tecno-uda 03 aire comprimido

8/12/2019 TECNO-UDA 03 Aire Comprimido

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La Universidad de la Regin de AtacamaInstituto Tecnolgico

Ctedra de Perforacin y Tronadura

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Ctedra de Perforacin y Tronadura

Introduccin al aire comprimido

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La evolucin en la tcnica del aire comprimido

El aire comprimido es una de las formas de energa ms antiguas que conoce el

hombre y aprovecha para reforzar sus recursos fsicos.

El descubrimiento consciente del aire como medio - materia terrestre - se remonta a

muchos siglos, lo mismo que un trabajo ms o menos consciente con dicho medio.


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El primero del que sabemos con seguridad es que se ocup de la neumtica, es

decir, de la utilizacin del aire comprimido como elemento de trabajo, fue el griego

KTESIBIOS. Hace ms de dos mil aos, construy una catapulta de aire comprimido.

Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido como energa

procede del siglo I de nuestra era, y describe mecanismos accionados por medio de

aire caliente.


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De los antiguos griegos procede la expresin "Pneuma", que designa la respiracin,

el viento y, en filosofa, tambin el alma.

Como derivacin de la palabra "Pneuma" se obtuvo, entre otras cosas el

concepto Neumtica que trata los movimientos y procesos del aire.


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Aunque los rasgos bsicos de la neumtica se cuentan entre los ms antiguos

conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando empezaron

a investigarse sistemticamente su comportamiento y sus reglas.

Slo desde aproximadamente 1950 podemos hablar de una verdadera aplicacin

industrial de la neumtica en los procesos de fabricacin.


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Es cierto que con anterioridad ya existan algunas aplicaciones y ramos de

explotacin como por ejemplo en la minera, en la industria de la construccin y en

los ferrocarriles (frenos de aire comprimido).

La irrupcin verdadera y generalizada de la neumtica en la industria no se inici, sin

embargo, hasta que lleg a hacerse ms acuciante la exigencia de una

automatizacin y racionalizacin en los procesos de trabajo.


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A pesar de que esta tcnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayora de los

casos a falta de conocimiento y de formacin, fueron amplindose los diversos

sectores de aplicacin.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotacin industrial sin el aire

comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales ms variados se

utilicen aparatos neumticos.


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Propiedades del Aire

Comprimido

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Propiedades del aire comprimido

Causar asombro el hecho de que la neumtica se haya podido expandir en tan corto

tiempo y con tanta rapidez. Esto se debe, entre otras cosas, a que en la solucin de

algunos problemas de automatizacin no puede disponerse de otro medio que sea

ms simple y ms econmico.


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Cules son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su

popularidad?

Abundante: Est disponible para su compresin prcticamente en todo el mundo, en

cantidades ilimitadas.

Transporte: El aire comprimido puede ser fcilmente transportado por tuberas,

incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberas de retorno.

Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en

servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depsitos y tomarse de stos.

Adems, se puede transportar en recipientes (botellas).


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Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura ,

garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas.

Antideflagrante: No existe ningn riesgo de explosin ni incendio; por lo tanto, no es

necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que son caras.

Limpio : El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de estanqueidad en

elementos, no produce ningn ensuciamiento Esto es muy importante por ejemplo,

en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero .


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Constitucin de los elementos : La concepcin de los elementos de trabajo es simple

si, por tanto, precio econmico.

Velocidad : Es un medio de trabajo muy rpido y, por eso, permite obtener

velocidades de trabajo muy elevadas.(La velocidad de trabajo de cilindros

neumticos pueden regularse sin escalones.)

A prueba de sobrecargas : Las herramientas y elementos de trabajo neumticos

pueden hasta su parada completa sin riesgo alguno de sobrecargas.


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Para delimitar el campo de utilizacin de la neumtica es preciso conocer tambin las

propiedades adversas.

Preparacin: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilizacin. Es

preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de

los componentes).

Compresible : Con aire comprimido no es posible obtener para los mbolos

velocidades uniformes y constantes.


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Fuerza: El aire comprimido es econmico slo hasta cierta fuerza. Condicionado por

la presin de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el lmite, tambin en

funcin de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp).

Escape : El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha

resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes.

Costos: El aire comprimido es una fuente de energa relativamente cara ; este

elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio

econmico y el buen rendimiento (cadencias elevadas).


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Introduccin

En general la materia se clasifica como uno de tres estados: slido, lquido o

gaseoso.

Por la experiencia cotidiana sabemos que un slido tiene un volumen y forma

definidos. Un ladrillo mantiene su forma y tamao da tras da.


