C7 Transporte de Gases actualizado 29.05.2011materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/Antiguo/2011-1C/10_Apunte... · puntos de alimentación y un solo punto de descarga, o cuando

Industrias I 72.02

Transporte de Gases

72.02 – Industrias I Aire Comprimido

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7 AIRE COMPRIMIDO ...............................................................................................................3

7.1 Consideraciones Generales ......................................................................................................3 7.1.1 PROPIEDADES DEL AIRE ....................................................................................................3

7.2 Comparación de fuentes de energía en la industria..................................................................5 7.3 TRANSPORTE NEUMATICO ...............................................................................................6

7.3.1 Introducción .....................................................................................................................6 7.3.2 Transporte de Materiales Sueltos .....................................................................................6

7.4 Transporte De Materiales Pulverulentos ..................................................................................8 7.4.1 Definiciones Generales ....................................................................................................9 7.4.2 Elementos y Procesos del Transporte de Polvos a Presión ............................................10 7.4.3 Fluidización del Material ...............................................................................................10 7.4.4 Bombas o Transportadores.............................................................................................16 7.4.5 Bombas a Presión ...........................................................................................................18 7.4.6 Filtros Separadores del Aire y Polvo..............................................................................21

7.5 Lineas de Aire Comprimido...................................................................................................22 7.5.1 Aire Comprimido ...........................................................................................................22 7.5.2 Clasificación de Compresores........................................................................................23 7.5.3 Ubicación de la sala de compresores..............................................................................26 7.5.4 Tratamiento del aire .......................................................................................................26 7.5.5 Tratamiento del aire comprimido...................................................................................29 7.5.6 Almacenamiento del aire comprimido ...........................................................................33 7.5.7 Distribución del aire comprimido ..................................................................................34 7.5.8 Purgas .............................................................................................................................36 7.5.9 Tuberías para aire comprimido ......................................................................................37 7.5.10 Regulación del aire comprimido ....................................................................................38 7.5.11 Lubricación.....................................................................................................................39

Bibliografía.....................................................................................................................................42 Anexo .............................................................................................................................................43


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7 AIRE COMPRIMIDO

7.1 CONSIDERACIONES GENERALES

7.1.1 PROPIEDADES DEL AIRE

Densidad = 1,2928 kg/m³ Exponente isentrópico = 1,40 Velocidad del sonido = 331 m/s Constante individual del gas Ri = 286,9 J/(kg.K)

Estos datos están referidos a una temperatura normal Tn = 0° C y a una presión normal pn = 101 325 Pa (1,01325 bar). 7.1.1.1 Punto de Rocío

El aire puede almacenar cierta cantidad de agua en estado gaseoso. La cantidad depende de la temperatura y de la presión del ambiente.

Si se enfría el aire a una presión ambiente fija, a partir de una cierta temperatura se rebasa el grado de saturación y el agua comienza a condensarse. A esta temperatura se le da el nombre de punto de rocío.


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7.1.1.2 Compresión de Gases

Si se reduce el volumen de un recipiente cerrado, la presión en el recipiente aumenta según la siguiente fórmula: Pabs: Presión absoluta [bar] V: Volumen [m³] Tabs: Temperatura [K]

P1ABS . V1/T1=P2ABS . V2/T2 A temperatura constante rige:

P1ABS . V1=P2ABS . V2 (ley de Boyle-Mariotte) Si se comprime aire, éste se calienta. Si se reduce la presión de aire comprimido, éste se enfría.


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7.2 COMPARACIÓN DE FUENTES DE ENERGÍA EN LA INDUSTRIA

En la industria se utilizan principalmente tres fuentes de energía, las cuales tienen ciertas ventajas y desventajas. Las mismas se presentan a continuación:

Neumática Hidráulica Electricidad

Disponibilidad del medio ++ + +++

Capacidad de almacenamiento +++ + o

Transporte de energía ++ + +++

Fuerza lineal ++ +++ +

Fuerza rotativa ++ ++ +++

Sobrecarga +++ +++ oo

Movimiento lineal +++ +++ ooo

Movimiento rotativo ++ ++ +++

Movimiento oscilante ++ ++ oooo

Consumo de energía en parada +++ + +

Regulación de la fuerza +++ +++ +

Regulación de la velocidad ++ +++ +

Costes de la energía ++ + +++

Influencia de la temperatura ++ ooooo +++

Fugas, riesgos de accidente + oooooo ooooooo

Nota: + Aspectos Positivos O Aspectos Negativos Disponibilidad del Medio: Neumática: El aire esta disponible en cualquier lugar. Hidráulica: La adquisición y la eliminación del aceite originan costos. Electricidad: Por regla general esta disponible en todos los lugares. Capacidad de almacenamiento Neumática: El Aire comprimido es un excelente almacenador de Energía Hidráulica: Limitada capacidad de almacenamiento, se necesita gas como elemento compensador. Electricidad: Posible solo con gran dificultad y en pequeñas cantidades. Regulación de la Fuerza Neumática: Sencilla mediante válvula reguladora de presión. Hidráulica: Sencilla mediante válvula reguladora de presión. Electricidad: Gran complejidad.


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Fugas, Riesgos de accidente Neumática: Excepto la perdida de energía, ninguna repercusión negativa. El aire comprimido se disuelve en la atmósfera. Solo hay que tener cuidado con las mangueras y tubos sueltos. Hidráulica: Gran riesgo de fugas debido a altas presiones. Electricidad: Peligro de muerte en caso de contacto con alta tensión. 7.3 TRANSPORTE NEUMATICO

7.3.1 Introducción

En los sistemas de transporte neumático el material a transportar se introduce en una corriente de aire mediante un dispositivo de alimentación. Así las partículas del material son arrastradas a lo largo del conducto por la corriente de aire (gas). Al transporte neumático conviene distinguirlos en dos categorías: Transporte en corriente gaseosa de materiales sueltos o en tubos especiales. Transporte de gas: gasoductos 7.3.2 Transporte de Materiales Sueltos

Ventajas: Eliminación casi total de mecanismos. Reducción de espacio. Fácil aspiración de materiales. Desventajas: Consumo elevado de energía. Económicamente favorable para recorridos breves Limitación de granulometría, humedad (máximo 20 %) y tipo (riesgo de explosión) de material

a transportar. Dificultad de separar el aire del material si este es pulverulento.


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7.3.2.1 Instalaciones

Tipo Ventajas Desventajas

Por Aspiración Simplicidad Posibilidad de aspirar de

montones El material no pasa por el

aspirador

Necesidad de un separador para eliminar el aire del material

Limitación de potencia debido a la imposibilidad de conseguir depresiones mayores a 1 atm

Para las mayores depresiones, enrarecimiento del aire con poca posibilidad de suspensión de los materiales transportados

Mayor potencia absorbida. Por Presión Simplicidad de descarga.

Aumento de la presión a voluntad.

Velocidad creciente de entrada a salida haciendo más difíciles las obturaciones.

Posibilidad de reducir la dilusión

Ingreso complicado del material al circuito.

Posibilidad de condensación de agua.

Mixtas: El material pasa a través del ventilador

La de los dos sistemas precedentes (absorber y descargar en mas de un punto)

El material pasa a través del ventilador.

Solo se pueden utilizar ventiladores por lo que las presiones y depresiones son modestas.

Mixtas: El material no pasa a través de la bomba

Permite la utilización de bombas potentes

Complica la instalación


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Instalación porAspiración

Instalación porpresión

Instalación Mixta -Material a través delventilador

InstalaciónMixta - Elmaterial no pasaa través de labomba

7.4 TRANSPORTE DE MATERIALES PULVERULENTOS

Para el transporte de sólidos pulverulentos se ha impuesto la utilización de equipos neumáticos,

debido a:

La simplicidad de su construcción Buena adaptabilidad Total ausencia de partes móviles en todo el trayecto del transporte Escasa emisión de polvos Bajo costo de mantenimiento Resistencia a la intemperie Adaptabilidad a la marcha automatizada

Una ventaja especial es que se puede conjugar la operación de transporte del material con la

interacción de éste con el gas que lo transporta ya que se pueden realizar, en dicho transporte, distintos procesos Físico - Químicos como ser Procesos Catalíticos, Mezclado, Secado, Clasificación, etc.


