PROPÓSITO DE LA UNIDAD CURRICULAR:
Dotar al estudiante de los conocimientos y habilidades necesarias en el área de aire comprimido tanto en el aspecto teórico como práctico, que le permitan como profesional de su especialidad un desempeño acorde con los requerimientos exigidos.
Separación continua de aire para ventilación automática.
El separador de aire se instalará en un conducto directamente tras la fuente de calor. Allí se encuentra la mayor concentración de aire y gases retirados del agua.
Montaje en posición horizontal.
La expansión originada dentro del AIRSCOOP y las trabas incorporadas aceleran el proceso de separación de aire y agua.
En combinación con el desairador de flotador (ES 42 HY-VENT) este sistema garantiza tanto la separación de aire como la ventilación.
Ventajas
Alto efecto de separación
Diseño robusto y poco sensible
Diseño sin mantenimiento ni perturbaciones
A partir de 3" hay distribucciones adicionales disponibles para válvula de seguridad o termómetro.
El aire comprimido es utilizado intensamente para una diversidad de aplicaciones, pues permite llevar a cabo infinidad de procesos de la manera más sencilla y económica. Esto es así, en la medida que el aire comprimido se encuentre limpio y seco al llegar a los puntos donde es utilizado; pero lamentablemente esto no sucede.
El aire en la atmósfera contiene partículas sólidas de distinto micronaje, cuyas proporción depende del grado de contaminación existente; también vapor de agua de acuerdo a la humedad relativa reinante.
Una vez ingresado el aire del compresor , si éste es lubricado, también se contamina con aceite ; por efecto de la compresión la temperatura se eleva, y en la descarga del compresor el aire comprimido se encontrara caliente con partículas sólidas aceite y agua.
En estas condiciones de contaminación el aire ingresa a las tuberías de distribución y llega a los puntos de consumo, provocando daños en las máquinas, equipamientos, accesorios, instrumentos neumáticos, procesos y productos que toman contacto con él; ocasionando enormes gastos de mantenimiento, reparaciones, reposiciones y lucro cesante por paradas en la producción. Para evitar esto el aire que descargan los compresores debe ser sometido a tratamientos específicos para eliminar los contaminantes mencionados; agua, aceite y suciedad sólida.
OSMI S.R.L. es especialista en todo el equipamiento necesario para secar y filtrar el aire comprimido que
producen los compresores en la industria o en aplicaciones hospitalarias.
1) POST-ENFRIAFDORES PROCESAIRE PR, AC Y WC
Se instalan en la descarga de los compresores para enfriar el aire comprimido, logrando de esta forma que la mayor parte de los vapores de agua y aceite condensen el estado líquido y así puedan ser evacuados antes de que ingresen y contaminan las tuberías.
Están disponibles en dos versiones según el medio de enfriamiento:
TIPO AIRE - AIRE:
El enfriamiento del aire comprimido se logra mediante la acción de una corriente cruzada de aire ambiental, proveniente de un forzador que forma parte del equipo. Se construyen con tubos de cobre y aletas disipadoras de aluminio unidos por expansión mecánica.
TIPO AIRE - AGUA:
- FSL :
-
Líquidos y suciedad sólida gruesa.FP : Partículas sólidas
Los secadores extraen del aire toda la humedad residual que pudiera llegar a condensarse, entregando así aire seco al consumo.
4) SECADO Y FILTRADO DEL AIRE COMPRIMIDO
Tiene 3 componentes básicos:
Para ser técnicamente efectivos y económicos trabajan separando progresivamente los contaminantes gruesos, medios, y finos; de esta manera alcanzan una óptima vida útil.
Disponemos de equipos centrales que limpian y secan todo el aire comprimido generado por los compresores, o equipos para aplicar a consumosparciales en sectores críticos.
PREFILTRO . SECADOR . POSTFILTRO; de acuerdo al grado de contaminación y temperatura del aire comprimido se agregan otros.
3) SECADORES MINISEC
La aplicación de productos ya descriptos (Post enfriadores, filtros y drenador) limpiarán y separarán del aire comprimido una buena cantidad de agua líquida; pero no obstante el aire se encontrará aún saturado con 100% de humedad en forma de vapor de agua, cualquier descenso de temperatura posterior hará que siga condensando agua líquida. Para solucionar esto definitivamente el aire debe ser
secado.
PROCESAIRE DA. Todos los modelos pueden equiparse con purgador automático para expulsar los líquidos fuera del filtro sin intervención del personal de planta. También se lo provee separadamente.
2) FILTROS Y DRENADORES AUTOMÁTICOS PROCESAIRE F Y DA
El aire comprimido dentro de las tuberías se encuentra siempre contaminado con aceite del compresor, agua condensada y suciedad sólida.
La función de los filtros es la de retener estos contaminantes que tanto daño causan a las instalaciones neumáticas, entregando de esta forma, aire limpio al consumo.