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Sabemos tambin que un lquido tiene un volumen definido, mas no una forma

definida.

Por ejemplo, podemos echar leche en cualquier frasco y sta siempre cabr, claro,

tambin depende de la capacidad de la vasija.


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Por ltimo, un gas no tiene ni volumen ni forma definidos. Ejemplo de esto son las

nubes, a las que siempre vemos con formas caprichosas.


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Asimismo, la mayor parte de las sustancias pueden ser un slido, lquido o gas (o

combinaciones de stos), segn la temperatura y presin.

En general, el tiempo que, tarda una sustancia particular en cambiar su forma en

respuesta a una fuerza externa determina si consideramos a la sustancia como

lquido, slido o gas


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Fluido

Un fluido es un conjunto de molculas distribuidas al azar que se mantienen unidas

por fuerzas cohesivas dbiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de unrecipiente.


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Es un material cuya forma se adapta a la del recipiente que lo contiene y tiende a

escaparse por los orificios de dicho recipiente, si es que los tiene. Tanto los lquidos

como los gases son fluidos


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Pero, qu son las fuerzas cohesivas?

Las fuerzas cohesivas, o de cohesin son las fuerzas con que se mantienen unidas

las molculas de un cuerpo.


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Caractersticas y diferencias entre slidos y gases

Caractersticas de los slidos

Tienen forma y volumen definidos.

No toman la forma del recipiente que los contiene.

Sus fuerzas de cohesin son estables.

Caractersticas de los gases

No tienen forma ni volumen definidos.

Toman la forma del recipiente que los contiene.

Sus fuerzas de cohesin son inestables.


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Fundamentos fsicos

La superficie del globo terrestre est rodeada de una envoltura area. Esta es una

mezcla indispensable para la vida y tiene la siguiente composicin:

Nitrgeno aprox. 78% en volumen

Oxgeno aprox. 21% en volumen


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Para una mejor comprensin de las leyes y comportamiento del aire se indican en

primer lugar las magnitudes fsicas y su correspondencia dentro del sistema de

medidas.

Con el fin de establecer aqu relaciones inequvocas y claramente definidas, los

cientficos y tcnicos de la mayora de los pases estn en vsperas de acordar un

sistema de medidas que sea vlido para todos, denominado "Sistema internacional

de medidas", o abreviado "SI".


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La exposicin que sigue ha de poner de relieve las relaciones entre el "sistema

tcnico" y el "sistema de unidades SI".


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Concepto de Presin

Como sobre la tierra todo est sometido a la presin atmosfrica no la notamos. Se

toma la correspondiente presin atmosfrica como presin de referencia y

cualquier divergencia de sta, se designa como sobrepresin . La siguiente

figura lo visualiza .


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Los manmetros indican el valor de presin relativa


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La presin de aire no siempre es la misma. Cambia segn la situacin geogrfica y el

tiempo. La zona desde la lnea del cero absoluto hasta la lnea de referencia variable

se llama esfera de depresin (-Pe) la superior se llama esfera de sobrepresin (+Pe).

La presin absoluta Pabs. consiste en la suma de las presiones -Pe y +Pe.

En la prctica se utilizan manmetros que solamente indican la sobrepresin +Pe. Si

se indica la presin Pabs. el valor es unos 100 kPa (1 bar) ms alto.

P.abs = P.atm Pe


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El aire es compresible

Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la del recipiente

que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido (compresin) y tiene la

tendencia a dilatarse (expansin). La ley que rige estos fenmenos es la de Boyle-

Mariotte.


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A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es

inversamente proporcional a la presin absoluta, o sea, el producto de la presin

absoluta y el volumen es constante para una cantidad determinada de gas.


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Red de distribucin

Aire Comprimido

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Red de distribucin de aire comprimido

Sistema de tubos que permite transportar la energa de presin neumtica hasta el

punto de utilizacin.


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La definicin anterior se puede especificar un poco mas.

Desde el punto de vista del ambiente podemos dividir la instalacin en: externa o

interna.

La externa es la instalada a la intemperie y la interna la que corre bajo cubierta.

Desde el punto de vista de la posicin, esta puede ser area o subterrnea

Desde la ptica de la importancia de distribucin puede ser primaria o secundaria.


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Red abierta.

Este tipo de red requiere poca inversin inicial pero est expuesta a una severa

prdida de carga (medida entre el principio y el final de la tubera).

Vemos aqu que el aire avanza a la vez que va abasteciendo a los consumos.

Imagnese una manguera, con agujeros en su longitud.


