INSTITUTO TECNOLOGICO

DEL ISTMO

SEP SNEST DGEST

ESPECIALIDAD:Ing. eléctrica

MATERIA:

TEMA: UNIDAD 2.- COMPRESORES.

CATEDRATICO:

ALUMNO:

ALVAREZ GARCIA JORGE LUIS

BANTE DE JESUS JULIO ANGEL

SANCHEZ JUAREZ DIEGO

VALENCIA SÁNCHEZ REYNA LETICIA

ACEVEDO SARABIA JAVIER

JAVIER PAZ TOLEDO

SEMESTRE: 5 GRUPO: k

H. CD. DE JUCHITAN DE ZARAGOZA, OAX, 14 de junio de 2015

INTRODUCCION.

UNIDAD 2.- COMPRESORES.

Los compresores utilizados en las plantas de las industrias de procesos químicos

suelen ser complejos, construidos con precisión costosos. Por ello su elección,

operación y mantenimiento deben ser cuidadosos. Por ejemplo, la operación

incorrecta puede ocasionar oscilaciones de presión (inestabilidad), condición en la

cual se invierte u instante el flujo de gas dentro del compresor. Estas oscilaciones

pueden dañar los componentes internos del compresor, producir daños por miles

de dólares en un corto tiempo y aumentar el costo del tiempo perdido para su

reparación.

Por ello en este trabajó presentamos los tipos de compresores, sus partes, sus

capacidades, eficiencia y la mejor información para poder elegir al compresor

correcto.

2.1 COMPRESORES RECIPROCANTES Y CENTRÍFUGOS. PRINCIPIOS Y

CLASIFICACIÓN:

COMPRESORES RECIPROCANTES.

Se designan por el término de compresores a todas las máquinas que comprimen

aire, gases o vapores, haciéndolos fluir de una región a una presión determinada a

otra región a una presión más elevada.

Partes fundamentales.

Un compresor reciprocante está formado físicamente igual que una bomba

reciprocante o de émbolo. Consta de un cilindro dentro del cual se desplaza el

émbolo, tubería y válvula de succión, tubería y válvula de descarga. Las válvulas

operan en base a una diferencia de presión, también pueden ser operadas

mecánicamente y si es así, su apertura y cierre están controlados por una leva y

un cigüeñal, los cuales transmiten al émbolo el movimiento de un motor eléctrico.

Principio de operación.

A continuación se hará la descripción del movimiento de un compresor

reciprocante de una sola etapa con espacio muerto nulo (ideal). Fig. 11.

En la Fig. 11(a) el émbolo se encuentra en el extremo anterior de su carrera. La

válvula de admisión A se encuentra cerrada y la de descarga B abierta. El

volumen de gas en el cilindro es nulo y la presión existente en este instante es la

mínima presión de trabajo.

En la Fig. 11(b) el émbolo empieza a moverse del punto 1 al 2, la válvula de

admisión se abre permitiendo que entre un volumen de gas a la presión de

succión (P1), hasta que el émbolo llegue al punto 2 en el extremo final de su

carrera. Aquí se puede observar que el volumen total del cilindro es igual al

volumen de gas que lo ocupa.

En la Fig. 11(c) el émbolo empiezan su movimiento hacia el extremo anterior de su

carrera. En este momento se encuentran cerradas las válvulas de admisión y

descarga por lo que el gas empieza ser comprimido, con lo que se reduce su

volumen y por consecuencia la presión aplicada al gas aumenta hasta alcanzar la

presión de descarga (P2). Este proceso a menudo se acerca a un proceso

adiabático o a un proceso isotérmico.

En la Fig. 11(d) al alcanzar la presión (P2) se abrirá la válvula de descarga B. En

este momento el gas será expulsado (con una presión mayor a la que fue

succionado) a medida que el émbolo siga su carrera hasta el punto 1.

A partir del momento que descargue todo el gas y el émbolo termine su carrera se

iniciará otro ciclo.

Diagramas Indicadores.

a) Ideal. EL ciclo anteriormente descrito se representa por medio de un

diagrama indicador, como el mostrado en la Fig. 12 para un compresor de

una sola etapa y espacio muerto nulo.

b) Real. Debido a que ningún compresor puede tener espacio muerto nulo, la

gráfica real, Fig. 13, varía en comparación con la gráfica ideal. Se podrá

observar en la gráfica real que la curva (4-1) se desplaza a la derecha con

respecto a la línea (4-1) de la gráfica ideal; esto es debido al volumen del

espacio muerto que es necesario dejar para evitar que el émbolo al final de

su carrera choque con la cara del cilindro. También es por otro volumen que

no se contabiliza y es el de las válvulas. Debido a esto se puede observar

que la línea (1-2) es más corta en la Fig. 13, con lo que la capacidad ha

disminuido.

Las ondulaciones del diagrama real dibujadas en las líneas de admisión y

descarga representan las caídas de presión en las válvulas de admisión y

descarga, debidas al rozamiento y a la inercia que necesitan vencer para abrirse.

Clasificación.

Un compresor está caracterizado por su relación de compresión y por su caudal.

Se distinguen los tipos siguientes:

a) Compresor de pistones de gran potencia. Se utilizan para comprimir gases

transportados por gasoductos, mezclas gaseosas, gas de altos hornos, etc.,

y son accionados por máquinas de vapor, por grandes motores de gas o

eléctricos. La Fig. 14 muestra un compresor de este tipo.

b) Compresores de pistones de pequeña potencia. Se encuentran hoy en el

mercado compresores de pistones refrigerados por agua, de cilindros en

línea, en los cuales el caudal puede alcanzar hasta 2000 m 3 /h. Para un

caudal mayor se construyen en estrella, en escuadra o en tándem. En la

gama de los compresores de pequeña potencia se encuentran modelos

especiales de pistones secos, máquinas cuya cámara de compresión no

tiene necesidad de ser lubricada con aceite.

c) Compresores de pistones opuestos. En este tipo de compresor, dos

pistones de motor diésel se desplazan frente a frente en una misma camisa

de cilindro, su sincronización está asegurada por un sistema de bielas

apropiado. Los pistones diésel llevan en su extremo posterior los pistones

de compresión, lo que elimina los efectos de inercia de las masas aisladas.

COMPRESORES CENTRIFUGOS

Los compresores centrífugos están constituidos físicamente igual que una bomba

centrífuga y su principio de operación es el mismo. Los compresores centrífugos

manejan aire, o gas fundamentalmente.

Partes fundamentales.

En su forma más simple un compresor centrífugo es una unidad de flujo de gas de

una etapa montada sobre un motor. Tal unidad es mostrada en la Fig. 15. Este

consiste de una tobera de entrada, el impulsor, el difusor, la voluta o carcaza, la

fuente de energía (motor o turbina de vapor, etc.), la flecha, el pasaje que sigue el

gas en su curso y otras partes.

Principio de operación.

Los compresores centrífugos son inherentemente máquinas de alta velocidad y

tienen ventaja para requerimientos de gran capacidad. El gas entra la unidad a

través de la tobera de entrada. De aquí pasa al impulsor con un mínimo de choque

y turbulencia. El impulsor recibe al gas y lo comprime. El impulsor también pone

en movimiento al gas y le da una velocidad un poco menor que la velocidad

máxima del impulsor.

El difusor circunda al impulsor, sirve para reducir gradualmente la velocidad del

gas y convertir la energía de velocidad a un nivel de presión más alto.

Una voluta rodea al difusor y sirve para colectar el gas, además reduce la

velocidad del gas y recupera energía de la velocidad adicional.

La máxima presión de descarga que puede ser obtenida de una unidad de simple

etapa está limitada por el esfuerzo permisible en el impulsor.

También hay compresores centrífugos de dos o más etapas, llamados de

multietapas y éstos se usan cuando se requiere mayor presión. Una configuración

típica se muestra en la Fig. 16.

Curvas características.

a) Ideal. La Fig. 17 es una curva de este tipo, la cual, está determinada por la

forma de los álabes o aspas de salida, ya que éstos conforman el tipo de

flujo en el interior del impulsor. También es modificada por las pérdidas por

fricción, las cuales aumentan como una función de cuadrado del flujo.

b) Real. La curva característica ideal es modificada por otras pérdidas

llamadas de incidencia, éstas son debidas al ángulo de ataque del gas en la

entrada del impulsor. Si este ángulo no coincide con el de las aspas

aparece una componente tangencial de velocidad relativa, la cual produce

una pérdida de carga pero e s despreciada. La Fig. 17 muestra estos dos

tipos de curvas.

Clasificación.

a) Por el tipo de carcaza.

Seccionalizada. Usualmente es de multietapas.

Dividida horizontalmente. Una etapa (doble succión) y multietapas.

Dividida verticalmente. Una etapa (de baja presión con impulsores

montados sobre una flecha de motor, de impulsores montados sobre

una flecha operada por el cojinete del compresor, compresores

elevadores de alta presión) y multietapas, (máquinas especializadas

para un servicio de tipo convencional adaptado al compresor dividido

horizontalmente).

b) Por el tipo de impulsores.

Abiertos.

Semicerrados.

Cerrados.

c) Por el tipo de álabes.

Rectos.

Curvados hacia adelante.

Curvados hacia atrás.

Estas clasificaciones son las más generales. Las hay de otros tipos, pero su

aplicación en la industria petrolera es de poca importancia.

2.2 PARTES Y CONSTRUCCIÓN DE COMPRESORES PARA AIRE

Y

REFRIGERACIÓN.

COMPRESOR DE REFRIGERACIÓN

La misión del compresor es la de aspirar los vapores a baja presión procedentes

del evaporador, a la misma velocidad que se van produciendo y comprimirlos,

disminuyendo así su volumen y aumentando en consecuencia la presión y

temperatura del gas.

El hecho más importante que regula la capacidad de un compresor, es la

temperatura de vaporización del líquido en el evaporador.

Las grandes variaciones de capacidad de un mismo compresor, debidas a los

cambios de temperatura de aspiración son principalmente resultado de la

diferencia de volúmenes específicos que se tienen en el vapor de aspiración a la

entrada del compresor.

A mayor temperatura de vaporización del líquido en el evaporador, mayor será la

presión vaporizante y menor el volumen específico en la aspiración.

Por la diferencia existente en el volumen específico en la aspiración, cada

volumen de vapor comprimido por el compresor, presenta una masa mayor de

refrigerante cuando la temperatura de aspiración es mayor, que cuando la

temperatura de aspiración es menor, o sea, por cada carrera de compresión del

pistón, la masa de refrigerante comprimida aumentará a medida que aumenta la

temperatura de aspiración.

Cuando aumenta la temperatura de vaporización permaneciendo constante la

temperatura de condensación, la relación de compresión disminuye y se mejora el

rendimiento volumétrico, por tanto con una aspiración a temperatura elevada,

además de comprimir una gran masa de refrigerante por unidad de volumen, ese

volumen de vapor comprimido por el compresor, se aumenta debido a que se

mejora el rendimiento volumétrico.

