ament.e o
indirect.ament.e est.én involucradas la aplicación del aire
comprimido ya que. con ést.a se pueden evit.ar f'allas cost.osas y
comunes que afect.an el f'uncionamient.o y la vida de los sist.emas
operados neumát.icament.e.
El 80 ~ de dichas &mpresas contaron la.
inf'ormaci6n necesaria y suf'icient.e al realizar
inst.alaciones neumát.ieas. entendiendo por inst.alacionGs
neurn.:..t.icas t.odos y cada do los element.os que
int.egran el coneept.o de generación
aire comprimido.
consumo de
Ex.ist.e un desconoci rni ent.o general acerca d .. 1
comport.amient.o del aire comprimido, lo que dif'icult.a la
correct..a aplicación del mismo. Gran part.e de los
sist..emas de cent.rol y secuencia son accionados
neumát.icament.e, a.demá.s de la int..errelación con et.ros
medio de energia. por est.o
t.eórico.
incluyó el ~spect.o
Se desconocen las di f'erent..es f'orm.as de compresión do
aire: por t.al mot..ivo en la rna.yoria de est.as empresas
:fue más det.erminant..e el precio para la a.dquisici6n de
su equipo, asl como el poco apoyo que les brindó el
vendedor. Pocos t.omaron en cuent.a para la selección de
su equipo los siguient.es aspect.os: t.ipo de compresor,
capacidad, pres:i6n de t.rabajo, t.ipo de mant.enimient.o,
139
calidad de aire. sist.emas de seguridad. velocidad de
operación. ruido y vibraciones.
Independient.emant.e dol t.ipo del compresor s•l•ccionado.
ést.e deberá cont.ar con t.odos los medios de seguridad.
buscando siempre que ést.os prot.ejan a las personas
sobre cualquier est.allarnient.o ocasionado por una
acumulación de aire en accesorios o cilindros y por
calent.arnient.o provocado por falla en la lubricación o
ref'rigeración.
En algunos casos se encont.raron accesorios y equipo
inst.alados inadecuadament.e que se habian adquirido por
ser ést.os lo que se encontró comercia.lment.e o porque
habian sido recomendados por el vendedor; como t.anques,
post.-enf'riadores. conexiones. et.e., f'uera de capacidad.
Provocando caidas de presión e ineficiencia de la red.
Inst.alaciones inadecuadas en equipos auxiliaras
Post-enfriadores;:
Inst.alados en lineas de aire sin est.ar conect.ados en la
linea de rof'rigeración, ocasionando calda do presión
innecesaria y perm.it.iendo el paso de aire h~rnedo por no
aprovechar adecuadament.e el post.-enf"r.iador para bajar
la t.emperat.ura del aire y aprovechar mas ef'icazment.e el
separador de humedad. ademAs de los grandes problemas y
danos ocasionados en la linea de dis~ribuc16n y equipo
accionados por aire.
En una prueba realizada s• llegaron a capt.ar cerca de
eo lt.s. de condensado en un ~urno de 9 horas. las
pist.olas de soplet.eado. h•rrami•nt.as. et.e.. operaban
arrast.rando gran can~idad del mismo.
140
Una vez hacha la inst.alación a la linea de
ref'rigeración, el condensado recolec:t.ado el
separador de humedad rue de 5 a 7 lt.s. de agua por
t.urno de e horas y las pist.olas y equipo accionado por
aire operaban sin t.ant.o arrast.re de condensado, mismo
que se cent.roló con un f'ilt.ro en cada t.oma..
~ 2§. al macenami ent.o;
Varias son las def'iciencias encont.radas.
a) Tanques sin v~lvula para ef'•ct.uar el dr•nado
del condensado.
b) V•lvulas de seguridad pegadas por no ef'ect.uar
accionamientos periódicos a las mismas.
c) Manómetros desajust.ados.
dJ Inst.alacion.-s inadecuadas. ost.• caso f'u• •l que se
present.6 •n su ma.yoria.
As! mismo s• encontró qu.¡. la ent.rada del a1 re estaba
conectada en la part.e superior y la salida en la parte
inf'erior. ocasionando que ent.rara en la linoa. gran
cant.idad de condensado. Sabcitmos que el objet.i ve
principal del t.anque es acumular aire comprimido y que
al int.roducirse el aire en 61 mismo se provoca una
caida de presión por ef'.-ct.o de la expansión por
ent.rar a un espacio ma.yor; mot.ivo por el cual se
provoca una condensación, rnisma que se debe
aprovechar·. puesto qu• es el últ.imo accesorio antes de
la linea que nos puede ayudar a eliminar humedad del
aJ..r•.