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Cualquiera actividad de mantenimiento o modificacin parcial, por ejemplo:

la colocacin de otra bajada de aire comprimido

el desplazamiento de una existente

Nos obliga a detener el suministro, y esto tendr como principal consecuencia de

detener la produccin.


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Red cerrada o anular.

Se destaca la construccin en lazo o circuito cerrado. Inmediatamente advertimos

que un consumidor estara abastecido desde cualquiera de las dos direcciones

posibles. En realidad no es descabellado esperar esto pues no sabremos con certeza

como habr de circular el aire.

Este razonamiento nos lleva a pensar que la prdida de carga, en esta construccin

es menor que en la anterior.


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Por otra parte, la inversin inicial es mayor, aunque esta se ve retribuida pues la

elasticidad operativa es superior.

Las operaciones de mantenimiento son aqu son ms elsticas pero an incmodas.

De todas formas siempre es recomendable este tipo de red sobre la red abierta.


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Red interconectada

Con este tipo de red, tendremos solucionados todos los problemas, que se

presentaban en las redes anteriores.

Aqu las prdidas de carga se han reducido a un mnimo y dada la geometra de la

red, podemos aislar con facilidad los tramos para su modificacin o mantenimiento.


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Observando la red interconectada desde una vista lateral,


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La red primaria

Es la lnea que sale del conjunto de compresores y conduce todo el aire que

consume la mina. Debe tener la mayor seccin posible para evitar las perdidas de

presin y prever futuras ampliaciones de la red con su consecuente aumento de

caudal


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Se debe colocar el tubo a una distancia de 30 cms o ms de la pared para facilitar el

montaje y la operacin de la soldadura.

En caso de que la red sea subterrnea deber protegerse tambin de la accin de

corrosin del elemento que la cubra o instalarla en un tnel adecuadamente

preparado.


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La red secundaria

Se derivan de la tubera principal para derivarse a la red de servicio. El caudal que

por all circula es el asociado a los elementos alimentados exclusivamente por esta

tubera

Esta puede ser rgida, flexible, o combinada.

Cuando se trata de una instalacin rgida es necesario tener algunas precaucionescon el dimensionado.


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Las flexibles en cambio son ms verstiles y pueden cambiarse con facilidad. Pero

casi en general" estas instalaciones aparecen combinadas. (planzn 3-4)

Tambin se deben tomar las precauciones necesarias para la evacuacin del

eventual condensado an en la red secundaria.


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La red de servicio

Son las que surten en si a los equipos neumticos (perforadoras, roboshot, boltec).

En sus extremos tiene conectores rpidos. (chicagos)

Pueden ser de una tubera rgida, frecuentemente de tubo de una tubera flexible

(planza de 1) para el circuito se ha difundido significativamente pues el desarrollo

tecnolgico nos permite utilizar hoy tubos resistentes a las chispas.


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Cosas interesantes de las redes

La red de tubera para la distribucin del aire comprimido, presenta una leve cada

hacia la parte posterior de alrededor de un 2% (0,5%).

El motivo de esta cada es permitir el escurrimiento del agua, que eventualmente

podra haberse condensado, hacia un lugar de evacuacin.


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Pero qu pasara si la longitud de la tubera fuera demasiado alta ? Como me

afectara esta pequea pendiente?


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Como la continua pendiente hara descender el tubo de distribucin, ms all de lo

aceptable si la planta es muy larga, se acude a la solucin que se muestra en la

figura siguiente

La solucin consiste en retomar la altura de distribucin y continuar con la pendiente

a partir de este nuevo punto.


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El punto ms abajo debe ser siempre utilizado para instalar un conducto de purga y

nunca para realizar una "bajada".

Idntico motivo nos mueve a conectar las "bajadas" desde el lomo o parte superior

del tubo.

P i d l


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Preparacin del

Aire Comprimido

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Preparacin del aire comprimido

En la prctica la calidad del aire comprimido desempea un papel primordial. Las

impurezas en forma de partculas de suciedad u xido, residuos de aceite lubricante

y humedad dan origen muchas veces a averas en las instalaciones neumticas y a

la destruccin de los elementos neumticos.

Deben eliminarse todas las impurezas del aire, ya sea antes de su introduccin en la

red distribuidora o antes de su utilizacin.


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Las impurezas que contiene el aire pueden ser:

Slidas.

Polvo atmosfrico y partculas del interior de las instalaciones

Lquidas.

Agua y niebla de aceite

Gaseosas.

Vapor de agua y aceite


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Los inconvenientes que estas partculas pueden generar son:

Slidas.

Desgaste y abrasiones, obstrucciones en los conductos pequeos.

