informe instalaciones de aire y vapor
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TECNICATURA SUPERIOR EN MECATRONICA CON ORIENTACION EN AUTOMATIZACION Y MANTENIMIENTO INDUSTRIAL
UFIDET SALTA- ANEXO ORAN
INSTALACIONES INDUSTRIALES
INFORME: INSTALACIONES DE AIRE Y VAPOR
AGUIRRE ADRIAN HUMBERTO
2.013
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INDICE
Introducción……………………………………………………………………... Pág.3
Presión de trabajo…..............................................................................................Pág.4
Consideraciones................………………………………………………………. Pág.5
Distribución del aire.....………………………………………………………… Pág.6
Determinación del diámetro para una cañeria de aire.……………………….Pág. 7
Forma de armar redes de distribución................................................................Pág. 9
Materiales constructivos…………………………………………………………..Pág. 10
Accesorios tuberias de aire...................................................................................Pág. 13
Consideraciones en el diseño de la red………………………………………..Pág.15
Operación y mantenimiento de accesorios.…………………………………….Pág. 16
Valvulas de drenaje automático..........................................................................Pág.19
Tanques de almacenamiento..................................................................................Pág. 23
Lineas de distribución y purga.............................................................................Pág. 25
Puntos de purga......................................................................................................Pág.26
Golpe de ariete.......................................................................................................Pág. 27
Derivaciones.......................................………………………………….................Pág. 29
Conexiones de derivaciones.........................……………………………………..Pág. 30
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Introducción
El sistema de distribución de vapor es un enlace importante entre la fuente generadora del vapor y el usuario. La fuente generadora del vapor puede ser una caldera o una planta de cogeneración. Esta, debe proporcionar vapor de buena calidad en las condiciones de caudal y presión requeridas, y debe realizarlo con las mínimas pérdidas de calor y atenciones de mantenimiento.
El condensado formado tanto en la tubería de distribución como en los equipos de proceso, es agua ya caliente y preparada para la alimentación de la caldera. Aunque es importante evacuar el condensado del espacio del vapor, se trata de un elemento demasiado valioso como para permitirnos desaprovecharlo. El circuito de vapor básico debe completarse con el retorno del condensado al tanque de alimentación de la caldera, siempre que sea factible.
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Presion de trabajo
La presión a la que el vapor debe distribuirse está parcialmente determinada por el equipo de la planta que requiere una mayor presión.Debe recordarse que el vapor perderá una parte de su presión al pasar por la tubería, a causa de la resistencia de la tubería al paso del fluido, y a la condensación por la cesión de calor a la tubería. Deberá tenerse en cuenta este margen a la hora de decidir la presión inicial de distribución. Para resumir estos puntos, cuando seleccione la presión de trabajo, debe tenerse en cuenta lo siguiente:Presión requerida en el punto de utilización.Caída de presión a lo largo de la tubería debida a la resistencia al paso del fluido.
Pérdidas de calor en la tubería
El vapor a alta presión ocupa menos volumen por kilogramo que el vapor a baja presión. Por tanto, si el vapor se genera en la caldera a una presión muy superior a la requerida por su aplicación, y se distribuye a esta presión superior, el tamaño de las tuberías de distribución será mucho menor para cualquier caudal.
La generación y distribución de vapor a una presión elevada tendrá las siguientes ventajas:*Se requieren tuberías de distribución de vapor de menor diámetro. *Al tener una superficie de intercambio menor, las pérdidas de calor (energía) serán menores.*Menor coste de las líneas de distribución, en materiales como tuberías, bridas, soportes, y mano de obra.*Menor coste del aislamiento.*Vapor más seco en el punto de utilización, debido al efecto de aumento de fracción seca que tiene lugar en cualquier reducción de presión.*La capacidad de almacenamiento térmico de la caldera aumenta y ayuda a soportar de forma más eficiente las fluctuaciones de carga, reduciendo el riesgo de arrastresde agua y de impurezas con el vapor a condiciones máximas.*Si se distribuye a altas presiones, será necesario reducir la presión de vapor en cada zona o punto de utilización del sistema, con el fin de que se ajuste a lo que la aplicación requiere.*Al elevar la presión del vapor, los costes serán más altos también, pues ello requiere más combustible. Siempre es prudente comparar los costes que representa elevar la presión del vapor a la máxima presión necesaria (quizás la máxima presión del equipo), concada uno de los beneficios potenciales mencionados anteriormente.