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Algunos de los inconvenientes más importantes que presenta el transporte neumático son:

Su gran consumo de energía Con ciertos materiales (muy abrasivos), se produce el desgaste por rozamiento de los

conductos transportadores. Si los materiales a transportar son combustibles y se hallan finamente pulverizados puede

existir algún peligro de explosiones (en determinadas circunstancias). Existe el riesgo de que ciertos materiales obturen los conductos transportadores

(principalmente en curvas del recorrido). Nota: Refiriéndonos a la industria Cementera diremos que el manejo Neumático del material pulverulento tuvo mucho que ver con el mezclado de los diferentes componentes del material crudo al pasar del proceso por vía húmeda a la vía seca. En este caso el aire reemplaza al agua como elemento de homogeneización de los materiales. Según su modo de actuar, habrá que distinguir entre:

Los Sistemas de Impulsión. Los Sistemas de Aspiración: Utilizado cuando el transporte se efectúa a partir de varios

puntos de alimentación y un solo punto de descarga, o cuando el punto de distribución debe ser móvil.

Los Sistemas Combinados: El material entrado por el sistema de aspiración se combina con las ventajas que presenta el sistema de impulsión.

Los cuales veremos en detalle con posterioridad a las siguientes definiciones generales

7.4.1 Definiciones Generales

Transporte Neumático: Es el término general dado al movimiento de sólidos formado por

partículas y mezclado con aire, por influencia de la fuerza de gravedad o por la fuerza producida por la diferencia de presión entre la presión del aire que rodea los mencionados sólidos y la presión del aire en el lugar de descarga. Nota: Durante muchos años se realizó usando volúmenes de aire a presiones relativamente bajas, siendo pequeña la relación de sólidos en aire. A partir del desarrollo tecnológico en la manipulación de polvos, se incrementó notablemente la relación antes mencionada, lográndose, de este modo, un aumento sustancial de sólidos a transportar con relación al aire consumido para este fin. Este logro es debido al trabajo a presiones más elevadas (hasta 4Kg/cm2).

Polvo: Partículas Granuladas o pulverizadas, susceptibles al transporte por aire. Se supondrá

que se usa polvo ideal, es decir, un polvo cuyas partículas presentan iguales características (forma, tamaño, peso, etc.)

Fluidización: Se le llama a la Introducción de aire, finamente difundido, por debajo de los

polvos a través de un medio poroso. Con esto se consigue que la masa se asemeje a un fluido y pueda manipularse como tal. Este tema será ampliado debido a su importancia tanto para el Transporte como para la Mezcla y también para el Almacenamiento de materiales pulverizados.


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7.4.2 Elementos y Procesos del Transporte de Polvos a Presión

Los elementos y procesos más importantes en el transporte de polvos a presión son:

1. Fluidización del Material en su lugar de almacenamiento o en el punto de envío, para mezcla

y/o corrección.

2. Bombas o Transportadores, de los cuales hay diversos tipos y marcas.

3. Filtros Separadores del aire y polvo en el lugar de descarga.

4. Compresores de generación del aire para el proceso de preparación y transporte de polvos

7.4.3 Fluidización del Material

Se supondrá que se utiliza polvo ideal, es decir, un polvo cuyas partículas tienen todas iguales características (tamaño, forma y peso). Si una capa de éste polvo descansa sobre un medio poroso en el fondo de un recipiente y se le hace pasar aire verticalmente a través del polvo, no se producirá un movimiento relativo de las partículas hasta no sobrepasar una cierta velocidad crítica. Por debajo de tal velocidad, el caudal y la diferencia de presión serán directamente proporcionales entre sí. Esta relación está indicada en la Figura 1.

A la velocidad crítica la presión ejercida a través de la capa está equilibrada por el peso de las partículas. A una velocidad mayor, la resistencia de rozamiento de las partículas es mayor que el peso de éstas y, por consiguiente se reordenan de manera de ofrecer menor resistencia al paso del aire, y la capa comienza a hincharse. Conforme aumenta la velocidad del aire, aumenta el volumen de la capa y las partículas terminan por flotar libremente en el aire. Se dice entonces que la capa está fluidizada. La diferencia de presión siendo igual al peso por unidad de superficie de la capa y el paso de aire a través de ésta sigue siendo prácticamente estable. Esta situación se denomina Etapa Tranquila.

Si continúa incrementándose la velocidad del aire, se llega a una etapa en la que a través de la capa fluidizada relativamente densa, pasan burbujas de aire que contienen una pequeña proporción de polvo en suspensión, irrumpiendo a través de la superficie de un modo muy similar al de las burbujas que se abren paso a través de la superficie de un líquido en ebullición. Si la velocidad es aún mayor que la citada, las partículas de polvo se dispersan mas ampliamente y son arrastradas con el aire. Estos conceptos se sintetizan en la Figura 2.


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Figura 1 Relación entre la Velocidad del Aire y la Diferencia de Presión hasta que se llega a la

Velocidad Crítica del Aire.

Figura 2 Relación entre la Altura de la capa de polvo y la Velocidad del Aire.

Consideraciones Prácticas: Las explicaciones precedentes están fundadas para el caso de polvos ideales. En la práctica industrial no existen tales y es raro que un polvo se aproxime mucho al ideal. En cualquier caso siempre deben realizarse experimentos a pequeña escala para verificar si es o no posible fluidizar el polvo, lo cual se corrobora de la siguiente manera:

Corre Fácilmente entre los dedos al tomarlo Tiene aristas vivas al tacto, es limpio, seco y no adhesivo. No es escamoso y no puede amasarse en nódulos. El cemento limpio y seco y la arena fina son ejemplos de polvos fluidizables. Si un polvo es naturalmente pegajoso, es improbable que sea apto para transportarlo fluidizado.

La principal ventaja de la fluidización es que los polvos así tratados se comportan como líquidos y pueden manipularse como tales.


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Aplicaciones Prácticas: Una primera utilización industrial que podemos citar, es el caso del mezclado de diferentes componentes pulverulentos para producir una masa homogénea. Nos referimos a la denominada “harina cruda” en el proceso del cemento, producto obtenido de la molienda en molinos de variados tipos, de una mezcla de caliza, arcilla y óxido de hierro. Este material finamente molido es depositado en silos de gran capacidad volumétrica (en términos medios: diámetro 10m y altura 25m). La base de estos recipientes de hormigón, tienen adosados medios porosos por los cuales penetra el aire de fluidización. Un proceso continuo de mezcla es el sistema IBAU de cámara central, que utiliza los silos simultáneamente, como depósito para alimentación de crudo. Figura 3.

Figura 3 Silo Cónico en la base con lecho fluidizador múltiple.

Con un adecuado caudal de aire a presiones promedio de 1,5 Kg/cm2, se produce el proceso descripto anteriormente, es decir el material se comporta como un líquido y circula dentro del silo de modo parecido al indicado por las flechas en la Figura 4.

Figura 4 Circulación del Polvo Fluidizado en un Silo.

Los errores de composición pueden corregirse añadiendo pequeñas cantidades de los constituyentes antes de la fluidización final, para asegurar el que la mezcla contendrá las proporciones exigidas, dispersas uniformemente dentro de unos, límites estrechos. Mediante la división de la base del silo en secciones aireadas por separado, es posible regular la distribución del aire para efectuar la mezcla con mayor eficacia y rapidez.


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En la Figura 5 puede verse una forma constructiva para alojar el medio poroso. Esencialmente debe ser estanca a la salida de polvo y tener un acople para la entrada de aire.

Figura 5 Forma constructiva de un medio poroso. El material permeable puede ser: Textiles (tela filtrante, filtro o loneta) Caucho Alveolar Baldosines de Cerámica Porosa Metal Sinterizado Celulosa Comprimida Plástico Sinterizado Filtro Metálico

La elección del medio poroso depende en cierta medida de las características del polvo que interesa mezclar.