Según la temperatura de evaporación a la que tiene que trabajar la instalación,

requiere que el compresor sea de: Alta Temperatura, Media Temperatura y Baja

Temperatura

Puede resultar peligroso emplear un compresor de alta temperatura con una

temperatura de evaporación baja, ya que el funcionamiento en esas condiciones

correrá el riesgo del insuficiente enfriamiento del motor eléctrico por los vapores

fríos aspirados, dando como resultado el anormal y peligroso calentamiento del

motor a pesar de la débil intensidad absorbida, intensidad que será excesivamente

baja para que accione el protector térmico.

A la inversa, el empleo de un compresor de baja temperatura en alta temperatura

de evaporación motivará a causa de ser insuficiente el motor, una sobrecarga del

mismo con el resultado inmediato de un calentamiento anormal que provocará la

acción intempestiva del protector térmico.

ANÁLISIS DE DAÑOS PRESENTADOS EN COMPRESORES RECIPROCANTES

PARA REFRIGERACIÓN

El único modo de comprender la información siguiente es presentarla tras haber

visto los fundamentos teóricos del ciclo de refrigeración, conocer los aparatos de

medida que permiten concretar el estado de las magnitudes físicas de los fluidos

en distintos puntos del ciclo y aprender todos los elementos que componen una

instalación frigorífica.

El buen funcionamiento de la instalación responde a una serie de criterios o

magnitudes físicas que se mantienen a lo largo del tiempo. Estos criterios se

resumen en la siguiente lista:

Temperatura alcanzada y mantenida en el recinto refrigerado.

Temperatura de vaporización dentro del rango de diseño.

Temperatura de condensación dentro del rango de diseño.

Presión de descarga dentro del rango de diseño.

Sub-enfriamiento normal en el condensador.

Recalentamiento normal en el evaporador.

Diferencias de temperaturas normales en los intercambiadores.

Potencia absorbida por el compresor dentro de los rangos de diseño.

Ningún ruido sospechoso ni vibraciones anormales.

Color del aceite y nivel normales.

Ninguna traza de grasa en el exterior del circuito.

Los otros criterios de buen funcionamiento son los ajustes correctos de los

órganos de seguridad:

Presos tatos de alta presión.

Presos tatos de baja presión.

Presos tatos de aceite (eventual).

Termostato de des-escarche.

Relé térmico de protección de los motores.

Temporizador anti-ciclos cortos.

Las reclamaciones que suelen producirse por un mal funcionamiento de un

sistemade refrigeración se engloban en la relación mostrada a continuación:

• El compresor no arranca.

• El compresor enfría pero con ciclos de funcionamiento muy largos.

• Funcionamiento en continuo del compresor sin que se enfríe el ambiente.

• El compresor realiza ciclos de funcionamiento muy cortos.

• Temperatura demasiado baja en el recinto refrigerado.

• Elevado consumo eléctrico en relación con la potencia cedida al ambiente.

• Se escarcha la línea de aspiración.

• La protección contra sobre corrientes salta con asiduidad.

• Ruidos.

La mayor parte de las averías que se producen en un sistema frigorífico afectan a

lapresión en el lado de baja o de alta y, consecuentemente, a su temperatura.

Es por ello muy importante el conocimiento en todo momento de las presiones a

lasque está trabajando la instalación y su relación con dichas magnitudes de

diseño. Lapresencia de manómetros en los lados de alta y baja presión del

compresor es másque recomendable.

También es necesario poseer en las instalaciones termómetros que permitan

conocerla temperatura del local o materia refrigerada. Todos los elementos de

medida debenser de confianza y para ello los aparatos deben ser calibrados

periódicamente.

La medida de las distintas magnitudes y características físicas fundamentales de

unsistema frigorífico revelan la existencia de problemas y apuntan a los

posiblescausantes de los mismos.

En ocasiones, con la experiencia que aporta el trabajo en instalaciones

derefrigeración y en el caso de las averías más frecuentes, es suficiente con

lossentidos para apreciar la presencia de problemas.

Los principales puntos a controlar son:

• Temperatura del evaporador. El evaporador no suele ser accesible, elmodo de

conocer aproximadamente la temperatura de evaporación esacercando un

termómetro a su superficie. La temperatura así tomada nosuele diferir más de

+5ºC con la temperatura interior.

• Presión de aspiración. El compresor suele estar dotado de manómetros otomas

de presión para poder tener la presión de aspiración en cualquiermomento. Con

dicha presión se puede conocer la temperatura delevaporador (teniendo en cuenta

la pérdida de presión que ocurre en el tramode tubería que une ambos

elementos).

• Temperatura de la cámara o espacio refrigerado.

• Presión de alta. Al igual que en el caso de la presión de aspiración, lainstalación

suele estar dotada de manómetros o tomas de presión en las queintroducir el

manómetro portátil, y con los que se puede conocer la presión ala salida del

compresor.

• Temperaturas de las líneas de aspiración y líquido. Con la temperaturade la línea

de líquido se controla el estado de dicha sustancia en dicho punto.

En condiciones de funcionamiento normal la temperatura de la línea será un poco

superior a la temperatura del aire o agua de refrigeración. Si latemperatura es muy

superior, la línea presenta más gas del debido y es señalde falta de refrigerante o

algún otro defecto de funcionamiento. Si, por elcontrario, la temperatura es más

baja, es signo de que en su interior elrefrigerante está expansionando debido a la

gran pérdida de presión quepresenta el tramo (alguna obstrucción o filtros sucios).

En cuanto a la línea de aspiración, su temperatura debe ser un poco inferiorque la

del ambiente refrigerado. A medida que aumenta dicha diferencia detemperaturas

significa que hay más cantidad de refrigerante en el circuito oque está entrando

refrigerante líquido a través de ella (funcionamientodefectuoso de la válvula de

expansión)

• Ruido de la válvula de expansión. Su funcionamiento suele ser

silencioso,sintiéndose ligeramente el fluir del líquido a su través. Si aparece un

silbidoestá provocado por el paso de refrigerante en estado gaseoso.

• Tiempo de funcionamiento. En los sistemas automáticos, ciclos

defuncionamiento muy cortos o muy largos son prueba de mal funcionamientode

alguna de las partes de la instalación o algún problema en el ambienterefrigerado

(falta de aislamiento, exceso de carga térmica, etc.), y es por ellointeresante el

tomar y conocer los tiempos de funcionamiento del compresory compararlos con

los de diseño. Hay que tener en cuenta que depende degran cantidad de factores

y es inevitable un rango de tiempos defuncionamiento bastante extenso.

• Ruidos. La presencia de ruidos extraños también denota la existencia deaverías.

Hay que concretar al máximo el tipo de ruido del que se trata(golpeteo,

vibraciones, silbidos, etc.) y su procedencia para averiguar lacausa de la avería y

proceder a su reparación.

EL CICLO MECÁNICO DE REFRIGERACIÓN

La refrigeración continua puede lograrse por diferentes procesos. En la

granmayoría de las aplicaciones y casi exclusivamente en las de pequeño

caballaje, elsistema de compresión de vapor, comúnmente llamado ciclo básico de

compresiónse usa para el proceso de refrigeración.

Sin embargo, se han usado exitosamente sistemas de absorción en

diversasaplicaciones.

En equipo mayor se emplean los sistemas centrífugos, que son básicamente

unaadaptación del ciclo de compresión.

Existen dos presiones en el sistema de compresión aparte de la de evaporación

obaja presión y la de condensación o alta presión.

El refrigerante actúa como medio de transporte para mover el calor del evaporador

alcondensador donde es despedido a la atmósfera, o en casos de sistemas

enfriadospor agua, al agua de enfriamiento. Un cambio de estado del líquido a

vapor yviceversa permite al refrigerante absorber y descargar grandes cantidades

de caloren forma eficiente.

El ciclo básico opera de la siguiente forma: el refrigerante líquido de altas

presioneses alimentado del recibidor a través de la tubería del líquido, pasando

por un filtrosecador al instrumento de control que separa el lado de alta presión del

sistema dellado de baja presión. Existen varios instrumentos de control que

pueden emplearse,pero en esta ilustración consideremos únicamente la válvula de

expansión.

La válvula de expansión controla la alimentación de un refrigerante líquido

alevaporador, y por medio de un pequeño orificio reduce la presión del refrigerante

a lade evaporación o de baja presión.

La reducción de presión en el refrigerante líquido provoca que este hierva o

sevaporice hasta que el refrigerante alcanza la temperatura de

saturacióncorrespondiente a la de su presión. Conforme el refrigerante de baja

temperaturapasa a través del evaporador, el calor fluye a través de las tuberías del

evaporadorhacia el refrigerante, haciendo que la acción de ebullición continué

hasta que elrefrigerante se encuentra totalmente vaporizado.

La válvula de expansión regula el flujo a través del evaporador conforme

seanecesario para mantener una diferencia de temperatura determinada a

ciertosobrecalentamiento deseado entre la temperatura de evaporación y el vapor

que saledel evaporador. Conforme la temperatura del gas que sale del evaporador

varía, elbulbo de la válvula de expansión registra esta variación y actúa para

modular laalimentación a través de la válvula de expansión para adaptarse a las

nuevasnecesidades.

El vapor refrigerante que sale del evaporador viaja a través de la línea de

succiónhacia la entrada del compresor. El compresor toma el vapor a baja presión

y locomprime aumentando tanto su presión como su temperatura. El vapor

caliente y aalta presión es bombeado fuera del compresor a través de la válvula de

descargahacia el condensador. Conforme pasa a través del condensador, el gas

de altapresión es enfriado por algún medio externo. En sistemas enfriados por aire

se usageneralmente un intercambiador de calor de refrigerante a agua. Conforme

latemperatura del vapor refrigerante alcanza la temperatura de

saturacióncorrespondiente a la alta presión del condensador, el vapor se

condensa y fluye alrecibido, repitiéndose nuevamente al ciclo.

El proceso de refrigeración es continuo siempre y cuando funcione el compresor.

FIG 1.1: CICLO MECÁNICO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN.

CALOR DE COMPRESION

Cuando se comprime el gas refrigerante en un cilindro de compresor, se aumenta

lapresión y se reduce el volumen. El cambio en presión y en volumen tiende

amantenerse en equilibrio con la ley del gas perfecto, por lo tanto este cambio

noafecta gravemente la temperatura del gas refrigerante; pero se requiere energía

ytrabajo para comprimir el gas refrigerante, y siguiendo la primera ley de

latermodinámica esta energía no puede ser destruida por lo tanto, toda la

energíamecánica necesaria para comprimir el gas es transformada en energía de

calor. Conexcepción de una pequeña fracción de calor total despedido por el

cuerpo delcompresor, toda esta energía es transferida al gas refrigerante.

Esto da lugar a un rápido aumento en la temperatura del gas comprimido

causandoque las válvulas de descarga del compresor siempre se encuentren

sometidas a lastemperaturas más altas existentes en el sistema. El calor de

compresión se definecomo el calor agregado al gas refrigerante que resulta de la

energía y el trabajousado en el compresor.

El calor que debe desechar al condensador, se llama calor de rechazo y consiste

enel total de calor absorbido por el refrigerante por el evaporador, en el compresor

y encualquier calor agregado en el sistema debido a ineficiencias del motor (éste

últimoaplicable únicamente a compresores herméticos y semi-herméticos).

