(2- Descripción aire comprimido) -...

Descripción del Sistema de Aire Comprimido

14

2.-Descripción del Sistema de aire comprimido

El sistema de aire comprimido es muy habitual en todo tipo de instalaciones industriales;

el caso que nos ocupa es el estudio de un sistema de aire comprimido en una planta

termosolar.

El aire comprimido dentro en este tipo de plantas suele dividirse en:

- Aire de servicios: El aire utilizado para servicios generales (tales como

pequeñas bombas neumáticas, arrancadores de motor de compresoras de

gas, herramientas neumáticas, sopletes de arena a presión, etc.). Es

comprimido y almacenado sin necesidad de ser secado.

- Aire de instrumentos: Usado en válvulas de control y válvulas todo-nada,

así como en pequeños motores neumáticos. En este caso el aire

atmosférico es comprimido, almacenado en un tanque de volumen,

filtrado y secado para utilizarlo en instrumentos.

El aire a comprimir es tomado de la atmósfera e introducido en los compresores, donde

adquirirá las condiciones de presión adecuadas. Una vez comprimido se hace pasar por

los prefiltros, bifurcándose a continuación en dos corrientes: la fracción de aire de

servicios se conduce directamente a su tanque de almacenamiento, mientras que la parte

del aire destinada a instrumentos es secada y filtrada de nuevo en los postfiltros, para

posteriormente almacenarse en el tanque de instrumentos.

El aire comprimido en general es utilizado para el manejo de equipos de planta y para

instrumentación. El uso del aire comprimido en equipos de planta hace referencia a

dispositivos robustos como taladros, pulidores, elevadores, motores y otros;


15

aunque también es utilizado para actuadores de precisión y pequeños motores

neumáticos, así como en equipos tales como turbina o calderas y válvulas de control

Estos equipos tienen una función de control de procesos más que de potencia. Debido a

la precisión de sus componentes, el aire comprimido usado en ellos ha de tener una

calidad superior a la usada en un equipo robusto. Por ejemplo, el aire ha de tener un

contenido de humedad tan bajo que su punto de rocío sea siempre superior a la menor

temperatura en cualquier lugar de la red con el fin de evitar la presencia de condensados.

Además, las impurezas del aire deberán ser menores que 0.1g/Nm3 y hasta un tamaño de

3 g/Nm3.


16

2.1 Elementos básicos de una red de aire comprimido:

Los elementos principales que componen una red de aire comprimido y que

describiremos a continuación son:

- Compresor

- Aftercooler o Enfriadores

- Pre filtros

- Post filtros

- Secadoras/Deshidratadoras de aire

- Tanques o depósitos.

- Red de tuberías

2.1.1 Compresor:

El compresor aspira el aire de la atmosfera y lo comprime en un volumen más

pequeño, almacenándolo después en un depósito.

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del

aire al valor de trabajo deseado. El aire comprimido viene de la estación

compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías.

Los compresores móviles se utilizan en la rama de la construcción o

en máquinas que se desplazan frecuentemente.

En el momento de la planificación es necesario prever un tamaño superior de

la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se

adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al


17

objeto de que el compresor no resulte más tarde insuficiente, puesto que toda

ampliación posterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.

Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire

comprimido tendrá una larga duración. También debería tenerse en cuenta la

aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.

Para instalaciones en plantas termosolares los compresores suelen ser de tipo no

lubricados, enfriados por aire, con acoplamiento directo al motor y estarán

diseñados en función de los requerimientos de presión y gasto de aire de

instrumentos y servicios al 100%

Tipos de compresores

Básicamente hay siete tipos de compresores de aire que se utilizan en la industria,

que se agrupan a su vez en dos grandes familias: compresores de desplazamiento

positivo (CDP); los cuales encierran un volumen de gas o aire y después

incrementan la presión reduciendo dicho volumen mediante el desplazamiento de

uno o más miembros en movimiento; y los compresores rota-dinámicos o

turbocompresores (TC); los cuales funcionan a presión constante.

� Compresor de tornillo (CDP)

Este tipo de compresores son alternativos de desplazamiento positivo y

ofrecen un caudal elevado y estable en condiciones de presión variables; estas

características lo hacen ideal para las instalaciones de aire comprimido.


18

Las piezas principales del compresor de tornillo son los rotores macho y

hembra, que giran en direcciones opuestas mientras disminuye el volumen

entre ellos y la carcasa. Cada elemento de tornillo tiene una relación de

presiones integrada fija que depende de su longitud, del paso del tornillo y de

la forma de la lumbrera de descarga. Para lograr la máxima eficacia la relación

de presiones integrada debe adaptarse a la presión de trabajo requerida.

Estos compresores son fáciles de conservar, la salida de aire en estos

compresores es lisa y libre de los impulsos que se pueden hallar en otros

modelos de compresor de aire, tienen un gran volumen de aire a una gran

presión. Son de larga duración y de rápido funcionamiento.