Se dará con frecuencia el caso de que por razones técnicas sea beneficiosa
la distribución del vapor a presiones más altas que la máxima presión requerida.
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Esta situación requerirá que la presión de vapor se reduzca en el punto de utilización.
El método más común de reducir la presión es la utilización de una estación reductora de presión.
Si se utiliza una válvula reductora de presión, es apropiado montar una válvula de seguridad aguas abajo para proteger el equipo. Si la válvula reductora fallase, produciéndose un aumento de presión aguas abajo, el equipo resultaría dañado, e incluso podrían ocurrir daños personales. Con una válvula de seguridad instalada, cualquier exceso de presión será descargado a través de la válvula, evitando que se produzcan desperfectos.
Consideraciones
Dentro de los materiales de fabricación de las tuberias el mas utilizado es el de acero al carbono. Este es fabricado en gran variedad de formas y tamaños para facilitar su obtención.
Para condiciones de trabajo en las cuales sea necesaria una buena resistencia a la corrosión se recomiendan aquella cuyo materiales sean aleaciones de niquel y cromo.
Una válvula de vapor es simplemente un mecanismo para regular el flujo de vapor. Las válvulas de vapor, por lo general, se ven como tubos o agujeros con solapas que cubren la abertura. Cuando un exceso de vapor se acumula dentro de una máquina, la aleta se abre y libera algo de éste.
El schedule de una cañeria se refiere a su espesor o grosor. Los mas manejados en la industria es la cedula 40 y la cedula 80, la cedula 40 se usa mas en tuberias de agua. y la cedula 80 se utiliza en tuberias de alta presion, como son gas y vapor. La presión de saturación del vapor es la presión del vapor saturado a esa temperatura.
La presión de vapor es medida en unidades estándar de presión. El Sistema
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Internacional de Unidades (SI) reconoce a la presión como una unidad derivada de la fuerza ejercida a través de un área determinada, a esta unidad se le conoce por el nombre de Pascal (Pa). Un pascal es equivalente a un newton por metro cuadrado (N·m-2 ó kg·m-1·s-2)
La temperatura de saturación del aire es el aire que no puede contener más humedad. La adición de agua ocasiona su precipitación. Es lo contrario a aire seco.
Probablemente el estándar de tuberías más común sea el derivado del American Petroleum Institute (API), dónde las tuberías se clasifican según el espesor de pared de tubería, llamado Schedule. Estos Schedule están relacionados con la presión nominal de latubería, y son un total de once, comenzando por 5 y seguido de 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, hasta el Schedule 160. Para tuberías de diámetro nominal 150 mm y menores, el Schedule 40 (denominado a veces 'standard weight'), es el más ligero de losespecificados. Sólo los Schedule 40 y 80 cubren la gama completa de medidas nominales desde 15 mm hasta 600 mm y son los Schedule utilizados más comúnmente para instalaciones de tuberías de vapor. Esta guía, se referirá a tuberías del Schedule 80(denominado también ‘extra strong’).
DISTRIBUCION DEL AIRE
Como resultado de la racionalización y automatización de los dispositivos de fabricación, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire. Cada máquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo abastecido por un compresor, a través de una red de distribución.
Como todo fluido el Aire Comprimido debe de alguna manera ser conducido hasta los elementos en donde será usado.
Entre los sistemas que podemos usar para transportar el fluido podemos nombrar caños, tubos, mangueras, etc.
El diámetro de los conductos de distribución deben elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y el consumidor no sobrepase 0,1 bar.
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Determinación del diámetro necesario para una cañería de conducción de Aire Comprimido
El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino en conformidad con:
El caudal La longitud de las tuberías La pérdida de presión (admisible) La presión de servicio la cantidad de estrangulamientos en la red
En la práctica se utilizan los valores reunidos con la experiencia.
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Determinación de las longitudes equivalentes.
Esos elementos crean resistencias adicionales a la circulación del aire comprimido y que debemos tomar en cuenta.
A los efectos de que podamos recalcular en cuanto afectan esos elementos en el cálculo existe este otro nomograma que nos da las longitudes equivalentes de cada uno de los elementos de esa manera podremos asumir que la cañería es más larga debido a que cada uno de los elementos señalados tiene influencia como si fueran metros de caño más.