Para moto compresores herméticos y semi-herméticos, el calor de rechazo

ademásdel que produce la carga de refrigeración, puede calcularse

aproximadamente por elcalor equivalente a la electricidad que consume el

compresor.

EFICIENCIA VOLUMETRICA DEL COMPRESOR.

La eficiencia volumétrica se define como la relación del volumen real del

gasrefrigerante bombeado por el compresor al volumen desplazado por los

pistones delcompresor. La eficiencia de un compresor puede variar en una gran

escaladependiendo del compresor y del índice de compresión. El índice de

compresión esla relación que existe entre la presión de entrada al compresor y la

presión de salida.

Este índice de compresión es mejor conocido como la relación de compresión.

Hay dos factores fundamentales que afectan la eficiencia del compresor con

unaumento considerable del índice de compresión.

a) Existe en la parte superior del cilindro, un espacio de tolerancia en el cualel gas

que durante la compresión ahí se aloja, no es bombeado; por loque, entre mayor

sea el índice de compresión más denso se hará el gasque ahí se aloja y ocupara

mayor volumen en el cilindro durante la carrerade descarga del pistón, evitando

así la succión total del gas que el cilindropuede aceptar.

b) A mayor índice de compresión mayor será el calor que se produzca durantela

presión, efectuándose un aumento de temperatura en los cilindros y en lacabeza

del compresor; de ahí que el gas proveniente del evaporador queentra a los

cilindros en la carrera de succión, sea calentado por lasparedes internas de dichos

cilindros, provocando la expansión del gas yreduciéndose el volumen del gas de

entrada a los cilindros delcompresor.

FIG 1.2: CURVAS DE EFICIENCIA VOLUMÉTRICA.

Los compresores de aire acondicionado están generalmente diseñados con

mástolerancia de volumen, por lo tanto, la eficiencia baja mucho más rápidamente

con unaumento en el índice de compresión, mientras que la eficiencia volumétrica

en cadapaso de un compresor de doble paso es similar a las curvas típicas de un

compresorde doble paso tiene una eficiencia relativamente con un limité bastante

amplio delíndice de compresión.

Puesto que el uso de un sub-enfriador de líquido con un compresor de doble

pasopuede aumentar la capacidad enormemente, se ha agregado una línea

punteadaa la figura No. 2 con el objeto de hacer comparaciones.

SISTEMAS DE COMPRESIÓN PARA REFRIGERACIÓN

1. SISTEMAS DE DOBLE ETAPA

Conforme aumenta el índice de compresión, se reduce la eficiencia volumétrica

del compresor y aumenta el calor de compresión. Para aplicaciones a baja

temperatura, la perdida de eficiencia y las temperaturas de descarga

excesivamente altas se convierten en factores críticos por lo que -40°C es la

temperatura de evaporación más baja recomendada para los compresores que

trabajen en el ciclo de compresión de una sola etapa.

Para poder aumentar la eficiencia de operación en bajas temperaturas, la

compresión puede realizarse en dos pasos o etapas. Para la operación en dos

etapas, el índice de compresión de cada etapa será igual a la raíz cuadrada del

índice de compresión total (aproximadamente ¼ del total del índice de compresión

para el limite normal de operación en compresores de dos pasos), por lo que cada

etapa de compresión tendrá entonces un índice de compresión mucho más bajo y

la eficiencia del compresor aumentara grandemente. La temperatura del vapor

refrigerante que sale de la primera etapa o que entra a la segunda, debe ser bien

elegida, debido a que el calor de compresión puede causar el sobrecalentamiento

de los pistones y las válvulas de la segunda etapa. Para evitar daños al compresor

debe inyectarse refrigerante líquido entre las dos etapas para enfriar

correctamente el compresor.

La compresión en dos etapas puede lograrse con el uso de dos compresores,

conectando la descarga de uno de ellos con la succión del segundo; sin embargo;

dada la dificultada de mantener los niveles correctos de aceite en ambos cárters

es más recomendable usar un compresor con cilindros múltiples. Un compresor de

doble paso está diseñado para que el gas de succión sea aspirado directamente

hacia los cilindros del primer paso y después descargado al cilindro o cilindros del

segundo paso. En algunas marcas comerciales de compresores de doble paso, la

proporción de desplazamiento del primer paso al segundo es de 2 a 1. El mayor

volumen de los cilindros del primer paso es necesario por la diferencia en volumen

específico entre el gas de baja presión de entrada al primer paso, y la presión más

o menos alta de entrada al segundo paso.

Las figuras 1.3 Y 1.4 ilustran un compresor típico de dos etapas aplicando a una

instalación de baja temperatura. La refrigeración de dos etapas es efectiva hasta

temperaturas de –62 °C (-80 °F a -90°F). Debajo de estas temperaturas, la

eficiencia decae rápidamente.

FIG. 1.3: SISTEMA DE COMPRESIÓN SIN SUBENFRIADOR DE LÍQUIDO

1) Compresor

2) Separador de Aceite

3) Ensamble Condensador

4) Visor de Aceite

5) Válvula Termostática de Expansión:

5a) Bulbo Sensor de la Válvulade Expansión

5b) Igualador Externo de laVálvula de Expansión

6) Evaporador

7) Acumulador de la Línea de Succión

8) Filtro de línea de la Succión

9) Válvula Solenoide

10) Válvula de Presión

11) Conexión de Baja Presión

12) Conexión de Presión de Entre Capas

13) Conexión de Alta Presión

14) Control de seguridad de la Presión

15) Línea de Descarga

16) Línea de Retorno de Aceite

17) Sub-enfriador de Líquido

L) Primera Etapa

H) Segunda Etapa

FIG 1.4: SISTEMA DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIADDOR DE LÍQUIDO.

1.4.2. SISTEMAS DE TIPO CASCADA

Para poder operar satisfactoriamente a temperaturas de evaporación bajas y

paraaumentar la flexibilidad del sistema diseñado, puede emplearse refrigeración

depaso múltiple, usando sistemas separados con el evaporador de un

sistemaempleado como condensador del segundo, por medio de un

intercambiador decalor. Este tipo de diseño se llama sistema tipo cascada y

permite el uso dediversos refrigerantes en los diferentes sistemas.

Pueden usarse refrigerantes con característica y presiones apropiadas

paratrabajos a temperaturas ultra bajas en la primera etapa del sistema y sistemas

tipo cascada múltiples de 2, 3 o más etapas que hacen posible la refrigeración

acasi cualquier temperatura de evaporación deseada.

Los sistemas tipo cascada compuestos tanto de compresores de un paso comode

compresores de doble paso pueden ser altamente eficientes.

FIG 2.1: PARTES DESMONTADAS DE UN MOTOCOMPRESOR

SEMIEHERMÉTICO COMERCIAL TÍPICO.

COMPRESOR DE AIRE

Máquinas que aspiran aire ambiente y lo comprime hasta conferirle una presión

superior.

También conocidas como generadoras de aire comprimido.

Tipos de Compresores

* A pistón

* Alternativos

* A membrana

* Desplazamiento Fijo

Rotativos

* A tornillo

* Roots

* A paletas

* Desplazamiento Variable Radial

* (turbo-compresores)

* Axial

Compresores a pistón

La compresión se efectúa por el movimiento alternativo de un pistón accionado por

un mecanismo biela-manivela. En la carrera descendente se abre la válvula de

admisión automática y el cilindro se llena de aire para luego en la carrera

ascendente comprimirlo, saliendo así por la válvula de descarga. Una simple etapa

de compresión como la descrita no permitirá obtener presiones elevadas, para ello

será necesario recurrir a dos más etapas de compresión, en donde el aire

comprimido a baja presión de una primera etapa (3 a 4 bar) llamada de baja, es

vuelto a comprimir en otro cilindro en una segunda etapa llamada de alta (de

diámetro más reducido)

Compresores a membrana

Una membrana accionada por una biela montada sobre un eje motor excéntrico;

de este modo se obtendrá un movimiento de vaivén de la membrana con la

consiguiente variación de volumen de la cámara de compresión en donde se

encuentran alojadas las válvulas de admisión y descarga, accionadas

automáticamente por la acción del aire.

Permiten la producción de aire comprimido absolutamente excento de aceite.

COMPRESORES ROTATIVOS

Compresor a paletas

Mutílatelas o de émbolos rotativos. Constan de una carcasa cilíndrica en cuyo

interior va un rotor montado excéntricamente de modo de rozar casi por un lado la

pared de la carcasa formando así del lado opuesto una cámara de trabajo en

forma de media luna. Esta cámara queda dividida en secciones por un conjunto de

paletas deslizantes alojadas en ranuras radiales del rotor.

Al girar este último, el volumen de las secciones varía desde un máximo a un

mínimo, produciéndose la aspiración, compresión y expulsión del aire sin

necesidad de válvula alguna. Su presión es de 8 bar en una sola etapa y de 30 bar

en dos etapas alcanzan una vida útil de 35.000 a 40.000 horas de funcionamiento.

Compresores a tornillo o helicoidales. La compresión es efectuada por dos rotores

helicoidales, uno macho y otro hembra que son prácticamente dos tornillos

engranados entre sí y contenidos en una carcasa dentro de la cual giran.

El macho es un tornillo de 4 entradas y la hembra de 6. El macho cumple

prácticamente la misma función que el pistón en el compresor alternativo y la

hembra la del cilindro. En su rotación los lóbulos del macho se introducen en los

huecos de la hembra desplazando el aire axialmente, disminuyendo su volumen y

por consiguiente aumentando su presión. Los lóbulos se “llenan” de aire por un

lado y descargan por el otro en sentido axial.

Se construyen de 1, 2 o más escalones de compresión y entregan un flujo casi

continuo por lo que las dimensiones del depósito son reducidas, cumpliendo más

bien funciones de colector y separador de aceite que de acumulador. Y se logran

presiones de hasta 25 bar.

TURBOCOMPRESORES

Funcionan bajo el principio de la dinámica de fluidos, en donde el aumento de

presión no se obtiene a través del desplazamiento y reducción de volumen sino

por efectos dinámicos del aire.

COMPRESORES RADIALES

Utilizan el principio de la compresión de aire por fuerza centrífuga y constan de un

rotor centrífugo que gira dentro de una cámara espiral, tomando aire en sentido

axial y arrojándolo a gran velocidad en sentido radial. La fuerza centrífuga que

actúa sobre el aire lo comprime contra la cámara de compresión. Alcanzan

presiones de 8 bar y caudales entre 10.000 y 20.000 m /h. Son máquinas de alta

velocidad 15.000 a 20.000 r.p.m., y aún más.

COMPRESORES AXIALES

Se basan en el principio de la compresión axial y consisten en una serie de

rodetes consecutivos con alabes que comprimen el aire. Se construyen hasta 20

etapas de compresión (20 rodetes). El campo de aplicación de este tipo de

compresor alcanza caudales desde los 200.000 a 500.000 m /h y presiones de 5

bar, raramente usados en neumática industrial.

COMPRESORES SECOS

Cuando el agente comprimido que ha de producir un compresor tiene que quedar

exento de aceite, hay que recurrir a compresores de pistón o de tornillo en los que

ningún aceite de lubricación o sucedáneo entre en contacto con el gas a

comprimir, resolviendo la mencionada necesidad mediante cámaras de

compresión sin lubricante.