Figura 2.1 Compresor de tornillo

El ciclo de trabajo de este tipo de compresores se divide en cuatro etapas:

• Comienzo de la compresión. El cilindro se encuentra lleno de aire

• Etapa de compresión. El pistón actúa sobre la masa de aire reduciendo su

volumen original con un aumento paralelo de la presión del mismo. Las

válvulas del cilindro permanecen cerradas.


19

• Etapa de expulsión. Justo antes de completar la carrera de compresión la

válvula de descarga se abre. El aire comprimido sale del cilindro, debido a

su propia presión, a través de la válvula de descarga. Antes de alcanzar el

final de carrera la válvula de descarga se cierra dejando el espacio libre

del cilindro lleno de aire a la presión de descarga.

• Etapa de expansión. Durante esta etapa tanto la válvula de descarga

como la de entrada permanecen cerradas. El pistón comienza la carrera

de retroceso, el aire contenido dentro del cilindro sufre un aumento de

volumen con lo que la presión interior del sistema se reduce.

• Etapa de admisión. El pistón durante esta etapa retrocede provocando

una depresión en la interior del cilindro que es compensada por la

entrada de aire a través de la línea de admisión. Justo antes de llegar al

punto inferior de la carrera la válvula de admisión se cerrará, volviendo al

estado inicial con lo que comienza un nuevo ciclo.

.

Para la aplicación que nos requiere se utilizará compresores de este tipo pero

exentos de aceites, ya que no se admiten concesiones cuando se trata de aire

limpio y 100 % exento de aceite. Sólo compresores exentos de aceite admiten

aire exento de aceite; clase 0 según ISO 8573-1

Figura 2.2 Ejemplo compresor exento de aceite


20

En los compresores de tornillo exentos de aceite emplean frecuentemente

engranajes externos para sincronizar la posición de los rotores que giran en

sentido contrario. Como los rotores no hacen contacto entre sí ni con la

carcasa no se necesita lubricación dentro de la cámara de compresión. Por

consiguiente el aire comprimido estará libre de aceite. Los rotores y la carcasa

se fabrican con gran precisión para minimizar las fugas desde el lado de

presión al lado de aspiración.

� Compresor de paletas deslizantes (CDP)

Utiliza unas paletas colocadas excéntricamente dentro del rotor de la

máquina. Al ir girando, el espacio existente entre las paletas se va reduciendo,

con lo que el aire atrapado es esas cavidades se comprime. Este tipo de

compresores se suele utilizar cuando normalmente cuando las exigencias de

caudal son bajas

Figura 2.3. Compresor de paletas deslizantes

� Compresor de anillo liquido (CDP)

Son compresores de desplazamiento positivo que emplean un rotor de álabes

fijos dentro de una envolvente elíptica, que está parcialmente llena de líquido.


21

Al girar el rotor, los alabes ponen el liquido en movimiento, penetran dentro

de la película de liquido y comprimen el aire que queda atrapado. Son

compresores libres de aceite.

Figura 2.4. Compresor de anillo

� Compresor de lóbulos (CDP)

Funcionan de manera similar a una bomba de engranajes. Al girar, el aire

atrapado entre los lóbulos del rodete y la carcasa de la máquina es impulsado

hacia la salida. Estas máquinas aportan poca compresión, que está asociada

básicamente al movimiento de los lóbulos.

Figura 2.5 Compresor de lóbulos


22

� Compresor de husillo (CDP)

Utilizan un par de tornillos sin fin que al girar van comprimiendo el aire que

queda atrapado entre ellos. Consiguen alcanzar grandes presiones gracias a lo

reducido de los huelgos existentes entre los tornillos.

Figura 2.6 Compresor de husillos

� Compresores centrífugos (TC)

Son de tipo rota-dinámico. La velocidad del aire aumenta al paso por al rodete

mientras que a la descarga, una sección difusiva (la voluta) decelera el aire y

aumenta la presión de descarga. Normalmente se emplean cuando se

necesitan importantes caudales de aire a presiones relativamente moderadas.

Se pueden conseguir mayores presiones colocando varios compresores en

línea.


23

Figura 2.7. Compresor centrifugo

� Compresores axiales (TCI)

Son compresores dinámicos con flujo axial. El aire circula paralelo al eje del

compresor a través de hileras de álabes giratorios y estacionarios. De esta

forma, la velocidad del aire aumenta gradualmente al mismo tiempo que los

álabes estacionarios convierten la energía cinética en presión. Normalmente

para contrarrestar el empuje axial el compresor lleva incorporado un tambor

de equilibrio.

Los compresores axiales suelen ser más pequeños y ligeros que sus

equivalentes centrífugos y funcionan por lo general a velocidades mayores.