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Formas de armar redes de distribución
Hay varios esquemas de distribución de redes de Aire Comprimido
Primero debemos nombra las redes abiertas como se muestra en la figura a continuación
Luego debemos nombrar redes cerradas como se muestra en la figura a continuación
Finalmente debemos nombrar redes cerradas con interconexiones como se muestra en la figura a continuación
En la mayoría de los casos, la red principal se monta en circuito cerrado.
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Desde la tubería principal se instalan las uniones de derivación.
Con este tipo de montaje de la red de aire comprimido se obtiene una alimentación uniforme cuando el consumo de aire es alto.
El aire puede circular en dos direcciones dependiendo de los consumos en cada una de las derivaciones
En la red cerrada con interconexiones hay un circuito cerrado, que permite trabajar en cualquier sitio con aire, mediante las conexiones longitudinales y transversales de la tubería de aire comprimido.
Ciertas tuberías de aire comprimido pueden ser bloqueadas mediante válvulas de cierre (correderas) si no se necesitan o si hay que separarlas para efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento. También existe la posibilidad de comprobar faltas de estanqueidad.
Materiales constructivos de las cañerías de distribución
Debemos decir que la elección de los mismos dependerá de cuestiones del tipo de instalación propiamente dicha, cuestiones económicas, y de que parte de la instalación estamos diseñando.
Por lo tanto es necesario definir si nuestra instalación cumple con alguno de los siguientes preceptos
¿Es definitiva o provisoria?
¿Estará siempre presurizada o hay períodos en que no lo estará?
¿Es una cañería troncal (principal) una derivación o una acometida a un elemento en particular?
¿Sufrirá ataque externo por corrosión?
¿Estará sometida a esfuerzos mecánicos?
¿Será necesario desarmarla por algún motivo?
Si ahora procedemos nombrar los posibles materiales a utilizar para la instalación tendremos diversas posibilidades:
Acero Negro
Hierro Galvanizado
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Cobre
Latón
Material Plástico
Acero Inoxidable
Sobre la base de lo anteriormente detallado podemos decir que las cañerías que se instalen de modo permanente se montan preferentemente con uniones soldadas.
Por lo tanto se usarán Acero Negro.
Estas cañerías así unidas son estancas fáciles de montar y además relativamente económicas.
El inconveniente de estas uniones consiste en que al soldar se producen cascarillas que deben retirarse de las tuberías. De la costura de soldadura se desprenden también fragmentos de oxidación.
Como tema importante es que a las cañerías de Acero Negro debemos hacerle un trabajo limpieza química luego de terminadas y antes de ponerlas en servicio de manera que queden limpias.
En el caso de instalaciones que quedan sin Aire Comprimido durante un tiempo, este proceso de oxidación natural por penetración de la humedad ambiente, hace que se deba hacer nuevamente la limpieza química.
La otra opción es el armado de la cañería mediante el uso de caños de Hierro Galvanizado.
Estas cañerías ya son más costos por el material en si y por el tipo de montaje que se deberá hacer mediante roscas.
Por otro lado en las cañerías de acero galvanizado, los empalmes de rosca no siempre son totalmente herméticos. Finalmente la resistencia a la corrosión de estas tuberías de acero si bien es mejor que las del Acero Negro tampoco garantizas la eliminación total de suciedad provocada por oxidación. Debemos aclara que los lugares desnudos (roscas) también se oxidan por lo que es necesario hacer un tratamiento de “galvanizado en frío” de esas zonas cosa que es bastante onerosa.
También podremos hacer cañerías de cobre o latón.
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Evidentemente estas cañerías serían bastante más caras y mecánicamente más débiles cosa que incrementaría el costo de la instalación. Evidentemente son mucho más resistentes a la oxidación debido a la humedad interna. Su uso está limitado a casos muy particulares y puntuales.
La utilización de cañerías de material plástico si bien se trataría de un material relativamente económico el armado, mantenimiento y su debilidad mecánica hacen antieconómico su uso salvo casos y situaciones muy específicas.
La opción siguiente sería la utilización de caño de Acero Inoxidable pero evidentemente debido al costo del material solamente sería recomendable en lo casos de que el medio ambiente sea sumamente agresivo y no se puedan usar materiales protegidos por pinturas especiales.
En la red cerrada con interconexiones hay un circuito cerrado, que permite trabajar en cualquier sitio con aire, mediante las conexiones longitudinales y transversales de la tubería de aire comprimido.
