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Tema 5. Aire comprimido
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1. Aire comprimido 2. Compresores
TEMA 5.
2.1. Tipos de compresores 2.2. 2.2. Selecció Selección de un compresor
AIRE COMPRIMIDO
2.3. Rendimiento de un compresor 2.4. Regulació Regulación de un compresor 2.5. Refrigeració Refrigeración de un compresor 2.6. Acumulador de aire comprimido 2.7. Secadores 2.8. Filtros 2
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3.
Tema 5. Aire comprimido
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Aire comprimido
Máquinas accionadas por aire comprimido
¾
El aire comprimido es el aire cuya presió presión es mayor que la atmosfé atmosférica.
¾
Las caracterí características má más importantes son:
(y equipos hidrá hidráulicos) 3.1. Martillo rompedor 3.2. Martillo perforador
El escape de aire no es tó tóxico ni explosivo.
3.3. Martillo de fondo
No presenta riesgo de chispas.
No implica riesgos graves ni peligro de accidentes.
Los circuitos de aire no está están expuestos al golpe de ariete.
3.4. Soportes para martillos 3.5. Vagó Vagón drill o perforadoras
3.6. Carros perforadores o Jumbos
3
Los costos no son mucho mayores que para otros sistemas de energí energía.
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Aire comprimido
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Canteras y voladuras.
Compactació Compactación y vibrado de hormigó hormigón.
Plantas de machaqueo.
Hinca de pilotes.
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Aire comprimido
Las principales aplicaciones del aire comprimido en las obras públicas son:
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Trabajo realizado para pasar de (V1 , P1) a (V2 , P2)
Compresió Compresión isoté isotérmica
W = P1·V1·ln
P2 P1
Compresió Compresión adiabá adiabática n −1 ⎡ ⎤ n ⎛ ⎞ n P W= P1·V1· ⎢⎜ 2 ⎟ − 1⎥ ⎢⎝ P1 ⎠ ⎥ n −1 ⎢⎣ ⎦⎥
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Aire comprimido ¾
Aire comprimido
Trabajo realizado para pasar de (V1 , P1) a (V3 , P3)
¾
Compresió Compresión adiabá adiabática bifá bifásica
Trabajo realizado para pasar de (V1 , P1) a (V4 , P4)
Compresió Compresión adiabá adiabática trifá trifásica
n −1 n −1 n −1 ⎡ ⎤ n n n ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ P n P P W= P1·V1· ⎢⎜ 2 ⎟ + ⎜ 3 ⎟ + ⎜ 4 ⎟ − 3⎥ ⎢⎝ P1 ⎠ ⎥ n −1 P2 ⎠ P3 ⎠ ⎝ ⎝ ⎢⎣ ⎥⎦
n −1 n −1 ⎡ ⎤ n n ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ P n P W= P1·V1· ⎢⎜ 2 ⎟ + ⎜ 3 ⎟ − 2 ⎥ ⎢ P ⎥ n −1 ⎝ P2 ⎠ ⎢⎣⎝ 1 ⎠ ⎥⎦
siendo
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P2 = P1·P3
siendo
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P2 = 3 P12 ·P4
y
P3 = 3 P1 ·P42 8
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Compresores
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¾
Los compresores son las má máquinas que generan aire comprimido.
¾
Aspiran aire a presió presión atmosfé atmosférica y lo comprimen hasta conferirle una presió presión mayor, para vencer la resistencia del aire a comprimirse disponen de un motor.
¾
En instalaciones fijas, los mecanismos neumá neumáticos se alimentan desde una estació estación central, a travé través de tuberí tuberías. Por lo tanto, no es necesario calcular ni proyectar la transformació transformación de la energí energía para cada uno de los consumidores.
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¾
Compresores
Los compresores mó móviles se utilizan en má máquinas que se desplazan frecuentemente.
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¾
Tipos de compresores
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Se distinguen dos tipos bá básicos de funcionamiento de los compresores:
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¾
Tipos de compresores
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Los compresores se clasifican en:
El primero trabaja segú según el principio de desplazamiento. desplazamiento. La compresió compresión se obtiene por la admisió admisión del aire en un recinto hermé hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en los compresores de émbolo (oscilante o rotativo).
De desplazamiento 9 Alternativos
o de émbolo oscilante
Compresor de pistó pistón Compresor de membrana 9 Rotativos
El otro trabaja segú según el principio de la diná dinámica de los fluidos. fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleració aceleración de la masa (turbina).
o de émbolo rotativo
Compresor de paletas Compresor de tornillos
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Diná Dinámicos o turbocompresores 9 Compresor
axial
9 Compresor
radial
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Compresores alternativos. Compresor de pistón
¾
Este es el tipo de compresor má más difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presió presión. Es muy robusto.
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Compresores alternativos. Compresor de pistón
¾
Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras.
