CIRCUITOS ABIERTOS Y CERRADOS

Sistemas Cerrados Y Abiertos

a) Sistemas cerrados: Son los sistemas que no presentan intercambio con el medio ambiente que los rodea, pues son herméticos a cualquier influencia ambiental. Así, los sistemas cerrados no reciben ninguna influencia del ambiente, y por otro lado tampoco influencian al ambiente. No reciben ningún recurso externo y nada producen la acepción exacta del término. Los autores han dado el nombre de sistema cerrado a aquellos sistemas cuyo comportamiento es totalmente determinístico y programado y que operan con muy pequeño intercambio de materia y energía con el medio ambiente.

El término también es utilizado para los sistemas completamente estructurados, donde los elementos y relaciones se combinan de una manera peculiar y rígida produciendo una salida invariable. Son los llamados sistemas mecánicos, como las máquinas.

b) Sistemas abiertos: son los sistemas que presentan relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los sistemas abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio ambiente. Son eminentemente adaptativos, esto es, para sobrevivir deben reajustarse constantemente a las condiciones del medio.

Mantienen un juego recíproco con las fuerzas del ambiente y la calidad de su estructura es óptima cuando el conjunto de elementos del sistema se organiza, aproximándose a una operación adaptativa. La adaptabilidad es un continuo proceso de aprendizaje y de auto-organización. Los sistemas abiertos no pueden vivir aislados. Los sistemas cerrados-esto es, los sistemas que están aislados de su medio ambiente- cumplen el segundo principio de la termodinámica que dice que “una cierta cantidad, llamada entropía, tiende a aumentar a un máximo”.

La conclusión es que existe una “tendencia general de los eventos en la naturaleza física en dirección a un estado de máximo desorden”. Sin embargo, un sistema abierto “mantiene así mismo, un continuo flujo de entrada y salida, un mantenimiento y sustentación de los componentes, no estando a lo largo de su vida en un estado de equilibrio químico y termodinámico, obtenido a través de un estado firme llamado homeostasis”. Los sistemas abiertos, por lo tanto, “evitan el aumento de la entropía y pueden desarrollarse en dirección a un estado decreciente orden y organización” (entropía negativa).

A través de la interacción ambiental, los sistemas abiertos” restauran su propia energía y raparan pérdidas en su propia organización”. El concepto de sistema abierto puede ser aplicado a diversos niveles de enfoque: al nivel del individuo, al nivel del grupo, al nivel de la organización y al nivel de la sociedad, yendo desde un microsistema hasta un suprasistema en términos más amplios, va de la célula al universo.

DISTRIBUCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO

1.1 Definición

Los sistemas de aire comprimido están presentes en la mayoría de las industrias, ya que ayudan a mejorar la productividad, automatizando y acelerando la producción.
Una instalación de aire comprimido consta de dos partes:

• La central compresora: donde el aire se prepara convenientemente para su uso.
• La red de distribución: que transporta el aire comprimido hasta el punto de consumo.

El elemento fundamental de un sistema de aire comprimido es el COMPRESOR, que es una máquina destinada a incrementar la presión del aire, con el fin de proporcionarle energía para utilizarlo en múltiples aplicaciones.

1.2 Ventajas e inconvenientes

El aire comprimido está presente en la mayoría de los procesos industriales debido a sus múltiples VENTAJAS:

• Parte de una fuente inagotable, el aire; es transportable, incluso a grandes distancias; puede almacenarse en depósitos fijos o móviles; la temperatura no le afecta y es antideflagrante; es una energía limpia que no contamina y no requiere tuberías de retorno.
• Los elementos que precisa para su utilización son simples, económicos y robustos; su mantenimiento es sencillo y el riesgo de accidentes es mínimo.
• Es una energía muy versátil, adaptable a muchísimos campos de aplicación y los elementos que utiliza ocupan poco espacio.

Como INCONVENIENTES hay que considerar los siguientes:

• su precio, que es algo elevado. Como valor indicativo tenemos que cada m3/min de aire aspirado por el compresor cuesta 1c€/min.
• la fuerza que puede llegar a producir es limitada.
• la velocidad que proporciona no es constante dada la compresibilidad del aire.
• los aparatos que generan aire comprimido y su descarga resultan algo ruidosos.

1.3 Aplicación Industrial

Debido a la gran cantidad de ventajas y a los pocos inconvenientes, su utilización es prácticamente universal en todo tipo de industrias para hacer funcionar todo tipo de máquinas, herramientas (pulidoras, taladradoras, lijadoras, fresadoras), destornilladoras, pistolas limpiadoras, etc.

El rendimiento de una instalación de aire comprimido se define como el cociente entre la energía proporcionada al aire por compresión y la energía eléctrica consumida por el compresor.
El rendimiento de los compresores es muy bajo, pues la mayor parte de la energía de compresión se convierte en calor.
Este rendimiento depende de múltiples factores, siendo los más importantes:

1. Compresores

En el momento de seleccionar un compresor se han de considerar una serie de factores que dependen en gran medida de la instalación a la que ha de servir.
Los factores fundamentales de la instalación a considerar son el caudal del aire y la presión requerida.
En el cuadro siguiente se presentan valores límites superiores para cada tipo de compresor:

Límites aproximados de trabajo de compresores
Tipo	Potencia máxima aproximada	Presión máxima aproximada (bar g)
Alternativo	Más de 12.000	7.000
Aletas	100	28
Tornillo	6.000	40
Centrífugo	Más de 35.000	400
Axial	Más de 100.000	35

2. Aspiración

Para un buen rendimiento del compresor, el aire debe aspirarse preferentemente del exterior y debe estar limpio y frío, ya que:

• Cada 4°C de aumento de temperatura en el aire aspirado, aumenta el consumo de energía un 1 % para el mismo caudal.
• Cada 3°C de disminución en la temperatura del aire aspirado, dan lugar a un 1 % más de aire comprimido, para el mismo consumo de energía.