El aire sigue estando húmedo, denominándose mejor compresores exentos de

aceite o sin lubricación.

Es imposible conseguir que el aire real y absolutamente exento de aceite, si bien

los compresores secos, teóricamente, producen aire libre de aceite, puesto que

trabajan con cámaras de compresión sin lubricación.

La definición de aire exento de aceite deberá ser: aire al que, por medios

prácticos, se ha eximido de aceite hasta el punto que no se pueden detectar trazas

de aceite en las líneas de aire comprimido.

Compresores roots o soplantes, tiene un amplio campo de aplicación para bajas

presiones. Dentro de un cuerpo de bomba o estator, dos rotores de perfiles

idénticos en forma de ocho, giran a velocidad angular constante, en sentido

inverso el uno del otro. Estas rotaciones están sincronizadas por un juego de

engranajes exteriores, lubricados por baño de aceite, únicamente transportan del

lado de la aspiración al de compresión el volumen de aire aspirado, sin

comprimirlo. El volumen que llega a la boca de salida, todavía con la presión de

aspiración, se junta con el aire ya comprimido que vuelve a la tubería de descarga

y se introduce en la cámara cuyo contenido llega en ese momento a la presión

máxima, siendo descargado seguidamente. Alcanzan presiones de 1,5 bar.

SU CLASIFICACIÓN

Los compresores se pueden clasificar atendiendo al número de etapas y por el

modo de trabajar el pistón.

POR SU NUMERO DE ETAPAS

* Una etapa: disponen de una simple etapa de compresión. Se componen de un

cárter con cigüeñal, pistón y cilindro. Lleva aletas que evacuan el calor por

radiación.

* Dos etapas: el aire es comprimido en dos etapas. En la 1ª etapa (de baja

presión) se comprime hasta una Pi= 2 a 3 bares; y en la segunda (de alta presión),

se comprime hasta una presión de 8 bares. Se refrigera por aire y agua.

POR EL MODO DE TRABAJAR EL PISTÓN

* Simple efecto: se dice que un pistón es de simple efecto cuando trabaja sobre

una sola cara. La cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por sección del

pistón.

* Doble efecto: el pistón es de doble efecto cuando trabaja sobre sus dos caras y

delimita dos cámaras de compresión en el cilindro. Los volúmenes creados por las

dos caras del pistón no son iguales.

* Etapas múltiples o tándem: el pistón es de múltiples etapas si tiene elementos

superpuestos de diámetros diferentes, que se desplazan en Compresores de

Refrigeración

Concepto general del Compresor:

Máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y

vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del

mismo durante su paso a través del compresor. Comparados con turbo soplantes

y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida,

los compresores se clasifican generalmente como máquinas de alta presión,

mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión.

Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de

gases y vapores para un gran número de aplicaciones. Un caso común es el

compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a

pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y

perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el

gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción

de gases, turbinas de gas y construcción.

Máquina frigorífica

Una máquina frigorífica por compresión, tiene por cometido desplazar energía

térmica entre dos puntos. Para lograrlo se evapora un fluido dentro de un recinto

cerrado, el cual tiene un contacto térmico con su entorno; al evaporarse el fluido

líquido cambia de estado, ahora es vapor. Después, un compresor se encarga de

condensarlo de nuevo, aumentando la presión, lo que además produce que

aumente su temperatura, lo que facilita que en otro intercambiador de calor, ceda

calor, enfriándose. El fluido pasa por una válvula de expansión, donde pierde

bruscamente presión, se evapora y se enfría, y se vuelve a repetir el ciclo.

La palabra compresión en este caso es dedicada especialmente al compresor,

entonces para producir frío por compresión se debe a, transformar un líquido a

vapor y volver a prepáralo el mismo vapor a líquido para su futuro evaporación

gracias a la compresión.

Unidades de medida

Hay que distinguir, en la potencia, dos magnitudes: potencia absorbida (en energía

mecánica, sea con motor eléctrico, con motor de explosión o con turbina) y

potencia de enfriamiento o de refrigeración

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la potencia de los equipos

frigoríficos se mide en vatios (W) o en múltiplos de sus unidades.

En el Sistema técnico de unidades se utiliza para la potencia de enfriamiento la

caloría/hora, aceptada en un anexo del SI, aunque a menudo se llama

frigoría/hora que tiene la misma definición que la caloría/hora y la única diferencia

es que se emplea para medir el calor extraído, no el aportado.

En la práctica comercial norteamericana, la potencia de refrigeración se mide en

"toneladas de refrigeración", o en BTUs.

COMPRESORES.

El compresor tiene dos funciones en el ciclo de refrigeración por compresión. En

primer lugar succiona el vapor refrigerante y reduce la presión en el evaporador a

un punto en el que puede ser mantenida la temperatura de evaporación deseada.

En segundo lugar, el compresor eleva la presión del vapor refrigerante a un nivel

lo suficientemente alto, de modo que la temperatura de saturación sea superior a

la del medio de enfriamiento disponible para la condensación del vapor

refrigerante.

Existen los siguientes tipos de compresores para aplicaciones de refrigeración y

aire acondicionado:

• Reciprocantes: tipo abierto, semiherméticos, herméticos

• Rotativos.

• Centrífugos.

De los tipos de compresores mencionaremos dos con más énfasis

• Herméticos (reciprocantes)

• Scroll (Espirales)

COMPRESORES RECIPROCANTES.

El diseño de este tipo de compresores es similar a un motor de automóvil

moderno, con un pistón accionado por un cigüeñal que realiza carreras alternas de

succión y compresión en un cilindro provisto con válvulas de succión y descarga.

Debido a que el compresor reciprocante es una bomba de desplazamiento

positivo, resulta apropiado para volúmenes de desplazamiento reducido, y es muy

eficaz a presiones de condensación elevada y en altas relaciones de compresión.

Ventajas:

Adaptabilidad a diferentes refrigerantes

Facilidad con que permite el desplazamiento de líquido a través de tuberías dada

la alta presión creada por el compresor.

Durabilidad

Sencillez de su diseño

Costo relativamente bajo

COMPRESORES DE TIPO ABIERTO

Los primeros modelos de compresores de refrigeración fueron de este tipo. Con

los pistones y cilindros sellados en el interior de un Cárter y un cigüeñal

extendiéndose a través del cuerpo hacia afuera para ser accionado por alguna

fuerza externa. Tiene un sello en torno del cigüeñal que evita la pérdida de

refrigerante y aceite del compresor.

Desventajas:

Mayor peso

Costo superior

Mayor tamaño

Vulnerabilidad a fallas de los sellos

Difícil alineación del cigüeñal

Ruido excesivo

Corta vida de las bandas o componentes de acción directa

Este compresor ha sido reemplazado por la moto-compresor de tipo

semiherméticos y hermético, y su uso continua disminuyendo a excepción de

aplicaciones especializadas como es el acondicionamiento de aire para

automóviles.

MOTO-COMPRESORES SEMIHERMÉTICOS

Este tipo de compresores fue iniciado por Copeland y es utilizado ampliamente en

los populares modelos Copelametic. El compresor es accionado por un motor

eléctrico montado directamente en el cigüeñal del compresor, con todas sus

partes, tanto del motor como del compresor, herméticamente selladas en el interior

de una cubierta común.

Se eliminan los trastornos del sello, los motores pueden calcularse

específicamente para la carga que han de accionar, y el diseño resultante es

compacto, económico, eficiente y básicamente no requiere mantenimiento. Las

cabezas cubiertas del estator, placas del fondo y cubiertas de Carter son

desmontables permitiendo el acceso para sencillas reparaciones en el caso de

que se deteriore el compresor.

COMPRESORES RECIPROCANTES: HERMÉTICOS.

Este compresor es apropiado para volúmenes de desplazamiento reducido y

eficaz para presiones de condensación elevada y en altas relaciones de

compresión.

Otras ventajas son su adaptabilidad a diferentes refrigerantes, la facilidad con que

permite el desplazamiento de líquido a través de tuberías dada la elevada presión

creada por el compresor, su durabilidad, la sencillez de su diseño y un costo

relativamente bajo. Es un equipo de baja potencia, un motor eléctrico se encuentra

montado directamente en el cigüeñal del compresor pero el cuerpo es una carcasa

metálica herméticamente sellada con soldadura.

Funcionamiento del compresor.

Cuando el pistón se mueve hacia abajo en la carrera de succión se reduce la

presión en el cilindro. Cuando la presión del cilindro es menor que la de la línea de

gas la diferencia de presión abre la válvula de succión para recibir el refrigerante

vaporizado a que fluya al interior del cilindro.

Cuando el pistón alcanza el fin de su carrera de succión e inicia la compresión,

aumentando la presión y cerrando la válvula de succión.

Cuando la presión en el cilindro excede la presión existente en la línea de

descarga del compresor, se abre la válvula de descarga y el gas comprimido fluye

hacia la tubería de descarga y al condensador.

Cuando el pistón inicia su carrera nuevamente de succión, se reduce la presión en

el cilindro cerrando las válvulas de descarga, a consecuencia de la presión en el

condensador y del tubo de descarga, repitiéndose de esta forma el ciclo.

Durante cada revolución del cigüeñal se producen dos tiempos: succión y

compresión.

Válvulas de succión y descarga. La mayoría de las válvulas del compresor

reciprocantes son del tipo de lengüeta y deben asentar adecuadamente para evitar

fugas.

La corrosión y partículas extrañas en la válvula producen este tipo de fugas.

Desplazamiento del compresor. El desplazamiento de un compresor reciprocantes

es el volumen desplazado por los pistones.

Las unidades en que se expresa el volumen es en: metros cúbicos por hora

(MCH), pies cúbicos por hora, pulgadas cúbicas por revolución o pies cúbicos por

minuto.

Lubricación. La lubricación del compresor se realiza por medio de una bomba la

cual es la encargada de llevar aceite a través de un orificio del cigüeñal a los

cojinetes del compresor y bielas. Una válvula de alivio sirve como dispositivo de

descarga de presión, permitiendo que el aceite pase directamente al cárter si su

presión es mayor que la del ajuste de esta válvula.

En algunos compresores la bomba está conectada directamente al cárter del

compresor, la presión de entrada a la bomba será siempre la del cárter y la

presión de salida será la suma de la presión del cárter más la presión de la bomba

de aceite. Por consiguiente, la presión neta de la bomba será la presión de salida

de bomba menos la presión del cárter. Cuando el compresor funciona con la

presión de succión en vacío, la presión del cárter es negativa y debe ser añadida a

la presión de salida de la bomba para determinar la presión neta de ésta.

2.3 Capacidades, eficiencia y selección de

compresores

CAPACIDAD DE UNA BOMBA

• Es la capacidad que tiene una bomba para transportar un fluido de un lugar a

otro en determinado tiempo. La capacidad de caudal de una bomba centrífuga

depende también de 3 factores:

• Diseño de la bomba

• Diámetro del impulsor

• Velocidad de la bomba

• Diámetro del impulsor

Un cambio en el tamaño del diámetro del impulsor o de la velocidad del eje afecta

al flujo volumétrico o a la velocidad al primer orden; la presión estática al segundo

orden; y la potencia eléctrica del motor de la bomba al tercer orden.