¾
El aire aspirado se somete a una compresió compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente émbolo.
¾
El volumen de la segunda cá cámara de compresió compresión es má más pequeñ pequeño que el de la primera.
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Compresores alternativos. Compresor de pistón ¾
El nú número de etapas en funció función de la presió presión es: ¾
Presió Presión
Nº de etapas
Hasta 400 kPa
1
De 400 a 1500 kPa
2
Más de 1500 kPa
3
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Compresores alternativos. Compresor de membrana
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Una membrana separa el émbolo de la cá cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas mó móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estará estará exento de aceite. Su principal inconveniente es su pequeñ pequeño caudal. Su principal uso es la industria quí química y farmacé farmacéutica. 16
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Compresores rotativos. Compresor de paletas
¾
Un rotor excé excéntrico gira en el interior de un cá cárter cilí cilíndrico provisto de ranuras de entrada y de salida.
¾
El rotor está está provisto de un cierto nú número de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman las cé células con la pared del cá cárter.
¾
Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrí centrífuga contra la pared del cá cárter.
¾
Debido a la excentricidad el volumen de las cé células varí varía constantemente.
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Compresores rotativos. Compresor de paletas
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Compresores rotativos. Compresor de paletas
¾
¾
Las ventajas de este compresor son:
Sus dimensiones reducidas.
Su funcionamiento silencioso.
Su caudal prá prácticamente uniforme y sin sacudidas.
Sus principales inconvenientes son:
Las presiones de salida no son altas, inferiores a 6 Kp/cm Kp/cm2.
El rendimiento energé energético es inferior a los de pistó pistón.
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Compresores rotativos. Compresor de tornillo
¾
Está Está formado por dos rotores con un estriado helicoidal que engranan entre sí sí.
¾
Uno de los rotores, el macho tiene cuatro ló lóbulos y el otro, el hembra, tiene seis contraló contralóbulos. bulos.
¾
Cuando el rotor macho no encaja con el hembra, el aire ocupa todo el espacio entre el rotor y la carcasa.
¾
Como el rotor macho gira, llega un momento en el que se cierra el hueco de entrada.
¾
Entonces, el aire se comprime al quedar atrapado en la acanaladura del rotor hembra. 20
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Compresores rotativos. Compresor de tornillo
¾
Sus principales ventajas son que es silencioso y que el aire está está limpio, y su principal inconveniente es su precio.
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Turbocompresores
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¾
Trabajan segú según el principio de la diná dinámica de los fluidos.
¾
Son apropiados para grandes caudales.
¾
El aire se pone en circulació circulación por medio de una o varias ruedas de turbina.
¾
La energí energía ciné cinética se convierte en una energí energía elá elástica de compresió compresión.
¾
Se fabrican de tipo axial y radial.
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¾
Turbocompresores
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Axial
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¾
La rotació rotación de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo. ¾
¾
Radial Aceleració Aceleración progresiva de cá cámara a cámara en sentido radial hacia afuera; el aire en circulació circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí aquí se vuelve a acelerar hacia afuera. 23
Selección de un compresor
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Las dos caracterí características bá básicas de un compresor son:
El caudal
La presió presión.
El caudal es el volumen de aire por unidad de tiempo que suministra el compresor. Existen dos conceptos.
Caudal teó teórico
Caudal efectivo o real.
¾
En el compresor de émbolo oscilante, el caudal teó teórico es igual al producto de cilindrada por la velocidad de rotació rotación.
¾
El caudal efectivo depende del compresor y de la presió presión. Es el que acciona y regula los equipos neumá neumáticos.
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¾
Selección de un compresor
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Tambié También se tienen dos presiones: presiones:
La presió presión de servicio
La presió presión de trabajo.
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¾
La presió presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador, y es la que existe en las tuberí tuberías que alimentan a los consumidores.
¾
La presió presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. En la mayorí mayoría de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presió presión.
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¾
¾
Regulación de un compresor
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Tiene por objeto adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo que fluctú fluctúa. El caudal varí varía entre dos valores lílímites (presiones má máxima y mí mínima).
¾
por escape a la atmó atmósfera
9 Regulació Regulación
por aislamiento de la aspiració aspiración
9 Regulació Regulación
por apertura de la aspiració aspiración
¾
Regulació Regulación de carga parcial 9 Regulació Regulación
de la velocidad de rotació rotación
9 Regulació Regulación
del caudal aspirado
Regulació Regulación por intermitencias
Rendimiento de compresió compresión: relació relación entre el trabajo que se consumirí consumiría en el ciclo isoté isotérmico y el trabajo absorbido real. Rendimiento mecá mecánico: nico: relació relación entre la potencia real y la potencia en el motor. Rendimiento total: total: producto del rendimiento de compresió compresión por el rendimiento mecá mecánico. Expresa la relació relación entre la energí energía teó teórica en el proceso isoté isotérmico y la energí energía 26 absorbida realmente.