3. Depósitos de Aire

Es importante realizar un diseño del depósito tal que permita obtener menores consumos de energía, mediante la instalación de compresores de menor capacidad y menor potencia.

3.1 Central compresora

En la central compresora se realiza el tratamiento del aire para obtenerlo a una determinada presión y con unos niveles determinados de limpieza y de ausencia de humedad.
Está constituida por los siguientes componentes:

1. Compresor: incrementa la presión del aire.
2. Refrigerador-separador: elimina el agua presente en el aire comprimido a la salida del compresor.
3. Depósito de regulación: almacena el aire comprimido para atender demandas puntas que excedan la capacidad del compresor.
4. Filtro: se eliminan las impurezas del aire, como el polvo y el aceite, mediante un filtrado adecuado.
5. Secador: seca el aire comprimido hasta un punto de rocío inferior a la temperatura ambiente antes de ser distribuido a la red.

3.2 Compresores

Un compresor es una máquina destinada a incrementar la presión del aire, o de un gas o mezcla de gases, a partir de la presión atmosférica, con el fin de proporcionarles energía y utilizarlos en múltiples aplicaciones.
TIPOS DE COMPRESORES
Los compresores que se fabrican hoy día se dividen en dos grandes grupos, atendiendo a su principio de funcionamiento: de flujo continuo o aerodinámicos y de desplazamiento positivo.

1. Los compresores de flujo continuo o aerodinámicos están basados en la cantidad de movimiento, donde gracias a la fuerza recibida del motor de arrastre se aumenta la velocidad del fluido, para posteriormente transformarla en presión.
Los compresores aerodinámicos disponen de un órgano fundamental denominado rodete, que gira sobre su eje, donde se produce la transformación de la energía mecánica, que recibe del motor de arrastre, en energía de fluido.

2. Los compresores de desplazamiento positivo o volumétricos aumentan la presión del gas gracias a la reducción de su volumen, transmitiendo esta presión íntegramente a todo el fluido situado aguas abajo.
Estos compresores disponen de un elemento denominado desplazador, que atrapa el gas mediante la creación de una succión, reduce su volumen, y lo desplaza hacia la salida donde existe una presión superior.
Los compresores volumétricos se dividen a su vez en alternativos y rotativos (según el movimiento que posee su órgano desplazador).
Los compresores alternativos son los más utilizados en la industria por sus notables ventajas y características, que los convierten en los más económicos tanto en el momento de su adquisición como en el de su uso.
Constan de un cilindro donde se desplaza alternativamente un émbolo arrastrado desde el exterior por un vástago, o simplemente por una biela; cuando éste comienza a salir del cilindro se crea una succión que permite la entrada del aire desde el exterior a través de una válvula, llenándola.

Cuando el pistón regresa se reduce el volumen y se incrementa la presión del aire hasta alcanzar un valor en el que se abre una válvula que conecta el cilindro con el servicio.
Los compresores volumétricos rotativos disponen de un cuerpo o carcasa generalmente cilíndrico, dentro del cual están dispuestas unas piezas móviles giratorias de una forma variada, que crean unos recintos que en primer término atrapan el aire mediante succión, para luego disminuir su volumen, elevar su presión y al mismo tiempo desplazarlo hacia su salida, en contacto con una zona de mayor presión.
Entre este tipo de compresores cabe citar los de aletas y los de tornillo como los más importantes.

3.3 Red de distribución

Después de haber producido y tratado convenientemente el aire comprimido, hay que distribuirlo de tal manera que llegue a todos y cada uno de los puntos de consumo.
Para ello se deberán trazar a partir de la central compresora una serie de tuberías y de acometidas que constituyen la red de distribución.

Existen tres tipos de red de distribución:

• Red ramificada o abierta: está formada por la tubería que parte de la central compresora que se desglosa en dos, y éstas a su vez se ramifican en otras dos y así sucesivamente hasta alcanzar cada uno de los puntos de consumo, constituyendo una red abierta. Tiene como única ventaja que en principio es más económica al tener una menor longitud, pero si se produce una anomalía quedarán fuera de servicio todas las acometidas situadas aguas debajo de ese punto.
• Red mallada o cerrada: la tubería que parte de la central compresora se divide también en dos, y éstas a su vez en dos, y así sucesivamente, pero cerrándose todas ellas en sus extremos, formando anillos cerrados. Los consumos pueden ser atendidos por caminos diferentes, consiguiéndose un reparto de caudales óptimo, que produce pérdidas de carga mínimas en las tuberías y por tanto presiones máximas en las acometidas. Se puede mantener el servicio en caso de avería sin más que aislar el tramo en que se presente.
• Red mixta: es la más frecuentemente empleada, está formada por circuitos cerrados, de los que parten algunos ramales que no se cierran en sus extremos.