Ciertas tuberías de aire comprimido pueden ser bloqueadas mediante válvulas de cierre (correderas) si no se necesitan o si hay que separarlas para efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento. También existe la posibilidad de comprobar faltas de estanqueidad.
Sobre la base de lo anteriormente detallado podemos decir que las cañerías que se instalen de modo permanente se montan preferentemente con uniones soldadas.
Por lo tanto se usarán Acero Negro.
Estas cañerías así unidas son estancas fáciles de montar y además relativamente económicas.
El inconveniente de estas uniones consiste en que al soldar se producen cascarillas que deben retirarse de las tuberías. De la costura de soldadura se desprenden también fragmentos de oxidación.
Como tema importante es que a las cañerías de Acero Negro debemos hacerle un trabajo limpieza química luego de terminadas y antes de ponerlas en servicio de manera que queden limpias.
En el caso de instalaciones que quedan sin Aire Comprimido durante un tiempo, este proceso de oxidación natural por penetración de la humedad ambiente, hace que se deba hacer nuevamente la limpieza química.
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La otra opción es el armado de la cañería mediante el uso de caños de Hierro Galvanizado.
Estas cañerías ya son más costos por el material en si y por el tipo de montaje que se deberá hacer mediante roscas.
Por otro lado en las cañerías de acero galvanizado, los empalmes de rosca no siempre son totalmente herméticos. Finalmente la resistencia a la corrosión de estas tuberías de acero si bien es mejor que las del Acero Negro tampoco garantizas la eliminación total de suciedad provocada por oxidación. Debemos aclara que los lugares desnudos (roscas) también se oxidan por lo que es necesario hacer un tratamiento de “galvanizado en frío” de esas zonas cosa que es bastante onerosa.
También podremos hacer cañerías de cobre o latón.
Evidentemente estas cañerías serían bastante más caras y mecánicamente más débiles cosa que incrementaría el costo de la instalación. Evidentemente son mucho más resistentes a la oxidación debido a la humedad interna. Su uso está limitado a casos muy particulares y puntuales.
La utilización de cañerías de material plástico si bien se trataría de un material relativamente económico el armado, mantenimiento y su debilidad mecánica hacen antieconómico su uso salvo casos y situaciones muy específicas.
La opción siguiente sería la utilización de caño de Acero Inoxidable pero evidentemente debido al costo del material solamente sería recomendable en lo casos de que el medio ambiente sea sumamente agresivo y no se puedan usar materiales protegidos por pinturas especiales.
Accesorios de tuberias de aire
En general una red de aire comprimido de cualquier industria cuenta con los siguientes 7 dispositivos mostrados :
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.
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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.
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 .
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 .2. TUBERÍAS SECUNDARIAS3. 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
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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.
CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE LA RED
La primera labor de diseño de una red de aire comprimido es levantar 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.
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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.
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE ACCESORIOS
El propósito de los accesorios 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
El objetivo de este accesorio es disminuir la temperatura del aire luego de la compresión, ya que el aire luego de ser comprimido queda 100% saturado, al tener lugar una disminución brusca de temperatura se presentaran condensados, por
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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 que pierde calor es el aire comprimido, mientras que el medio que lo gana es algun refrigerante, usualmente aire o agua.
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.
1. POSTENFRIADORES AIRE-AIRE2. POSTENFRIADORES AIRE-AGUA
Tiene alta eficiencia, menor necesidad de espacio y mayor costo de operación por el fluido de trabajo y la instalación.
SeparadoresSiempre 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 desvia 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.
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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:
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 pérdida de sensibilidad por depósitos este tipo de válvulas requiere mantenimiento periódico.
1. 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
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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.
2. VÁLVULAS DE DRENAJE AUTOMÁTICO DE FLOTADOR3. 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. MantenimientoEs muy confiable y prácticamente libre de mantenimiento. 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.
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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:RefrigeradosRegenerativos
1. REFRIGERADOS
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.
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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 delambiente.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
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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. 2. REGENERATIVOS
Funcionan bajo un principio diferente que permite que alcancen puntos de rocío por debajo de 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
AtmosféricoVacíoSoplado
Con Calor
Calentadores internosCalentadores ExternosCalor 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
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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.
TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Este aditamento está 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.
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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. 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.
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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).
