Aire Comprimido Ingenieria

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Instituto Tecnológico de Culiacán Ingeniería Mecatrónica M.C. Fabio Abel Aguirre Cerrillo

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AIRE COMPRIIDO SIGNIFICADOS

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M.C. Fabio Abel Aguirre Cerrillo

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• Conceptos básicos del aire comprimido.

• Contaminación del aire.

• Generación del aire.

• Redes de distribución.

• Unidades de mantenimiento.

• Clases de calidad de aire.

• Por que es importante el suministro de aire

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¿Quién dijo que el aire es gratis?

• Fuerza Eléctrica

ENERGÍAELÉCTRICAENERGÍA

ELÉCTRICA

• Filtros• Secadores

PREPARACIÓNPREPARACIÓN

• Sistema de Tubería / Red

DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓNGENERACIÓNGENERACIÓN

•Compresores•Equipo

neumáticas

USOSDIVERSOS

USOSDIVERSOS

Gra

n op

ortu

nida

d de

ahor

ro

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USOS Y GASTOS DEL AIRE COMPRIMIDO

22%

13%

65%

Aire utilizado

Pérdidas enmáquina

Pérdidas en suministro

Distribución promedio del uso del aire comprimido

Mantenimiento a equipo generador

Depreciación del equipo

Costo de energía

15%6%

79%

Distribución de gastos en el uso delaire comprimido

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35% desperdicio promedioEquivalente a$ 420,000264,000 pérdidas en la máquina156,000 pérdidas en suministro

Equipo : Compresor de 150 HPOperación : Trabaja 24 h/día y 365 días/año

Cálculo :

Total gastos $ 1,200,000

Energía eléctrica (79%) $ 960,000 Mantenimiento (21%) $ 240,000

depreciaciónrefaccionesservicio

GASTO PROMEDIO DE UN COMPRESOR

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La utilización del aire comprimido y de sus propiedades como medio de energía para producir un movimiento y un trabajo. el aire aire se compone principalmente:

• Nitrógeno

• Oxigeno

• Otros gases

• Impurezas

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PROBLEMAS AL COMPRIMIR EL AIRE

El aire a presión atmosférica contiene impurezas. al comprimir el aire también se comprimen todas estas impurezas yademás se suman a ellas las partículas que vienen del propio compresor .

Suciedad y partículas de polvo

Condensación del agua

Contaminación de aceite

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Carbónnegro

Las partículas sólidas se presentan en forma de polvo:

Partículas de desgaste

La partícula mas pequeña quepodemos ver es de 45 micrones

140.000.000 de partículascontaminantes en cada m3

80% de esta contaminaciónes menor a 2 micrones

Materiacorrosiva

Aire con partículas no mayor a 0.01 µm se considera limpio para poder respirarlo

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PROMEDIO DELTAMAÑO DE PARTICULAS

µm

PARTICULAMAYOR

µm

En provincia

- tiempo de lluvias 0,05 0,80 4,00

- tiempo de secas 0,15 2,00 25,00

Ciudades grandes

- áreas residenciales 0,40 7,00 60,00

- áreas industriales 0,75 20,00 100,00

Zonas industriales 3,00 60,00 1000,00

- talleres 1 a 10

- fundición 50 a 100

- cementeras 100 a 200

- desechos de hornos 1000 a 15000

CONCENTRACIONPROMEDIO

MG/M3

Promedio de polvo contenido en el aire

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TIPOS Y TAMAÑOS DE IMPUREZAS MAS COMUNES

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EFECTOS DE PARTICULAS EN UNA VALVULA

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Contaminación de aceite

• También en el caso de compresores que trabajen sin aceite

Aceite en forma deaerosoles presentes en el aire

Aceite delcompresor

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Condensación de Agua

Agua siemprepresente en el aire...