Figura 2.8. Compresor axial


24

2.1.2 Aftercooler o Enfriadores:

Al comprimir el aire éste se calienta y por tanto su capacidad para retener vapor

de agua aumenta. Por el contrario, un incremento en la presión del aire, reduce

notablemente se capacidad para retener agua. Por tanto mientras el aire se

comprime en el compresor, la alta temperatura evita que el agua condense, pero

una vez en las conducciones, el descenso de temperatura, mantenido a presiones

altas, sí conlleva a la condensación de agua en las tuberías.

Por tanto, para eliminar las posibles condensaciones, se reduce la temperatura del

aire en un dispositivo que se coloca junto a la salida del compresor (sin esperar a

que ese descenso tenga lugar en las propias líneas de suministro del aire

comprimido). Para ello se introduce un enfriador (aftercooler), tan próximo al

compresor como sea posible.

El aftercooler no es más que un intercambiador de calor, que puede funcionar

bien con agua o bien con aire como fluido calorpaortante.

Normalmente al aftercooler va acoplado a la salida un deshumidificador,

encargado de drenar el agua de condensación que se extrae de la corriente de aire

comprimido.


25

2.1.3 Pre filtros y post filtros:

El aire del ambiente contiene contaminantes que se filtran en el compresor, estos

contaminantes son concentrados durante la compresión y salen por el sistema de

aire comprimido. Un sistema típico de compresión se contamina con partículas

sólidas abrasivas como el polvo, residuos de tubería y oxido, lubricantes del

compresor, gotas de agua condensada aceite y vapor de hidrocarburos.

Todos los compresores aspiran aire húmedo y sus filtros de aspiración no pueden

modificar esto ni eliminar totalmente las partículas sólidas del aire atmosférico.

La humedad es también muy dañina para el sistema ayudando a la corrosión y

causando el desgaste excesivo de los componentes. La humedad se acumulará en

los puntos bajos del sistema y se congelará durante el tiempo frío, produciendo la

detención del sistema y la rotura de líneas.

La 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

climatológicas. La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en un m3

de aire.

Un filtro ideal removerá toda la suciedad y humedad del sistema neumático sin

causar caída de presión en el proceso, o causando la mínima posible

Los sistemas de aire contaminados aumentan los costos de operación al robar

energía del sistema de aire; dando como resultado reducción en eficiencia, daños

a equipos que operan con aire, mayor mantenimiento y costes de reparación, así

como una disminución de la productividad.


26

Tanto los prefiltros como los postfiltros serán de tipo seco y serán capaces de

retener cualquier impureza que pudiera venir en el aire comprimido, en el rango

de 1 hasta 3 micras. Las características que deben cumplir los filtros se especifican

mediante normas internacionales. En la siguiente tabla se describe la norma ISO

para filtros que en la siguiente sección del proyecto describiremos.

Clase Tamaño de

partículas m

Punto de

rocío en ºC

Máximo contenido de

aceite mg/m3

1 0,1 -70 0,01

2 1 -40 0,1

3 5 -20 1

4 15 +3 5

5 40 +7 25

6 - +10 -

Figura 2.9 Tabla ISO sobre calidad del aire

Los prefiltros son comunes tanto al aire de instrumentos como al de servicio,

siendo los postfiltros únicamente utilizados para el aire de instrumentos.

El principio de funcionamiento de los pre filtros y post filtros es el mismo. El aire

comprimido atraviesa el elemento filtrante desde el interior hasta el exterior. En

este proceso las partículas sólidas son retenidas por las diferentes capas que

forman el elemento filtrante, mientras que las microgotas de agua que recibe el

filtro son eliminadas mediante los dispositivos de purga ubicados en la parte

inferior del filtro. Ver figura 2.10

.


27

Figura2.10. Filtros

Existen varios modelos de filtros usados en instalaciones de aire comprimido

según el tipo de malla o membrana:

� Filtros de fibra: Son muy eficaces para la eliminación de aceite, aunque es

difícil controlar con precisión la cantidad de aceite que queda en el aire ya

que la temperatura entre otros factores tiene un efecto importante. Sólo

pueden eliminar aceite en forma de gotas o aerosoles

� Filtros de carbón activo: Cubre una gran superficie interna. Pude absorber

del 10-20% de su propio peso en aceite. El ideal para la eliminación de

aceite en forma vapor. Deben contener la cantidad apropiada de carbón

para no provocar grandes pérdidas de presión.

� Filtros estériles: Este tipo de filtros no ofrecen buenos resultados si existe

agua libre en el aire. Tienen alta resistencia térmica y mecánica. Puede ser

esterilizado mediante vapor directo en autoclave.