Regulación de un compresor
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Regulació Regulación por escape a la atmó atmósfera En esta simple regulació regulación se trabaja con una vá válvula reguladora de presió presión a la salida del compresor. Cuando en el depó depósito (red) se ha alcanzado la presió presión deseada, dicha válvula abre el paso y permite que el aire escape a la atmó atmósfera. Una vá válvula antirretorno impide que el depó depósito se vací vacíe (só (sólo en instalaciones muy pequeñ pequeñas).
Regulació Regulación de marcha en vací vacío: 9 Regulació Regulación
Rendimiento volumé volumétrico: trico: cociente entre desplazamiento (caudal teó teórico de entrada) y capacidad (caudal que se descarga considerando el gas en estado libre).
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Existen diferentes clases de regulaciones:
Se distinguen distintos tipos de rendimiento:
¾
Rendimiento de un compresor
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Regulació Regulación por aislamiento de la aspiració aspiración En este tipo de regulació regulación se bloquea el lado de aspiració aspiración. El compresor no puede aspirar y sigue funcionando en el margen de depresió depresión. Esta regulació regulación se utiliza principalmente en los compresores rotativos y tambié también en los de émbolo oscilante.
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¾
Regulación de un compresor
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Regulació Regulación por apertura de la aspiració aspiración
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¾
¾
Regulació Regulación de la velocidad de rotació rotación
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¾
Refrigeración de un compresor
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Por efecto de la compresió compresión del aire se desarrolla calor que debe evacuarse. De acuerdo con la cantidad de calor que se desarrolle, se adoptará adoptará la refrigeració refrigeración má más apropiada.
¾
Una buena refrigeració refrigeración prolonga la duració duración del compresor y proporciona aire má más frí frío y en mejores condiciones.
¾
A veces, permite ahorrar en un enfriamiento posterior del aire u operar con menor potencia.
¾
En compresores pequeñ pequeños, las aletas de refrigeració refrigeración se encargan de irradiar el calor.
31
Regulació Regulación por Intermitencias Con este sistema, el compresor tiene dos estados de servicio (funciona a plena carga o está está desconectado). Cuando se alcanza la presió presión má máxima el compresor se para y cuando se alcanza la presió presión mí mínima el compresor vuelve a funcionar. Para mantener la frecuencia de conmutació conmutación dentro de los límites admisibles, es necesario prever un depó depósito de gran 30 capacidad.
El regulador de velocidad del motor de combustió combustión interna se ajusta en funció función de la presió presión de servicio deseada, por medio de un elemento de mando manual o automá automático. No obstante, este procedimiento no es muy utilizado.
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Regulació Regulación del caudal aspirado Se obtiene por simple estrangulació estrangulación en el conducto de aspiració aspiración. El compresor puede ajustarse así así a cargas parciales predeterminadas. Este sistema se presenta en compresores rotativos o en turbocompresores.
Se utiliza en compresores de émbolo de tamañ tamaño mayor. Por medio de una mordaza se mantiene abierta la vá válvula de aspiració aspiración y el aire circula sin que el compresor lo comprima. Esta regulació regulación es muy sencilla. ¾
Regulación de un compresor
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Refrigeración de un compresor
¾
Los compresores mayores van dotados de un ventilador adicional, que evacua el calor.
¾
Cuando se trata de una estació estación de compresió compresión de más de 30 kW de potencia, los compresores van equipados de un sistema de refrigeració refrigeración por circulació circulación de agua en circuito cerrado o abierto.
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Acumulador de aire comprimido
El acumulador o depó depósito sirve para:
¾
Acumulador de aire comprimido
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Amortiguar las oscilaciones en el caudal de aire. Almacenar suficiente cantidad de aire para permitir paradas en el compresor. Compensar las oscilaciones de presió presión en la red de tuberí tuberías a medida que se consume aire comprimido.
Refrigerar el aire.
Permitir la decantació decantación de agua del aire.
Los acumuladores deben disponer de:
Válvula de seguridad
Manó Manómetro y termó termómetro
Purgador
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Secadores
Filtros
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¾
Son los elementos que se utilizan para retener el agua que contiene el aire.
¾
Son los elementos que se utilizan para retener las partí partículas sólidas que arrastra el aire.
¾
Pueden ser de tres tipos:
¾
Se suelen disponer filtros:
Secado por absorció absorción (quí (químico): Se hace pasar el aire a travé través de un agente secante, que reacciona con la humedad para formar un subproducto.