Dimensionado de tuberías segun la caida de presión
A veces es esencial que la presión del vapor que alimenta un determinado equipo no caiga por debajo de un mínimo especificado, con el fin de mantener la temperatura, y de este modo asegurar que los factores de intercambio de calor de la planta mantengan las condiciones de plena carga. En estos casos, es apropiado dimensionar la tubería con el método de la ‘caída de presión’, utilizando la presión conocida en el extremode alimentación de la tubería y la presión requerida en el punto de utilización.
Lineas de distribución y purga
En cualquier tubería de vapor, parte del vapor condensará a causa de las pérdidas por radiación. Por ejemplo, una tubería de 100 mm bien aislada, de 30 m de longitud, por la que fluye vapor a 7 bar, rodeada de aire a 10°C, condensará aproximadamente 16 kg de vapor por hora.
Esto representa probablemente menos del 1 % de la capacidad de transporte del conducto, no obstante significa que al cabo de una hora, el conducto tendrá no sólo vapor, sino 16 litros de agua y progresivamente más a medida que pase el tiempo.
Por tanto, debe preverse la purga del condensado. Si esto no se realiza de forma efectiva, aparecerán problemas de corrosión y golpe de ariete, que se verán más adelante. Además, el vapor se volverá húmedo, pues éste recoge gotitas de agua, reduciendo así su potencial de transferencia de calor. Bajo condiciones, extremas si se permite la acumulación de agua, la sección de tubería disponible para el paso del vapor se ve reducida, de manera que la velocidad del vapor superará los límites recomendados.
Siempre que sea posible, la tubería de distribución debe montarse con un descenso no inferior a 40 mm cada 10 m, en la dirección del flujo. Hay una buena razón para ello. Si la tubería asciende en la dirección del flujo, el condensado tratará de volver hacia abajo. Pero el flujo de vapor en sentido
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contrario, que puede ir a una velocidad de hasta 80 km/h, barrería el agua hacia arriba. Esto haría extremadamente difícil la recogida del agua y su evacuación. Es más, esto facilitaría que el agua se mezclase con el vapor produciendo vapor húmedo y que hubiese golpes de ariete.
Montando la tubería con un descenso en la dirección del flujo, tanto el vapor como el condensado, irán en la misma dirección y se pueden colocar puntos de purga en la línea para recoger y evacuar el agua.
Puntos de purga
Las ventajas de elegir el tipo de purgador más apropiado para una determinada aplicación será en vano si el condensado no puede encontrar fácilmente el camino hacia el purgador. Por esta razón debe considerarse cuidadosamente el tamaño y la situacióndel punto de purga.
Debe considerarse también qué le ocurre al condensado en una tubería de vapor cuando se produce una parada y todo el flujo cesa. Este circulará en la dirección descendente de la tubería por efecto de la fuerza de la gravedad, y se acumulará en los puntos bajos del sistema. Los purgadores deberán, por tanto, montarse en esos puntos bajos.
En cualquier caso, la cantidad de condensado que se forma en una línea de gran tamaño bajo condiciones de puesta en marcha, es suficiente para hacer necesaria la instalación de puntos de purga cada 30 m a 50 m, así como en los puntos bajos del sistema.
Durante el funcionamiento normal, el vapor puede fluir por las tuberías de distribución a velocidades de hasta 145 km/h, arrastrando condensado con él. La Figura 9 muestra una tubería de 15 mm que conecta la parte inferior de una línea de vapor conel purgador. Aunque la tubería de 15 mm tiene una capacidad suficiente, es poco probable que recoja gran parte del condensado que fluye a gran velocidad por la tubería de distribución. Tal disposición no resultaría efectiva.
En la Figura se muestra una solución más fiable para evacuar el condensado. Se monta una conexión ‘T’ (el mismo diámetro hasta 150 mm, y un diámetro inmediatamente inferior en tamaños mayores) en la tubería que actúa como un pozo de goteo. Todo el condensado caerá al pozo y recorrerá el camino por la tubería de 15 mm hasta el purgador. Este pozo de goteo es tan importante en el sistema de purga como el purgador mismo. Observe que la boca de entrada al purgador se coloca usualmente 25/30 mm por encima del fondo del pozo para evitar que la suciedad de las tuberías pase al purgador. La parte inferior del pozo es normalmente desmontable, lo que permite que se pueda quitar la tapa inferior durante una parada para eliminar la suciedad acumulada.