Se libera agua cuandoel aire comprimido se enfria

... en forma dehumedad natural

aire a +20°C con100% de saturationcontiene 17,15 g de agua por m3

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Estos contaminantes son agentes destructores del equipo neumático

Contaminación

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Condensación de agua

• Hinchamiento de• los empaques

Efectos en los elementos neumáticos:

Congelación delaire en las válvulas

Congelación delos empaques

Destrucción delos empaques

Corrosión

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Condensación de agua

• Decrece la• confiabilidad de• funcionamiento

Resultados:

Velocidadesmás lentas

Disminución deltiempo de vida

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La pureza del aire comprimido esta influenciada por

• La calidad del aire de aspiración

• El filtro de aspiración.• El tipo de compresor• Mantenimiento del compresor• El separador de partículas sólidas• Secador por refrigerante• La red de distribución• La unidad de mantenimiento• Filtros y sacadores

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• Principio por mecánica de fluidos

Características:

Generación del aire comprimido

•Altos caudales •Bajas presiones•Sin contaminación por lubricación mecánica

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•Altas presiones•Relativos bajos caudales•Contaminación por partes mecánicas lubricadas

Características:

Generación del aire comprimido

• Principio desplazamiento positivo

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Tanque vertical

Tanque horizontal

ACUMULADOR – TANQUE DEPOSITO DE AIRE

• Reduce las caídas de presión en la línea

• Sirve como respaldo de energía neumática

• Ayuda a eliminar la humedad

• Sistema de seguridad

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Termómetro Manómetro

Válvula limitadora

Válvula de cierre

Grifo

El acumulador se debe instalar a la sombra

El tamaño acumulador depende de:

Caudal de compresor.

Cantidad de aire requerida por el sistema.

Red de tuberías.

Regulación del compresor

Oscilación de la presión en el sistema.

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Entre el compresor y nuestro acumulador es necesario contar con un secador en frío

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x

• Longitud corta

• Pocos elementos

• Caídas de presión

RED DE AIRE COMPRIMIDO

El material de la red de aire debe ser de un material con superficies lisas preferentemente. Dependiendo de su longitud la red de distribución de aire comprimido se aplica alguna de las siguientes configuraciones:

• Longitudes largas

• Elementos indefinidos

• Estabiliza la presión

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LA DISTRIBUCIÓN DEL AIRE

La instalación área impide que la humedad “trepe” hacía las máquinas

Cuello de ganso impide que por gravedad la humedad vaya hacía la máquina

Trampa de condensado para desfogar la humedad

Una pendiente 1 al 2 % de la longitud permite concentrar los condensados

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UNIDADES DE MANTENIMIENTO

• Filtro. Evita el paso de partículas indeseables y acumula condensados de agua. Los hay para 40, 5, 1, 0.01 y 0.003 micras.

• Regulador. Mantiene la presión de salida constante independientemente de la presión de entrada. Presiones de 0 a 15 bar.

• Lubricador. Por medio del aceite se reduce el desgaste, disminuyen las perdidas por rozamiento y protección contra la corrosión ( 32 mm2 / seg = ISO VG 32 )

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UNIDADES DE MANTENIMIENTO

• El tamaño de las unidades de mantenimiento depende del consumo del aire.Si es demasiado pequeña pueden producirse oscilaciones de la presión y los filtros quedan obstruidos demasiado pronto.

• Las unidades de mantenimiento montadas al principio de un sistema neumático deben admitir un caudal mayor, ya que dichas unidades tienen queencargarse de limpiar una mayor parte del aire.

• Tratándose de aire con aceite, la lubricación no deberá superar los 25 mg/mts3

( de 0.5 a 5 gotas / 1000 litros )

• De ser posible, los lubricadores deberán ser instalados inmediatamente antes de los cilindros consumidores.

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UNIDADES DE MANTENIMIENTO

Filtro Lubricador

Regulador

• Unidad de mantenimiento básica

• Filtro de 40 o 5 micras.

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Aire lubricado

Aire sin lubricar

Lubricador

Regulador

Filtro

UNIDADES DE MANTENIMIENTO

Con un modulo de derivación antes del lubricador. El aire lubricado es para los elementos de trabajo y el aire sin aceite es para el mando de los elementos neumáticos o para aplicaciones en donde no sea necesario la lubricación.

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UNIDADES DE MANTENIMIENTO

Parte de Mando: 3 a 4 bar

Presión de trabajo: 6 barFiltro

Regulador

Lubricador

Con un modulo de derivación antes del lubricador y con presión de mando regulada para 3 a 4 bar.

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UNIDADES DE MANTENIMIENTO

Filtro FiltroSubmicrónico

1 Micra

ReguladorLubricador

Trabajo 6 bar

Mando 3 o 4 bar

5 Micras

Con filtro submicrónico de 1 micra.