Ley 1. Diámetro del impulsor (D) constante:

Ley 1a. El flujo es proporcional a la velocidad del eje:

Ley 1b. La presión estática es proporcional al cuadrado de la velocidad del eje:

Ley 1c. La potencia eléctrica absorbida por el motor de la bomba es proporcional

al cubo de la velocidad del eje:

Ley 2 2. Velocidad de eje (N) constante:

ley 2a. El flujo es proporcional al diámetro del impulsor:

Ley 2b. La presión estáticaes proporcional al cuadrado del diámetro del impulsor:

Ley 2c. La potencia eléctrica absorbida por el motor de la bomba es proporcional

al cubo del diámetro del impulsor:

donde

es el flujo volumétrico (e.g. CFM, GPM or L/s),

es el diámetro del impulsor (e.g. in or mm),

es la velocidad del eje (e.g. rpm),

es la presión estática de la bomba (e.g. ft or m), y

es la potencia absorbida por el motor de la bomba (e.g. W).

Esta ley presupone que la eficiencia de la bomba o ventilador permanece

constante, es decir, . Tratándose de bombas, las leyes funcionan bien en los

casos en que el diámetro del impulsor sea constante y la velocidad sea variable (Ley 1),

pero se ajustan menos a la realidad cuando se trata de los casos en que la velocidad

sea constante y el diámetro del impulsor sea variable (Ley 2).

• Velocidad de la bomba

Las bombas centrífugas siguen unas relaciones fundamentales cuando se las

hace funcionar a distintas velocidades, que son como siguen:

• El caudal (Q) que eleva una bomba, aumenta o disminuye proporcionalmente al

aumento o disminución de la velocidad (n).

• La altura manométrica (H) aumenta o disminuye como el cuadrado de la

velocidad. • La potencia absorbida (CV) aumenta o disminuye como el cubo de la

velocidad. 1 n1 n Q Q = 2 1 2 1 n n H H = 3 1 3 1 n n CV CV = OBSERVACIONES

En aquellos casos en que se desee aumentar la velocidad en una bomba, es

aconsejable consultar previamente con el fabricante, ya que el aumento de la

velocidad puede estar limitado por los motivos siguientes:

• Resistencia mecánica del eje y rodamientos, ya que la potencia aumenta

. • Resistencia a la presión del cuerpo de la bomba, ya que igualmente aumenta la

presión

. • Modificación del poder de aspiración de la bomba, ya que el mismo no se

mantiene proporcionalmente al aumento del caudal.

Eficiencia

De acuerdo con la forma de sus rotores (impulsores), las bombas rotodinámicas se clasifican en:

q Bombas centrífugas (flujo radial)

q Bombas de flujo axial

q Bombas de flujo mixto

Para la misma potencia de entrada y para igual eficiencia, las bombas centrífugas se caracterizan por presentar una presión relativamente alta con un caudal relativamente bajo, las bombas de flujo axial generan un caudal alto con una baja presión y las de flujo mixto tienen características que se ubican en un rango intermedio con respecto a los casos anteriores.

Para todos es claro que las maquinas que transforman la energía no son 100% eficientes, de aquí nace él termino EFICIENCIA, ya que para una maquina la potencia de entrada no es la misma que la potencia de salida.

Teniendo en cuenta lo anterior, sabemos que si la energía que entra no es igual a la que sale es porque en alguna parte hubo una perdida energética. Estas pueden ser:

q Perdidas de potencia hidráulicas (Ph)

q Perdidas de potencia volumétricas (Pv)

q Perdidas de potencia mecánicas (Pm)

Pérdidas de potencia hidráulicas

Estas disminuyen la energía útil que la bomba comunica al fluido y consiguientemente, la altura útil. Se producen por el rozamiento del fluido con las paredes de la bomba o de las partículas del fluido entre sí. Además se generan pérdidas hidráulicas por cambios de dirección y por toda forma difícil al flujo. Esta se expresa de la siguiente forma:

Ph = g * Q * Hint

Donde Hint son las perdidas de altura total hidráulica.

Pérdidas de potencia volumétricas

Se denominan también perdidas intersticiales y son perdidas de caudal que se dividen en dos clases:

q Perdidas exteriores (qe)

q Perdidas interiores (qi)

Las primeras constituyen una salpicadura de fluido al exterior, que se escapa por el juego entre la carcasa y el eje de la bomba que la atraviesa.

Las interiores son las más importantes y reducen considerablemente el rendimiento volumétrico de algunas bombas. Estas perdidas se explican de la siguiente forma: a la salida del rodete de una bomba hay mas presión que a la entrada, luego parte del fluido, en vez de seguir a la caja espiral, retrocederá por el conducto que forma el juego del rodete con la carcasa, a la entrada de este, para volver a ser impulsado por la bomba. Este caudal, también llamado caudal de cortocircuito o de reticulación, absorbe energía del rodete.

Pérdidas de potencia mecánicas

Estas se originan principalmente por las siguientes causas:

Ø Rozamiento del prensaestopas con el eje de la maquina

Ø Accionamiento de auxiliares (bomba de engranajes para lubricación, cuenta revoluciones)

Ø Rozamiento de la pared exterior del rodete con la masa fluida que lo rodea.

Después de conocer la forma de “perdidas energéticas” que se producen en las bombas podemos entrar a conocer los tipos de eficiencia para cada tipo de perdidas.

Eficiencia hidráulica

Esta tiene en cuenta las perdidas de altura total, Hint y Hu, donde Hint son las perdidas de altura total hidráulicas y Hu = Htotal – Hint, luego la eficiencia hidráulica esta dada por la siguiente ecuación:

hh = Hu/Htotal

Eficiencia volumétrica

Esta tiene en cuenta las perdidas volumétricas y se expresa como:

hv = Q/(Q+qe+qi)

donde Q es el caudal útil impulsado por la bomba y (Q+qe+qi) es el caudal teórico o caudal bombeado por el rodete

Eficiencia interna

Tiene en cuenta todas las perdidas internas, o sea, las hidráulicas y las volumétricas, y engloba las eficiencias hidráulicas y volumétricas:

hi = Pu/Pi

donde Pu es la potencia útil, la cual será en impulsar el caudal útil a la altura útil

Pu = g * Q * Hu

Pi es la potencia interna, o sea, la potencia suministrada al fluido menos las perdidas mecánicas (Pm)

Pi = Pa – Pm

Después de realizar algunos cálculos algebraicos tenemos que la ecuación para la eficiencia interna es la siguiente:

hi = hh * hv

Eficiencia total

Esta tiene en cuenta todas las perdidas en la bomba, y su valor es:

ht = Pu/Pa

Donde Pu es la potencia útil y Pa es la potencia de accionamiento.

ht = hb * hv * hm

Selección de compresores:

ECUACIONES PARA EL DISEÑO DE COMPRESORES.

El diseño de compresores está basado en la aplicación de la primera y segunda ley de la

termodinámica. El balance de energía es tal que lo cambios en energía cinética y potencial son

despreciables, así como las perdidas de carga, con lo que queda: − = W h2 1 − h donde: −W :

Trabajo del compresor (kJ/kg) h : Entalpía de descarga 2 h : Entalpía de entrada 1 Para calcular es

necesario conocer el modelo de la compresión, ya que el trabajo de compresión del gas responde

a la ecuación: h2 W VdP P P = ∫ 1 2 P V• • = = P V cte 1 1 En función del modelo de compresión

tendremos un punto final diferente, así tenemos transformación isotérmica (T= cte) donde: W VdP

P PPPP = = ∫ ∫ 1 2 1 2 1 1V dP P nRT P P = 2 1

REDES DE AIRE COMPRIMIDO, DISEÑO Y REGULARIZACION DE

PRESION

1. DISEÑO DE UNA RED DE AIRE

2. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE ACCESORIOS 3. PREPARACIÓN Y TRATAMIENTO DEL AIRE 4. ERRORES Y RECOMENDACIONES 5. BIBLIOGRAFÍA

LISTA DE FIGURAS 1. Figura 1. Componentes de una red de aire comprimido 2. Figura 2. Cuestionarios de ayuda para el diseño de una red de aire comprimido 3. Figura 3 Posibles configuraciones de las redes de aire 4. Figura 4. Configuración abierta y su inclinación

5. Figura 5. Dirección del flujo en una red cerrada para una demanda característica

6. Figura 6. Configuración Cerrada y su ausencia de inclinación 7. Figura 7. Inclinación en una red de aire 8. Figura 8 Ejemplo de una red y sus accesorios 9. Figura 9 Postenfriadores Aire-Aire 10. Figura 10 Postenfriador Aire-Agua 11. Figura 11. Válvulas de Drenaje Automático 12. Figura 12 Filtros 13. Figura 13 Secadores Refrigerados 14. Figura 14. Unidad de Matenimiento 15. Figura 15 Características del punto de rocío 16. Figura 16 Secado por absorción 17. Figura 17 Secado por adsorción Figura 18 secadores Ingersoll-Rand 18. Figura 19 Secado por enfriamiento Figura 20 secadora Ingersoll-Rand 19. Figura 21 elementos del cuarto de maquinas en una red de aire comprimido

LISTA DE TABLAS 1. Tabla 1. Consumos de diferentes dispositivos neumáticos 2. Tabla 2. Pérdida de presión de algunos dispositivos 3. Tabla 3 diagnostico de las líneas de distribución de aire

DISEÑO DE UNA RED DE AIRE

1. 1. DISPOSITIVOS

2. DESCRIPCIÓN DE UNA RED

En general una red de aire comprimido de cualquier industria cuenta con los siguientes 7 dispositivos mostrados en la Figura 1. 1. Filtro del compresor: Este dispositivo es utilizado para eliminar las impurezas

del aire antes de la compresión con el fin de proteger al compresor y evitar el ingreso de contaminantes al sistema.

2. Compresor: Es el encargado de convertir la energía mecánica, en energía neumática comprimiendo el aire. La conexión del compresor a la red debe ser flexible para evitar la transmisión de vibraciones debidas al funcionamiento del mismo.

3. Postenfriador: Es el encargado de eliminar gran parte del agua que se encuentra naturalmente dentro del aire en forma de humedad.

4. Tanque de almacenamiento: Almacena energía neumática y permite el asentamiento de partículas y humedad.

5. Filtros de línea: Se encargan de purificar el aire hasta una calidad adecuada para el promedio de aplicaciones conectadas a la red.

6. Secadores: Se utilizan para aplicaciones que requieren un aire supremamente seco.

7. Aplicaciones con sus purgas, unidades de mantenimiento (Filtro, reguladores de presión y lubricador) y secadores adicionales.

