Manual de Aire Comprimido Kaeser

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KAESER Compressed Air Seminar 1

1. Fundamentos de Aire Comprimido

1.1 Aire comprimido Antes y Hoy

1.2 Unidades y Símbolos

1.3 Estado Térmico

1.4 Información Importante sobre el Aire Comprimido

1.5 Sonido

2. Produciendo Aire Comprimido

2.1 Tipos de compresores

2.2 Compresores con desplazamiento positivo

2.3 Compresores Dinámicos

3. Tratamiento de Aire

3.1 El significado de la Calidad del Aire

3.2 Humedad, Condensado

3.3 Enfriamiento del Aire Comprimido

3.4 Separación mecánica inicial

3.5 Métodos de secado

3.6 Filtración

3.7 VDMA Recomendaciones para Calidad de Aire

Comprimido en la Industria Alimenticia

4. Drenaje condensado y Tratamiento

4.1 Drenaje de Condensado

4.2 Tratamiento de Condensado

5. Distribución del aire comprimido

5.1 Estructura de la red de tuberías

5.2 Caída de presión

5.3 Medición de fugas

5.4 Dimensionando de las tuberías de aire comprimido

5.5 Elección de materiales

5.6 Instalación de redes de aire comprimido

5.7 Identificación de tuberías

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6. Sistemas de control

6.1 Introducción

6.2 Control interno del compresor

6.3 Controladores Maestros

6.4 Resumen

7. Utilización de sistemas de recuperación de

calor

7.1 Aplicación

7.2 Recuperación de Calor de Compresores de Tornillo

7.3 Utilización de aire de enfriamiento de escape para

calefacción de espacios

7.4 Calefacción con agua caliente

7.5 Intercambiadores de calor

8. Estudio Económico

8.1 Reparto de costes

8.2 Configuración eficiente del compresor

8.3 Cálculos económicos

9. Planificando una Estación de Compresores

9.1 Estableciendo la Presión de trabajo

9.2 Determinando la Demanda de Aire

9.3 Planificando una Estación de Compresores Pequeña

9.4 Planificando una estación de compresores Grande

9.5 SIGMA AIR UTILITY

10. Anexos y Normas de Seguridad

10.1 Símbolos gráficos

10.2 Símbolos del Diagrama P + I

10.3 La marca CE

10.4 Normas Generales de Seguridad

10.5 Lista de normas

10.6 Estaciones Compresoras que cumplen con la Directiva de

Equipos a Presión 97/23/EC

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1. Fundamentos de Aire Comprimido

1.1 Aire comprimido Antes y Hoy

1.2 Unidades y Símbolos

1.3 Estado Térmico

1.3.1 Temperatura y capacidad calorífica

1.3.2 Presión

1.3.3 Volumen

1.4 Información Importante sobre el Aire

Comprimido

1.4.1 Del aire atmosférico al aire comprimido

1.4.2 Las leyes del gas

1.4.3 Especificaciones de Volumen

1.4.4 Cambio de estado termal en gases

1.4.5 Aire comprimido en movimiento

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1.1

Aire comprimido Antes y Hoy

Desde el inicio, el aire comprimido ha sido esencial para la vida humana. Los pulmones se pueden considerar como el primer compresor de desplazamiento. El volumen de los pulmones se agranda descomprimiendo el diafragma al inhalar y se reduce exhalando. La faringe restringe el flujo de aire, así el aire se comprime a una relación de 0,02 – 0,08 bar.

En la edad paleolítica, este flujo de aire comprimido se uso para encender fuego, soplando cuando se formo el brillo friccionando madera.

Para fundir metales se requería una corriente de aire más fuerte para mantener la temperatura por encima de 1000°C. Para este fin se uso durante la edad de bronce un bolso de fuelle; es decir trabajando el fuelle por mano o pie para proveer el chorro de aire necesario para alcanzar temperaturas que funden metal. Este fuelle se puede considerar como el primer compresor mecánico, reemplazando los pulmones como aparato para levantar la temperatura del fuego.

Heron, un científico de Alejandría, durante el primer siglo, fue el pionero en Ingeniería de aire comprimido. El inventó un mecanismo que permitía mover las puertas del templo de Alejandría. Usando los fuegos del templo para calentar el aire en un envase de presión semi-lleno con agua. El aire expandiéndose desplazo al agua. La fuerza del agua desplazada empujaba un mecanismo que abría las puertas del templo.

Otra aplicación importante del aire comprimido era un sistema de transporte de objetos. En 1865 se instalo un sistema neumático en Berlín para transportar cartas y postales. En esta aplicación el aire comprimido se uso para empujar latas conteniendo las cartas y postales a través de una red de tubos subterráneos, conectando 90 puntos de distribución. El largo de la tubería alcanzo 400 kilómetros. El sistema era tan eficiente, que estuvo en uso hasta 1976. Hasta hoy muchos sistemas neumáticos de correo siguen en uso.

1. Fundamentos de Aire Comprimido

Fig. 1-1 Human lungs

Fig. 1-3: Temple of Alexandria

Pressure vessel Water tank Drive Syphon Chain

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El aire comprimido es una herramienta esencial para la industria. Esta permite el transporte de energía a través de distancias para convertirlo en trabajo en su destino o punto final. Una de las fuentes más conocidas de aire comprimido son los compresores portátiles, cuya aplicación es en la construcción de calles, en la construcción, en minas, y en talleres. En estas aplicaciones los compresores portátiles proveen

el poder para herramientas de rompe pavimentos, aplicaciones de pinturas, y otras herramientas de aire.

Aire comprimido es indispensable en casi todos los procesos de fabricación industrial. Normalmente la industria mantiene una sala de compresores donde se encuentran los compresores y todos los elementos de tratamiento.

Normalmente el aire comprimido es secado, filtrado, y almacenado en un estanque de presión. De este estanque de presión se alimenta la red de aire comprimido. A través de esta red se provee aire comprimido en una forma eficiente a las herramientas, maquinas y estaciones de trabajo que requieren aire comprimido.

El aire comprimido es vital para una variedad de industrias incluyendo:

- Industria química - Productores de Energía - Hospitales - Fábricas de Madera - Fundiciones - Moldaje de Plástico

- Agricultura e Industria Forestal

- Fabricación y procesamiento de alimentos - Fabricación y procesamiento de Papel - Textiles - Ingeniería Ambiental - Fabricación de Automóviles - Industria Metalúrgica Fig. 1-4: Compresores Portatiles

Fig. 1-5: Estación de Aire Comprimido

Fig. 1-6: Arenando

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Ejemplos de Aplicaciones

Salud

Calidad, confiabilidad, y bajos costos de operación son factores importantes en la selección de plantas de aire comprimido para hospitales y clínicas, suministrando aire en todas las habitaciones, maquinas de respiración y otros artefactos.

Embotelladora

Aire comprimido para el transporte es esencial para la industria alimenticia. Las normas de la industria alimenticia requieren que el aire sea seco y filtrado.

Producción de botellas plásticas (PET)

Se requiere aire seco y limpio con una presión de 40 bar para producción PET.

Pintado con pintura liquida o con pintura de polvo

Para obtener resultados óptimos aplicando pintura liquida o pintura de polvo, el aire comprimido tiene que ser 100% libre de contaminantes.

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Más ejemplos de aplicaciones

Deportes de Invierno

Compresores de tornillo y compresores de pistón proveen el aire comprimido requerido por cañones de nieve. En estos cañones de nieve se mezcla el aire con el agua para la nieve artificial que provee la superficie de muchas pistas.

Tratamiento de agua

Sopladores de lóbulo de alta eficiencia proveen grandes volúmenes de aire requeridos por los estanques de oxigenación y para desbloquear filtros.