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Golpe de ariete
El golpe de ariete es un fenómeno que se produce en las tuberías al variar bruscamente la velocidad del fluido que contiene, ya que se producen grandes variaciones de presión en muy poco tiempo y en general causa la rotura de la cañería. Por eso hay que prevenir al diseñar, reforzando las zonas donde puede producirse: codos, reducciones o ensanchamientos, y en especial válvulas. Las gotitas de condensado acumuladas a lo largo de la tubería, como se muestra en la Figura 11, con el tiempo forman una bolsa ‘sólida’ de agua que será arrastrada por la tubería a la velocidad del vapor. Estas velocidades pueden ser de 30 km/h o más. Esta bolsa de agua es densa e incompresible y, cuando viaja a una velocidad elevada, tiene una energía cinética considerable.
Cuando se obstruye su paso, a causa de una ‘T’ en la tubería o una curva, la energía cinética se convierte en un golpe de presión que aplicado contra el obstáculo. (Las leyes de la termodinámica establecen que la energía ni se crea ni se destruye, se transforma).
Normalmente se produce un ruido de golpe, que puede ir acompañado del movimiento de la tubería. En casos serios, los accesorios pueden incluso romperse con un efecto casi explosivo, con la consecuente pérdida de vapor vivo en la rotura, creandouna situación peligrosa.
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Afortunadamente, el golpe de ariete se puede evitar si se toman las medidas oportunas para que no se acumule el condensado en la tubería.
Evitar el golpe de ariete es una alternativa mejor que intentar contenerlo eligiendo excelentes materiales, y limitando la presión de los equipos.
Las fuentes de problemas de golpe de ariete suelen estar en los puntos bajos de la tubería (véase la Figura). Tales áreas son: Pandeos en la línea.
Uso incorrecto de reductores concéntricos y filtros. Por este motivo, en las líneas de vapor es preferible montar filtros con la cesta horizontal.Purga inadecuada en líneas de vapor.
Resumidamente, para minimizar las posibilidades de golpe de apriete:Las líneas de vapor deben montarse con una inclinación descendente en la
dirección del flujo, con puntos de purga instalados a intervalos regulares y en los puntos bajos.
Deben montarse válvulas de retención después de los purgadores, ya que de otro modo se permitiría que el condensado se introdujera de nuevo en la línea de vapor o la planta durante las paradas.
Las válvulas de aislamiento deben abrirse lentamente para permitir que el condensado que haya en el sistema pueda fluir sin brusquedades hacia, y a través de los purgadores, antes de que el vapor a gran velocidad lo arrastre. Esto es especialmente importante en la puesta en marcha.
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Derivaciones
Es importante recordar que las derivaciones son normalmente mucho más cortas que las líneas de distribución principales. El dimensionado de las derivaciones basándose en una caída de presión dada es, en consecuencia, menos recomendable entuberías de poca longitud. Con una tubería principal de 250 m de longitud, una caída de presión limitada a 0,5 bar puede ser perfectamente válida, aunque conduzca a adoptar velocidades inferiores a las esperadas. En un ramal de 5 m o 10 m de longitud, la misma velocidad llevaría a valores de sólo 0,01 o 0,02 bar. Son claramente insignificantes, y usualmente las tuberías de las derivaciones se dimensionan para velocidadesde vapor mayores. Esto creará una mayor caída de presión, pero con una longitud de tubería más corta, esta caída de presión es aceptable.
Cuando se utilizan velocidades de vapor de 25 a 35 m/s en derivaciones cortas a equipos, se observa que el nivel de caída de presión por unidad de longitud puede ser relativamente alto. Se puede crear una gran caída de presión si la tubería cuenta con diversos accesorios, tales como conexiones y codos.
En derivaciones de mayor longitud debe limitarse la velocidad a 15 m/s a no ser que se calcule también la caída de presión.
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Conexiones de derivaciones
Las derivaciones transportarán el vapor más seco siempre que las conexiones tomen el vapor de la parte superior de la tubería principal. Si la toma es lateral, o peor aún, de la parte inferior como en la Figura 14, transportarán el condensado, comportándose como un pozo de goteo. El resultado de esto es un vapor muy húmedo que llega a los equipos. La válvula de la Figura 15 debe instalarse tan cerca como sea posible de la derivación para evitar que el condensado se deposite en el ramal si se producen largas paradas del sistema.
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