La distribución pareja a una velocidad uniforme del aire, depende de la uniformidad de tamaño de los poros del material, especialmente en el plano superior. Una permeabilidad desigual produce variaciones locales de caudal. Estas hacen aparecer “volcanes” en el polvo y la canalización consiguiente conduce a pérdidas de aire y a un consumo superior al necesario.

No hay una norma universalmente aceptada para describir la permeabilidad de los medios porosos (Ver Figura 6).


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Figura 6 Curvas de permeabilidad típicas.

Los fabricantes expresan las medidas de permeabilidad en diversas unidades, aunque por lo general son medidas en función de una corriente de aire. Dichas unidades pueden ser como las siguientes:

Metros Cúbicos de Aire por unidad de Superficie, Tiempo y Presión: 3

22min

mKgm

cm

Litros por Centímetro Cuadrados, Hora y Presión: 2

2

lKgcm h

cm


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Para completar la idea general de una instalación integral de mezclado véase la Figura 7. (Respecto a los elementos denominados en ella “Bomba de Polvo” y “Colector de Polvos”, serán temas tratados posteriormente).

Figura 7 Instalación para Fluidización y Mezcla de Polvos.

En relación con el aire utilizado en la fluidización, la premisa básica es que contenga la

menor cantidad de aceite y humedad posible, ya que estos dos elementos son sumamente perjudiciales, ya que por un lado disminuyen la permeabilidad del medio poroso y por el otro generan grumos entre partículas de polvo. Por ello, el tipo de compresor más apropiado es el del tipo “Tornillo Seco”.


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7.4.4 Bombas o Transportadores

7.4.4.1 Planos Inclinados Fluidizadores

La Fluidización puede emplearse para acarrear polvos a lo largo de considerables distancias

por planos transportadores descendentes cuya inclinación es menor que el ángulo de rozamiento interno del polvo. Esto se logra insuflando aire continuamente desde la cara inferior a través de un medio poroso dispuesto a todo lo largo del plano transportador. Los nombres comerciales de estos acarreadores son: “Fluido”, “Air Slide” o “Aerodeslizador” y como se verá son dispositivos sencillos y de costos razonablemente bajos. En su estado normal, un polvo se desliza por un plano inclinado sólo cuando la inclinación de este es mayor que el ángulo de rozamiento del polvo. (Figura 9)

Figura 9 Un polvo cuyo ángulo de rozamiento sea 45°, descenderá por una pendiente de 45°

Pero un polvo fluidizado se desliza por una pendiente cuyo ángulo sea mucho menor que

dicho ángulo de rozamiento. Un plano inclinado fluidizador, en su forma más sencilla, consiste básicamente en un canal

rectangular dividido en su plano medio por el elemento poroso. La parte inferior está abulonada, a todo lo largo, a la superficie superior, para poder desarmar y así cambiar o limpiar el medio poroso (Figura 10)

Figura 10 Sistemas por Gravedad, con ayuda de aire

Refiriéndonos a la Figura 10, la entrada de polvos se hace a través de válvulas especiales que

hermetizan el pasaje de aire hacia los recipientes o tolvas alimentadoras. Diremos de paso que este tipo de “cierre alimentador” se usa en todos los tipos de transportadores por aire o bombas a presión.

Las entradas de aire se reparten cada 10 o 15 metros y éste aire es generado por ventiladores centrífugos (Ver capitulo de Transporte de Gases).


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7.4.4.2 Medios Porosos

El medio poroso está citado en páginas anteriores. En la industria del cemento se usan telas

de espesor aproximado a 1cm apoyadas en tejidos de alambre de tipo rectangular. Para terminar con la descripción de la Figura 2.2, la salida del aire se hace a través de filtros destinados a separar los polvos más finos que no caen por gravedad en la descarga.

Sección de Transporte: La cantidad de aire libre que se necesita para el funcionamiento eficiente de un fluido depende de:

Las características físicas del polvo. La inclinación descendente del transportador. (Figura 11). El espesor de la capa de polvo transportada.

Como dato ilustrativo para transportar cemento (densidad = 1 Kg /dm3), con una capa de 5

cm de espesor sobre la tela, se requiere una pendiente de 3m / m.min. La Resistencia total al paso del aire a través del transportador es la suma de las resistencias

compuestas por el medio poroso y por la capa de polvo sobre el medio poroso. Normalmente, un ventilador centrífugo que pueda trabajar contra una presión manométrica de 500mm de columna de agua podrá vencer sin problemas esa resistencia conjunta.

Figura 11 Relación entre Carga Transportada, Inclinación del Plano Transportador y la

Velocidad del Aire


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7.4.5 Bombas a Presión

Cuando es necesario transportar material pulverulento a largas distancias y a diferentes niveles, con diferencias de altura apreciables, se apela al transporte a presión. En la Figura 12 se muestra uno de los sistemas más simples, se trata de un recipiente cilíndrico de diámetros medios del orden de los 2 metros y una altura de 3 metros.

Es alimentado por la parte superior a través de una campana de cierre y en general por gravedad desde el proceso anterior de molienda.

Figura 12 Típica Bomba de Polvo Fluidizado

Mientras el recipiente se está llenando la campana permanece abierta. Mediante un dispositivo de control de llenado, que puede ser mecánico en los tipos más antiguos y hasta rayos gamma en los más modernos, al llegar el material a un nivel predeterminado, actúa un mecanismo hidráulico que cierra la campana y de inmediato abre la válvula de paso de aire de transporte.

Cuando el recipiente se ha vaciado, por un sistema de control de caída de presión, se ordena el proceso inverso, es decir, el cierre del aire y la apertura de la campana. Durante el proceso de llenado hay una permanente entrada de aire a menor presión que es el necesario para mantener el polvo fluidizado.

A su vez, en el lugar de descarga del material, que es generalmente un silo, debe realizarse el proceso de filtrado del gran volumen del aire que acompaña al polvo transportado de tal manera que salga limpio a la atmósfera. Esto se realiza utilizando diversos tipos de filtros, algunos de los cuales veremos más adelante.

Describiremos entonces las tres etapas del transporte esquematizadas en la siguiente Figura:

Polvo Aire

Limpio Zona de Mezcla Transporte Zona de Separación Aire Polvo

Zona de Mezcla: En ella todas las partículas de polvo han de acelerarse en el menor tiempo posible hasta alcanzar la velocidad crítica. La velocidad de aire necesaria para arrastrar la


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partícula más pesada, resulta ser la velocidad mínima para producir el acarreo, la cual es mayor en un tubo horizontal que en uno ascendente. Una vez Alcanzada esa velocidad mínima, el paso ulterior a lo largo de un tubo sólo aumenta la velocidad de las partículas debido a la expansión de la corriente de aire. Cada tipo de bomba tiene incorporado un determinado dispositivo de mezclado, que en general responde a lo indicado en la Figura siguiente.

Zona de Transporte: Se compone de la Bomba y la Tubería. Hay dos tipos básicos de Bombas:

a) De grandes volúmenes de aire a presiones relativamente bajas: (hasta 1.05 Kg/cm2 sobre la atmosférica) y con proporciones bajas de la relación polvo / aire. En las Figuras 13, 14, 15 se pueden ver ejemplos de ellas.

Figura 13 Introducción de Polvo en el aire con ayuda de una elevada altura de polvo fluidizado

Figura 14 Carga de un Silo con el elevador Neumático AEROPOL.

Figura 15 Introducción de Polvo en la Corriente de Aire usando un obturador rotatorio como regulador de polvo y como cierre.


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b) Las que trabajan a mayor presión de aire (hasta 2.5 Kg/cm2 sobre la atmosférica) y con una elevada proporción polvo / aire. Un ejemplo de este tipo es la bomba Fuller – Kinyon (Figura 15)

El polvo se descarga desde una Tolva a un tornillo sin fin que gira a alta velocidad dentro de un cilindro, haciendo pasar a través de una válvula mariposa a una cámara en la que se inyecta aire a presión (2.5 atm).