28

2.1.4 Secadoras/ deshidratadoras de aire:

La humedad en las líneas de aire puede crear problemas tales como la formación

de hielo en las válvulas y controles. Esto puede ocurrir, por ejemplo, si aire a muy

alta presión es estrangulado a muy baja presión a un régimen de flujo elevado. El

efecto de venturi del aire estrangulado produce bajas temperaturas, que harán

que cualquier humedad en el aire se congele y forme hielo. Esto hace que la

válvula (especialmente una válvula automática) sea muy difícil o imposible de

operar.

Por otro lado, las gotas de agua pueden producir un golpe de ariete de agua en un

sistema de aire que tenga alta presión y un flujo elevado, y pueden causar

corrosión, óxido, y la dilución de los lubricantes dentro del sistema. Por estas

razones, los secadores de aire son usados para secar el aire comprimido.

Todos los secadores, aunque de distintas marcas y modelos trabajan según el

mismo principio, el aire comprimido que entra al secador se pre enfría en el

intercambiador aire/aire y seguidamente se introduce en el evaporador donde se

enfría hasta alcanzar la temperatura del punto de rocío deseado.

A continuación penetra en el evaporador donde el agua condensada es separada y

evacuada por la purga automática. Antes de salir del secador el aire comprimido

vuelve a entrar al intercambiador aire/aire donde es recalentado por el aire

comprimido caliente de entrada

La temperatura del aire es controlada por un termostato que detiene el

compresor cuando alcanza la temperatura prefijada. Este es el único sistema

donde todo el frío producido es utilizado por el aire comprimido. El resultado es

un ahorro de energía y de horas de trabajo del compresor variable entre un 30 y

un 80%.


29

Secadoras por refrigeración

En los deshidratadores tipo refrigerado, el aire comprimido es pasado sobre un

juego de bobinas refrigeradas. Los vapores de aceite y humedad del aire se

condensan y pueden ser recolectados y removidos a través de un punto bajo de

drenaje.

- Ventajas:

• Amplio rango de caudales: 0,20 m3/min a 471,5 m3/min

• Diseño de alta temperatura: hasta 93ºC Tª aire de ingreso

• Bajo coste

• Alta eficiencia

• Baja caída de presión

• Fácil mantenimiento

- Desventajas:

• Punto de rocío: 3ºC o 7ºC (No válido para

aplicaciones de aire de instrumentos)

• Posibilidad de condensación a distancias

pequeñas- medias

Figura 2.11. Secadora por

refrigeración

Secadoras por Absorción.

Un desecante es una sustancia química con una alta capacidad de absorber agua o

humedad. El mismo tiene además la capacidad de desprenderse de esa humedad,

de manera que el desecante puede ser reutilizado.


30

Algunos deshidratadores para sistema de aire comprimido son un par de torres de

secado (Recipientes llenos de desecante). Uno es mantenido en servicio

deshidratando el aire comprimido, mientras que la otra está siendo reactivada.

Una torre desecante es normalmente reactivada pasando aire seco caliente a

través de la misma en la dirección opuesta al flujo normal de deshidratación.

Otro tipo de secador químico consiste en un encapsulado, un cartucho

conteniendo un agente químico, un filtro (bronce sinterizado) y un resorte. Varios

tipos de químicos absorbentes son usados por diferentes fabricantes en la

construcción de los cartuchos. Para asegurar un filtrado correcto, el aire debe

pasar a través del filtro en la dirección correcta.

Secadoras por Adsorción:

Este tipo de secadoras pueden ser con aporte de calor o sin aporte de calor.

� Sin aporte de calor:

El aire entra en el secador procedente de un filtro previo que retira la

contaminación para proteger el desecante y es conducido a la torre de

secado. El desecante retira la humedad del aire por adsorción, y el aire seco

pasa por un filtro posterior eliminando cualquier partícula antes de entrar en

el sistema de aire. En este tipo de secadores con aporte de calor un 15% del

aire es redirigido a la torre de regeneración

El aire seco fluye en dirección opuesta por la torre de regeneración, retirando

la humedad atrapada del desecante. Por último el aire húmedo sale del

secador por un puerto de escape equipado con un silenciador para reducir el

ruido


31

Figura 2.12 .Secadora por adsorción sin aporte de calor

Algunas de las ventajas de las secadoras sin aporte de calor serían:

o Punto de rocío: -40ºC o -70ºC

o Amplio rango de caudales: 160m3/hr a 3.300 m3/hr

o Fácil mantenimiento

o Fácil operación, perfil bajo

o Larga vida útil

� Con aporte de calor:

En este caso la parte de secado es igual a la del caso anterior, la diferencia

entre ambos radica en la zona de regeneración, ya que en el secador con

aporte de calor el aire entraría caliente en la zona de regeneración debido a

que el aire ambiente entra por la entrada del ventilador, elevándose así la

temperatura del aire cuando se mueve por el calentador externo


32

Figura 2.13 Secadora por adsorción con aporte de calor


33

2.1.5 Tanques ó depósitos:

Tanto el tanque de aire de instrumentos como el de aire de servicios serán

recipientes cilíndrico- verticales, diseñados conforme los requerimientos de ASME,

sección VIII.

