Industrias Imaterias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/10_Apunte... · 2018-05-15 · 7.3 TRANSPORTE NEUMATICO 7.3.1 Introducción En los sistemas de transporte neumático el material

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 PROPIEDADESDELAIRE........................................................................................................ 3

7.2 Comparación de fuentes de energía en la industria.................................................................. 5

7.3 Transporte Neumático.............................................................................................................. 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 de Aire y Polvo............................................................................... 21

7.5 Líneas 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


3

7 AIRE COMPRIMIDO

7.1 CONSIDERACIONES GENERALES

7.1.1 PROPIEDADES DEL AIRE

Densidad = 1,2928 kg/m³

Exponente isoentrópico =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 está disponible en cualquier lugar.

Hidráulica: La adquisición y la eliminación del aceite originan costos.

Electricidad: Por regla general está 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.


6

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 éste 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 1atm

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 dilución

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 más 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


8


9

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.

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.


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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 (hasta4Kg/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

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 Figura1.

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


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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 más ampliamente y son

arrastradas con el aire. Estos conceptos se sintetizan en la Figura 2.

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. Figura3.

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

Con un adecuado caudal de aire a presiones promedio de 1,5Kg/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 Figura4.

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 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.

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.


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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: 𝑚3

𝑚2.ℎ.𝐾𝑔

𝑐𝑚2

Litros por Centímetro Cuadrado, Hora y Presión: 𝑙

𝑐𝑚2.ℎ.𝐾𝑔

𝑐𝑚2

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).


15

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”.

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 éste es mayor que el ángulo de rozamiento del polvo. (Figura

9)


16

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).

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.


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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

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 Figura12 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


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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 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


19

Figura 14. Carga de un Silo

con el elevador Neumático

AEROPOL

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 deuna 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

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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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.

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.

PVnRT

PVnRT

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

𝐿𝑐 =𝑚

𝑚−1. 𝑅𝑇1 [1 −

𝑝2

𝑝1]

𝑚−1

𝑚

En el gráfico vemos la compresión del aire por una

politrópica de coeficiente m.

En el segundo gráfico 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 tiempos

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

1mK


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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

comprime en la primera etapa seguida de una refrigeración

para eliminar el calor generado, luego es nuevamente

comprimido obteniendo una mayor presión.


23

Diafragma: consisten en una membrana (diafragma), que

modifica el volumen existente sobre ella por la acción de un

pistón solidaria a la misma desde la 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 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 se 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. Éste,

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.


24

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.


25

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

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 encada

etapa.

Posee altas velocidades comparado con otros

compresores.


26

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 comunican velocidad y

luego presión al gas. La refrigeración entre etapas es

dificultosa, limitando a la relación depresión.

Funcionan a mayores velocidades que los centrífugos y se

utilizan en aplicaciones donde es necesario un 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.


27

o 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 y la facilidad operativa para el cambio.

En los puntos de utilización

o 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.

o Filtros Coalescentes

El propósito de estos es 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 lo que se

debe instalar primero un filtro de partículas antes que uno coalescente evitando que este se sature.

o 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.


28

Filtro de Partículas Filtros Coalescentes Filtros de Carbón Activado

o 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.


29

Respecto de las características según la presión de trabajo:

En cañerías de baja presión (hasta7bar/cm2), válvulas de diámetro 2” o más; Hierro fundido, con

mecanismo interno de bronce extremidades brindadas con cara plana.

En cañerías de alta presión (másde7bar/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 del empleo de cada uno de ellos y de la calidad que deseamos.

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

ubicación:

Tratamiento a la salida del compresor: Post-enfriadores aire-aire

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

Variación de los parámetros en la compresión, refrigeración y secado posterior.


30

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.

Post enfriador aire - aire

Este post-enfriador es muy usado pues su instalación es

muy sencilla y por lo tanto rápida.

Consiste 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


31

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.

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.


32

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.

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 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.


33

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.

Secadores de aire por absorción

Este tipo de secadores utilizan 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 de 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.


34

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

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 V30P

Automática V35P

Automática con arrancador V75P

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:

𝑉0 =250. 𝑄𝑛

𝑍. (𝑃1 − 𝑃2)

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 =1.013BAR

Fig. 17 Esquema representativo de una

sala de compresores


35

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.

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


36

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.

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 bajas 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 émbolo 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. En la siguiente imagen se puede ver una vista de estos tipos de purgas.

Por Inserción Autoestanca


37

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.

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.


38

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 operarios 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

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.


39

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 depresión 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.

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.


40

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

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.


41

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.

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 microniebla:

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 depresión

Alto caudal máximo

Inmediata respuesta

Muy fácil maniobrabilidad

Reducción del costo de mantenimiento de la instalación

Optimización del consumo de aceite


42

7.5.12 Economía de los Compresores

Muchas instalaciones de aire comprimido ofrecen grandes posibilidades de ahorro,

frecuentemente desaprovechadas, en forma de recuperación de energía del agua de refrigeración. En

las grandes industrias, los costes de energía pueden ascender al 80% del coste total de producción

del aire comprimido.

Siempre que se vaya a invertir, es conveniente realizar un plan a largo plazo y tratar de

evaluar las posibles necesidades futuras que pueda llegar a tener la instalación. Cada vez es de

mayor importancia la optimización del funcionamiento de los compresores. Por lo tanto, el

suministro de aire comprimido debe estar basado tanto en las necesidades actuales como en las

futuras.

Los principales costos involucrados en la producción de aire comprimido son:


43

7.5.12.1 Ahorro energético

Hay diferentes maneras de optimizar la energía consumida por la instalación. Estos métodos

son:

Potencia requerida: Tener en cuenta a la hora del dimensionamiento TODOS los

elementos consumidores de energía (filtros, ventiladores, bombas, secadores, separadores)

Presión de trabajo: La presión de trabajo afecta directamente a la potencia requerida. Una

presión más alta significa un mayor consumo de energía: por término medio, un 8% más de

energía por cada aumento de 1 bar. Incrementar la presión de trabajo para compensar la

caída de presión redunda siempre en un deterioro de los costes operativos

Consumo de aire: evitar picos de consumo innecesarios (para lograr esto, un tanque

almacenador es una excelente opción), y controlar que no existan fugas mediante la

colocación de válvulas.

Regulación correcta

Calidad del aire: un aire de mejor calidad asegura un mejor rendimiento del compresor.

Mantenimiento periódico

Energía 73%

Mantenimiento 7%

Inversión 19%

Agua de Refrigeración

1%


44

Bibliografía:

Manual sobre aire comprimido y su aplicación en la industria. Departamento de Comunicaciones de AtlasCopco Venezuela S.A.

AtlasCopco Manual (3° Edición) España 1979.

Trabajo practico sobre líneas de Aire de industrias1, Facultad de ingeniería. Año2008, 1° cuatrimestre. GrupoIng.RamosLobo Manual de Aire comprimido de AtlasCopco 7ª edición


45

Anexo

Cuadro Comparativo de tuberías

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Industrias Imaterias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/10_Apunte... · 2018-05-15 · 7.3 TRANSPORTE NEUMATICO 7.3.1 Introducción En los sistemas de transporte neumático el material