Nuestra línea de filtros estándar cuenta con una completa variedad de cartuchos descartables, aptos para limpiar, según el tipo elegido:
El medio de enfriamiento es agua bombeada desde torres de enfriamiento o pozo. De conformación casco y tubo están construidos con tubos de cobre expandidos en las placas y bafles de latón.
A continuación se explican las características y funcionamiento de los FRL (filtro, regulador y lubricador)
Los compresores aspiran aire húmedo y sus filtros de aspiración no pueden modificar esto, ni eliminar totalmente las partículas contenidas en el aire atmosférico del lugar donde esté situado el propio compresor.
La durabilidad y seguridad de funcionamiento de una Instalación neumática dependen en buena forma del acondicionamiento del aire:
• La suciedad del aire comprimido (óxidos, polvo, demás), las partículas líquidas contenidas en el aire, causan un gran deterioro en las instalaciones neumáticas y en todos sus componentes, provocando desgastes exagerados y prematuros en superficies deslizantes, ejes, vástagos, juntas, etc., reduciendo la duración de los distintos elementos de la instalación.
• Las conexiones y desconexiones del compresor o compresores, generan oscilaciones en la presión, que impiden un funcionamiento estable de la instalación, de los actuadores, etc.
Para evitar este tipo de problemas, se recomienda emplear las UNIDADES DE MANTENIMIENTO NEUMÁTICO (Fig. 1 y 2) las cuales son una combinación de los elementos que se describen a continuación:
• Filtro de aire comprimido
• Regulador de presión
• Lubricador de aire comprimido
Pero para esto se debe tener en cuenta los siguientes puntos:
• El caudal total de aire en m3/h es decisivo para la elección del tamaño de unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una caída de presión demasiado grande. Por eso, es imprescindible respetar los indicados por el fabricante.
• La presión de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad.
• La temperatura no deberá ser tampoco superior a 50 ºC (valores máximos para recipiente de plástico).
Figura 1
Simbología de la unidad de mantenimiento
Figura 2
Conservación de las unidades de mantenimiento
Es necesario efectuar, en intervalos regulares, los trabajos siguientes de conservación:
• FILTRO: Debe examinarse periódicamente el nivel de agua condensada, porque no debe sobrepasar la altura indicada en la mirilla de control. De lo contrario, el agua podría ser arrastrada hasta la tubería por el aire comprimido. Para purgar el agua condensada hay que abrir el tornillo existente en la mirilla. Asimismo debe limpiarse el cartucho filtrante.
• REGULADOR: Cuando está precedido de un filtro, no requiere ningún mantenimiento.
• LUBRICADOR: Verificar el nivel de aceite en la mirilla y, si es necesario, suplirlo hasta el nivel permitido. Los filtros de plástico y los recipientes de los lubricadores no deben limpiarse con tricloroetileno. Para los lubricadores, utilizar únicamente aceites minerales.
La unidad de mantenimiento debe elegirse cuidadosamente según el de la instalación. Si no se pospone un depósito, hay que considerar el consumo máximo por unidad de .
FILTRO
Definición: El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua condensada. En los procesos de automatización neumática se tiende cada vez a miniaturizar los elementos (problemas de espacio), fabricarlos con materiales y procedimientos con los que se pretende el empleo cada vez menor de los lubricadores. Consecuencia de esto es que cada vez tenga mas importancia el conseguir un mayor grado de pureza en el aire comprimido, para lo cual se crea la necesidad de realizar un filtraje que garantice su utilización.
El filtro tiene por misión:
• Detener las partículas sólidas.
• Eliminar el agua condensada en el aire.
En la figura (Fig. 3) se muestra el camino del aire a través del filtro, primero para entrar, en el recipiente (1), el aire comprimido tiene que atravesar la chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices. Como consecuencia se somete a un movimiento de rotación. Los componentes líquidos y las partículas grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrífuga y se acumulan en la parte inferior del recipiente.
En el filtro sintetizado (4) (ancho medio de poros, 40 mm.) sigue la depuración del aire comprimido.
Dicho filtro (4) separa otras partículas de suciedad. Debe ser sustituido o limpiado de vez en cuando, según el grado de ensuciamiento del aire comprimido.
Figura 3
Los filtros se fabrican en diferentes modelos y deben tener drenajes accionados manualmente, semiautomática o automáticamente.
Los depósitos deben construirse de material irrompible y transparente. Generalmente pueden limpiarse con cualquier detergente.
Generalmente trabajan siguiendo el siguiente proceso: El aire entra en el depósito a través de un deflector direccional, que le obliga a fluir en forma de remolino. Consecuentemente, la fuerza centrífuga creada arroja las partículas líquidas contra la pared del vaso y éstas se deslizan hacia la parte inferior del mismo, depositándose en la zona de calma.