Ambos tanques contarán con las boquillas necesarias para la entrada y salida de

aire, conexiones de instrumentos, válvulas de seguridad, drenaje, etc.

Las dimensiones y presiones de ambos tanques se calcularan en una sección

posterior en función del diseño y necesidades de presión y caudal de la red de aire

comprimido de la planta.

Por norma general el tanque debe amortiguar las fluctuaciones de caudal de los

compresores, que suelen funcionar de forma discontinua, y evitar que se

transmitan a los puntos de consumo. Por lo tanto los compresores se regulan para

que arranquen paren y almacenen aire a presión en el depósito, tratando de

espaciar al máximo sus ciclos de trabajo y siempre manteniendo la presión mínima

requerida en los puntos de consumo de aire.


34

2.1.6 Red de tuberías:

Puesto que el compresor, el depósito y los enfriadores suelen colocarse en una

zona cercana entre ellos, es preciso diseñar la distribución en planta de las líneas

de suministro desde el compresor a los puntos de consumo.

Se ha de procurar que la distribución minimice en la medida de lo posible las

longitudes de las tuberías desde el compresor al punto más alejado. En aquellas

redes que sean muy extensas, es preferible situar el compresor en una zona

central, minimizando así la distancia al punto más alejado.

Algunos detalles importantes que es recomendable respetar a la hora de diseñar

la instalación del aire comprimido:

� Procurar que la tubería sea lo más recta posible con el fin de disminuir la

longitud de tubería, número de codos, t´s, y cambios de sección que

aumentan la pérdida de presión en el sistema.

� Los puntos de drenajes se colocan con la ayuda de T´s, ya que el cambio

brusco en la dirección del flujo facilita la separación de las gotas de agua de

la corriente de aire.

� La tubería no debe entrar en contacto con los cables eléctricos para así

evitar accidentes.

� En la instalación de la red deberá tenerse en cuenta cierta libertad para

que la tubería se expanda o contraiga ante variaciones de la temperatura.

Si esto no se garantiza es posible que se presentes "combas" con su

respectiva acumulación de agua.

� Las tuberías deben ir descendiendo levemente en la dirección del flujo. La

pendiente puede fijarse aproximadamente en un 1%.

� Las conexiones de las ramificaciones se hacen desde arriba (para

obstaculizar al máximo posibles entradas de agua).


35

� En todos los puntos bajos es recomendable colocar puntos de drenaje. Así

mismo, en la línea principal de distribución se pueden colocar cada 30-40

metros; saliendo siempre desde el punto inferior de la tubería.

� El número de juntas y codos debe reducirse al máximo posible, de esta

forma las pérdidas de la red serán menores.

� Las conexiones de tuberías de servicio o bajantes deben hacerse desde la

parte superior de la tubería secundaria para evitar el descenso de agua por

gravedad hasta los equipos neumáticos y su deterioro asociado.

� Un buen diámetro de la tubería principal evita problemas ante una

ampliación de la red.

� Antes de implementar extensiones o nuevas demandas de aire en la red

debe verificarse que los diámetros de la tubería si soportan el nuevo

caudal.

La red de tuberías estará formada por:

• Tubería principal, es la línea que sale del conjunto de compresores y

conduce todo el aire que consume la planta. Debe tener la mayor sección

posible para evitar pérdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la

red con su consecuente aumento de caudal.

• Tuberías secundarias, se derivan de la tubería principal para conectarse con

las tuberías de servicio. El caudal que por allí circula es el asociado a los

elementos alimentados exclusivamente por esta tubería. También en su

diseño se debe prever posibles ampliaciones en el futuro.

• Tuberías de servicio e instrumentación, son las que surten en sí los equipos

neumáticos. En sus extremos tienen conectores rápidos y sobre ellas se

ubican las unidades de mantenimiento. Con el fin de evitar obstrucciones

se recomiendan diámetros entorno a ½" en la tubería. Puesto que


36

generalmente son segmentos cortos las pérdidas son bajas y por tanto la

velocidad del aire en las tuberías de servicio puede llegar hasta 5 m/s.


37

2.1.7 Otros elementos:

Existen otra serie de elementos que pueden ser necesarios para el correcto

funcionamiento de una instalación de aire comprimido. Dependiendo de los

requerimientos de la instalación estos pueden ser incluidos o no en el diseño final.

Algunos de estos elementos adicionales son:

� Filtros anticontaminantes: Para la eliminación de partículas, inclusiones sólidos,

aceites o grasas de suspensión. Se realizan mediante separación mecánica,

coalescencia o adsorción.