Tratamiento Dental

Compresores especiales proveen al dentista y su asistente con aire comprimido seco, higiénico, y libre de aceite.

Sitemas de control de incendios

Aire comprimido se usa en los sistemas de control de incendios para aumentar la presión del agua.

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1 1.2 Unidades y símbolos

Dependiendo de las diferentes culturas, las unidades usadas varían. Las unidades de volumen, por ejemplo, usadas en Europa son litros o metros cúbicos, mientras que en los EEUU se usan pulgadas cúbicas, pies cúbicos y yardas cúbicas.

Las unidades y símbolos usados en este seminario siguen el sistema internacional SI, que define siete unidades de base y unidades derivadas de estos.

Antes de hablar de la generación del aire comprimido y sus aplicaciones en los siguientes capítulos, es necesario definir algunas de estas unidades para evitar ambigüedades de lenguaje.

Unidad Base Abreviación Símbolo Nombre

Distancia l [m] Metro

Masa m [kg] Kilogramo

Tiempo t [s] Segundo

Electricidad I [A] Ampere

Temperatura T [K] Kelvin

Intensidad de luz L [cd] Candela Cantidad de

sustancia n [mol] Mole numero

Derivativo Abreviación Símbolo Nombre

Fuerza F [N] Newton

Presión p [Pa, bar] Pascal, bar; (1 bar = 100.000 Pa) Temperatura T [°C] Celsius

Trabajo W [J] Joule

Potencia P [W] Watt

Tensión Eléctrica U [V] Volt Resistencia Eléctrica R [Ω ] Ohm Frecuencia Eléctrica f [Hz] Hertz

Table 1-1: Base units of the SI system

Table 1-2: Derivativs (extract)

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1.3 Estado Termico

1.3.1 Temperatura y capacidad de calor

Temperatura

La temperatura de un gas es la medida de energía cinética de sus moléculas – mientras mas alta la temperatura, mas rápido se mueven. Aceptando eso, debe existir un punto de baja temperatura en que no se muevan mas las moléculas. Esta temperatura teórica es menos 273.15 grados en la escala Celsius, que se define por su punto 0.

La escala Kelvin usa esta temperatura como punto cero, in este caso el punto de derretimiento del hielo es 273,15 grados Kelvin.

Capacidad de Calor

La capacidad de calor específica de una sustancia [kJ/kg K] tiene que ser conocida para describir esta energía térmica. Esta es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una sustancia de 1 K. Hay que considerar si la sustancia se calienta con el volumen constante (isochorica) o con la presión constante (isobárica).

Capacidad de calor isochorica: cv ejemplo: Temperatura del aire de una habitación cv =

0.72 kJ/kg K

Capacidad de calor isobarica: cp ejemplo: Temperatura del aire de una habitación cp =

1.01 kJ/kg K

La capacidad de calor isobarica de una sustancia, es por lo tanto, mayor que la capacidad de calor isochorica.

cp y cv

se puede calcular con la ayuda del exponente isentrópico

K

La capacidad de calor Q, necesaria para calentar una masa de temperatura T1 a T2 se define

por: Cp

ĸ

= Cv Fig. 1-15: Thermometer t es indicado en [°C] T es indicado en [K]

Q = m x c x ( T

1

- T

2

)

Q = cantidad de calor [kW] m = flujo de masa [kg/s]

c = cantidad de calor especifico [kJ/kg K] T = temperatura [K]

Boiling point of water

Melting point of ice

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1.3.2 Presión

Presión atmosférica (pamb) se crea por el peso de la atmósfera y varía según su densidad y

distancia del centro de la tierra. La presión atmosférica normal a nivel del mar es de 1,013 bar, equivalente a 760 mm de mercurio (Torr). La presión atmosférica baja a medida que se aumente la altura.

Indicando presión hay que indicar si es presión absoluta o manométrica.

Presión absoluta pa

pa es la presión absoluta medido de

cero absoluto y se usa en todos los análisis teóricos, en tecnologías de vacio y soplado.

Presión manométrica pg

pg es la referencia práctica e indica la

diferencia entre la presión medida y la presión atmosférica pa = pamb + pg Pg = pa - pamb Fig. 1-16: Presion de aire dependiendo de altura

Fig. 1-17: Relacion de presión manometrica, vacuum, y presión absoluta.

atmospheric pressure vacuum 100% 0% pamb absolute pressure gauge pressure vacuum (g) (g) (g) (g) Pg

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Definición de Presión

En general: Dimensiones:

_{1 Newton} 1 Pascal = 1 metro cuadrado

1 N

1 Pa = 1 m2 Relación de Uni9dades: 105 Pa = 1 bar 1 MPa = 10 bar 1 bar = 14.5 psi 1 bar (g) = 14.5 psi (g) 1 bar = 10197 mm agua

1 bar = 750.062 Torr (mm mercurio)

fuerza presión = area F p = A

F

Fig. 1-18: Representación de presión

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1.3.3 Volumen

El volumen V es el espacio ocupado por una sustancia con la masa m. V es una variable de estado y generalmente depende de presión y temperatura.

La dependencia del volumen de la temperatura y la presión varia dependiendo de la sustancia. El volumen de sólidos y líquidos no varía mucho con relación a la presión, pero cambia considerablemente dependiendo de la temperatura.

Gases por otro lado, tienen una relación casi lineal entre volumen y presión, y entre presión y temperatura.

La relación entre volumen, presión y temperatura es un hecho simple y puede ser ilustrado por el siguiente ejemplo.

Un pistón de masa definida encierra un volumen de gas en un cilindro. Cuando se calienta el gas en el cilindro, el volumen del gas se incrementa, empujando el pistón hacia arriba. (Fig. 1-19)

El cambio de volumen también ocurre cuando la temperatura se mantiene constante y la presión varia. En este caso, la temperatura del gas queda constante (representado por el cilindro inmerso en un líquido) y la masa del cilindro se incrementa. (Fig. 1-20).

V = f (T, p) [m³]

p x V ~ T T p ~ V

Fig. 1-19: Volume and temperature m V m T 1 2

Fig. 1-20: Volumen y presión m m m p V 1 2 T = konst.

(14)

Force

1.4 Hechos importantes sobre aire comprimido

1.4.1 De aire atmosferico al aire comprimido

La definición física y química del aire la explica como una mezcla de gases sin color, sin olor y sin sabor. La mayor parte del Volumen del aire es nitrógeno (78%) y oxigeno (21%). Uno por ciento del volumen es argon y existen pequeñas cantidades de dióxido de carbón y otros gases. La composición exacta se muestra en la tabla a la derecha.

Como toda la materia, el aire se compone de moléculas constantemente en movimiento y que se atraen por las fuerzas moleculares. Moléculas de materia en el estado de gas mantienen relativamente una gran distancia entre si mismas y las fuerzas moleculares entre si son relativamente bajas. Por este hecho gases se expanden y llenan el volumen, encerrando este para ser mezclado con otros gases presentes. El volumen de las moléculas es comparativamente pequeño al volumen de los gases que componen las moléculas.

El espacio entre las moléculas se puede reducir

considerablemente, reduciendo el volumen del gas a una fracción de su volumen original. Cuando los gases se contienen, las moléculas colisionan con las

paredes del contenedor, ejerciendo presión. La presión del gas se define por fuerza por área y se mide en bar.

En aire a una presión de 1 bar (presión

atmosférica) y una temperatura de 0°C (273.15 K), las colisiones de las moléculas con las paredes del envase son aprox. 3 x 1023 por pulgada cuadrada por segundo. Si el gas contenido se calienta, la velocidad y energía cinética de las moléculas incrementa; impactando estas contra las paredes del contenedor, teniendo más fuerza y presión en su interior.