En la entrada del compresor
A la salida del depó depósito
A la entrada de la má máquina
Secado por adsorció adsorción (fí (físico): Se hace pasar el aire a travé través de un material poroso que retiene la humedad. Secado por refrigeració refrigeración: Se trata de una unidad que elimina el agua por condensació condensación mediante enfriamiento, usando un sistema convencional de refrigeració refrigeración. 35
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Preparación de aire comprimido
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Martillos
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¾ En el campo de las Obras Pú Públicas, la maquinaria má más utilizada accionada por aire comprimido son los martillos neumá neumáticos. ¾ Principalmente existen tres tipos bá básicos de martillos:
Martillo rompedor, picador o perforador sin rotació rotación.
Martillo perforador o perforador con rotació rotación.
Martillo de fondo.
¾ Los martillos constan de un cilindro en cuyo interior se desplaza un pistó pistón. El pistó pistón transmite una energí energía de impacto a la culata del útil de trabajo o a la cabeza de la barra de perforació perforación, llamada barrena. 37
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Martillo picador o rompedor
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¾
Rompe el suelo por su peso y vibració vibración, no necesitando giro en su barrena.
¾
El pistó pistón se mueve libremente y su peso y energí energía ciné cinética proporcionan el golpeteo que se transmite a la barrena.
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Martillo picador o rompedor
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¾
Martillo picador o rompedor
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La barrena tiene limitado su movimiento ascendente por un casquillo que la rodea e impide que penetre en el espacio útil del émbolo.
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Martillo perforador
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¾
Su funcionamiento es similar al del martillo rompedor, pero la perforació perforación se realiza con giro de la barrena.
¾
Existen dos sistemas de provocar el giro:
El movimiento descendente, lo limita una uñ uña de retenció retención que impide que la barrena salga del martillo.
Movimiento alternativo del pistó pistón: perforaciones ligeras. Motor de rotació rotación independiente: taladros de gran diá diámetro y profundos.
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¾
Martillo perforador
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La velocidad de rotació rotación má más usuales son 80 a 100 rpm que proporciona ángulos entre 10 y 20º 20º entre impactos.
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Martillo perforador
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¾
La acció acción de la barrena sobre la roca provoca el desprendimiento del detritus, que debe ser eliminado.
¾
Para ello, se utiliza un agente de barrido (aire y/o agua) que pasa a travé través de un taladro central practicado en las barras de perforació perforación.
¾
El detritus es arrastrado entre el espacio existente entre la barra y la pared del taladro.
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Martillo de fondo
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Soportes para martillos neumáticos
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¾
Válida para perforaciones muy profundas.
¾
¾
El martillo se sitú sitúa al fondo de la perforació perforación, el aire le llega a travé través de tubos o varillajes y el avance se realiza empalmando tubos mediante roscas de acoplamiento.
Durante la perforació perforación, la energí energía generada por el mecanismo de impactos debe transmitirse a la roca, por lo que la boca debe estar en contacto permanente con la roca del fondo del barreno.
¾
La fuerza de avance debe ser suficiente como para permitir el contacto permanente.
¾
Si la fuerza de avance es pequeñ pequeña la transmisió transmisión será será escasa y la velocidad de penetració penetración será será pequeñ pequeña.
¾
Si la fuerza de avance es demasiado grande aumenta el riesgo de atranque del varillaje y roturas.
¾
El sistema es similar al del martillo perforador.
¾
El empuje y el giro se le transmite al varillaje, éste al martillo y barrena.
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Existen dos tipos de soporte:
¾
Soportes para martillos neumáticos
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Los que aguantan el peso del martillo. Los que, ademá además de aguantar el peso, empujan con lo que evitan el retroceso del martillo.
Soportes para martillos neumáticos
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Otro sistema es el empujador neumá neumático. Es un cilindro que lleva en su interior un pistó pistón con un vá vástago muy largo. El cilindro dispone de unas garras para fijarse al suelo firmemente.
Una forma es con dos columnas y una barra horizontal que mantiene el peso del martillo. Las columnas se apoyan en el suelo y en el techo. El operario debe empujar el martillo pero no soportarlo.
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Vagón drill o perforadoras
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Vagón drill o perforadoras
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Constan de:
Un elemento de traslació traslación, cadena o neumá neumáticos. Una pluma que puede subir y bajar y cambiar el ángulo desde horizontal a vertical. Una deslizadera en la pluma en la que se acopla el martillo.
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Carros perforadores o jumbos
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Son equipos mecanizados de perforació perforación, utilizados principalmente en los mé métodos de explotació explotación subterrá subterráneos (horizontal y vertical).
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Han permitido aumentar la productividad de la perforació perforación, ya que se incorporan má más de dos perforadoras que pueden trabajar en forma simultá simultánea.
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Tambié También han aumentado la eficiencia, ya que los sistemas automatizados pueden controlar la rotació rotación, percusió percusión, barrido y avance.
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Carros perforadores o jumbos
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