La pantalla separadora evita que con las turbulencias del aire retornen las condensaciones. El aire continúa su trayecto hacia la línea pasando a través del elemento filtrante que retiene las impurezas sólidas. Al abrir el grifo son expulsadas al exterior las partículas líquidas y sólidas en suspensión.
El agua no debe pasar del nivel marcado que normalmente traen los elementos, puesto que en la zona turbulenta el agua sería de nuevo arrastrada por el aire.
La condensación acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se deberá vaciar antes de que alcance la altura máxima admisible, a través del tornillo de purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar una purga automática de agua.
REGULADOR
Definición: El regulador tiene la misión de mantener la presión de trabajo (secundaria) lo más constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red (primaria) y del consumo de aire. La presión primaria siempre ha de ser mayor que la secundaria.
Regulador de presión con orificio de escape
La presión es regulada por (Fig. 4) la membrana (1), que es sometida, por un lado, a la presión de trabajo, y por el otro a la fuerza de un resorte (2), ajustable por medio de un tornillo (3).
A medida que la presión de trabajo aumenta, la membrana actúa contra la fuerza del muelle. La sección de paso en el asiento de válvula (4) disminuye hasta que la válvula cierra el paso por completo. En otros términos, la presión es regulada por el caudal que circula.
Al tomar aire, la presión de trabajo disminuye y el muelle abre la válvula. La regulación de la presión de salida ajustada consiste, pues, en la apertura y cierre constantes de la válvula. Al objeto de evitar oscilaciones, encima del platillo de válvula (6) hay dispuesto un amortiguador neumático o de muelle (5). La presión de trabajo se visualiza en un manómetro. Cuando la presión secundaria aumenta demasiado, la membrana es empujada contra el muelle. Entonces se abre el orificio de escape en la parte central de la membrana y el aire puede salir a la atmósfera por los orificios de escape existentes en la caja.
Figura 4
Regulador de presión sin orificio de escape
En el comercio se encuentran válvulas de regulación de presión sin orificio de escape. Con estas válvulas no es posible evacuar el aire comprimido que se encuentra en las tuberías.
En la figura (Fig. 5) se muestra que por medio del tornillo de ajuste (2) se pretensa el muelle (8) solidario a la membrana (3). Según el ajuste del muelle (8), se abre más o menos el paso del lado primario al secundario. El vástago (6) con la membrana (5) se separa más o menos del asiento de junta.
Si no se toma aire comprimido del lado secundario, la presión aumenta y empuja la membrana (3) venciendo la fuerza del muelle (8). El muelle (7) empuja el vástago hacia abajo, y en el asiento se cierra el paso de aire. Sólo después de haber tomado aire del lado secundario, puede afluir de nuevo aire comprimido del lado primario.
Figura 5
LUBRICADOR
Definición: El lubricador tiene la misión de lubricar los elementos neumáticos en medida suficiente. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas móviles, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosión.
Son aparatos que regulan y controlan la mezcla de aire-aceite. Los aceites que se emplean deben:
• Muy fluidos
• Contener aditivos antioxidantes
• Contener aditivos antiespumantes
• No perjudicar los materiales de las juntas
• Tener una viscosidad poco variable trabajando entre 20 y 50° C
• No pueden emplearse aceites vegetales (Forman espuma)
Los lubricadores trabajan generalmente según el principio "Venturi". La diferencia de presión (caída de presión) entre la presión reinante antes de la tobera y la presión en el lugar más estrecho de ésta se emplea para aspirar líquido (aceite) de un depósito y mezclarlo con el aire. (Fig. 6)
Figura 6
El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del flujo es suficientemente grande. Si se consume poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza para producir una depresión suficiente y aspirar el aceite del depósito.
Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el fabricante.
En la figura (Fig. 7) se muestra, como el aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1) hasta la salida (2). Por el estrechamiento de sección en la válvula (5), se produce una caída de presión. En el canal (8) y en la cámara de goteo (7) se produce una depresión (efecto de succión). A través del canal (6) y del tubo elevador (4) se aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a través de la cámara de goteo (7) y del canal (8) hasta el aire comprimido, que afluye hacia la salida (2). Las gotas de aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este estado hasta el consumidor.
La sección de flujo varía según la cantidad de aire que pasa y varía la caída de presión, o sea, varía la cantidad de aceite. En la parte superior del tubo elevador (4) se puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por medio de un tornillo.
Una determinada cantidad de aceite ejerce presión sobre el aceite que le encuentra en el depósito, a través de la válvula de retención (3).
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.
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:
Compresor: incrementa la presión del aire.
Refrigerador-separador: elimina el agua presente en el aire comprimido a la salida del compresor.
Depósito de regulación: almacena el aire comprimido para atender demandas puntas que excedan la capacidad del compresor.
Filtro: se eliminan las impurezas del aire, como el polvo y el aceite, mediante un filtrado adecuado.
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.