Component Volume percentage Nitrogeno 78.08 Oxygeno 20.95 Argon 0.93 Dioxidio de Carbon*) 0.03 Neon 0.018 Helium 0.00052 Methane 0.00015 Krypton 0.00011 Monoxidio de Carbon *) 0.0001 Monoxidio de Nitrogeno *) 0.00005 Hydrogeno *) 0.00005 Ozono *) 0.00004 Xenon 0.000008 Dioxidio de Nitrogeno 0.0000001 Iodine 2 x 10-11 Radon 6 x 10-18

Composición del aire

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Nitrogen Oxygen Other gasses [%]

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Definición de Aire Comprimido

Aire comprimido se entiende como aire atmosférico comprimido y es energía almacenada que se puede convertir en trabajo. Una forma simple de producir aire comprimido es con un Bombin en que el movimiento de un pistón en un cilindro comprime aire y produce calor. Este aire comprimido se puede usar para llenar la llanta de una bicicleta mientras que el calor va al medioambiente.

Todos los contaminantes que estaban en el aire antes de la compresión se mantienen en el aire comprimido en la misma cantidad pero mas concentrados en un espacio mas pequeño.

1.4.2 Leyes del gas

La ley del gas de Boyle-Marriotte define la relación entre presión y volumen cuando la temperatura queda constante.

La ley de Gay-Lussac define la relación entre temperatura y volumen a una presión constante.

Estas dos leyes forman la “Ley de gases Ideales”.

R es la cantidad de trabajo mecánico producido por 1 kg. de gas por cada aumento de un

grado K en temperatura, mientras que la presión queda constante. R depende del tipo de gas.

Raire = 0.287 kJ / kg K

Si el volumen se mantiene constante y se incrementa la presión, por consecuencia la incrementa la temperatura.

Si la presión se mantiene constante y se incrementa la temperatura, por consecuencia el volumen se incrementa.

Si el volumen se mantiene constante y se incrementa la temperatura, por consecuencia la presión se incrementa. (Ejemplo: llantas de autos (coches))

p x V

p = presión [ bar (a) ]

= R = const.

V = volumen [ m³ ]

T

T = temperatura [ K ]

R = constante del gas especial [kJ/kg K]

V

0

V

1

T

0

T

1

=

Fig. 1-23: :Air pump

p

0

x V

0

= p

1

x V

1

(16)

1 .4.3 Especificaciones de Volumen

Volumen Estándar

Volumen estándar se define como el volumen de un gas, liquido o sólido en su estado físico estándar. El estándar de estado físico se define por DIN 1343.

Un metro cúbico de gas a 0 °C y 1.01352 bar es definido un “metro cúbico estándar”.

Volumen Normal

Si se trata de aire comprimido, los volúmenes se dan como volumen normal bajo de las condiciones ambiéntales, en lugar de usar volúmenes estándares. Las condiciones de referencia para medir el aire entregado de compresores son 20 °C, 1 bar(a) y 0 % de humedad, dado por ISO 1217. En la práctica, volúmenes normales son calculados tomando en cuenta las condiciones ambientales.

Temperatura: 0 °C = 273.15 K Presion: 1.01325 bar (nivel del mar) Humedad: 0 %

Volúmenes de entrega de un compresor de desplazamiento positivo (compresor de tornillo, reciprocante, paletas, lóbulo rotante) siempre se dan en volúmenes normales.

Presión salida Volumen salida l V Temperatura salida T2 Temperatura entrada T1 Presión de entrada P1 Humedad de entrada Frel 1

V2 x p2 x T1 V1 =

T2 x p1

Fig. 1-24: Medición de volumen de entrega

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KAESER Compressed Air Seminar 14 Umgebungsluftdruck 1 bar (a) Betriebsdruck 7 bar (a) = 6 bar (ü) 1 Betriebs-m ³ 7 m ³ atmosphärisches Luftvolumen

Volumen de trabajo

Es el volumen en la red de aire comprimido o almacenado en el tanque, que se encuentra bajo presión a una relación de compresión correspondiente. Su temperatura normalmente es la misma que el ambiente y su humedad depende del grado de tratamiento recibido. El peso de este aire es variable como es en el caso con el aire de volumen normal.

Varios formas de expresar el volumen

En la práctica, se encuentran varias formas de expresar volumen. Para propósitos de comparación es útil incluir las condiciones actuales. La tabla da cuatro posibilidades básicas.

Temperatura Presión de aire Humedad relativa

Densidad de aire a) Volumen en acuerdo

con DIN 1343 (estado fisico normal)

0 °C =

273.15 K

1.01325 bar

0 %

1.294 kg/m³

b) Volumen en acuerdo con ISO 2533

15 °C =

288.15 K

1.01325 bar

0 %

1.225 kg/m³

c) Volumen referido a condiciones ambientales)

Temperatura

ambiente

Presión de

aire de

ambiente

Humedad de

ambiente

Variable

d) Volumen referido a

condiciones de trabajo

Temperatura

trabajando

Temperatura

de trabajo

Variable

Fig 1-25: Volumen trabajando

7 m³ volumen de aire atmosférico a 1 bar(a) presión de ambiente

1 m³ trabajando

Presion de trabajo pressure

7 bares (a) = 6 bares (g) Volumen efectivo de aire de entrada V0 x Presión de aire de entrada p0

Volumen de trabajo V1 =

Presión de trabajo p1

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Conversion de un volumen normal a un volumen estandard de acuerdo a

la DIN 1343

En varias situaciones no es suficiente dar el volumen de aire entregado en volumen normal, por que se necesita el peso del aire. En estos casos es necesario convertir a “metro cúbico estándar” como se especifica en la DIN 1343.

La ley básica de gases es la base del calculo:

Donde:

VN = Volumen estándar según DIN 1343

V0 = Volumen normal

T0 = Temperatura ambiente in K

TN = Temperatura según DIN 1343, TN = 273,15 K

pN = Presión de aire según DIN 1343, pN = 1.01325 bar

pA = Presión de ambiente en bar (a)

Frel = Humedad relativa del aire del ambiente

pD = Presión de saturación de vapor de agua en el aire en bar, dependiente de la

temperatura del aire (ver tabla)

Tabla de presion parcial de vapor de agua en el aire

Presión de saturación pD (bar(a)) a temperatura del aire t (˚C)

t

p

D

T

p

D

t

p

D -10 0.0026 +10 0.0123 +30 0.0424 -9 0.0028 +11 0.0131 +31 0.0449 -8 0.0031 +12 0.0140 +32 0.0473 -7 0.0034 +13 0.0150 +33 0.0503 -6 0.0037 +14 0.0160 +34 0.0532 -5 0.0040 +15 0.0170 +35 0.0562 -4 0.0044 +16 0.0182 +36 0.0594 -3 0.0048 +17 0.0184 +37 0.0627 -2 0.0052 +18 0.0206 +38 0.0662 -1 0.0056 +19 0.0220 +39 0.0699 0 0.0061 +20 0.0234 +40 0.0738 +1 0.0064 +21 0.0245 +41 0.0778 +2 0.0071 +22 0.0264 +42 0.0820 +3 0.0074 +23 0.0281 +43 0.0864 +4 0.0081 +24 0.0298 +44 0.0910 +5 0.0087 +25 0.0317 +45 0.0968 +6 0.0094 +26 0.0336 +46 0.1009 +7 0.0100 +27 0.0356 +47 0.1061 +8 0.0107 +28 0.0378 +48 0.1116 +9 0.0115 +29 0.0400 +49 0.1174 +50 0.1234

El Volumen de entrega de los compresores de desplazamiento positivo siempre es relacionado al estado estándar físico. Condiciones locales extremas como alta temperatura ambiente, presión baja (relacionada a la altura) y humedad máxima se debe tomar en cuenta.