Figura 1. Componentes de una red de aire comprimido Los elementos 1, 2, 3, 4 y 5 se ubican en la tubería principal. Su presencia es obligatoria en todas las redes de aire comprimido. El 6 puede ubicarse en las tuberías secundarias y el 7 se instala en la tubería de servicio que alimenta las diferentes aplicaciones. 1. Es la línea que sale del conjunto de compresores y conduce todo el aire que

consume la planta. Debe tener la mayor sección posible para evitar pérdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la red con su consecuente aumento de caudal. La velocidad máxima del aire en la tubería principal es

de . 2. TUBERÍA PRINCIPAL

Se derivan de la tubería principal para conectarse con las tuberías de servicio. El caudal que por allí circula es el asociado a los elementos alimentados exclusivamente por esta tubería. También en su diseño se debe prever posibles ampliaciones en el futuro. La velocidad del aire en ellas no debe

superar . 3. TUBERÍAS SECUNDARIAS 4. TUBERÍAS DE SERVICIO

Son las que surten en sí los equipos neumáticos. En sus extremos tienen conectores rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento. Debe procurarse no sobre pasar de tres el número de equipos alimentados por una tubería de servicio. Con el fin de evitar obstrucciones se recomiendan diámetros mayores de ½" en la tubería. Puesto que generalmente son segmentos cortos las pérdidas son bajas y por tanto la velocidad del aire en las tuberías de servicio

puede llegar hasta . 1. En la mayoría de las instalaciones el "Aire Comprimido" se considera como

una Fuente de Energía comparable a la electricidad, el gas y el agua. En general es utilizado para el manejo de equipos de planta y

para instrumentación. En ambos casos la presión de la red es entre 6 y 7 . 1. El uso del aire comprimido en equipos de planta hace referencia a

dispositivos robustos como taladros, pulidores, motortools, elevadores, motores y otros. En este caso el aire debe tener una calidad

aceptable de humedad e impurezas. El consumo de aire de estos dispositivos de muestra en la Tabla 1.

Dispositivo

Consumo ( )

Elevadores neumáticos 0.5-5.0 Ton 70-200

Taladros 12-80

Grinders 20-85

Wrenches 30-50

Pistolas 20

SandBlasting 70-115

2. Tabla 1. Consumos de diferentes dispositivos neumáticos 3. 4. EQUIPOS DE PLANTA 5. INSTRUMENTACIÓN

Algunas empresas fuera de usar el aire comprimido en dispositivos robustos también lo usan para actuadores de precisión y pequeños motores neumáticos. Estos equipos tienen una función de control de procesos mas que de potencia como en un taladro. Debido a la precisión de sus componentes, el aire comprimido usado en ellos ha de tener una calidad superior a la usada en un equipo robusto. Por ejemplo, el aire ha de tener un contenido de humedad tan bajo que su punto de rocío sea siempre superior a la menor temperatura en cualquier lugar de la red con el fin de evitar la presencia de condensados. Además, las impurezas del aire deberán ser menores que 0.1g/Nm3 y hasta un

tamaño de 3 .

2. USOS DEL AIRE COMPRIMIDO 1. PARÁMETROS

3. LA RED DE AIRE COMPRIMIDO

Al iniciar el proceso de diseño de una instalación de aire comprimido se deben investigar todas las aplicaciones que se usarán y su ubicación en la planta. Con la ayuda de un cuestionario como el de la Figura 2

Figura 2. Cuestionarios de ayuda para el diseño de una red de aire comprimido

Presión: Se debe estimar la presión a la cual se desea trabajar para establecer el funcionamiento del compresor y de la red. Generalmente una red industrial de aire

comprimido tiene presiones de 6 y 7 . Caudal: El caudal de la red deberá ser diseñado con base en la demanda. Los

dispositivos neumáticos traen en sus catálogos métodos para estimar su consumo y obtener valores como los mostrados en la Tabla 1.

Pérdida de presión: Los componentes de una red de aire comprimido como codos, t´s, cambios de sección, unidades de mantenimiento, y otras se oponen al flujo generando pérdidas de presión. Garantizar que las pérdidas estén en los límites permisibles es una labor esencial del diseño. Algunos valores son mostrados en la Tabla 2.

Refrigerador posterior de agua 0,09 bar

Refrigerador posterior de aire 0,09 bar

Secador frigorífico 0,20 bar

Secador adsorción 0,30 bar

Separadores cerámicos 0,10 bar

Red de tuberías 0,14 bar

Filtros en general 0,15 bar

Tabla 2. Pérdida de presión de algunos dispositivos

Velocidad de circulación: Esta velocidad debe controlarse puesto que su aumento produce mayores pérdidas de presión.

1. Todo movimiento de un fluido por una tubería produce una pérdida de presión debido a su rugosidad y diámetro asociado. La selección de los diámetros de las tuberías de una red de aire se determina según los principios de la mecánica de fluidos y para ello se utilizan ecuaciones y diagramas. Esta información no se expone en este trabajo pero puede ser consultada por el lector en cualquier libro de diseño de redes. El material mas usado en las tuberías de aire es el acero. Debe evitarse utilizar tuberías soldadas puesto que aumentan la posibilidad de fugas, mas bien se recomiendan las tuberías estiradas. Actualmente en el mercado se encuentra un nuevo tipo de tuberías en acero anodizado que, aunque mas costosas, tienen una mayor duración que las de acero. La identificación es una parte importante del mantenimiento. Según la norma UNE 1063 las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de azul moderado UNE 48 103. En general la tubería de una red no necesita mantenimiento fuera de la corrección de fugas que se producen mas en las conexiones que en la tubería en sí. En caso que la tubería presenta obstrucción por material particulado debe limpiarse o reemplazarse aunque esto no es común en las empresas.

2. TUBERÍA 3. CONFIGURACIÓN

Existen varias posibles configuraciones de una red de aire comprimido tal como se muestra en la Figura 3. En una red de aire el factor mas esencial de todos es la distribución de agua en la red puesto que los datos de pérdidas, velocidad, presión y otros pueden ser calculados matemáticamente sin mayor dificultad. En cambio las zonas de acumulación de agua en una red han de ser detectadas por la pericia del ingeniero.

Figura 3 Posibles configuraciones de las redes de aire

Red abierta: Se constituye por una sola línea principal de la cual se desprenden las secundarias y las de servicio tal como se muestra en la Figura 3 (sup.). La poca inversión inicial necesaria de esta configuración constituye su principal ventaja. Además, en la red pueden implementarse inclinaciones para la evacuación de condensados tal como se muestra en la Figura 4. La principal desventaja de este tipo de redes es su mantenimiento. Ante una reparación es posible que se detenga el suministro de aire "aguas abajo" del punto de corte lo que implica una detención de la producción.

Figura 4. Configuración abierta y su inclinación

Red Cerrada: En esta configuración la línea principal constituye un anillo tal como se muestra en la Figura 3 (medio). La inversión inicial de este tipo de red es mayor que si fuera abierta. Sin embargo con ella se facilitan las labores de mantenimiento de manera importante puesto que ciertas partes de ella pueden ser aisladas sin afectar la producción. Una desventaja importante de este sistema es la falta de dirección constante del flujo. La dirección del flujo en algún punto de la red dependerá de las demandas puntuales y por tanto el flujo de aire cambiará de dirección dependiendo del consumo tal como se muestra en la Figura 5. El problema de estos cambios radica en que la mayoría de accesorios de una red (p. ej. Filtros) son diseñados con una entrada y una salida. Por tanto un cambio en el sentido de flujo los inutilizaría.

Figura 5. Dirección del flujo en una red cerrada para una demanda característica Cabe anotar que otro defecto de la red cerrada es la dificultad de eliminar los condensados debido a la ausencia de inclinaciones tal como se muestra en la. Esto hace necesario implementar un sistema de secado mas estricto en el sistema. Al contrario de lo pensado, Carnicer expone que en dichos sistemas las caídas de presión no disminuyen. Por tanto la principal razón para implementar redes cerradas es por su buen mantenimiento.

Figura 6. Configuración Cerrada y su ausencia de inclinación

Red interconectada: Esta configuración es igual a la cerrada pero con la implementación de bypass entre las líneas principales tal como se muestra en la Figura 3 (inf.). Este sistema presenta un excelente desempeño frente al mantenimiento pero requiere la inversión inicial mas alta. Además, la red interconectada presenta los mismos problemas que la cerrada.

1. INCLINACIÓN

En las redes abiertas se debe permitir una leve inclinación de la red en el sentido de flujo del aire. Esto con el fin facilitar la extracción de los condensados. Dicha

inclinación puede ser de un 2% como se ilustra en la Figura 7. Al final debe instalarse una válvula de purga. Para ver este gráfico obtener la version completa desde el menú superior Figura 7. Inclinación en una red de aire 1. DISEÑO DE LA RED

La primera labor de diseño de una red de aire comprimido es levanta u obtener un plano de la planta donde claramente se ubiquen los puntos de demanda de aire anotando su consumo y presión requeridas. También identificar el lugar de emplazamiento de la batería de compresores. Es importante realizar una buena labor puesto que una vez establecida la distribución esta influirá en las futuras ampliaciones y mantenimiento de la red. Para el diseño de la red se recomiendan las siguientes observaciones: 1. Diseñar la red con base en la arquitectura del edificio y de los requerimientos

de aire. 2. Procurar que la tubería sea lo mas recta posible con el fin de disminuir la

longitud de tubería, número de codos, t´s, y cambios de sección que aumentan la pérdida de presión en el sistema.

3. La tubería siempre deber ir instalada aéreamente. Puede sostenerse de techos y paredes. Esto con el fin de facilitar la instalación de accesorios, puntos de drenaje, futuras ampliaciones, fácil inspección y accesibilidad para el mantenimiento. Una tubería enterrada no es práctica, dificulta el mantenimiento e impide la evacuación de condensados.

4. La tubería no debe entrar en contacto con los cables eléctricos y así evitar accidentes.

5. En la instalación de la red deberá tenerse en cuenta cierta libertad para que la tubería se expanda o contraiga ante variaciones de la temperatura. Si esto no se garantiza es posible que se presentes "combas" con su respectiva acumulación de agua.

6. Antes de implementar extensiones o nuevas demandas de aire en la red debe verificarse que los diámetros de la tubería si soportan el nuevo caudal.

7. Un buen diámetro de la tubería principal evita problemas ante una ampliación de la red. La línea principal deberá tener una leve inclinación en el sentido de flujo del aire para instalar sitios de evacuación de condensados.

8. Para el mantenimiento es esencial que se ubiquen llaves de paso frecuentemente en la red. Con esto se evita detener el suministro de aire en la red cuando se hagan reparaciones de fugas o nuevas instalaciones.

9. Todo cambio brusco de dirección o inclinación es un sitio de acumulación de condensados. Allí se deben ubicar válvulas de evacuación.

10. Las conexiones de tuberías de servicio o bajantes deben hacerse desde la parte superior de la tubería secundaria para evitar el descenso de agua por gravedad hasta los equipos neumáticos y su deterioro asociado. Un ejemplo de dicha conexión se muestra en la Figura 7.

1.

2. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE ACCESORIOS

El propósito de los accesorios (Figura 8) es mejorar la calidad del aire comprimido entregado por el compresor para adaptar este a las condiciones específicas de cada operación, algunos accesorios también se utilizan para la regulación de caudal y presión, lubricación de los equipos a instalar en la red o simplemente para cambios de direcciones en la red y paso o no de fluido dependiendo de la aplicación. Tener aire comprimido de buena calidad es importante para asegurar una larga vida útil de los equipos neumáticos y unos óptimos resultados en los procesos que requieren dicho servicio. Las características mas importantes a tener en cuenta son:

La cantidad de aceite que contiene el aire La cantidad de agua presente en el mismo El punto de rocío Cantidad de partículas extrañas contenidas en el aire

Figura 8 Ejemplo de una red y sus accesorios 1. El objetivo de este accesorio es disminuir la temperatura del aire luego de la

compresión, ya que el aire luego de ser comprimido quede 100% saturado, al tener lugar una disminución brusca de temperatura se presentaran condensados, por lo cual podemos decir que este equipo sirve también para disminuir la cantidad de agua contenida en el aire; esto implica que siempre que se utilice un postenfriador es necesario instalar algún medio para retirar los condensados que este genera, tales como separadores centrífugos ( separadores de mezcla ) Esencialmente un postenfriador es un intercambiador de calor en el cual el elemento qu e pierde calor es el aire comprimidos, mientras que el mdio que lo gana es algun refrigerante, usualmente aire o agua.

Existen muchas formas posibles para un postenfriador, las mas comunes son concha y tubo, tubos aleteados y radiadores. 1. En lugares donde el aire tiene alta presencia de contaminantes, la

utilización de este equipo es cuestionable, ya que aunque el fluido de trabajo es gratuito (menor costo de operación), la cantidad de mantenimiento aumenta los costos.

Figura 9 Postenfriadores Aire-Aire

2. POSTENFRIADORES AIRE-AIRE 3. POSTENFRIADORES AIRE-AGUA

Tiene alta eficiencia, menor necesidad de espacio y mayor costo de operación por el fluido de trabajo y la instalación.

Figura 10 Postenfriador Aire-Agua

2. POSTENFRIADORES

Siempre se instala después del postenfriador, el objetivo del separador es retirar el agua que se ha condensado del proceso de enfriamiento del aire. Básicamente consiste en un recipiente cilíndrico que va colocado verticalmente, en su interior tiene un balde que deflecta la corriente de aire, haciendo que este sufra un proceso de centrifugación, por lo cual las gotas de agua que son mas pesadas que el aire se adhieren a las paredes del recipiente, para luego caer al fondo de este por efecto de la gravedad, dicha agua será finalmente retirada mediante una trampa de drenaje automático.

3. SEPARADOR CENTRÍFUGO

Las válvulas de drenaje automático deben ir en sitios donde exista la necesidad de desalojar condensados, por ejemplo filtros, separadores centrífugos, piernas de drenaje, tanque etc. La función de estas consiste en

abrirse cada cierto tiempo para comunicar el sitio donde existe el condensado con el exterior, permitiendo que este sea desalojado:

Figura 11. Válvulas de Drenaje Automático 1. Funcionan por principios mecánicos y no requieren ningún tipo de energía

exterior. Tiene la desventaja que el tiempo de ciclado es relativamente aleatorio no habiendo ningún control sobre el tiempo que la válvula permanezca abierta y permitiendo que se deposite una capa sobre la válvula haciendo que esta pierda sensibilidad hasta que se bloquea Mantenimiento Como consecuencia de la perdida de sensibilidad por depósitos este tipo de válvulas requiere mantenimiento periódico.

2. VÁLVULAS DE DRENAJE AUTOMÁTICO MECÁNICO

Consiste en un flotador de forma esférica instalado en la base de la misma. Que por la acción de la acumulación de condensado es desplazado hacia arriba, hasta llegar a un punto tal que ocasiona la apertura de una válvula mecánica permitiendo la salida del condensado; al salir cierta cantidad de condensado, el flotador se desplaza hacia abajo cerrando la válvula mecánica. Este ciclo se produce continuamente. Mantenimiento Este tipo de válvula de drenaje automático es menos susceptible de sufrir problemas por acumulación de contaminantes que la válvula de flotador, y como consecuencia el mantenimiento es menos frecuente.

3. VÁLVULAS DE DRENAJE AUTOMÁTICO DE FLOTADOR 4. VÁLVULAS DE DRENAJE AUTOMÁTICO ELECTRÓNICA

Este tipo de válvulas opera mediante un solenoide, la cual es controlada por un temporizador que determina exactamente los intervalos de apertura y la duración de los mismos. Mantenimiento Es muy confiable y prácticamente libre de mantenimiento.

4. VÁLVULAS DE DRENAJE AUTOMÁTICO

El propósito de los filtros de aire comprimido es suministrar aire libre de contaminantes a los diferentes puntos de aplicación. Contaminantes tales como agua, aceite, polvo, partículas sólidas, neblinas, olores, sabores y vapores, pueden atacar su sistema. Mantenimiento: A continuación se ilustran los pasos que deben realizarse cada 6 meses a un filtro. Primero, purgar los sedimentos y condensados abriendo convenientemente el grifo de la parte inferior del depósito y luego eliminar la presión de aire en la instalación. Desmóntese después el depósito y el elemento filtrante. Límpiese el elemento filtrante con agua jabonosa si es de nylon, tela o bronce sinterizado. Límpiese el vaso de depósito y los conductos del cuerpo con parafina o con soluciones poco concentradas de disolvente. Se deben inspeccionar las juntas y remplazarse por otras nuevas en caso de que estén malas. 1. Estos filtros están diseñados para retener partículas sólidas, interceptando

las mismas mediante un elemento filtrante que puede ser de diversos materiales: Papel, rejillas metálicas, mallas de nylon, espumas, etc. Mantenimiento Dichos elementos son recambiables y deben ser remplazados periódicamente puesto que se van saturando y ocasionan altas perdidas de presión.

Filtro de Partículas

Filtros Coalescentes

Filtros de Carbón Activado

Figura 12 Filtros

2. FILTROS DE PARTÍCULAS

El propósito de estos retener lubricantes, emulsiones y neblinas, mediante el principio de coalescencia, el cual consiste básicamente en tener una red aleatoria de fibras, la cual ante el paso de aire, produce formación de gotas alrededor de las fibras, cayendo luego estas a un recipiente de acumulación por efecto de gravedad. Como consecuencia del diseño del filtro pueden retenerse partículas sólidas incluso de menor tamaño que las retenidas por un filtro de partículas, por esto se recomienda instalar primero

un filtro de partículas antes que uno coalescente y así evitar que este se sature. Mantenimiento Dichos elementos son recambiables y deben ser remplazados periódicamente puesto que se van saturando y ocasionan altas perdidas de presión.

3. FILTROS COALESCENTES 4. FILTROS DE VAPORES

Son filtros diseñados para remover olores sabores y vapores orgánicos. Su principio de funcionamiento consiste en lechos de carbón activado que mediante adsorcion remueven dichos contaminantes. Mantenimiento Dichos elementos son recambiables y deben ser remplazados periódicamente puesto que se van saturando y ocasionan altas perdidas de presión.

5. FILTROS

A causa del calor generado durante el proceso de compresión, el aire comprimido sale con un grado de saturación del 100% en la mayoría de los casos; al ir disminuyendo la temperatura del aire comprimido durante su permanencia en el tanque y su paso por los diferentes accesorios y tuberías, pierde capacidad de retener vapor de agua, lo cual genera inevitablemente condensados, (agua liquida) La presencia de condensados en el aire produce diversos problemas tales como corrosión, mal funcionamiento de herramientas neumáticas etc. La solución a este problema son los secadores de los cuales hay de dos clases: Refrigerados Regenerativos 1. REFRIGERADOS

6. SECADORES

Consisten en una maquina con un circuito de refrigeración típico el cual se encarga de enfriar aire por debajo de la temperatura mínima histórica en la red produciéndose intencionalmente condensados que son retirados por medio de un separador centrífugo. Solo pueden ser utilizados en sitios donde el punto de rocío sea mayor o igual a 0 0C ya que de lo contrario el agua se congela y obstruye la tubería.

Figura 13 Secadores Refrigerados FUNCIONAMIENTO Se comprende mejor si se separan los fluidos que intercambian calor Circuito de Aire: El aire entra al secador, en caso de existir un preenfriador y un postcalentador, sufre preenfriamiento, luego pasa al evaporador, donde es retirado una gran cantidad de calor a consecuencia de lo cual sufre un brusco enfriamiento, generándose una gran cantidad de condensado, posteriormente pasa a través del separador donde se retira el agua liquida. Finalmente si hay un preenfriador – postcalentador, pasa por el lado contrario de este, ganando temperatura, para así salir del equipo con una temperatura cercana a la del ambiente. Circuito de refrigerante: El refrigerante sale del compresor como un gas a alta presión y alta temperatura, luego pasa al condensador donde es enfriado lo suficiente para que cambie a estado liquido, posteriormente pasa por la válvula de expansión donde disminuye radicalmente su presión, perdiendo temperatura, dicho liquido va entonces al evaporador, donde hay un intercambio de calor con el aire, retirándose una gran cantidad de calor de este, el cual es ganado por el refrigerante produciéndose un cambio de estado de liquido a vapor. Finalmente regresa al compresor dando inicio de nuevo al ciclo. PARTES

Refrigerante Compresor de refrigeración Condensador Válvula de expansión Evaporador Separador Centrífugo Preenfriador y postcalentador de aire Válvula de expansión termostática Válvula Bypass de gases calientes Válvula supercalentadora Subenfriador de liquido

Mantenimiento El mantenimiento de estos equipos es complejo por que manejan muchos elementos, en caso de no tener catalogo del equipo seguir las indicaciones de

mantenimiento recomendadas en para cada uno de las partes que conforman este equipo. 1. REGENERATIVOS

Funcionan bajo un principio diferente que permite que alcancen puntos de rocío por debajo de 0 0C. Trabajan utilizando materiales desecantes, que son aquellos que tienen, la propiedad de adsorber agua, capacidad que se va perdiendo al irse saturando de esta, pero la cual pueden recuperar regenerándose, mediante diversos métodos, los cuales dependen del material desecante empleado, los principales métodos de regeneración son.

Sin Calor

Atmosférico Vacío Soplado

Con Calor

Calentadores internos Calentadores Externos Calor de compresión Mantenimiento Requieren un mantenimiento frecuente y los materiales desecantes se van deteriorando, por diversas causas tales como la contaminación del aceite, corrosión química, erosión ante el paso de aire, regeneración incompleta etc. 1. Permite absorber las pulsaciones inherentes al sistema de compresión

reciprocante, a la vez que suministra una superficie grande de intercambio de calor que permite disminuir parcialmente la alta temperatura del aire luego de la compresión. También absorbe sobrepicos de consumo alto y de corta duración ocasionados por aplicaciones que requieren grandes cantidades de aire en lapsos cortos de tiempo; permitiendo de esta manera tener no tener un compresor sobredimensionado para satisfacer las demandas. Mantenimiento Revisar que la válvula de seguridad se abra a una presión un 20% mayor que la presión máxima del sistema y que tenga una capacidad de evacuación mayor a la de los compresores. Si no existe debe instalarse un manhole de inspección, un sistema de evacuación de condensado automático, un bypass para mantenimiento y un manómetro confiable. Algunas veces se colocan medidores de temperatura y doble manómetro (de reserva) El principal aspecto es la seguridad, ya que estos elementos son bombas en potencia. Las rutinas de mantenimiento se deben realizar con adecuada periodicidad, verificándose el estado de los elementos de seguridad realizándose inclusive ensayos no destructivos tales como ultrasonido y radiografías para verificar el óptimo estado de los mismos.