Lquidas

El aceite que proviene de la lubricacin de los compresores provoca: formacin de

partculas carbonases y depsitos gomosos por oxidacin y contaminacin del

ambiente al descargar las vlvulas.


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Gaseosas.

El agua en forma de vapor provoca: oxidacin de tuberas y elementos, disminucin

de los pasos efectivos de las tuberas y elementos al acumularse las condensaciones


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Elementos auxiliares de una red de aire.

Los elementos auxiliares ms importantes cuando se trabaja con aire comprimido

son:

Filtros de aspiracin.

Separador de agua.

Depsitos de aire.

Engrasadores.

Elevadores de presin.


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Filtros


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Filtros

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Filtros

Para eliminar el desgaste prematuro de las partes mviles de los compresores y las

averas, es necesario filtrar el aire antes de su admisin.

Los filtros deben cumplir los siguientes requerimientos:

eficacia de separacin,

capacidad de acumulacin,

baja resistencia al paso de aire,

construccin robusta

sencillez de mantenimiento.


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El filtro estndar consta en un recipiente donde ingresa el aire y pasa a travs de una

placa deflectora con ranuras oblicuas. Esta placa desva el aire y provoca su

centrifugado.

Las partculas solidas se desprenden al chocar contra las paredes del vaso y caen al

fondo. Luego el aire pasa a travs de un filtro con una porosidad entre 5 a y 45

micras, segn el grado de filtrado que se precise

Almacenadores
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Almacenadores

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Almacenamiento del aire comprimido

El aire comprimido es, quizs, la nica forma de energa fcilmente almacenable.

Suelen utilizarse para este propsito tanques o depsitos de muy variados tamaos.


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Si la demanda de aire fuera constante y existiera un compresor que satisfaga en

forma continua esta demanda, no se necesitara de almacenar energa;

Aunque siempre es prudente mantener un determinado volumen adicional al de la

instalacin, que proporcionara una cantidad de aire para accionamientos de

seguridad, ante la eventual parada del compresor.


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La realidad es que el aire comprimido, esta lejos de ser una energa constante.


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La generacin de aire comprimido es variable y comnmente esa variacin no sigue

una ley determinada, es necesario conocer a partir de ciertos datos, cual deber ser

el volumen de nuestro tanque de almacenamiento


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El tanque de almacenamiento tiene algunas funciones especficas .

Almacenar aire comprimido para satisfacer alzas de demanda que excedan la

capacidad del compresor.

Favorecer el enfriamiento del aire y la precipitacin del agua de condensacin.

Compensar las variaciones de presin en el consumo.


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Ejemplo el clculo del volumen de un tanque de almacenamiento

Determinar el volumen de un tanque de almacenamiento para un compresor de

pistn que trabaja con regulacin por marcha en vaco, cuyos datos son los

siguientes:

Q = Caudal del compresor = 30 m3/min.

= Fluctuacin permitida de presin = 1 Bar (1 00 kPa)

Z = Frecuencia de trabajo del compresor (es decir las veces que entra en

compresin) por hora = 20 veces/h.

P


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Abaco para el clculo del volumen del tanque de almacenamiento para compresores

de desplazamiento y regulacin por marcha en vaco (escala logartmica)


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Instalacin

El tanque o depsito de aire puede instalarse en varias posiciones. En la mayora de

los equipos importantes ste es instalado por separado y la posicin ms razonable

es vertical.


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Son varios los motivos que permiten instalar el tanque en forma vertical:

Menos lugar ocupado

Favorece la precipitacin del condensado

Permite su eliminacin casi total

Con la misma estructura se consigue la altura de distribucin.

Menos rea en contacto con el agua.

Separadores de agua


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p g

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Separadores de agua

Hay que dedicar especial atencin 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 climatolgicas.


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La humedad absoluta (Kg/m3)

Es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire.

El grado de saturacin

Es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como mximo, a la

temperatura considerada. (g/m3). Luego de que se supera esta cantidad mxima

de agua (grado de saturacin) , que el aire es capaz de contener, se produce la

condensacin del agua (punto de roco)


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El diagrama de la figura muestra la saturacin del aire en funcin de la temperatura.


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La humedad relativa es entonces del 100% , como mximo (temperatura del punto

de roco).


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Ejemplo 2 :

Para un punto de roco de 313 K (40 C) la humedad contenida en un m3 de aire es

de 50 gramos.


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Ejercicio

Determinar la cantidad de agua, que contiene el aire que es aspirado por un

compresor, en las siguientes condiciones (humedad absoluta)

Cantidad de aire aspirado (V) : 400 m3/h

Presin (P): 800 Kpa ( 8 bar)

Temperatura (T) : 323 K (50c)

Humedad relativa del aire: 60%

Humedad absoluta del aire = ?