Table 1-5: Partial pressure of water vapour in saturated air

V

0

x T

N

x (p

A

- (F

rel

x p

D

))

V

N

=

(p

N

x T

0

)

(19)

∙

Ejemplo

Conversión de volumen estándar a volumen estándar según DIN 1343.

Una fábrica de tejido requiere 16 m³ por volumen estándar según DIN 1343 a 7 bar.

Que compresor se requiere? Será suficiente un DSD 201, produciendo 20.86 m³/min a 8 bar.

Condiciones ambientales

Temperatura máxima ambiental: 40 °C Humedad relativa máxima: 65 %

Presión atmosférica más baja: 1.018 bar

Volumen de entrega de un DSD201 @ 8 bar: 20.86 m³/min

VN = Volumen estándar a DIN 1343

V0 = Volumen estándar

T0 = Temperatura de la ubicación en K

TN = Temperatura según DIN 1343, TN = 273.15 K

pN = Presión de aire según DIN 1343, pN = 1.01325 bar

pA = Presión de aire en ubicación, en bar (abs.)

Frel = Humedad relativa en la ubicación

pD = Presión de saturación de vapor de agua contenida en el aire en bar, dependiendo de

la temperatura del aire. (ver pagina 15).

V

N

= 17.41m³

Un compresor DSD 201@8 bar es suficiente.

Al agregar unidades de tiempo, el valor se puede expresar como Flujo de Volumen Estándar (VN) 17.41 m³/min.

El consumo de aire en términos de masa de aire, por ejemplo en kg. por unidad de tiempo, es dividido por la densidad del aire (1.294 kg/m³ según DIN 1343) para obtener un Flujo de Volumen Estándar en términos de metros cúbicos por unidad de tiempo.

mientras: m = Flujo de masa en [kg/min]

ρ = Densidad en

[kg/m³], for air: 1.294 kg/m³

V

N

= Flujo de Volumen Estándar en [m³/min] según DIN 1343

20.86 m³ x 273.15 K x (1.018 bar – (0.65 x 0.0738 bar))

V

N

=

(1.01325 bar x 313.15 K)

V

0

x T

N

x (p

A

- (F

rel

x p

D

))

V

N

=

(p

N

x T

0

)

m

VN

=

ρ

(20)

1.4.4 Cambio de Estado en Gases Ideales

Los cambios de estado en sistemas reales muchas veces son complejos. Se pueden simplificar, sin embargo, están relacionados a cambios de estado especiales, para eso se requieren las siguientes condiciones generales:

- Cantidad de particulas de un gas ideal constante. - Sistema cerrado

- Gas en un cilindro tapado por un pistón

- Proceso controlado (presión y temperatura del gas siempre en equilibrio con la presión y temperatura del ambiente).

- Movimiento de pistón sin fricción. (proceso reversible)

Cambio de estado isotérmico

Un cilindro con buena conductividad termica es ubicado en un deposito de calor de una gran capacidad de calor. El cambio de estado debería tomar lugar lentamente para asegurar el equilibrio de temperatura.

Si se disminuye el volumen manteniendo la temperatura constante, se aumenta la presión. Para compresión isotérmica, el calor completo tiene que ser transferido a los alrededores a través del depósito de calor.

Al revés, en una expansión isotérmica, el calor debe fluir desde el ambiente para ser repartido.

La siguiente relación entre presión y volumen se aplica segun Boyle-Mariotte:

p

0

x V

0

= p

1

x V

1

= const.

p0, T0 p1, T1 Transferencia de Calor Deposito de calor

Fig. 1-26: Cambio de estado isotérmico

Isotérmico T0 = T1 p p1 p0 V1 V0 V T1 T0

(21)

Das KAESER–Druckluft-Seminar 18

Cambio de estado Isocórico

El volumen de gas se mantiene constante por un envase de rigidez infinita.

Si se calienta el gas, se incrementa la presión. En el diagrama P-V, el estado isocórico es un movimiento vertical. El cambio de relación de presión es directamente proporcional a la relación de cambio de temperatura.

Cambio de estado Isobárico

A un volumen de gas en un cilindro se ejerce una presión constante por la masa estática y constante del pistón.

Cuando se aplica calor a un gas, su volumen aumenta empujando el pistón hacia arriba. En el diagrama P-V, el estado isobárico es un movimiento horizontal. El cambio de relación de volumen es directamente proporcional a la relación de cambio de temperatura.

p

0

T

0

p

1

T

1

=

p0, T0 p1, T1 m Transferencia de Calor

Fig. 1-28: Cambio de estado isobárico t t h Isobárico p0 = p1 p p0 = p1 V V0 V1 0 1 T0 T1

V

0

T

0

V

1

T

1

=

p0, T0 p1, T1 Transferencia de calor

Fig. 1-27: Cambio de estado isocórico t t h p p1 p0 V0 = V1 V Isocórico V0 = V1 1 0 T0 T1

(22)

Cambio de Estado Isotrópico

El cambio de estado isentrópico puede suceder en un sistema adiabático si se puede evitar cualquier transferencia de calor hacia afuera. En términos prácticos, el proceso pasa tan rápidamente que no hay tiempo para la transferencia de calor. Isentrópico también significa que el proceso es reversible.

Si se reduce el volumen y no hay transferencia de calor, la temperatura y la presión aumentan. Como el calor de compresión aumenta el diagrama P-V es más inclinado que el diagrama P-V isotérmico;. Al reves, el gas se enfria en una expansión isentrópica (como en una descompresión en una boquilla).

Temperatura, presión y volumen son vinculados por la formula siguiente:

p

0

x V

0 ĸ

= p

1

x

V

1 ĸ

p = presión absoluta [Pa]

V = volumen [m³]

p

01- ĸ

x T

0 ĸ

= p

11- ĸ

x T

1 ĸ

T = temperatura [K]

ĸ

= = Kappa

T

0

x V

01- ĸ

= T

1

x V

11- ĸ

ĸ

aire

= 1.40

c

p

c

v p0, T0, V0 p1, T1, V1 No transferencia de calor

Fig. 1-29: Cambio de estado isotrópico

Adiabático o isentrópico p0< p1 T0 < T1 V0 > V1 p1 p0 V V1 V0 0 1 T1 p T0 Isotérmico Adiabático: completamente aislado y libre de fricción

(23)

Cambio de Estado Politrópico

Ambos, el cambio de estado isotérmico y el cambio de estado isotrópico son extremos y no ocurren en realidad. La compresión de gas en un compresor o la expansión en un motor son cambios de estado politrópicos.

El diagrama siguiente indica la potencia específica teórica requerida para la compresión de 1 bar absoluto.

En la compresión de aire, el exponente n llega a diferentes valores dependiendo del método de compresión usado, de la relación de compresión, y de la potencia específica necesaria para la compresión de una cantidad definida de aire en un momento dado.

n = 1,4 =

ĸ

air

n = 1,3 n = 1,1 n = 1,0

Fig. 1-30: Influencia del exponente politrópico n sobre la potencia específica

Todos los cambios de estado descritos hasta el momento se pueden considerar como casos especiales dentro del caso general, el cambio de estado politrópico aplica de la siguiente forma:

Con n como el exponente politrópico

n = 0 proceso isobárico n = 1 proceso isotérmico n = ĸ proceso isotrópico n = ∞ proceso isocórico T1 p1 V0 T0 p0 V1

=

n - 1 n n - 1 Relación de presión Isothermico Isentropico

(24)

1.4.5 Aire comprimido en movimiento

Flujo volumétrico

La tasa de flujo volumétrico conocido es la tasa de entrega del compresor y se indica en las siguientes unidades [l/min], [l/s], [m³/min] o [m³/h]. La tasa de flujo volumétrico se define como volumen por unidad de tiempo. Tasas de flujo solo pueden ser comparadas si son medidas bajo las mismas condiciones de temperatura de entrada, presión, humedad relativa, y presión en la medición.