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Aire de mando sin lubricar

Aire de trabajo lubricado

Regulador

Lubricador

Válvula de

corredera

Filtrosubmicrónico

1 micra

Filtro regulador5 micras

UNIDADES DE MANTENIMIENTO

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SECADORES

a 100%saturaciónp = 1 bara

Contenido humedad

g/m3

Temperatura en¦ C

-10 0 +10 20 30 40 50 60 70 80

1000500

100

50

20

10

1

0.1

5

0.5

a 100 %saturaciónp=6 bara

Punto de roció. Es la temperatura a la que el vapor se condensa.

Comprimir el aire significa reducir su volumen

El aire comprimido no puede contener tanta agua como el aire atmosférico

Cuanta mas alta la temperatura del aire, mayor es su concentración de humedad.

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SECADORES REFRIGERANTES

Principio:

Aire comprimido con una temperatura aprox. 30°C

Intercambiador de calor

Unidad refrigerante

Purga de condensados

A

B

C

D

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SECADORES DE MEMBRANA

Están compuestos por un haz de de fibras huecas permeables al vapor y que está circundando de aire seco que no está sometido a presión. El secado se produce a raíz de la diferencia parcial de presión entre el aire húmedo en el interior de las fibras huecas y el flujo en sentido contrario del aire seco. El sistema procura crear un equilibrio entre la concentración de vapor de agua en ambos lados de la membrana.

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Principio de funcionamiento en detalle:

1 Aire sucio y húmedo entra por el filtro coalesente

2 Aceite y agua es retenida por el filtro y evacuada por la purga automática

3 Aire comprimido limpio y saturado entra al secador

4 El aire pasa por un paquete de membranas con fibras huecas

5 El vapor de agua se dispersa a través de las paredes de las membranas

6 Aire de purga (aire seco de la salida del secador)

7 El aire de purga en sentido contrario pasa sobre la superficie de las membranaseliminando las moléculas de agua

8 Aire limpio y seco es suministrado por la salida del secador

SECADORES DE MEMBRANA

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SECADORES DE MEMBRANA

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1 aire húmedofiltro de entrada

2 humedad es adsorbidaen la superficie deldesecante

3 regeneración del desecante por elaire de purga

4 expansión de la líneade presión a la presiónatmosférica

5 aire seco filtro de salida

6 humedad esevacuada del sistema

SECADORES DE ADSORCIÓN

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Punto de rocíode la presión

Flujos

Categoríasaire limpio

Tamaño

Montaje?

SecadoresRefrigerantes

Secadores deAdsorción

Secadores deMembrana

+2°C -70°C -20°C

Alto Medio/Alto Bajo(500-20000 l/min) (55-1820 l/min) (50-340 l/min)

4 1 3

Grande Mediano Pequeño

Cuarto de A pie de máquina A pie de máquinacompresores

COMPARACION DE LOS SECADORES

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SECADORES DE ADSORCIÓN

Beneficios

SecadoresRefrigerantes

Secadores deAdsorción

Secadores deMembrana

-punto de rocíode la presiónconstante

-alta eficiecia

-listo para conectar

-PDP -70°C posible

-no requiereconexióneléctrica

-seguro en ambientesexplosivos

-no requieredesecante

-confiable

-no requieredesecante

-económico

-no requiereaire de purga

-Altos flujos

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CLASES DE AIRE COMPRIMIDOLa calidad del aire comprimido es expresada en clases de acuerdoa la norma ISO 8573-1. En dicha norma se establece el grado de impurezas máximo en cada clase de calidad de aire.

No especificado+10No especificado6

5+3154

25+7405

0.1-4012

1.0-2053

0.01-700.11

No especificadoNo definidoNo especificado7

Máximo contenido de aceite

Punto de roció bajo presión

Tamaño de partículas µm

Clase

El aire recomendado para cilindros es 3.3.5

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AIRE RECOMENDADO POR ISO

Aplicación Sólidos Agua Aceite

Aire para ventilaciónChumaceras con suspensión de aire Aire para instrumentosMotores de aire pesadosTurbinas de aire

32242

523

4-12

33353

Máquinas para zapatos y botas Máquinas para piedras y vidrio

44

44

55

Limpieza de partes de máquinas Edificación y construcción Transporte de sustancias granuladas Transporte de sustancias en polvo

4432

4543

4532

Circuitos de potencia en fluídica Sensores en fluídica Máquinas de fundición

424

42-14

425

Transporte de comida y bebidas 2 3 1

Equipo manual en la industria 4 4-5 5-4

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AIRE RECOMENDADO POR ISO

Máquinas herramientas Minería

44

35

55

Máquinas empacadoras Procesamientos fotográficos Cilindros de aire comprimidoReguladores de presión de precisión Equipo para procesos

41332

31322

31533

Martillos neumáticos 4 5-2 5

Equipo Sandblast Pistolas de aspersión

-3

33-2

33

Máquinas para soldar Plantas generales de aire

44

44

55

Aplicación Sólidos Agua Aceite

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Fugas de Aire Comprimido

• Estanquidad equivale a fuga admisible 1x10-10mbar litro/seg.