� Filtros para la admisión de aire del compresor, especialmente en ambientes de

trabajo sucio

� Silenciadores. Con objeto de controlar el ruido en caso de presencia humana

continuada cerca del compresor o de los puntos de consumo.


38

2.2 Diseño de redes de aire comprimido:

2.2.1 Distribución redes aire comprimido:

Existen varias posibles configuraciones de una red de aire comprimido.

• Red abierta ó con línea muerta:

Se constituye por una sola línea principal de la cual se desprenden las secundarias

y las de servicio tal como se muestra en la figura 2.14. La poca inversión inicial

necesaria de esta configuración constituye su principal ventaja, además de que

este tipo de distribución favorece el drenaje. La principal desventaja de este tipo

de redes es su mantenimiento. Ante una reparación es posible que se detenga el

suministro de aire "aguas abajo" del punto de corte lo que implica una detención

de la producción. Otra desventaja a tener en cuenta es que este tipo de

distribución provoca grandes pérdidas de carga.

Figura 2.14 Ejemplo instalación abierta


39

• Red Cerrada:

En esta configuración la línea principal constituye un anillo o varios tal como se

muestra en la figura 2.15. La inversión inicial de este tipo de red es mayor que si

fuera abierta. Sin embargo con ella se facilitan las labores de mantenimiento de

manera importante puesto que ciertas partes de ella pueden ser aisladas sin

afectar la producción. Otra ventaja que presenta este tipo de redes son las

menores caídas de presión

Figura 2.15 Ejemplo instalación cerrada

Una desventaja importante de este sistema es la falta de dirección constante flujo.

La dirección del flujo en algún punto de la red dependerá de las demandas

puntuales y por tanto el flujo de aire cambiará de dirección dependiendo del

consumo. El problema de estos cambios radica en que la mayoría de accesorios de

una red (p. ej. Filtros) son diseñados con una entrada y una salida. Por tanto un

cambio en el sentido de flujo los inutilizaría.

Cabe anotar que otro defecto de la red cerrada es la dificultad de eliminar los

condensados debido a la ausencia de inclinaciones. Esto hace necesario

implementar un sistema de secado más estricto en el sistema.


40

• Red interconectada: Esta configuración es igual a la cerrada pero con la

implementación de bypass entre las líneas principales. Este sistema presenta un

excelente desempeño frente al mantenimiento pero requiere la inversión inicial

más alta. Además, la red interconectada presenta los mismos problemas que la

cerrada.

En la red interconectada hay un circuito cerrado que permite trabajar en

cualquier sistema de la planta con aire, mediante las conexiones longitudinales y

transversales de la instalación de aire comprimido.

Ciertas tuberías de aire comprimido pueden ser bloqueadas mediante válvulas de

cierre (correderas) si hay que separarlas para efectuar reparaciones y trabajos de

mantenimiento. También existe la posibilidad de comprobar faltas de

estanqueidad. Ver figura 2.16

Figura 2.16 Ejemplo red interconectada


41

Se va a analizar a continuación otro factor a tener en cuenta a la hora de diseñar

nuestra red; la centralización o descentralización de las redes de aire comprimido.

La cuestión de montar una sola estación de aire comprimido o varias estaciones

satélites surge cuando hemos de llevar a algún punto de la planta una presión muy

elevada, o cuando existen grandes distancias de unos puntos de consumos a

otros, en cuyo casos sería muy recomendable usar estaciones satélites para estas

zonas debido a sus elevadas demandas de aire o grandes distancias.

Si por lo contrario toda nuestra planta posee puntos de consumos con presiones

equiparables o están todos estos puntos cercanas entre sí, sería más

recomendable montar solamente una estación y centralizar así el suministro de

aire comprimido de la planta.

Las ventajas de una configuración de la red centralizada serían:

� Unidades compresión de mayor potencia, lo que supone menor coste de

electricidad y mejor potencia específica

� Menor gasto inicial que unidades más pequeñas de caudal proporcional

� Menor tiempo de mantenimiento

� Menor inversión en comunicaciones

� Menor espacio necesario al centralizar los equipos.

Pero la centralización también conlleva inconvenientes:

� Un solo nivel de presión máximo, es decir si dimensionamos la red para

una presión máxima de 10 bar no podremos suministrar más de esto en


42

ningún consumidor y puede darse el caso de que sea necesario en

alguna ocasión.

� Ineficiencia por requerimientos de baja presión, es decir si necesitamos

3 bar en algún consumidor y la red está dimensionada a 10 bar, estamos

desperdiciando mucha potencia

Como consecuencia directa de los inconvenientes que supone la centralización de

la producción del aire comprimido surge la necesidad de crear estaciones satélites

o descentralizar el sistema; cuyas ventajas pueden enumerarse en:

� Menor inversión en la red de distribución

� Menores pérdidas de carga en las tuberías, ahorro de potencia en los

compresores

� Independencia de sistemas


43

2.2.2 Configuraciones comunes:

Existen varias fórmulas a la hora de diseñar nuestra instalación de aire comprimido

que no sólo se refieren a la distribución de las tuberías o red de aire como se

contempló en el apartado anterior. En esta sección se verá un par de soluciones a las

posibles configuraciones de los compresores.