Tasa de flujo

Las leyes que se aplican al aire estático son diferentes a las leyes que se aplican al aire en movimiento.:

= Tasa de flujo volumétrico [m³/min]

v = Velocidad [m/s] A = Área seccionada [m²]

La tasa de flujo se deriva de siguiente fórmula:

Eso indica que la velocidad de flujo es inversamente proporcional al área particular seccionada.

= A

1

x v

1

= A

2

x v

2 V

A

1

v

2

A

2

v

1

=

V V

Fig. 1-31: Tasa de flujo con cambio de área seccionada

A2, v2 A1, v1 d1 dB(A)

dB(A)

v2 > v1

V constante

p ~ v²

D

p d2

Longitud

(25)

Hay dos tipos de flujo; éstos dependen de la velocidad del fluido:

Flujo laminar

En el flujo laminar, las partículas del aire se mueven en paralelo.

La velocidad disminuye del centro hacia la pared de la tubería. La velocidad cerca de la pared es cero; las partículas no se mueven. El flujo laminar solo ocurre a baja velocidad y/o en tuberías estrechas. Las pérdida de presión y transferencia de calor son bajos.

Flujo turbulento

En un flujo turbulento, que es más común, las partículas no mueven en paralelo y la estructura de la velocidad no es regular. Reflujos y remolinos ocurren y hay gran pérdida de presión y transferencia de calor.

Números de Reynold (Re)

El número de Reynold ayuda a determinar si el flujo en una red de tubos es laminar o turbulenta. El número Re es influenciado por tres factores:

w = Promedio de velocidad de flujo [m/s] di = Diámetro de la tubería [m]

ν = Viscosidad dinámica [m²/s] Ejemplo. Aire a 1.0132 bares y 20 °C:

ν = 15.10 x 10-6_m²/s

Si el número de Reynolds excede el valor critico (Recrit = 2.320) un flujo laminar cambia a un

flujo turbulento.

w x d

i

Re =

ν

Fig. 1-34: Perfiles de velocidad de flujo laminar y flujo turbulento

Fig. 1-32: Flujo laminar

Turbulent flow

Laminar flow

Boundary layer

Pipe material

(26)

Perdida de presión en un tubo

Cada tubo presenta cierta resistencia al flujo de aire que fluye adentro. La resistencia es mucho más grande en flujos turbulentos que en flujos laminares y depende de cuatro factores:

· Área seccional del tubo

· Velocidad del flujo

· Largo del tubo

· Calidad de la superficie de la pared del tubo (no tiene importancia en las velocidades encontradas en el ámbito del aire comprimido)

Fig. 1-35: Perdida de presión incrementando el largo del tubo

Presión en bar

Largo en mm 1

2

(27)

1.5 Sonido

Sonido es lo que interpreta su cerebro con cambios minúsculos en presión del aire tocando el oído. El sonido viaja a través de un medio como gas o líquido en forma de olas longitudinales, moviendo las moléculas del medio, adelante y atrás y así creando áreas de presión. La velocidad del sonido a través del aire a nivel del mar y 20 °C es 343 m/sec.

Presión del sonido

Presión del sonido es el nombre dado a variaciones de presión en un medio que transmite sonido. La presión del sonido ejerce una fuerza sobre un área y por tal motivo se puede expresar en Pascal. (Pa) (10-5 bar). En este sentido la distancia de la fuente del sonido es crítica. El sonido ambiental en un dormitorio tranquilo en la noche tiene una presión de sonido de 6.3 x 10-4 Pa, mientras la presión del sonido de la turbina de un avión a una distancia de 30 metros puede ser 200 Pa.

Nivel de presión de sonido (Lp)

El nivel de presión de sonido Lp indica la relación de la amplitud de la presión del sonido a

un nivel de referencia de cero dB (Decibel) (pR = 20 µPa = 2 x 10-5 Pa). El Decibel del nivel

de la presión del sonido (dBSPL) es, por ende, una relación sin dimensión a un nivel de referencia, el umbral del oído del ser humano a su frecuencia más sensitiva.

Ponderación del nivel de presión de sonido (A)

Las curvas de frecuencia de ponderación son usadas para tomar en cuenta el hecho de que el oído humano percibe una diferencia en la fuerza entre tonos de la misma intensidad pero frecuencia diferente (Fig. 9-31). Comunmente se utiliza la siguiente fórmula:

in dB (A)

El peff A es el valor efectivo de la presión del sonido y se puede medir fácilmente con

medidores de presión comerciales.

peff A LpA = 20 log

pR

Fig. 1-36: Sound pressure level without A filter

(28)

Volumen (Fuerza del sonido)

El oido humano no tiene la misma sensivilidad a todas las frecuencias y los niveles sonoros no pueden equipararse a la percepción de volumen. El volumen es un valor subjetivo medido en Phon e indica en promedio, que tan fuerte oímos un sonido. Un aumento de la presión acústica de 10 dB se percibe como una duplicación del volumen. Dos fuentes de de igual nivel de sonido producen un nivel combinado de 3 dB superior a la misma fuente.

Nivel de potencia acústica LWA”

El nivel de potencia acústica indica, por ejemplo, el ruido producido por un producto en determinadas condiciones de operación. La potencia acústica de una fuente de radiación puede ser determinada por la medición de campo libre. Mientras que el nivel de presión acústica indica el valor de la presión acústica de un campo de sonido en un determinado lugar, el nivel de potencia acústica da a la emisión de ruido de una fuente. Si el nivel de presión acústica en una determinada distancia de la fuente es conocida, la potencia acústica de la fuente puede ser calculada.

El "nivel de potencia acústica" se calcula de la suma de los "niveles de presión acústica" y la superficie de medición Ls.

La superficie de medición Ls es el tamaño calculado que se agrega al “Nivel de potencia

acustica LpA” medido.

Medicion de campo libre

El nivel de sonido de un compresor, por ejemplo, se determina con la ayuda de una medición de campo libre segun DIN 45635. La máquina se posiciona en un campo libre de un radio de 50 m, para evitar que refexiones de sonido entren a la medición. Un cubo imaginario envuelve la máquina en una distancia de un metro en todas las direcciones. Se calcula la superficie de este cubo imaginario y se definen los puntos de medición.

Usando la formula de arriba, el “nivel de potencia acustica” se puede calcular, independiente de la distancia de la máquina, para definir la emisión de sonido del equipo

LWA = LpA + Ls

LpA es el promedio “nivel de potencia acústica” en una

superficie especifica, Ls es el superficie de la medición,

donde

Ls = 10 log (s / 1 m²) in [dB]

s = es el tamaño de la superficie en m² (ejemplo a 4 m de radio de medición s = 100 m²)

Fig. 1-37:Medición de campo libre Cubo imaginario

1 m

50 m

(29)

Seminario de Aire Comprimido KAESER

2. Produciendo Aire Comprimido

2.1 Tipos de compresores

2.2 Compresores con desplazamiento

positivo

2.2.1 2-shaft rotary compressors

2.2.1.1 Compresores de tornillo

2.2.1.2 Ventajas de los compresores KAESER

2.2.1.3 Compresores rotativos interdentados

2.2.1.4 Sopladores Rotativos

2.2.2 Single shaft rotary compressors

2.2.2.1 Compresores Vane

2.2.2.2 Compresores Scroll

2.2.3 Compresores de Pistón

2.3 Compresores Dinámicos

2.3.1 Compresores turbo radial

2.3.2 Compresores turbo axial

(30)

Seminario de Aire Comprimido KAESER 2

2.1 Tipos de Compresores

Si estamos hablando de la producción de aire comprimido uno debe separar entre los dos principios de compresión; dinámica y desplazamiento positivo.