• Prácticamente estanquidad entre 10-2 a 10-5 mbar litro/seg. Los racores FESTO cumplen con dicho valor.

• Fuga se entiende como la pérdida de aire comprimido en zonas no estancas a lo largo de un año pueden ser considerable

8.331.05

3.111.13

0.31.31

Perdida de energía en KW

Perdida del aire comprimido(6 bar) en l/s

Diámetro del orificio de la fuga en mm

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Fugas de Aire Comprimido

10Herramientas neumáticas

18Aparatos conectados a la red

12Válvula de vías

8Tubería

25Otros

1Actuadores

26Racores

Fugas de aire %Equipo

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Sugerencias para ahorrar

La perdida de presión debe ser:

1. Tubería principal

2. Tubería de distribución

3. Derivaciones

4. Secador

5. Filtro

6. Unidad de mantenimiento

Perdida total

0.03

0.03

0.04

0.30

0.40

0.60

1.40

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Sugerencias para ahorrar

• La red de tubería debe ser lo más corta posible y el diámetro de la tubería debe ser el mas pequeño posible.

• Las tuberías que se instalen adicionalmente deben de provenir de la fuente de aire comprimido y no de alguna derivación.

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Sugerencias para ahorrar

• Las unidades de mantenimiento deben montarse de modo descentralizado y los mas cercano a los consumidores

• Utilizar cilindros de diámetro apropiado.

55 % gasto de aire en mal elección

DNG-40-250-PPV-A

Consumo por ciclo = 4.05 litros

DNG-50-250-PPV-A

Consumo por ciclo = 6.30 litros

Relación de aire = 6.30 / 4.05 = 1.55

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Sugerencias para ahorrar

• Hasta donde sea posible trabajar con la presión mínima posible.

DNG-50-250-PPV-A

Ejemplo: Se tiene un carga de 85 Kg a levantar. Que presión es recomendable utilizar ?

DNG-50-250-PPV-A a 5 Bar 90 Kg

DNG-50-250-PPV-A a 6 Bar 108 Kg

P1V1 = P2V2

El volumen de un DNG-50-250-PPV-A 0.9 litros a presión atmosférica por ciclo.

Para 5 Bar tenemos = 0.9 x 6 = 5.4 litros Para 6 Bar tenemos = 0.9 x 7 = 6.3 litros

Relación de aire = 6.3/5.4 = 1.16

16 % gasto de aire por mala regulación

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Sugerencias para ahorrar • Las pistolas de chorro de aire para limpiar, soplar, eliminar virutas, etc., aplicar solo una presión máxima de 2 bar.

• Es mas recomendable utilizar bloques de distribución que utilizar varias conexiones en T a la vez por la perdida de presión además de tener menos puntos posibles de fuga

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Sugerencias para ahorrar

• Siempre que sea posible utilizar solo cilindros de simple efecto ya que estos cilindros solo consumen aire en el avance o retroceso.

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Sugerencias para ahorrar

• En la medida que sea posible utilizar el regreso de los cilindros de doble efecto utilizando un fuelle neumático.

Los cilindros de carrera larga (más de 150 mm) no funcionan no funcionan en modalidad de simple efecto.

2 Bar

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Sugerencias para ahorrar

• Si para el retroceso de un cilindro de doble efecto no se necesita toda la fuerza, utilizar una presión de 4 en vez 6 Bar.

40 % gasto de aire por mala regulación

Para 6 Bar tenemos = 0.4107 x 7 = 2.875 litros

Para 4 Bar tenemos = 0.4107 x 5 = 2.0535 litros

Relación de aire = 2.875/2.0535 = 1.40

El volumen de un DNG-50-250-PPV-A 0.4107 litros a presión atmosférica en su retroceso

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Sugerencias para ahorrar

• Las válvulas deben montarse lo mas cerca posible de los cilindros

• Utilizar el mando neumático solo si es indispensable

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