La mezcla intima de polvo y aire pasa de allí a la tubería de transporte. La presión de trabajo depende de la distancia a recorrer y del volumen acarreado. El husillo actúa como alimentador y como cierre estanco al escape de aire hacia la tolva de alimentación. Este tipo de bomba es apto para servicio pesado y puede descargar muchas toneladas de material a gran distancia.

Figura 15 Esquema de una Bomba Fuller - Kinyon

Existen varios fabricantes de bombas y cada uno de ellos dispone de distintos modelos, que en general responden a los dos tipos básicos descriptos. Normalmente las estaciones de bombeo forman parte de procesos continuos de producción, razón por la cual están comandadas por sistemas automáticos de control.

Respecto de la segunda parte del transporte, que lo constituyen las tuberías, en sus tramos rectos verticales u horizontales se utilizan caños galvanizados comunes, mientras que en las curvas, debido a la profunda abrasión, se utilizan caños de hierro fundido o revestidos interiormente de cerámicas. El aire comprimido para las bombas de baja presión es producido por Compresores tipo Roots. Y para los transportadores que trabajan a Presiones mayores a 1 atm se prefieren los Compresores de Tornillo o los de Pistón Libre. Cabe aclarar que el Aceite y el Agua que acompañan al aire comprimido no revisten en este caso la importancia que sí cobran en la fluidización.

Zona de Separación: La vemos a continuación.


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7.4.6 Filtros Separadores del Aire y Polvo

Aquí trataremos la zona de separación. Normalmente el bombeo es descargado en silos que deben tener aberturas en la parte superior para que su presión interna sea igual o menor a la presión atmosférica, ya que de otra manera se perturbarían las posibilidades de ingreso del material pulverulento (Figura 16). Pero a su vez, esta conexión con la atmósfera, no es deseable por razones económicas y de polución ambiental. Esto hace necesario introducir equipos que retengan la mayor cantidad de polvo posible. Si se trata de polvos altamente nocivos para la salud, la meta es conseguir una retención total. Para el caso del cemento, cuyas fábricas en general están instaladas en zonas rurales, se acepta una pequeña pérdida porcentual. Las instalaciones típicas en esta industria consisten en instalar en la parte superior de los silos “un exhaustor” centrífugo que aspira el aire de los silos a través de separadores estáticos (ciclones) y filtros de mangas. Con ello se consigue una eficiente separación aire / polvo y paralelamente crear una depresión en el silo.

Figura 16 A efectos de limpieza de las mangas una cámara de deposición es puesta fuera de

servicio; durante el tiempo de inactividad el resto de las cámaras están en explotación normal.


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7.5 LÍNEAS DE AIRE COMPRIMIDO

7.5.1 Aire Comprimido

El Aire Comprimido es una fuente energía que alimenta los distintos mecanismos y mandos neumáticos de una estación central. El aire es aspirado por la estación compresora que cuenta con un compresor o varios, a una temperatura y presión atmosférica con su consiguiente humedad relativa. Se los comprime a una presión más alta que la atmosférica, produciéndose un calentamiento del aire y como consecuencia se descarga del compresor conteniendo vapor de agua. Al ir enfriándose por radiación y convección en el depósito va perdiendo presión, por lo que se recurre al secado del aire, luego a través de las tuberías de distribución llega a los distintos puntos de trabajo. Suponiendo que nuestro gas es ideal veremos qué pasa con las ecuaciones de estado.

La mayoría de los compresores para comprimir el aire, lo que hacen es la

reducción de su volumen.

Al reducirse su volumen, esto se traduce en un aumento de su presión y por

consiguiente en un aumento de su temperatura

Trabajo de Compresión Por una Politrópica

En el grafico vemos la compresión del aire por una poli trópica de coeficiente m. En el segundo grafico vemos la diferencia de trabajo de compresión a una misma P2 final si procedemos por una adiabática o por una isoterma. Claramente en el gráfico vemos que comprimir por una isoterma incurre en un menor trabajo por una misma presión final. O sea trataremos de comprimir por una isoterma y no por una adiabática. La compresión nunca será adiabática ya que se tendría que construir un compresor totalmente térmico lo cual incurriría en altos costos de fabricación o en tiempo infinitamente grandes. Tampoco será una isoterma ya que a medida que recibe energía mecánica debe ir aumentando la temperatura en igual medida. En consecuencia nuestra poli trópica a la que asimilamos el proceso será entre una adiabática y una isoterma

nRTPV

nRTPV

m

m

p

pRT

m

mLc

1

1

211

1

Km1


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7.5.2 Clasificación de Compresores

La sala de compresores consta de uno o varios compresores que se clasifican por la forma en que puede obtenerse dicha energía.

Cuadro Comparativo de compresores según usos (Grafico Q vs. P)

7.5.2.1 Desplazamiento

La compresión se realiza en un recinto hermético aumentando la presión del gas gracias a la reducción del volumen transmitiéndola al fluido. Rectilíneo: Son muy utilizados en la industria, por ser económicos en su adquisición y en su uso. Pistón: Su funcionamiento consiste en encerrar en el

cilindro una determinada cantidad de aire (que ha ingresado por la válvula de admisión), disminuir su volumen por desplazamiento del pistón y entregarlo al consumo, (a almacenamiento) a través de la válvula de escape. Para obtener aire a presiones elevadas, es necesario disponer de varias etapas compresoras. El aire aspirado se


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comprime en la primera etapa seguida de una refrigeración para eliminar el calor generado, luego es nuevamente comprimido obteniendo una mayor presión. Estos compresores son apropiados para presiones moderadas y caudales insignificantes, hasta grandes presiones y grandes caudales (1000 bar y 25000 m3/hora).

Diafragma: consisten en una membrana (diafragma), que modifica el volumen existente sobre ella por la acción de un pistón solidaria a la misma desde parte inferior. Su principal característica es la de comprimir aire sin que exista la posibilidad de contaminación con el aceite de lubricación. Sus posibilidades se limitan a bajos caudales y a presiones moderadas.

Rotativos: Producen aire comprimido por un sistema rotatorio y continuo, es decir que empujan el aire desde la aspiración hacia a la salida, comprimiéndolo.

De paletas: Su funcionamiento consiste en un rotor que es

excéntrico respecto de la carcasa o el cilindro que lleva una serie de aletas que se ajustan contra las paredes de la carcasa por efecto de la fuerza centrifuga. Debido a la posición excéntrica de los cojinetes del rotor, en cada revolución las aletas de deslizan hacia fuera y hacia adentro de las ranuras del mismo. El gas al entrar, es atrapado por los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica, el cual se comprime, al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación. En la parte alta del cilindro al comenzar la compresión se inyecta una cierta cantidad de aceite, este filtrado y refrigerado absorbe el calor producido por la compresión. Se caracterizan por marcha silenciosa, grandes caudales, presiones moderadas y bajos rendimientos impidiéndole competir con los compresores de pistón. Alto consumo de lubricante.

Compresor de anillo líquido (Compresor de lecho fluido): Posee un rotor con una serie de alabes fijos montados en un cilindro que está prácticamente lleno de liquido, generalmente agua. Al girar el rotor las paletas se hunden progresivamente en el lecho fluido disminuyendo de esta forma el volumen encerrado entre ellas y produciendo la compresión.

La característica más importante es que al tener el lecho fluido la compresión se realiza casi a la misma temperatura ya que ésta actúa como refrigerante. Se utiliza para procesos que requieran poca elevación de la temperatura.


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Compresor de tornillos simples: consiste en un par de rotores que tienen lóbulos helicoidales de engranaje constante. Los rotores van montados en un cárter de hierro fundido provisto de una admisión para aire en uno de los extremos y una salida en el otro. El aire aspirado llena un espacio existente entre dos lóbulos, al mismo tiempo se inyecta aceite sometido a presión. El espacio va disminuyendo gradualmente para producir la compresión. Luego la mezcla aire/aceite sale por la descarga, pasando por un separador que elimina las partículas de aceite. Estos compresores giran a gran velocidad, se los utiliza en instalaciones que requieren de gran capacidad de aire comprimido.