Compresión dinámica

Compresores dinámicos convierten energía cinética a energía comprimida. Propulsores aceleran el aire y difusores lo retrasan de nuevo, convirtiendo la fuerza centrífuga (peso) del aire a energía en forma de presión. El volumen de aspiración no está definido pero depende del peso y de la contrapresión. El desempeño de los compresores dinámicos es influenciado por las condiciones ambientales y el origen del gas para comprimir (oxigeno, nitrógeno, helio, hidrógeno). La humedad promedio, temperatura y presión del gas de entrada deben ser consideradas en el diseño de un compresor dinámico.

Compresores de desplazamiento positivo

En todos los compresores de desplazamiento positivo, el volumen entrante es incrementado al máximo, y luego se reduce nuevamente, apretándose entre sí las moléculas del medio creando una presión interna. Cuando en la cámara de compresión la presión excede a la contrapresión del tanque de aire o red de aire, la válvula de venteo se abre (en el caso de un compresor de pistón) permitiendo que el aire sea expulsado de la cámara. En otros compresores como tornillos rotativos, el aire comprimido por los tornillos ínter dentados es expulsado continuamente y a una presión constante sin la necesidad de una válvula de venteo.

En este capitulo se describe los tipos de compresores mas importantes en detalle. Se debe recordar que n o todos son aptos para todas las aplicaciones y la seleccion debe ser realizada de acuerdo a la necesidad de una tarea específica, no unicamente desde el punto de vista del tipo de compesor sino tambien de acuerdo a la energía, costos de mantenimiento y confiabilidad de la operación.

(31)

2. Produciendo Aire Comprimido

Tipos de Compresores

Compresores Dinámicos Eyector

Axial

Radial

Compresores con desplazamiento positivo

Reciprocativo Trunk Crosshead Piston libre Labyrinth Diafragma Rotativos Paleta

1-eje Anillo Liquido

Scroll

2-ejes Tornillo

Lóbulos

Meshing tooth

(32)

2.2 Compresores con despalzamiento positivo

2.2.1 Compresores de tornillo con dos ejes

2.2.1.1 Compresores de tornillo

Desarrollo de compresores de tornillo

La idea de utilizar rotores en aire comprimido no es nueva. En 1878 Heinrich Krigar de Hannover, Alemania patentó un pequeño compresor de tornillo. La primera producción de un compresor de tornillo tenía un perfil simétrico y no podría lograr un cambio por su mayor costo específico, en esos tiempos el compresor de pistón era la única solución.

En 1962 un perfil asimétrico de dos rotores fue desarrollado, resultando un mejor rendimiento (caudal), un 10%, pero aún el consumo en energía y el precio estaban mas alta que un compresor de buena calidad de pistón.

El perfil SIGMA

Ingenieros de KAESER lograron desarrollar un perfil asimétrico, SIGMA con el cual se eliminaron las previas desventajas de generaciones de compresores de tornillo. Incorporando este perfil de rotores en compresores de tornillo en conjunto con otras nuevas mejoras en diseño y un nuevo método de producción precisa, logran un gran ahorro en energía sobre los de la competencia (15 a 20% *)

Compresores rotativos KAESER tienen un menor costo específico que cualquier otro compresor e incluyen todas las ventajas del principio de rotores conocidos hoy en día.

*) Confirmado por pruebas científicas de universidades y de la CAGI (Compressed Air and Gas Institut)

Areas de aplicaciones

Compresores rotativos de tornillo modernos se encuentra en dos áreas de aplicaciones: Compresores estacionarios para toda la industria o compresores portátiles en aplicaciones de minerías y manufacturas.

Fig. 2-2: Perfil Simétrico

Fig. 2-3: Perfil Asimétrico

Fig. 2-4: perfil SIGMA

(33)

Produciendo Aire Comprimido con dos tornillos rotativos

Un rotor macho y un rotor hembra girando en direcciones diferentes, generalmente llamados tornillos están ubicados en una carcasa; solo uno esta conectada al motor (macho) y el otro gira por la rotación del macho. Por la razón de di ferentes lóbulos las velocidades son diferentes entre los dos rotores. El aire entra entre los lóbulos y la carcasa y se mueve hacia la salida de aire comprimido. Debido a las diferentes velocidades se reduce el espacio y por lo tanto el volumen del aire. La entrega es continua y sin pulsaciones.

Fig. 2-5: Un rotor macho y un rotor hembra girando en direcciones diferentes son

montadas con rodamientos de polines dentro de la carcasa. Se inyecta aceite a la carcasa, disminuyendo el calor de compresión, previniendo contacto metálico entre los tornillos y también con la carcasa, y lubricando los rodamientos. Como los tornillos están girando, el espacio entre ellos y la carcasa cerca del orificio de entrada se abren empujando el aire hacia los espacios f ormados y estos espacios son sellados por la inyeccion de ac eite apenas pasa el puerto de entrada atrapando el aire (en la ilustración con sombra).

Fig. 2-6: La diferencia entre los ángulos y la velocidad de los tornillos es la razón de la

disminución de volumen, el aire comprimido es transportado hacia la salida, siempre y cuando se ha llegado a la presión diseñada. El flujo es empujado en forma continua y libre de pulsaciones hacia la salida. La velocidad del tornillo macho en un compresor directamente acoplado es de 1.500 o 3.000RPM.

Además de la versión de compresores rotativos mencionadas arriba, hay también unidades enfriadas por agua y no lubricadas.

2. Produciendo Aire Comprimido

Fig. 2-5: Vista desde arriba

Fig. 2-6: Vista desde abajo

Entrada de aire

Salida aire comprimido

(34)

Diagrama de un compresor de tornillo lubricado

La unidad compresora (1) esta conectada al motor eléctrico. El aceite (Lubricante para enfriar) inyectado a la unidad compresora y mayormente para enfriar, es direccionado hacia el estanque separador (2) y el filtro separador, asegurando aire limpio en la descarga.

El ventilador (3) asegura un enfriamiento del equipo y también un flujo de aire frió hacia el enfriador de aceite y el postenfriador de aire (4 y 5). El controlador asegura que el aire esta producido dentro de sus limites (ej. 7 - 7,5bar). Funciones de seguridad protegen el compresor contra fallas importantes apagando el equipo automáticamente.

El lubricante del compresor tiene 4 funciones :

2. Produciendo Aire Comprimido

1.

2.

3.

4.