Por est.a razón es important.e que la conexión del aire
141
en el. t.anque sea •nt.rada. int"•rior y salida superior
para que el condensado caiga por di~erencia de peso al
fondo del depósit.o y ést.e sea drenado.
Inst.alaciones que no cuent.an con vAlvulas check a la
ent.rada del depósit.o para evit.ar que la compresora
arranque •n un mornent.o dado •n cont.rapresi6n.
En la mayoría de los casos se encont.r6 que las diversas
h•rramient.as neutnat.icas no est.An provist.as de unidad de
servicio para que se les suminist.re aire regulado y
lubricado.
In1talacion95 2!!. ~1~ ~ ~ comprimido:
En 14 de las 20 empresas visit.adas se encont.raron
inst.alaciones muy det"ici~nt.es a pesar del cost.o de
adquisición de los compresores.
Ad.em.6.s se oncont.raron inst.alaciones en t.errenos
arcill.osos sin piso de cemento,. con problema de agua
t"riA.t.ic:a y con poca vent.ilac16n. ocasionar1do que el
compresor succion• a.ir• con impurezas. húmedo y a
t.ernperat.ura ambient.e mayor de l.a normal ya que eran
compresores ent"riados por aire y no cent.aban con a.lgOn
ext.ract.or para mejorar el ambient.e.
En 1~ do las 20 empresas no consideraron para su
1nst.al.ac16n si les convendria cont.raliz~ o
descent.ralizar el cuart.o de compresores. est.o se debió
principalm.nt.e por no cent.ar con 1nf'ormac16n que 1es
pudi•ra guiar para t.omar decisión. La mayor1a
142
creció de acuerdo con sus necl!"Sida.des y requerimient.os
d•l moment.o.
En un ¡:>orcent.aje similar al ant.•rior. s• •ncont.ró que
la mayoria de las lineas de aira no est.án dimensionadas
correet.ament.e, debido a la f'alt.a de proyección al
moment.o de realizar sus inst.alaciones. Por t.al causa al
ir creciendo se iban agregando ramales a la linea
principal. la cual nunca so seleccionó para una Po$ibl•
ampliación. Est.o ocasiona caldas de presión y mayor
goneración de condensado y su vez provoca una
dest.rucción pram.at.ura de las lineas de aire y aument.o
del cost.o de mant.•nimiant.o por J.nt.roducir•• ••t.• al
sist.ema.
Casi en su t.ot.alidad no contemplaron en sus lineas de
aire dar la pondiant.a y localización de separadores de
humedad recomendados.
Encont.rarnos t.uberia negra.. cédula 4'0, t.ot.al-.nt.e
carcomida por el óxido. e inservible a cuat.ro afio• de
su inst.alación. Por consecuenci~ d~ lo mismo
regist.raban una gran cant.idad de f'ugas en orJ.f'icJ.os
producidos por oxidación y localizados en la part.e
inf'erJ.or de la t.uberta.. Todo est.o se t.raduc.e en
pérdidas económicas cuant.iosas por los mat.•riales
deteriorados. paros de producción y ga.st.os de energia
innecesaria.
En ninguna instalación se encont.ró a la salida d•l
compresor una brida de expansión que absorba la
supues:t.a dilat.ación de la t.uberia por los cambios de
t.emperat.ura.
En general encont.ramos mant.enJ.m.iento d•f"J.cJ.ent.e t."a'nt.o
en los sistemas coJl'IC) en el equipe.
143
Para los sistemas lineas de aire recomendó
mant.aner la t.uberla con pintura anticorrosiva y
suspenderla con alg(Jn sist.ema sencillo de sujeción que
permita darle la pendient.e recomendada en la dirección
requerida. as! como la localización da separadores de
humedad para drenar el condensado periódicamente.
Cuando se t.ienen las lineas f'ijas en ménsulas rigidas
es muy diricil lograr dar la pendiente necesaria.