Dos rotores:

Compresor Root: presenta dos lóbulos cuyo perfil permite la rotación simultánea y la constante penetración de uno sobre el otro. Esta situación hace que quede encerrado en forma sucesiva un determinado volumen de aire que disminuye hacia la salida a medida que el giro se produce. Debido a la brusca disminución del volumen, estos compresores son muy ruidosos. Brindan un caudal significativamente alto pero a presiones muy bajas.

7.5.2.2 Dinámicos

Se basa en el teorema de la cantidad de movimiento donde gracias a la fuerza recibida del motor de arrastre se aumenta la velocidad del fluido, para posteriormente transformarla en presión.


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Radial: El recorrido del gas se realiza, entre etapa y etapa,

siguiendo un camino radial. El gas entra por el centro de una rueda giratoria, provista de aletas radiales, las cuales lanzan el aire hacia la periferia mediante la acción centrífuga. Antes de ser guiado hasta el centro del siguiente impulsor el aire pasa a través de un difusor que transforma la energía cinética en presión. Se adapta bien a la refrigeración intermedia en cada etapa. Posee altas velocidades comparado con otros compresores.

Axial: El aire es impulsado por las paletas según el sentido del eje.

El gas pasa axialmente por el compresor por hileras alternadas de paletas estacionarias y rotativas que comunica velocidad y luego presión al gas. La refrigeración entre etapas es dificultosa, limitando a la relación de presión. Funcionan a mayores velocidades que los centrífugos y se utilizan en aplicaciones donde es necesario caudal constante y presiones moderadas.

7.5.3 Ubicación de la sala de compresores

Dependerá de la longitud y magnitud de la red de distribución del aire comprimido. Se elegirá la parte más fría de la fábrica de manera de aspirar el aire exterior a baja temperatura para que el rendimiento del compresor sea el máximo. Una disminución de la temperatura, aumenta la masa de aire aspirado y el volumen de aire comprimido suministrado aumentará también. La sala deberá estar equidistante de los puntos de consumo de la fábrica, teniendo en cuenta los mayores consumos que pueden originarse para evitar los grandes diámetros de tuberías de conducción o perdidas de presión por el transporte de aire a grandes distancias. Deben estar centralizados en un lugar común para facilita su mantenimiento, lugar cerrado, bien ventilado, exento posible de polvo de suciedad. Cuanto más baja sea la temperatura ambiente en la sala de compresores mayor será la disipación de calor cedido por el compresor durante la compresión. La misma deberá tener una temperatura menor a 30-380C.

7.5.4 Tratamiento del aire

En la aspiración El aire ambiente que aspira el compresor, contiene impurezas. A esto se le suma las que el

propio compresor genera así como también las que pueda encontrar en camino hacia los puntos de distribución. Los contaminantes más comunes son: agua, aceite, polvo, partículas sólidas, neblinas, olores, sabores y vapores. Esto provoca una disminución del rendimiento y un aumento de los costos debido al desgaste de los quipos. Para evitar estos se utiliza ciertos accesorios como los filtros.


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FILTROS ESTÁNDAR

El filtro está construido de manera tal que imprima al aire comprimido entrante un movimiento de rotación por medio del deflector de paletas eliminando los contaminantes como polvo y gotas de agua por fuerza centrífuga, filtrando luego las partículas más pequeñas mediante un elemento filtrante para que el aire comprimido procesado pueda fluir hacia la salida. Un deflector ubicado debajo del elemento evita la turbulencia que podría arrastrar los contaminantes extraídos del aire comprimido. Para la elección de un filtro estándar se debe tener en cuenta: la caída de presión que origina para el caudal y presión considerada, el área dispuesta para el filtrado, el volumen del vaso, la facilidad operativa para el cambio. En los puntos de utilización

FILTROS DE PARTÍCULAS

Están diseñados para retener partículas sólidas, interceptando las mismas mediante un elemento filtrante los cuales pueden ser: papel, rejillas metálicas, mallas de nylon, espumas, etc. FILTROS COALESCENTES

El propósito de estos retener lubricantes, emulsiones y neblinas, mediante el principio de coalescencia, el cual consiste en una red aleatoria de fibras, la cual ante el paso de aire, produce formación de gotas alrededor de las fibras, que después caen a un recipiente por gravedad. Comparado con otros filtros es capaz de retener partículas de menor tamaño, por esto se debe instalar primero un filtro de partículas antes que uno coalescente evitando que este se sature.

FILTROS DE VAPORES

Son filtros diseñados para remover olores sabores y vapores orgánicos. Su principio de funcionamiento consiste en una capa filtrante de carbón activado que mediante absorción remueven los contaminantes.


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Filtro de Partículas

Filtros Coalescentes

Filtros de Carbón Activado

VÁLVULAS

Las válvulas neumáticas controlan o regulan el paso del aire comprimido y se clasifican según su función. El siguiente cuadro detalla esquemáticamente los distintos tipos de válvulas y sus principales características.

En los puntos de consumo (como indica la figura con el accesorio A) se recomienda válvula de globo con paso total.


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Respecto de las características según la presión de trabajo: En cañerías de baja presión (hasta 7bar/cm2) válvulas diámetro 2” o mas; Hierro fundido, con

mecanismo interno de bronce extremidades brindadas con cara plana. En cañerías de alta presión (más de 7bar/cm2), válvulas de Acero al carbono forjado, con

extremidades con bridas de cara con resalto para diámetros mayores; en todos los casos el mecanismo interno será de acero inoxidable AISI 410.

7.5.5 Tratamiento del aire comprimido

Para el secado o deshidratación del aire comprimido, industrialmente se dispone de diversos procesos, dependiendo el empleo de cada uno de ellos de la calidad que deseamos.

Para la deshidratación del aire se dispone de varios equipos que se dividen según su ubicación: aire - aire

Tratamiento a la salida del compresor : Post-enfriadores aire - agua Filtros mecánicos

Tratamiento en los puntos de consumo Filtros inerciales Filtros combinados Por refrigeración

Tratamiento en las redes de distribución: Secadores Por adsorción Por absorción

7.5.5.1 Tratamiento a la salida del compresor

Cuando el compresor aspira aire, se inicia un proceso de comprensión que siempre viene

acompañado por un aumento de la temperatura y por ciertas modificaciones en la humedad relativa, densidad, etc.

El enfriamiento debe producirse con elementos especialmente preparados para ello. Si nuestra intención es bajar la temperatura del aire a 25ºC (menor que la del ambiente) y estamos a 60ºC, podríamos tratar nuestro problema en dos etapas: La primera utilizando el propio ambiente como la fuente fría y la segunda utilizando una fuente fría artificialmente preparada. La primera etapa surge de un concepto económico, aprovechar racionalmente lo que tenemos y la segunda simplemente para completar lo que la primera no ha podido cumplir.


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Post enfriador aire - aire Este post-enfriador es muy usado pues su instalación es muy

sencilla y por lo tanto rápida. Consiste e en un radiador por donde se hace circular el aire comprimido, que recibe una circulación forzada de aire ambiente. El aire comprimido se enfría paulatinamente entregando el condensado correspondiente y luego es entregado nuevamente al sistema.

Sus limitaciones están relacionadas con la máxima presión de trabajo, la temperatura máxima de operación, la temperatura del ambiente y la capacidad de circulación que permite, pues cualquier variación de estos parámetros debería ser tal que a la salida la temperatura del aire comprimido sea menor que 40ºC. En muchos casos este aparato puede complementarse con purgas automáticas que eliminan el condensado.