Enfriar; temperatura de descarga de la unidad ca. 75 °C Lubricación de losrodamientos

Sellar lobulos

Limpiar contaminantes en el aire

Aire Comprimido (4) Filtro de aire (5) Aceite frio (3) (1) (2)

Aceite Mexcla aire Aceite frio Filtro de aceite

Aceite caliente

Válvula Termostatica

(3)

(35)

Seminario de Aire Comprimido KAESER 7 Fig. 2-8: Compresor lubricado CSDX

10 1 2 5 4 6 7 8 9 11 3 12 13 14 15 16

Partes de un compresor lubricado

1 Unidad Compresora 2 Motor compresor 3 Válvula de entrada

4 Válvula Mínima Presión/ Válvula Check

5 Válvula combinada

6 Enfriador de aceite con Válvula termostática

7 Post-enfriador

8 Estanque separador con filtro separador 9 Válvula de seguridad 10 SIGMA Control 11 Acoplamiento Omega 12 Entrada de Aire 13 Filtro de Aire 14 Ventilador Radial 15 Soporte antivibración 16 Salida de aire comprimido

(36)

Compresor libre de aceite

Compresores de tornillo libre de aceite, ej. donde ningún liquido esta inyectando a la unidad compresora, están utilizados en ciertas aplicaciones especiales. Los tornillos en es os nombrados compresores libre de aceite no tienen contacto entre ellos, si están sincronizadas con engranajes lubricadas. Para compensar la desviación de aire a través de los espacios entre los tornillos sin sellos, la unidad tiene una velocidad mucho mas alto que los compresores de tornillo lubricados. Equipos más grandes generalmente son enfriados por agua y generan mucho calor.

· Dos etapas para llegar a la presión requerida por la razón que no tiene refrigeración por un medio de lubricante

· Tornillos sincronizados en cajas de engranajes separadas con su propio circuito de aceite

· Temperaturas de descarga desde 120 °C to 230 °C

· Arrastre de aceite en el aire comprimido hasta 2 mg/m³ dependiendo de la calidad de aire entrando al compresor

· Se requiere un tratamiento de aire adicional para llegar a la clase 3 de la ISO 8573-1

Ilustración de un compresor de tornillo libre de aceite de 2 etapas,

Fig. 2-9: 2-etapas, compresor de tornillo no lubricado

1. Primera etapa de compresión, 4,000 – 13,000 rpm 2. Segunda etapa de compresión, 7,000 – 25,000 rpm 3. Primera etapa con engranajes (lubricado por aceite) 4. Segunda etapa con engranajes (lubricado por aceite) 5. Caja de engranajes principal (lubricado por aceite)

2. Produciendo Aire Comprimido

1

5

4

3

2

(37)

2.2.1.2 Ventajas de los compresores de tornillos KAESER

El mundialmente renombrado Perfil SIGMA

Perfil de SIGMA es el perfil de rotor desarrollado y fabricado por KAESER KOMPRESSOREN GmbH. Compresores con el perfil SIGMA tienen un menor requerimiento de potencia especifica que los convencionales utilizando un perfil

asimétrico. El requerimiento específico de energía se calcula dividiendo la potencia

*) en kW por la entrega efectiva en m³ / min.

*) Dependiendo del punto de referencia: potencia consumida en el eje del compresor, potencia en el eje del motor o el consumo total de potencia.

Diseño simple unidad compresora

La unidad compresora contiene dos partes rotativas: el rotor macho y el rotor hembra o simplemente tornillos. El rotor macho es conducido y este conduce a la hembrapor lo tanto no hay engranajes de sincronización y ningún contacto entre metales debido a que es inyectado una película protectora de aceite. No hay una válvula de entrada o salida en el cual pudiera haber desgaste y la unidad entrega un volumen constante de aire comprimido y prolonga la vida operacional.

Baja temperatura de descarga

La temperatura de descarga es solamente de alrededor de 80°C, con lo cual no hay una tendencia a quemar el aceite.

Baja temperatura de descarga desde el compresor

La alta efectividad del post-enfriador reduce la temperatura del aire comprimido hasta 5-10 K sobre la temperatura de entrada (o sobre la temperatura de entrada del agua d e enfriamiento). Esto permite una conexión directa a un secador refrigerativo, sin necesidad de un enfriador intermedio.

Menos arrastre de aceite

El confiable separador de multi-etapa remueve aceite del aire comprimido asegurando una alta calidad del aire. Dependiendo del modelo, no mas de 1-3 mg/m³ de aceite remanente en la descarga de aire comprimido.

Filtración de aire de enfriamiento (series SX a ASK)

Compresores pequeños los cuales están instalados en talleres con aire contaminado son protegidos del polvo por paneles filtrantes limpiando el aire de enfriamiento, antes de entrar a la maquina.

Bajo nivel de sonido

Ductos insonorizados y gabinetes a prueba de ruidos, conllevan a extremadamente bajos niveles de ruido y permiten que esos compresores sean instalados en casi cualquier área de trabajo. Los niveles de ruido llegan a 64 dB(A).

2. Produciendo aire comprimido

(38)

SIGMA-CONTROL

El controlador Sigma está basado sobre un robusto computador industrial con un sistema operativo de tiempo real con la

posibilidad de actualización. El estado operacional del compresor es rápidamente captado con la ayuda de LED’s con colores del semáforo. El display completo está presentado en

30 diferentes idiomas y es fácilmente navegable con botones e iconos. El SIGMA control regula y monitorea el compresor automáticamente. Una

secuencia de seguridad apaga la maquina automáticamente en caso de un e vento de alarma. Un modo de control económico, puede ser seleccionado según los ciclos de consumos, es posible elegir entre Dual, Quadro y Vario (proporcional). El controlador está equipado con interfases RS 232 para conectar un MODEM o impresora y un RS 485 para conectarse a un Segundo compresor, secuenciando la carga base. El controlador tiene la capacidad de conectarse a una red

de datos vía Profibus DP y también tiene contactos libre secos disponibles para intercambiar señales con un sistema de control central.

Cadena de seguridad

La secuencia de la cadena de seguridad, tiene la capacidad de apagar y supervisar: · Temperatura de descarga de la unidad compresora

· Temperatura de motor y corriente · Dirección de rotación.

Motor Premium de alta eficiencia

El motor principal usado son de una eficiencia óptima y cumplen con los estándares de la norma EFF1 (EPACT)

Bajas pérdidas de transmisión de potencia

1:1 Potencia es transmitida a través del acoplamiento directo o vía correas múltiples de alta eficiencia con tensionamiento automático en maquinas pequeñas.

Mantenimiento simple

El sistema de monitoreo incluye, indicadores que reciben información para simplificar el mantenimiento. Características especiales:

- Indicación de filtro de aire saturado. - Indicación de filtro de aceite saturado. - Indicación de separador de aceite saturado.

- Con la presión interna, ayuda a la evacuación del aceite. - Acoples rápidos simplifican el trabajo de mantenimiento. - Mirillas de aceite muestran el nivel de un vistazo

- Engrasadores accesibles permiten el fácil re-engrase de los cojinetes de motor en movimiento (desde serie BSD)

Potente sistema de ventilación

El ventilador radial tiene la suficiente capacidad para extraer el aire a través de ductos.

Soportes internos y externos anti-vibración

Componentes especiales antivibratorios en soportes y acoplamientos de tuberías.

2. Produciendo Aire Comprimido

(39)

2.2.1.3 Compresores rotativos dentados

Aplicación

Compresores de dientes rotativos son utilizados para baja y media presión y compresión libre de aceite.

Diseño y función

Igual que en compresores rotativos y compresores de paleta, los de diente rotativo funcionan bajo el principio de desplazamiento positivo

El elemento de compresión consiste en una carcaza donde 2 perfiles dentados rotativos giran en forma opuesta. Estos rotores pueden ser simples o dobles según el fabricante. Los rotores no están en contacto metálico entre ellos en la pared de la carcaza.

Al pasar un diente por la cámara interna, esta se llena de aire y posteriormente comprime Durante la rotación la cámara se contrae comprimiendo el volumen aire atrapado hasta alcanzar el orificio de descarga y el aire comprimido es expedido a la red.