El mantenimiento que se le realiza al tanque se limita a una limpieza interior en muy escasas ocasiones, además de la verificación constante de las purgas.

2. TANQUES DE ALMACENAMIENTO

Figura 14. Unidad de Matenimiento Este aditamento esta compuesto por un filtro de partículas de baja eficiencia, un regulador con manómetro y un lubricador; su función principales es la de acondicionar una corriente determinada para su uso en una maquina. El filtro de partículas sirve para eliminar algunos contaminantes de tipo sólido, el regulador se encarga de disminuir la presión y el lubricador dosifica una cantidad requerida en algunas ocasiones por el equipo. Mantenimiento El mantenimiento de las válvulas acondicionadoras de presión es de cierta manera más complejo que el del resto de elementos de la unidad. Dicho mantenimiento se basa en las pruebas de fuga de aire las cuales consisten principalmente en suministrarle aire a altas presiones al regulador por sus dos entradas. Si suministramos una alta presión sólo a la entrada del regulador, no debe fluir aire hacia la salida. Esto se comprueba palpando el ducto de salida con el dedo húmedo. La otra prueba que se realiza es calibrando el resorte para una máxima presión de salida y suministrándole sólo aire a presión por la salida. Si esta es inferior a la máxima del resorte, no debería salir aire por el ducto opuesto de la válvula (la entrada). Los nivel de lubricante deben mantenerse adecuadamente una o más veces por jornada. Es por eso que los operarios deben tener a su alcance lubricante suficiente. Si hubiera condensados de agua, se eliminan por el grifo de purga ya que el aceite es más ligero y flota sobre ella, por lo cual esta operación debería hacerse con regularidad, ya que si el nivel del agua alcanza el tubo de aspiración se produciría la pulverización del agua hacia la aplicación. En

condiciones normales, la limpieza o eliminación de sedimentos cada seis meses suele ser suficiente. PREPARACIÓN Y TRATAMIENTO DEL AIRE En la práctica, la calidad del aire comprimido desempeña un papel primordial, tanto en algunas aplicaciones de producción propiamente dicha como por ejemplo el sector de alimentos, como en la parte del mantenimiento y conservación de los equipos y accesorios de la red de aire comprimido.

3. UNIDADES DE MANTENIMIENTO

Las impurezas en forma de partículas de suciedad u óxido, residuos de aceite lubricante y humedad dan origen muchas veces a averías en las instalaciones neumáticas y a la destrucción de los elementos neumáticos. Mientras que la mayor separación del agua de condensación tiene lugar en el separador, después de la refrigeración, la separación fina, el filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se efectúan en el puesto de aplicación. Para evitar las impurezas, se debe procurar un filtrado correcto del aire aspirado por el compresor, la utilización de compresores exentos de aceite es una buena alternativa. MANTENIMIENTO Limpiar los filtros reutilizables y sustituir los desechables tanto en la aspiración como en la impulsión (Pre y post filtros). Los filtros sucios incrementan el consumo energético y el consumo de aire.

4. IMPUREZAS

Hay que dedicar especial atención a la humedad que contiene el aire comprimido. El agua (humedad) llega al interior de la red con el aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire, que -a su vez depende de la temperatura del aire y de las condiciones climatológicas. La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire. El grado de saturación es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como máximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces del 100%, como máximo (temperatura del punto de rocío). El diagrama de la Figura 15 se muestra la saturación del aire en función de la temperatura.

Figura 15 Características del punto de rocío mantenimiento Comprobar los secadores de aire y controladores. El mantenimiento incorrecto de este sistema implica un incremento del consumo de energía que puede ascender hasta un 30%. Si el aire comprimido contiene humedad, habrá de someterse a un secado el cual puede ser: 1. SECADO POR ABSORCIÓN (Figura 16)

5. TRATAMIENTO DE LA HUMEDAD

El secado por absorción es un procedimiento puramente químico. El aire comprimido pasa a través de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina químicamente con ésta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante. En el procedimiento de absorción se distingue:

Instalación simple Reducido desgaste mecánico, porque el secador no tiene piezas móviles No necesita aportación de energía exterior

Para ver este gráfico obtener la version completa desde el menú superior Figura 16 Secado por absorción Mantenimiento: La mezcla de agua y sustancia secante tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede realizar manual o automáticamente. Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al año). Al mismo tiempo, en el secador por absorción se separan vapores y partículas de aceite. No obstante, las cantidades de aceite, si son grandes, influyen en el funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino delante de éste. 1. Este principio se basa en un proceso físico. (Adsorber: Deposito de sustancias

sobre la superficie de cuerpos sólidos.) El material de secado es granuloso con cantos vivos o en forma de perlas. Se compone de casi un 100% de dióxido de silicio. En general se le da el nombre de Gel. La misión del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua. El aire comprimido húmedo se hace pasar a través del lecho de gel, que fija la humedad. La capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada. Si está saturado, se regenera de forma simple. A través del secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado. El calor necesario para la regeneración puede aplicarse por medio de corriente eléctrica o también con aire comprimido caliente. Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el secado del aire, mientras el otro se regenera (soplándolo con aire caliente). Para ver este gráfico obtener la version completa desde el menú superior Figura 17 Secado por adsorción Figura 18 secadores Ingersoll-Rand

2. SECADO POR ADSORCIÓN (Figura 17) 3. SECADO POR ENFRIAMIENTO ( Figura 19)

Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se basan en el principio de una reducción de la temperatura del punto de rocío. Se entiende por temperatura del punto de rocío aquella a la que hay que enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado intercambiador de calor de aire-aire ( Figura 19). El aire caliente que entra en el secador se enfría mediante aire seco y frío proveniente del intercambiador de calor (vaporizador). El condensador de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a través del separador. Este aire preenfriado pasa por el grupo frigorífico (vaporizador) y se enfría más hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 °C) En este proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite condensados. Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino, al objeto de eliminar nuevamente partículas de suciedad. Para ver este gráfico obtener la version completa desde el menú superior

Figura 19 Secado por enfriamiento Figura 20 secadora Ingersoll-Rand 1.

1. RECOMENDACIONES 2. ERRORES Y RECOMENDACIONES

Recomendaciones para el diseño de una red de aire comprimido: ver numeral1.4. En el tendido de las tuberías debe cuidarse, sobre todo, de que la tubería tenga un

descenso en el sentido de la corriente, del 1 al 2%. Así se evita que el agua condensada que posiblemente en encuentre en la tubería principal llegue a través de las tomas. Para recoger y vaciar el agua condensada se disponen tuberías especiales en la parte inferior de la principal

El cuarto de máquinas debe tener diferentes elementos aparte del compresor:

Las impurezas en forma de partículas de suciedad u óxido, residuos de aceite lubricante y humedad dan origen muchas veces a averías en las instalaciones neumáticas y a la destrucción de los elementos neumáticos. Mientras que la mayor separación del agua de condensación tiene lugar en el separador, después de la refrigeración, la separación fina, el filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se efectúan en el puesto de aplicación. Por esta razón se dispone de enfriador, secador, separador de humedad y filtros además de una válvula de seguridad y un tanque (para evitar los pulsos de presión) para el caso de compresores normales ya que si se coloca un compresor de tornillo este podría suministrar aire continuo sin necesidad de tanques. (Figura 21)

Figura 21 elementos del cuarto de maquinas en una red de aire comprimido Vale la pena anotar que la presión de trabajo necesaria para el sistema de producción de la planta, es la presión obtenida después de estos elementos.

Se recomienda la utilización de tanques de almacenamiento de 1 a 1.5 ft3 (28.3 a 42.5 lt) por cada 10 cfm (283.1685 lt/min) de capacidad del compresor para

soportar de manera adecuada los aumentos en la demanda y las pulsaciones existentes.

A continuación se presenta un cuadro de diagnóstico para las líneas de distribución de aire (Tabla 3)

TIPO DE LÍNEA POSIBLE CAUSA DEL PROBLEMA

SOLUCIÓN

Sistema de líneas rígidas

Peso muerto de la tubería Añadir más apoyos

Expansión y contracción Usar apoyos que permitan desplazamiento lateral de los tubos.

Presión interna Proveer apoyos adecuados para prevenir movimiento y flexión.

Fugas Todas las juntas de tubería deben estar hechas apropiadamente. Reemplazar válvulas y accesorios defectuosos. Si es causado por daños, revisar las condiciones ambientales y proteger zonas vulnerables.

Demasiada agua en las tuberías de las aplicaciones

Revisar que las purgas sean adecuadas y estén en los lugares correctos.

líneas flexibles Fugas Revisar deterioro en las juntas de los extremos. Proteger mangueras sujetas a difíciles condiciones ambientales. Considerar el uso de líneas en espiral que se recogen automáticamente.

Excesiva caída de presión Revisa manguera por agujeros. Asegurarse que el tamaño de la manguera sea el adecuado.

Tabla 3 diagnostico de las líneas de distribución de aire.

Se debe tener en cuenta que la causa más grande de caída de presión son filtros saturados. En una línea de distribución bien diseñada es aceptable una caída del 10% de presión. No incrementar el valor de la regulación de presión para compensar las pérdidas; en vez de ello, revise las posibles causas del problema.

Se recomienda una inspección periódica del sistema para que este siempre activo dando productividad.

Se debe disponer de un plano de planta y un plano isométrico de la instalación con dimensiones de tubería e indicación de los elementos y accesorios.

Disponer de una ficha técnica física y digital en donde se registre la fecha de revisión de todos los elementos, recomendaciones del fabricante y/o instalador, al igual que el registro de los fallos, sus causas, reparaciones y fechas del suceso.

Ubicar llaves de paso en las tuberías que permitan independizar ramales. No dejar mangueras de los equipos en el suelo ya que los sistemas

de transporte dentro de la planta pueden ocasionar averías a veces imperceptibles.

Evitar fugas de aire (5 a 10 %), caídas de presión a lo largo de la instalación (2% la presión del compresor) y mínima cantidad de agua en la red.

1. ERRORES

Creer que se puede compensar la insuficiencia de caudal de aire de un compresor aumentando la capacidad de reserva de aire por medio de tanques. Estos tienen como función regular el caudal y evitar cambios bruscos en la presión. El uso de tanques solo es justificable cuando se necesita gran volumen de aire en un periodo de tiempo muy corto.

Elevar la presión de trabajo para suplir la falta de aire de suministro. Esta aumenta un poco la reserva de aire pero a un costo en Kw muy alto.

Diseñar la tubería enterrada o subterránea sin que sea un caso especial. No ajustar herramientas ni inspeccionar constantemente la caída de presión.

Fugas pequeñas son imperceptibles debido a que el aire es inodoro y no es visible.

1. 2. BIBLIOGRAFÍA

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Gili S.A., Barcelona, 1977. pág. 220 Pnuematic Handbook Blanch, F. Curso de Neumática U.P.C http://www.sapiens.itgo.com/neumatica/ http://air.irco.com/es/air_treatment.asp http://www.mpa.es/productos/accesorios/aftercooler/afterco.htm http://www.htfi.com.co/01.html

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