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Primero Hay que determinar la cantidad de agua mxima que es capaz de contener

el aire a esa temperatura 323 K (50c) , son 90 g/m3

Del grafico se determina que es de 48 g/m3


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Segundo

Hay que determina la humedad absoluta del aire, o en otras palabras conocer

cuanta agua se encuentra en el ambiente

Humedad Absoluta = 60% * 90 g/m3 = 54 g/m3

100%

Con una cantidad aspirada de 400 m3/h se obtiene una cantidad de agua de:

54 (g/m3) * 400 (m3/h) = 21.600 g/m3 = 21,6 Kg/m3


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Si el aire comprimido contiene humedad, habr que someterlo a un proceso de

secado. Existen varios procedimientos:

Secado por absorcinSecado por adsorcin

Secado por enfriamiento


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Secado por absorcin

El secado por absorcin es un procedimiento puramente qumico.

El aire comprimido pasa a travs de un lecho de sustancias secantes.

En el momento que el agua o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia,

se combina qumicamente con sta y se desprende como mezcla de agua y

sustancia secante.


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Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede

realizar manual o automticamente.

Secado por absorcin
http://1.bp.blogspot.com/_qjfmaGawmmQ/TH4fEJXcW8I/AAAAAAAAACM/QER8OmmLCw0/s1600/Dryer.jpg


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Con el tiempo se consume la sustancia qumica secante, y debe suplirse en

intervalos regulares (2 a 4 veces al ao).

Al mismo tiempo, en el secador por absorcin se separan vapores y partculas deaceite. No obstante, las cantidades de aceite, si son grandes, influyen en el

funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino delante de ste.


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Secado por adsorcin

Consiste en un deposito de sustancias solidas. El material de secado es granuloso

con cantos vivos o en forma de perlas. Se compone de casi un 100% de dixido desilicio. En general se le da el nombre de Gel .

La misin del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua. El aire comprimido

hmedo se hace pasar a travs del lecho de gel, que fija la humedad.


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Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el secado del

aire, mientras el otro es regenera (soplndolo con aire caliente).


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Secado por adsorcin


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Secado por enfriamiento

Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se basan en el principio de una

reduccin de la temperatura del punto de roco.


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Se entiende por temperatura del punto de roco aquella a la que hay que enfriar un

gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido.

Temperatura

punto de roco

vVapor de agua

gas

gas


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El condensado de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a travs del

separador .

Aceite y agua

condensada


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Este aire pre-enfriado pasa por el grupo frigorfico (vaporizador) y se enfra ms

hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 C)

En este proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite condensados.


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Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino, al objeto de

eliminar nuevamente partculas de suciedad.

Filtro fino


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Engrasadores


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Engrasadores

Para realizar la lubricacin de las perforadoras es preciso aadir aceite al aire

comprimido, lo cual puede realizarse en la propia mquina o en la lnea de aire.

El principio de trabajo de los engrasadores puede apreciarse en la siguiente imagen


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El aire pasa a travs de un estrangulamiento que dispone de una vlvula regulable.


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La presin del aire de entrada se conecta al tanque de aceite de forma que, cuando

el aire pasa por la seccin ms estrecha, su velocidad aumenta y se produce una

cada de presin que hace que entre el aceite hacia la corriente de aire

atomizndose.

En la cmara de goteo se produce un efecto de aspiracin, propiciando que las gotas

de aceite ingresen en el aire


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Imaginemos lo siguiente, las burbujas de aire vienen muy juntas o sea presionadas

entre si pero cuando llegan a la zona angosta debern pasar de una en una

v|

v


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En este momento las molculas de aire, se encuentran menos presionadas , o sea

se puede decir que se produce una perdida de presin o cada de presin

v

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v


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En la cmara de goteo se produce un efecto de aspiracin, propiciando que las gotas

de aceite ingresen en el aire

v

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v

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v


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La cantidad de aceite que ingresa se regulariza, a travs de un tornillo

v

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v


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Se puede usar un aceite mineral o sinttico.

El aceite sinttico reporta algunos beneficios adicionales. Est basado en glicol, lo

que hace que la mquina sea menos sensible al agua que lleva el aire.

Este aceite sinttico es tambin biodegradable, al contrario delaceite mineral.

El aceite sinttico es ms caro, pero la diferencia en coste total es todava

insignificante, ya que el consumo es mucho ms bajo. Tampoco es necesaria la

separacin de agua al usar el aceite sinttico. No es posible mezclar aceites

distintos.

tecno-uda 03 aire comprimido

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