Características

Lubricación de la cámara de compresión: no es necesaria, contacto es prevenido engranajes

Caudal: 2 a 12 m³/min

Etapas: 1 a 2

Rango de presión: 1-etapa hasta 3.5 bar, 2-etapas hasta 8 bar Revoluciones: 3,000 a 25,000 rpm

Enfriamiento: aire o agua

è _{Mas silenciosos comparados con compresores de pistón libres de aceite.}

Desventajas

· Alto consumo eléctrico · Presión maxima 8 bar

· Dos etapas necesarias para máxima presión con intercambiador de refrigeración.

2. Produciendo Aire Comprimido

Orificio de Admisión

(40)

Seminario de Aire Comprimido KAESER 12 Fig.2-15: Función del soplador rotativo

2.2.1.4 Sopladores rotativos

Aplicación

Sopladores Rotativos son encontrados en aplicaciones donde se requiere gran volumen de aire libre de aceite, baja presión, como en el transporte neumático de polvo o granulado, limpieza de f iltros y aireación de estanques de agua y tratamiento de tanques.

Otras aplicaciones son en ingeniería de vacio para limpieza por succión y accionamiento de maquinaria de ordeña.

.

Diseño y funcionamiento de sopladores bi-lobulares

Sopladores Rotativos pueden ser de etapa simple o 2-etapas y rotores interconectados en el principio de la compresión externa.

Un volumen de aire (u otro medio gaseoso) es atrapado entre los lóbulos del rotor y la carcaza y transportado al orificio de descarga sin haber sido internamente comprimido. El orificio de salida el aire es empujado contra cualquier contrapresión en la línea de descarga, el grado de compresión es el diferencial en presión en el orificio de admisión y descarga, ej. Contra-presión en la línea de descarga.

Caudal: hasta 1,200 m³/min

Características de flujo: 2 pulsaciones por ciclo* de operación Número de etapas: 1 a 2

Rango de presión: 0.5 a 2.0 bar (absoluto)

Conveying chamber lubrication: not necessary, as timing gears prevent contact Accionamiento: motor eléctrico

Revoluciones: 300 a 11,000 rpm Velocidad rotor periférico: 10 a 50 m/s (*Aplicable únicamente en rotores bi-lobulares)

(41)

Seminario de Aire Comprimido 13 Fig. 2-16: soplador rotativo de 3 lobulos

Fig.2-17: Soplador Compacto Kaeser

Diseño y Funcionamiento de un soplador de 3 lobulos

Los sopladores rotativos de 3 lobulos son un medio útil para la producción de aire comprimido con muy poco efecto de pulsación. El trabajo de este elemento se basa en el mismo principio de los equipos de 2 lobulos con un consumo de energía adicional.

Sopladores compactos

La eficiencia juega un papel importante en las aplicaciones de sopladores, con la atención puesta en bajos costos de operación, baja energía específica y requisitos básicos de mantenimiento. La serie compacta de Kaeser requiere de un mínimo espacio y contribuye al ahorro con la reducción de gastos de instalación. La reducción de emisión de ruido en la fuente significa menor gasto de amortiguación del ruido en la habitación y los equipos como tal son particularmente seguros y confiables.

(42)

Seminario de Aire Comprimido KAESER 14 Fig 2-18: Principio de

compresor de paleta

2.2.2 Compresores rotativos de eje único

2.2.2.1 Compresores de paleta

Aplicación

Los compresores de paleta son usados en aplicaciones de bajas presiones y vacío.

Diseño y funcionamiento

Paletas se insertan en las ranuras longitudinales en u n rotor, montado en una carcasa cilíndrica. La fuerza centrifuga mantiene las paletas presionado contra la carcasa, que separa las cámaras de todo el rotor. Estas cámaras se expanden y contraen en volumen, colocando la máquina en la categoría de los compresores de desplazamiento.

El puerto de entrada se encuentra en el punto en qu e las cámaras, formada por el rotor, paletas y gabinete, se están expandiendo en volumen. El aire es extraído y llevado por el rotor, siendo atrapado y comprimido por la

contracción de la cámara, hasta alcanzar el puerto de descarga donde el aire es empujado hacia la red de aire.

Los compresores de paleta pueden ser de un a o varias paletas, de simples o múltiples carcasas y refrigerados por aire o agua. Pueden ser lubricados o inundadas de aceite y las paletas puede ser metálicas o de plástico.

Entrega: 0.2 a 180 m³/min

Características del caudal: Relativamente suave en comparación con el flujo de compresores de pistón.

Número de etapas: 1 ó 2, 2 son requeridas para presiones sobre 4 bar Rango de presión: 1 a 10 bar manométrico y en vacío hasta 1 x 10-3 _bar

Enfriamiento: Aire, agua o inyección de aceite.

Conducción: Motor eléctrico o motor diesel en equipos portátiles. Velocidad: 400 a 3,600 rpm

Velocidad perimetral de paletas: 12 a 20 m/s

Desventajas

· Altos costos de mantenimiento debido al desgaste de las paletas.

· Pérdida de eficiencia relativamente alta debido a la sustitución irregular de Paletas · Alto consumo de aceite (con aceite de lubricación fresco)

· Limite de presión a 10 bar.

· Máquinas con aceite de lubricación fresca y separador aireador, producen aire comprimido con un alto contenido de aceite.

· Antieconómico a altas presiones.

(43)

2.2.2.2 Compresores de espiral Aplicación

Los compresores de espiral (Scroll) están especialmente indicados para bajo volumen, compresión de aire libre de a ceite y particularmente en la refrigeración del enfriamiento de ai re comprimido y sistemas de aire acondicionado.

Diseño y funcionamiento

La compresión se produce entre dos discos enfrentados con forma de espiral; un espiral es fijo y el otro posee un movimiento orbital. El movimiento orbital del espiral interior abre una cavidad en el punto exterior del espiral fijo, Donde el medio a ser comprimido es retirado. Más movimiento orbital mueve el volumen atrapado alrededor del espiral hacia su centro, comprimiendo en el camino y descargando desde el puerto en el centro del espiral.

Características:

Caudal: Hasta 1.5 m³/min

Características de caudal: Ininterrumpido y sin pulsaciones Rango de presión: Hasta 10 bar

Lubricación de la cámara de compresión: Ninguno

Velocidad: Hasta 3,100 rpm

Desventajas

· Alta temperatura media de descarga

· Considerable deslizamiento a alta presión, lo que conlleva a un alto requerimiento de potencia específica.

2. Produciendo aire comprimido

Fig. 2-20: Principio compresor Scroll

1 2

3 4

(44)

Seminario de Aire Comprimido KAESER 16 Fig.2-22:Succión Fig.2-23:Compresión

Pérdidas

· Volumen de entrada se pierde por válvulas o filtros tapados.

· Pérdidas en la salida se producen por gas escapando por adelante del pistón.

2.2.3 Compresor de Pistón

Definición

Compresores de Pistón son maquinas de desplazamiento positivo. Un pistón succiona aire y subsiguientemente lo comprime a través de un cilindro que esta encerrado en un lado por válvulas autoactivadas.

Diseño y Función

El movimiento hacia abajo del pistón crea un vació en el cilindro, resultando, que se succiona el gas (aire) hacia adentro a través de la válvula de admisión (1). En el movimiento hacia arriba, la válvula de admisión se cierra y el gas contenido en el cilindro se comprime hasta que la presión dentro del cilindro excede la presión de afuera de la válvula de descarga (2) y la abre por el diferencial de presión.

El movimiento reciprocante es cíclico, entregando aire comprimido en p ulsos. La torsión sobre el cigüeñal también es cíclica, subiendo y bajando de acuerdo a la posición del pistón.

El volumen aspirado del pistón es el producto de su área frontal y su carrera. El volumen aspirado es menor que el volumen del cilindro; la diferencia se conoce como espacio muerto.

2. Produciendo Aire Comprimido

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