A continuación se va a analizar las dos soluciones más comunes a la hora de

determinar las configuraciones de los compresores; estas son:

� Configuración tres compresores :

Esta configuración consiste en la utilización de 3 compresores para satisfacer

nuestra demanda de aire comprimido, dos de ellos trabajaran al 50% y el

tercero estará en reserva. Ver figura 2.17

Este tipo de configuración tiene como ventajas:

• Ahorro energético: Esta configuración es típica de plantas en las

que el consumo de aire es variable según la época del año o

producción de la misma.

• Menor probabilidad de que la planta se quede completamente sin

aire, ya que tenemos 3 máquinas para cubrir las necesidades de la

planta.

Entre los inconvenientes cabe destacar:

• Inversión inicial: La inversión inicial en la adquisición de

compresores será entre un 13% y un 15%.

Descripción del Sistema de

•

mayor ya que hay tres máquinas sobre la que intervenir

Compresor 1 al 50%

Compresor 2 al 50%

Compresor reserva

Figura 2.1

� Configuración

Consiste en la utilización de dos compresores para cubrir las necesidades de

la planta.

mientras un compresor trabaja al 100% el otro está de reserva y viceversa.


• Coste de mantenimiento: El coste de mantenimiento también será


Figura 2.17 Configuración 3 compresores con 2 al 50%

Configuración dos compresores :


la planta. En este caso los dos compresores trabajan al 100%, es decir,


44

Coste de mantenimiento: El coste de mantenimiento también será



En este caso los dos compresores trabajan al 100%, es decir,



45

Compresor 1 al 100%

Compresor 2 reserva al 100%

Figura 2.18 Configuración 2 compresores.

Entre las ventajas de esta configuración encontramos:

• Inversión inicial: La inversión inicial en la adquisición de

compresores es menor

• Mantenimiento: menor costes de las máquinas ya que sólo son

dos sobre las que hay que intervenir

• Espacio: Menor necesidad de espacio en la instalación

• Mayor eficiencia energética: Compresores de mayor tamaño al

estar ambos dimensionados para los 100%, motores más eficientes.

Un compresor para dar el

100 % del caudal

Un compresor del 100 % del

caudal en reserva


46

El principal inconveniente en este tipo de configuración 2x100% es que si

existiera un fallo en uno de los compresores el otro estaría trabajando

continuamente al 100%, y en caso de doble fallo o avería no podríamos

suministrar aire comprimido a la planta, lo que conllevaría un paro total de

esta ya que el aire de instrumentos es vital para el funcionamiento de

números equipos entre los que cabe destacar las turbinas o calderas.


47

2.2.3 Materiales para el aire comprimido:

Los materiales más comunes en una instalación de aire comprimido son:

- Acero

- Acero inoxidable

- Acero galvanizado

- Cobre

- Plástico

- Aluminio

En una instalación de aire comprimido las tuberías se han de poderse desmontar

fácilmente, ser resistentes a la corrosión y de precio módico. Las tuberías que se

instalen de modo permanente se han de acoplar preferentemente con uniones

soldadas.

La elección del material de las tuberías dependerá: del ambiente, polvo,

temperatura, vapores corrosivos, esfuerzos mecánicos, frecuencia de maniobre

del aire comprimido, etc.

� Acero:

Cuando no exista ningún requerimiento especial, las tuberías de acero

son las más utilizadas. Cuando utilizamos este tipo de material o cualquier

otro las tuberías deben ser cuidadosamente limpiadas antes de instalarse.


48

Siempre que se pueda o que sea adecuado, deberá utilizarse soldadura, lo

que originará menos pérdidas por las fugas en conexiones, y además

provoca una menor pérdida de presión. Estas tuberías así unidas son

estancas y, además de precio económico. El inconveniente de estas

uniones consiste en que al soldar se producen cascarillas que deben

retirarse de las tuberías. De la costura de soldadura se desprenden

también fragmentos de oxidación; por eso, conviene y es necesario

incorporar personal de mantenimiento.

� Acero inoxidable:

El acero inoxidable suele utilizarse en las industrias mecánicas o eléctricas

cuando se tiene altas exigencias en cuanto a la pureza y confiabilidad del

sistema de aire.

� Acero galvanizado:

En las tuberías de acero galvanizado los empalmes son roscados, estas

uniones no son siempre totalmente herméticas. La resistencia a la

corrosión de estas tuberías de acero no es mucho mejor que las de acero.