Para el equipo se sugirió apegarse a las
recomendaciones de mant.enimient.o elaboradas por el
f'abricanle. pero si es necesario reducir o alargar los
periodos de revisión recomendados seg(m la experiencia
y f'recuencia de uso del m.isrn::l. hacemos inca.pié en la
veriricaci6n del est.ado y limpieza del f'ilt.ro de
succión que de 6st.e depende principalmente el buen
f'uncionam.1ent.o y la vida út.il del compresor. Dosde
luego. no olvidar lograr la mayor eCiciencia posible en
la reCrigeraci6n int.ermedia. as!
d•l aceit.• de lubricación.
como de la calidad
Para el t.endido de la red de aire comprimido se
encont.r6 con el mismo problema. expuest.o ant.eriorment.e.
no contaron con la int"orm.ación necesaria para llevar a
cabo est.e t.ipo de t.rabajos que a(Jn siendo s•ncillos y
f'aciles de realizar es diCicil llevarlos a buen ~•rm1no
cuando no se euen~a con los elemen~os de apoYo que nos
ayuden a desarrollarlos correct.ament.e.
144
B 1 B L 1 O G R. A F' 1 A
A'Il..AS COPCO MEXICANA, S. A. DE C. V.·
Recopilación de dat.os de los siguient.es manuales. revist.as y
í'ollet.os.
"'Tknica del aire comprimido ...
Manual Atlas Copeo
Edieión 1g73.
Aire comprimidoºº.
Revist.a t.rimest.ral. Recopilación de dat.os de la revJ.st.a
No. 1 d~ 1975 a la revist.a No. 2 de 1"79.
"'Basic compresor t.ypes" MA7603
"9 St.at.ionary Pist.on Compressors"" MA7002
.. O St.at.ionary Pist.on Comprossors"" MA7004
"E st.at.ionary Pist.on Compressorsº' MA7702
''Port.able compressors ST/STS Dd'º MA7303
·0 2 St.at.ionary Screw Compressor-s"" MA 7.(.02
"Accesorios para t.uberias do a.ir• para min.as y
cont.rat.ist.a.s 00•
SP1B3a
"Comproa•or Inst.ala.t.ion Manual"
Al.las Copeo Air Power N.V. -B-2Cll0 Wilrijk-Belgium.
Publicat.ion No. ~115 C
145
WORTHINGTON DE MEXICO, S.A.
Recopilación de dat.os de los siguient.e f'ollet.os.
''Compresor port.a.t.11 mono rotor 7?50'".
WMP-eoe!B-~2 05-11-3000.
"'Compresor port.At.11 mono rot.or 600''.
05-11 -3000.
"'Compresor port..i.t.11 mono rotor 305''.
05-11 -3000.
''Compresor port.á.t.il mono rot.or 25000•
05-11-~ •
.. Compr.sor port.at.il mono rotor 1ee ...
WMP-eoe!3-511
"'Compresores d• aire rot.at.ivos estacionarios mono rot.or
t.ipo RM de pa.quet.• Wort.hingt.on''.
"'Compresor de aire est.acionario mono-rotor
RM-100 accionado por mot.or eléct.rico"".
"Compresor d• air• port..t.t.11 JnOno-rot.or
RM-?500...-.,oo accionado por motor eléctrico.
Modelo
modelo
'"Compresores reciprocant.es balanceados t.ipo BOC-5 y
BDCB-~".
Comrposores de balanc• opu•st.o t.ipo BCD-ES y BDCB-E5'' •
.. Compresores horizontales t.ipo HB y HBB de un solo
paso. •nf'riados por agua.. lubricado y no lubricado''.
140
INFORMACION TECNICA DE PALL, S. A.
"'lnst.a.lación, operación y mant.enimient.o"".
Mayo de 1 Q72.
SCOVILL MEXICANA, S. A. DE C. V.
Follet.o sobre "Equipo neurn.6.t.ico, cilindros y vilvulas''.
FESTO PNEUMATIC, S. A.
'"Element.os y Sist.em.a.s Neumt..t.icos para Aut.omat.ización"".
1•/3M.
MANUAL UNIVERSAL DE LA TECNI CA MECANI CA
Propiedades, compresión y circulación del aJ.r•
Erik Oberg
F. D . .Janes
1Q7Q
DIBUJO Y DISERO DE INGENIERIA
Neum:..t.ica
c. H. .Jensen
1973
MANUAL DEL INGENIERO MECANICO CMARKS>
Volumen 1
Me. Graw Hill.
1•7