Precauciones generales a tomar para su instalación: Colocar el post-enfriador sobre un

tramo horizontal de la tubería. No debe instalarse pegado a la pared. Colocar en un lugar limpio y ventilado. Drenar periódicamente. Post-enfriador aire-agua

El post-enfriador aire-agua es más efectivo que el post-enfriador aire-aire y ocupa menos

volumen, pero en este caso es necesario atender la disminución de la temperatura del agua de circulación. Este enfriamiento se lleva a cabo en “torres de enfriamiento”. A veces es necesaria una torre de enfriamiento específica para el post-enfriador, y a veces, dependiendo de la carga, puede compartir la torre principal, dirigida para el agua de refrigeración de los compresores. Además, se debe considerar las instalaciones adicionales no mencionadas. Tuberías, bombas. etc. En la figura se puede apreciar la evolución del agua de refrigeración, intercambiando calor con el aire comprimido que circula por el aparato. La zona de contacto entre ambos fluidos esta considerablemente extendida debido al tubo aleteado con que se construyen. En este caso una parte del contacto entre fluido es contracorriente y otra a favor posibilitando la conexión del aparato en forma simple.

La lección del post-enfriador debe hacerse cuidadosamente. Los parámetros a tener en cuenta son: caudal, temperatura del aire de entrada, caída de presión admisible (a la presión de trabajo). La temperatura del aire de salida debe ser tal que asegure el correcto funcionamiento del secador (en caso de existir). Las precauciones para la instalación del post-enfriador: Colocarlo en posición horizontal, usar agua filtrada para evitar obturaciones y mantener el agua en circulación durante la operación. Drenar periódicamente.


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7.5.5.2 Tratamiento a en los puntos de consumo

Estos filtros deben instalarse antes de cualquier consumo, tienen como función retirar del aire comprimido el mayor porcentaje posible de agua líquida, aceite y partículas sólidas (incluso las que el propio compresor haya introducido) y así como también las emulsiones que suelen producirse al coexistir agua con aceite.

Filtro de acción mecánica

Este tipo de filtros presenta elementos filtrantes que por acción mecánica pueden retener

gotas y partículas sólidas. Las gotas provenientes del condensado se forman en la superficie de los elementos obedeciendo a un principio de tensión superficial. La gota formada cae por gravedad hace la zona de recolección. Es conveniente instalar este filtro después del tanque de almacenamiento y así la red de distribución es grande, uno por cada ramal. La razón es simple: cuanto más alejado, más oportunidad habrá tenido el aire de intercambiar calor con el medio ambiente y por lo tanto cabe esperar más cantidad de condensado. En definitiva, el filtro retiraría más cantidad de agua.

Este filtro debe inspeccionarse periódicamente y si bien los intervalos de atención no son muy frecuentes (cuando el filtro está bien dimensionado) debe preverse el recambio de los elementos filtrantes para evitar la saturación de los mismos. El tamaño de partículas que pueden retener este tipo de filtros está comprendido entre los 20 y 10 micrones con una eficiencia de 45 - 55%. La elección de estos filtros debe hacerse en función de la presión máxima de régimen del caudal máximo que podría circular y de la presión que se adopte. Filtro inercial

Si bien este tipo de filtro también responde a una acción mecánica, esta es dinámica y se

distingue de la anterior. En un filtro inercial o ciclónico, la acción más destacada es el cambio de dirección. Este

cambio imprime a las partículas pesadas una acción centrífuga, que debidamente aprovechada, permite controlarlas y retirarlas del torrente de aire.

La eficiencia de separación de estos filtros depende de varios factores, entre otros: la intensidad del cambio de dirección, la densidad de la partícula que está evolucionando la temperatura del aire, el tiempo que se pueda mantener el cambio de dirección, etc. Estos filtros son económicos y si bien son tan eficaces como los anteriores, casi no necesitan mantenimiento las precauciones son similares a las anteriores. Filtro combinados

Naturalmente estos filtros son más modernos y reúnen las cualidades

positivas de los anteriores. El hecho de dar al aire un tratamiento inercial previo a la acción mecánica permite usar elementos filtrantes más delicados y conseguir así una mayor eficiencia.

La figura muestra un filtro combinado en el que el aire, al entrar,

cambia de dirección para ingresar después al elemento filtrante (desde el interior al exterior) consiguiendo retenciones de hasta 3 micrones con una eficiencia similar a los anteriores.


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7.5.5.3 Tratamiento en las redes

Los secadores son equipos que se utilizan para el secado al aire, retirando la mayor parte posible del agua. Secadores por refrigeración

El funcionamiento del equipo se reduce al

funcionamiento de una máquina frigorífica. El aire húmedo se enfría a presión constante, llevando el agua al estado líquido para poder retirarla del sistema.

El ciclo se desarrolla así: el gas refrigerante aspirado por el compresor y comprimido, sale con dirección al condensador, donde se licua y pasa al evaporador a través de un tubo capilar o a de una válvula de expansión. El refrigerante líquido se evapora utilizando el calor del medio, o sea del aire comprimido, enfriándolo, retirando así la humedad del aire comprimido. Evaporado el gas, pasa nuevamente al compresor y el ciclo se repite.

Como características operativas, podemos mencionar: servicio de mantenimiento simple y capacidad de mantener un punto de rocío constante (temperatura de saturación correspondiente a la presión del aire húmedo. La elección del equipo depende de:

1) Temperatura de entrada del aire. 2) Presión de régimen. 3) Temperatura del ambiente. 4) Caudal a procesar. 5) Voltaje y frecuencia de la fuente de alimentación.

Secadores de aire por adsorción

El secado por adsorción es un proceso físico relacionado

con la tensión superficial (capacidad que tienen ciertos materiales de adherirse naturalmente entre sí).

Los materiales desecantes más usados son la alúmina y el gel de sílice anhidro o Silicagel (poseedor de porosidades de muy pequeño diámetro). Cuando el aire húmedo circula a través de estos materiales, las minúsculas gotitas de agua se le adhieren retirándose del aire.

Su diseño siempre contempla dos recipientes o torres, debido a que después de un tiempo de funcionamiento el material desecante pierde su capacidad para capturar agua. Cuando uno de los recipientes se satura, el aire húmedo se orienta hacia el otro permitiendo la continuidad del proceso, haciéndose circular simultáneamente el aire seco producido por el recipiente saturado secando el gel y devolviéndole sus propiedades secantes.

En la figura se indica un esquema simplificado de un secador por adsorción

con recuperación del material


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Secadores de aire por absorción

Este tipo de secadores utiliza un material delicuescente capaz de

reaccionar químicamente con el agua. El aire húmedo pasa a través del material. Este captura químicamente las

moléculas de agua, licuándolas. El líquido cae hacia el fondo del recipiente donde se elimina.

Al capturar el agua, este material se va gastando debiéndose reponer

periódicamente con el consiguiente inconveniente que ello significa.

7.5.6 Almacenamiento del aire comprimido

El aire comprimido es una forma de energía muy fácil de almacenar. En instalaciones, se suele necesitar acumular aire comprimido en un depósito o tanque de forma y tamaño variado entre el compresor y red de distribución. Unas funciones de los depósitos son las siguientes.

De acumular aire comprimido como también acumular presión. Permite amortiguar las oscilaciones en el caudal aire a medida

que se consume Satisfacer las demandas que superen la capacidad del compresor Minimizar la carga y descarga frecuentes del compresor Suministrar enfriamiento adicional como también recoger aceite

y agua condensada.

Es muy importante no confundir este depósito con una fuente de energía por aire, este depósito actúa como un acumulador para atender la demanda de aire instantánea y no para suministrar aire continuamente. Tampoco es recomendable conectar varios compresores a un solo depósito pero si puede resultar útil instalar uno más recipientes adicionales después del depósito.

Los depósitos de aire comprimido son horizontales o verticales; se construyen en chapa de

acero y constan de una parte cilíndrica llamada virola, y de dos fondos repujados con convexidad exterior. Los fondos son generalmente embutidos y tienen forma de bóveda esférica; van unidos a la viola mediante una curva de enlace.

Los depósitos deben llevar los siguientes accesorios:

Válvula de seguridad que permita la evacuación total del caudal del compresor con

sobrecarga que no exceda del 10%. Manómetro. Grifo de purga o válvula automática en su fondo que permita la evacuación del agua

condensada y el aceite. Agujero de limpieza.