Los lugares desnudos (roscas) también se oxidan, por lo que también en

este caso es importante emplear unidades de mantenimiento. Para casos

especiales se montan tuberías de cobre o plástico

� Cobre:

Es utilizado como alternativa al acero inoxidable. Utilizando cobre se

facilita el trabajo de instalación comparado con acero inoxidable.


49

Aunque las conexiones entre los tubos de cobre son menos propensas a

las fugas, los componentes de cobre son más caros y la instalación

también requiere una gran intensidad de mano de obra, sobre todo en el

caso de diámetros grandes.

� Plástico:

Debido a sus inconvenientes, se han desarrollado alternativas a los tubos

y canalizaciones metálicos tradicionales para instalaciones de aire

comprimido. Durante los últimos diez años, se han desarrollado plásticos

industriales que presentan una alternativa atractiva a las canalizaciones

metálicas. Por ejemplo, las canalizaciones de PVC son relativamente

económicas, fáciles de instalar, ligeras y resistentes a la corrosión. Sin

embargo, el PVC tiene un inconveniente importante: es frágil.

Por ello, el uso de tuberías de plástico en líneas de distribución de aire

debe hacerse con ciertas precauciones.

- Para una presión máxima de 12.5 bar da temperaturas entre

-20ºC y + 20ºC u 8 bar hasta +50ºC

- El material no debe ser sobrecalentado

- Tubería de metal deberá utilizarse entre el compresor y el

tanque aunque la red de distribución sea de material plástico

- No debe ser sometida a vibraciones

- Seguir cuidadosamente las indicaciones de instalación del

fabricante.


50

� Aluminio:

El tubo de aluminio garantiza una total usencia de corrosión, la calidad de

superficie del aluminio asegura la distribución de un aire limpio y

duradero.

El aluminio elimina toda la posibilidad de formación del óxido que se

forma en las redes de acero. De esta forma se incrementa la longevidad

de los equipos y se evita un cambio frecuente de los elementos de

filtración.

Vamos a mostrar un pequeño resumen de estos materiales y de algunas de sus

características en instalaciones de aire comprimido.

Tubos de

acero sin

costuras

Tubos acero

galvanizado

Tubos acero

inoxidable

Tubos

cobre

Tubos

aluminio

Tubos

material

sintético

Ejecución Negro o

cincado

Semipesado-

pesado.

Negro o

cincado

Sin costura o

soldado

Suave en

tuberías

circulares.

Duro en

tramos

rectos

Recubierto

o pintados

Material

flexible

Presiones

12.5 hasta 25

bar

10 hasta 80

bar hasta 80 bar

Según

ejecución de

16 hasta 140

bar

14 bar (-30

ºC a 30 ºC)

14 bar (-25 ºC

a 30 ºC)

Extremos

del tubo Liso

Cónico, liso o

roscado Liso Liso Liso Liso

Uniones Soldadura

Conexiones,

soldadura

Soldadura (

con gas

protector)

Roscas,

soldaduras,

conexiones

Conexiones

enchufables

Conexiones

enchufables

Figura 2.19 Tabla de característica de materiales aire comprimido.


51

En la siguiente se tabla se muestran las ventajas e inconvenientes de los

materiales más utilizados en las instalaciones de aire comprimido.

Ventajas Inconvenientes

Tubos de

acero sin

costuras

Uniones estancas mediante soldaduras,

posibilidad de doblar

Corrosión, montajes por operarios

experimentados y cualificados en soldaduras.

Gran masa en comparación con AL o plástico

Tubos acero

galvanizado

Disponibilidad de accesorios, posibilidad

de doblar

Fugas en las roscas después de uso prolongado.

Montaje por operarios experimentados

Tubos acero

inoxidable

Uniones estancas mediante soldadura,

ausencia de corrosión

Montaje únicamente por operarios cualificados y

experimentados, Oferta limitada de accesorios y

conexiones, piezas costosas

Tubos cobre


ausencia de corrosión, paredes

interiores lisas


experimentados, Posibilidad de formación de

calcantita, piezas costosas

Tubos

aluminio


ausencia de corrosión, paredes

interiores lisas, muy ligero, resistente a

roturas, Conexiones enchufables


experimentados, menor distancia entre apoyos

en comparación con los tubos de acero.

Limitación hasta 14 barg y limitación de oferta de

diámetro.

tubos

material

sintético

Ausencia de corrosión, flexibles,

livianos, resistentes a golpes, exento de

mantenimiento, instalación sencilla,

conexiones sencillas

Poca longitud, limitación de temperatura,

posibilidad de cargas electrostáticas, gran

coeficiente de dilatación térmica. Hasta 14 barg

Figura 2.20 Tabla Ventajas/Inconvenientes materiales aire comprimido.

(2- Descripción aire comprimido) -...

Documents

Transcript of (2- Descripción aire comprimido) -...