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Capacidad

La capacidad del depósito de aire comprimido está determinada según el tipo de regulación

de caudal del compresor.

Si la regulación es: Por válvula piloto 30V P Automática 35V P Automática con arrancador 75V P

P: Potencia del compresor o la potencia total instalada en CV V: Volumen en litros del depósito o de todos los depósitos existentes comunicados entre sí.

Para seleccionar el tamaño del depósito, se utiliza la siguiente fórmula:

Donde: P1: Presión Máxima en el interior del tanque P2: Presión Mínima en el interior del tanque Qn: Caudal suministrado por el compresor en m3/h Z : Conexiones / Desconexiones por hora del compresor Vo: Volumen nominal del tanque a Po = 1.013 BAR

7.5.7 Distribución del aire comprimido

Una red de distribución de aire comprimido es un sistema de tuberías que permite transportar la energía de presión hasta el punto de utilización. No se debe descuidar este tema ya que pueden conseguirse grandes ahorra financiero limitando o evitando perdidas por fugas y seleccionando los aparatos y materiales adecuadas distribuyéndolos en la forma más eficiente. Un depósito de aire debería montarse a la salida del compresor como ya se explico anteriormente en el sector de almacenamiento de aire comprimido para luego alimentar la red de tuberías.

Para distribuir correctamente la red, se debería tener en cuenta lo siguiente: Ubicación de los punto s de consumo Ubicación de las máquinas Configuración del edificio Actividades dentro de la planta industrial

Desde el punto de vista del ambiente podemos dividir la instalación en externa o interna. La

externa es la instalada a la intemperie y la interna la que corre bajo cubierta. Desde el punto de vista de la posición, puede ser aérea o subterránea y desde la importancia de distribución puede ser primaria o secundaria.

Hay dos configuraciones básicas de trazado: A- final en línea muerta B- Conducto principal en anillo.

01 2

250

( )nQ

VZ P P


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La primera configuración favorece el drenaje y tiene un bajo costo de inversión, pero está expuesta a mayores pérdidas de carga, lo que aumenta su costo de operación. También requiere una parada total del sistema cuando se necesita realizar alguna actividad de mantenimiento o modificación parcial. En la segunda configuración todo punto está abastecido desde las dos direcciones, permitiendo minimizar la caída de presión. El costo de los ductos de aire presenta una porción elevada del costo inicial de instalación. Una reducción en el diámetro de la tubería baja este costo, pero al aumentar la caída de presión en el sistema, se incrementa el costo de funcionamiento. Teniendo en cuenta lo enlistado:

El trazado de la tubería se debe elegir a modo que el recorrido sea más corto y más recto posible, evitando los cambios bruscos de dirección, reducciones de sección, curvas, las piezas en T.

Se debería tratar que el montaje de la misma sea aéreo para facilitar la inspección y el mantenimiento eligiendo el material adecuado como se profundizara en la siguiente sección.

Contemplar las variaciones de longitud producidas por dilatación térmica, sin deformaciones ni tensiones.

Evitar que la tubería se entremezcle con conducciones eléctricas Sobre dimensionar las tuberías para atender a un fuerte aumento de demanda. Inclinar la tubería ligeramente de 3% a 5% en el sentido del flujo de aire y colocar en su

extremo una purga manual o automática para evitar que agua condensada escurra en dirección del compresor.

Colocar llaves de paso en los ramales principales y secundarios de la red, para facilitar la reparación y el mantenimiento.

Prever las necesidades de filtros, reguladores, o lubricadores. Sistemas de Conexión de Tuberías: 1. Por Inserción: El tubo está presionado por el anillo exterior

cuando se atornilla la conexión. Al entrar dentro del alojamiento, reduce su diámetro y representa así una resistencia extra.

2. Por Introducción: No hay resistencias adicionales al flujo, puesto que la conexión tiene la misma sección de paso interior que el diámetro interior del tubo que se conecta.

3. Autoestanca: Si no se introduce ningún tubo, la conexión queda cerrada por una válvula de retención, y cuando se introduce un tubo, se abre el caudal de aire empujando la válvula de retención fuera de su asiento.


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7.5.8 Purgas

Es un dispositivo que permite retirar de la instalación el agua líquida condensada. La instalación de las purgas debe hacerse en las zonas más bajos de la tubería hacia donde se puede prever que se acumule agua. Se pueden dividir en dos grandes grupos: manuales y automáticos.

Purgas Manuales

Este tipo se hace efectivo con la colocación de una válvula de cierre que puede ser del tipo

esférico, globo o de diafragma. Son muy elementales pero muy efectivas, siempre que se los mantenga con cuidado. Es conveniente, con el propósito de prolongar los lapsos de apertura, colocar antes de la válvula in pequeño tanque de almacenamiento del condensado. Purgas Automáticas

Son aquellas que permiten la evacuación del condensado en forma totalmente independiente.

La clasificación de estas se realiza según el parámetro que se toma como variable. Purgas por Flotación Purgas por presión diferencial Purgas motorizados

Las de flotación se caracterizan por acumular el agua

de condensación en el fondo y cuando sube lo suficiente para levantar el flotador de su asiento, la presión transmite al embolo que abre el asiento de la válvula de alivio y expulsa el agua. El flotador baja entonces, para cerrar el suministro de aire al embolo. La siguiente imagen se puede ver una vista de estos tipos de purgas.

Las de presión diferencial permiten eliminar condensado frente a una variación de la presión provocada por la acumulación de líquido. No son en general para grandes cantidades de condensado.

Las purgas motorizadas o también conocidas como purgas accionadas eléctricamente consisten en drenar periódicamente el agua de condensado por medio de una leva que dispara una válvula accionado por un motor eléctrico. Esta purga es la más aconsejable cuando existe un caudal de condensado muy significativo como por ejemplo en el tanque de almacenamiento.


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7.5.9 Tuberías para aire comprimido

Una vez determinados los datos de consumos de cada punto de la línea de producción y la presión media para el funcionamiento de las herramientas, calcularemos las tuberías.

El diámetro y el espesor de las tuberías dependen del caudal horario requerido, de la presión

de trabajo y las perdidas admisibles para el circuito de de aire (no deben superar el 10% del aire aspirado).

La selección del material de construcción de la tubería depende de las condiciones del

ambiente trabajo, la calidad del aire requerida y la presión de trabajo. El mercado presenta las siguientes ofertas de tubos para aire comprimido: acero sin costura, roscados (galvanizados, cincados), aluminio, acero inoxidable y de materiales sintéticos (Poliamida, Poliuretano, Polietileno). En primer lugar los tubos acero inoxidable y los de cobre son usados donde se requiere un calidad de aire superior por ejemplo en hospitales, industria alimenticia y química. Los tubos de acero son costura pueden presentar corrosión (tubos negros) y tiene gran masa en comparación a los de aluminio y sintéticos. Los tubos sintéticos si bien son livianos y resistentes a la presión, esta resistencia disminuye al aumentar la temperatura, tiene más apoyos en comparación con los tubos de acero y se pueden romper fácilmente.

Por último los más adecuados a nuestra utilización seria los tubos de aluminio y los acero

roscados (galvanizados y cincados). Ambos tienen una gran variedad de accesorios en el mercado y no poseen un precio elevado comparado con otros productos. Los tubos roscados al cabo se cierto uso pueden presentar filtraciones en los sellos de las roscas. Ambos tienen facilidad de instalación y buenas características físicas. Los tubos de acero roscados pueden presentar corrosión aun en cincados.

Características principales de los distintos tubos: Cuadro comparativo: Tipos de tubos Ventajas Desventajas Acero sin Costura Posibilidad de doblar Corrosión, gran masa, difícil

montaje Roscados Disponibilidad de accesorios Resistencias al flujo,

necesidad de roscar y soldar. Acero Inoxidable Ausencia de corrosión,

posibilidad de doblar Piezas y accesorios costosos. Oferta limitada

Cobre Ausencia de corrosión, aire alta calidad

Alto precio, montaje operaros especializados

Aluminio Ausencia de corrosión, pared lisa

Resistencia hasta 14 bar, menor distancia entre apoyos.

Material Sintético (PVC) Ausencia de corrosión, livianos , flexibles, instalación sencilla

Dilatación térmica (menor resistencia a la presión) Posibilidad de cargas electroestáticas


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7.5.10 Regulación del aire comprimido

7.5.10.1 Regulación de la presión del aire comprimido

La energía en la neumática está directamente relacionada con la presión del sistema. Las herramientas que permiten controlarla son los reguladores de presión. Con el regulador de presión podemos conseguir una presión menor a la que genera el compresor, presión que adaptaremos a nuestras necesidades de trabajo. Podemos distinguir dos presiones (o niveles de energía) diferentes: la presión que entrega la fuente compresora “presión de régimen” y la presión que usamos para trabajar “presión de trabajo”.

Observemos que la primera puede ser variable, obedeciendo en sus cambios a las posibilidades y regulación del compresor, mientras que la segunda siempre deberá ser constante, para un aprovechamiento racional de la energía neumática, necesitamos que esta se mantenga al mismo nivel.

7.5.10.2 Reguladores de presión estándar

Funcionamiento: Se basa en el equilibrio de fuerzas en una membrana que soporta por su

parte superior la tensión de un resorte, tensión que puede variarse a voluntad del operador por la acción de un tornillo de accionamiento manual. Por su parte inferior, la membrana está expuesta a la presión de salida y por lo tanto a otra fuerza, que en condición de descanso, resulta ser igual a la tensión del resorte.

Cuando la membrana está en equilibrio la entrada de aire comprimido está cerrada. Si desequilibráramos el sistema por aumento voluntario de la tensión del resorte la membrana descendería ligeramente abriendo la entrada de aire a presión. Su introducción se permitirá hasta que nuevamente se logre el equilibrio perdido, solo que esta vez a la salida la presión será ligeramente mayor.

Otra forma de desequilibrio puede producirse cuando se “afloja” el resorte. En este caso la membrana subirá destapando el orificio central (hasta ahora obturado por el vástago del tapón de cierre) permitiendo que el aire escape a la atmósfera por los orificios señalados. Este escape se mantendrá hasta que la presión de salida (que obviamente ha disminuido) produzca una fuerza tal que restablezca el equilibrio.

El regulador que trabaja según la descripción anterior se llama “regulador de presión con escape”. Aumentan las condiciones de presión previstas tanto por exceso como por defecto.

Retomando la situación de aflojar el resorte, puede ocurrir que la membrana al subir no destape ningún orificio (porque este no exista), en este caso no habrá escape de presión a la atmósfera. Estamos en presencia de un “regulador de presión sin escape”. Cabe mencionar que en este caso la presión no descenderá hasta que no se produzca algún consumo. En la figura encerrada con un círculo se muestra el detalle de un regulador sin escape.


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Sólo con la intención de ilustrar las posibilidades de componentes

disponibles, brindamos a continuación el esquema de un mini-regulador de aire con escape. 7.5.10.3 Características de calidad de un regulador

Estándar: Es interesante detenerse a pensar en que características habrán de permitir la elección de un regulador de mayor calidad que otro.

Los parámetros ciertos de comparación entre reguladores son: capacidad de flujo y capacidad de mantenimiento de la presión regulada. Capacidad de flujo: El aire debe evolucionar a través de intrincados conductos antes de salir del regulador. Cualquier acción que se verifique en el sentido de permitir un fluir menos complicado, redundará en un mejor desempeño del aparato. Simplemente como orientación, diremos que los elementos relacionados con el desempeño, en cuanto a flujo se refieren, son diámetro de pasaje de la válvula principal, curvas o desviaciones suaves, amplitud, dispositivos de comparación, resorte de regulación, rigidez de diafragma, etc.

7.5.11 Lubricación

Entre los componentes neumáticos existen dos formas de llevar a cabo la lubricación: con

lubricantes sólidos y con lubricantes líquidos. En muchos casos se prefiere el lubricante sólido dado que existe menos riesgo de contaminación del producto que se estuviera elaborando.

Cuando en cambio, se trata de lubricante líquido, la solución formal es instalar lubricadores. La función de estos aparatos es incorporar al aire ya tratado, una determinada cantidad de aceite. Una clasificación razonable para ellos puede hacerse atendiendo a su zona de influencia, así tenemos: 1) Unidades individuales de lubricación. 2) Unidades centrales de lubricación. 7.5.11.1 Unidades individuales de lubricación

En todos los casos estas unidades cuentan con un dispositivo que eleva el aceite y lo incorpora en la vena de aire en forma pulverizada. Esta elección puede controlarse externamente y la energía para hacerlo, así como también la necesaria para su pulverización, se toma de la energía del aire en circulación. Existen dos grandes grupos de lubricadores individuales que se distinguen por el tipo de niebla de aceite que producen:

a) El estándar b) El de micro niebla


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a) El lubricador estándar:

En el lubricador estándar se produce una caída de presión entre la entrada y la salida, directamente proporcional al caudal unitario, provocada por la restricción del flujo. La diferencia de presión provoca la elevación de la columna de aceite del vaso al visualizador del goteo. El aceite se infiltra por el orificio capilar en la corriente de aire principal de mayor velocidad. El aceite se rompe en partículas minúsculas, se atomiza y mezcla homogéneamente.

El problema característico reside en que la caída de presión está directamente relacionada con el caudal en circulación. La aplicación de este principio se vería limitado a caudales pequeños si no existiera la posibilidad de modificar la sección transversal en relación con el aumento o la disminución del caudal. Hay por lo menos tres dispositivos que permiten una variación proporcional, ellos son: válvula de asiento, pistón y aleta flexible.

En la figura apreciamos los esquemas que materializan los distintos tipos de construcción.

En la figura vemos un lubricador de aleta

flexible completo. Existen otros tipos de lubricadores estándar

que se han construido sin respetar estos principios. Son los que tienen una proporción de mezclado llamada regresiva, cuanto mayor sea el caudal de aire en circulación, menor es la cantidad de aceite por unidad de volumen de aire comprimido.

Para que se comprenda la función de un lubricador proporcional, presentamos en la figura el comportamiento presión/flujo, teórico y real.

La línea “T” corresponde al comportamiento teórico de caída de presión con respecto al aumento de flujo (proporcional: mezcla ideal aire-aceite). La curva “S” representa el comportamiento real para un lubricador proporcional y la curva “R” es el comportamiento que se obtiene con un lubricador de orificio fijo o regresivo.


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El tamaño de estos aparatos está directamente relacionado con la necesidad de caudal que se tenga. Su capacidad de lubricación está limitada a aproximadamente 7 metros de recorrido por la tubería.

b) El lubricador de micro niebla: Asegura la pulverización extra fina. Se aconseja instalar antes del lubricador un filtro que asegure la retención de partículas sólidas de tamaño muy fino y posibles partículas de aceite provenientes del compresor. 7.5.11.2 Unidades centrales de lubricación

El aire comprimido pasa a través del filtro de entrada y del lubricador dividiéndose en dos flujos, uno destinado a regular la presión diferencial y otro a generar la micro niebla de aceite. Ventajas:

Mínimo caudal de arranque Escasa caída de presión Alto caudal máximo Inmediata respuesta Muy fácil maniobrabilidad Reducción del costo de mantenimiento de la instalación Optimización del consumo de aceite


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Bibliografía: Manual sobre aire comprimido y su aplicación en la industria. Departamento de Comunicaciones de Atlas Copco Venezuela S.A. Atlas Copco Manual (3° Edición) España 1979. Trabajo practico sobre líneas de Aire de industrias 1, Facultad de ingeniería. Año 2008, 1° cuatrimestre. Grupo Ing. Ramos Lobo


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Anexo Cuadro Comparativo de tuberías

Documents

C7 Transporte de Gases actualizado 29.05.2011materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/Antiguo/2011-1C/10_Apunte... · puntos de alimentación y un solo punto de descarga, o cuando