Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Mecnica

MANTENIMIENTO Y FACTORES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL EN REDES DE AIRE COMPRIMIDO

Nancy Paola Cuxil Garca

Asesorado por el Ing. Carlos Enrique Chicol Cabrera

Guatemala, octubre de 2009

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

MANTENIMIENTO Y FACTORES DE SEGURIDAD INDUSTRIAL EN REDES DE AIRE COMPRIMIDO

TRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERA POR:

NANCY PAOLA CUXIL GARCA

ASESORADO POR EL ING. CARLOS ENRIQUE CHICOL CABRERA

AL CONFERRSELE EL TTULO DE

INGENIERA MECNICA

GUATEMALA, OCTUBRE DE 2009

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE LA JUNTA DIRECTIVA

DECANO VOCAL I VOCAL II VOCAL III VOCAL IV VOCAL V SECRETARIA

Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Inga. Glenda Patricia Garca Soria Inga. Alba Maritza Guerrero de Lpez Ing. Miguel ngel Dvila Caldern Br. Jos Milton De Len Bran Br. Isaac Sultn Meja Inga. Marcia Ivnne Vliz Vargas

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO EXAMINADOR EXAMINADOR EXAMINADOR SECRETARIA

Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Ing. Carlos Anbal Chicojay Coloma Ing. Julio Csar Molina Zaldaa Ing. Willy Alfredo Contreras Morales Inga. Marcia Ivnne Vliz Vargas

ACTO QUE DEDICO A:

DIOS

Por ser el centro de mi vida y darme la sabidura y la oportunidad de cumplir una de mis metas ms anheladas.

MIS PADRES

Gracias por su comprensin y amor. Como un reconocimiento a sus mltiples esfuerzos, que Dios los bendiga.

MIS HERMANOS

Emilio Andrs y Alejandro. Por su apoyo y cario, los quiero mucho.

MIS TOS Y PRIMOS

Con mucho cario y respeto.

MI NOVIO

Luis Fernando, por su amor y apoyo incondicional en todo momento.

MIS AMIGOS

Gracias por brindarme su amistad, cario y apoyo. Por todos los buenos y malos momentos que hemos compartido. Los quiero mucho amigos.

AGRADECIMIENTOS A:

Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniera

Ing. Carlos Enrique Chicol Cabrera

Por su asesora y apoyo en el presente trabajo, muchas gracias por sus valiosos consejos.

Todas aquellas personas que en una u otra forma me brindaron su apoyo para realizar este trabajo de graduacin.

ANOS FAMILIA A MI NOVIO A MIS AMIGOS

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES LISTA DE SMBOLOS GLOSARIO RESUMEN OBJETIVOS INTRODUCCIN

V IX XI XIII XVII XIX

1. PRINCIPIOS BSICOS DEL AIRE COMPRIMIDO

1

1.1 Fundamentos fsicos 1.2 Flujo 1.3 La presin y sus unidades 1.4 La humedad del aire 1.5 Campos de aplicacin de la neumtica 1.6 Ventajas y desventajas de la neumtica

2 5 5 7 9 13

2. CALIDAD DEL AIRE COMPRIMIDO

15

2.1 Porque tratar el aire comprimido 2.1.1 Mtodos de tratamiento de aire 2.1.2 Distribucin del aire comprimido 2.1.3 Lubricacin del aire comprimido

15 18 21 26

I

2.1.4 Filtracin del aire comprimido 2.2.5 Procedimientos de secado

29 41

3. DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO

49

3.1 Aspectos a considerar en la distribucin del aire comprimido 3.2 Elementos que conforman un sistema de aire comprimido

49 51

3.3 Planificacin y distribucin de una estacin de aire comprimido 58 3.3.1 Entorno de los compresores 3.3.2 Ventilacin en la sala de compresores 3.3.3 Calculo en las dimensiones de redes neumticas 3.3.4 Presin adecuada en las lneas de aire comprimido 62 65 67 79

4. MANTENIMIENTO EN LA RED DE AIRE COMPRIMIDO

85

4.1 Ventajas del mantenimiento en una red de aire comprimido, preparacin y tratamiento del aire. 4.2 Fugas de aire comprimido 4.2.1 Control de presin y humedad 4.2.2 Actividades del mantenimiento preventivo 85 88 91 108

5. SEGURIDAD EN LOS SISTEMAS, USUARIOS Y ENTORNO

113

5.1 Seguridad en instalaciones neumticas 5.1.1 Normas y recomendaciones de seguridad y salud laboral 5.2 Instalaciones de aire comprimido 5.2.1 Informacin a los trabajadores 5.3 Normas de aplicacin de colores en redes neumticas

113

114 122 128 131

II

5.3.1 Norma para aplicacin de colores 5.3.2 Colores de seguridad Industrial 5.3.3 Colores para tubos de aire comprimido

131 132 139

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFA

145 147 149

III

IV

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Transmisin de energa neumtica Relacin presin volumen Inversin de la estacin de aire comprimido Compresin del aire comprimido Equipos para tratamiento de aire comprimido Instalacin de anillos de distribucin Lubricador Proceso de filtracin de partculas Microfiltro Proceso de filtracin de aceite Principio de funcionamiento del filtro de partculas Principio de funcionamiento de filtro coalescente Principio de funcionamiento de filtro de carbn activado Proceso de secado por medio de concentracin dinmica Tratamiento de condensado en planta Componentes de una red de aire comprimido Smbolos de componentes de una red de aire comprimido Clasificacin de compresores Funcionamiento del compresor de pistn Esquema de una instalacin de aire comprimido Mtodos de refrigeracin Esquema de una red abierta

4 7 15 18 21 25 27 31 33 34 35 36 37 43 47 51 52 54 54 59 66 72

V

23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Esquema de una red cerrada Esquema de una red cerrada con interconexiones Ejemplos de instalaciones de aire comprimido Distribucin de fugas en una red de aire comprimido Fugas tpicas en cilindros Grfica clasificacin de fallas Grfica tipos de mantenimiento Grfica organigrama del departamento de mantenimiento Vlvulas de seguridad Lneas de conduccin de aire comprimido Seguridad durante el trabajo con aire comprimido Aplicacin de colores Visibilidad de leyendas de seguridad

73 74 75 80 91 105 106 108 122 128 130 135 142

VI

TABLAS

I. Impurezas del aire comprimido y su tamao II. Clases de aire segn DIN ISO 8573 III. Prdidas en redes de aire comprimido IV. Prdidas de presin de dispositivos neumticos V. Ventajas y desventajas de tipos de sistemas de ciclo cerrado VI. y ciclo con ramificaciones VII. Coeficiente en funcin del nmero de mquinas que alimentan VIII. la instalacin IX. Prdidas aproximadas debido a fugas X. Clasificacin de materiales y asignacin de colores XI. Tamao de letras de identificacin de tuberas

16 20 22 50

57

68 79 139 140

VII

VIII

LISTA DE SMBOLOS

kpa CFM PSI kg/cm2 kp/cm2 m3 g C g/m3 Hrel m % m3/h m3/m kW m/s l/s mm

Kilopascales Cubic Feet fer minute Libra por pulgada cuadrada Kilogramo por centmetro cuadrado Kilogramo fuerza por centmetro cuadrado Metro cbico Gramos Grados centgrados Gramo por metro cbico Humedad relativa Micras Porcentaje Metro cbico por hora Metro cbico por minuto Kilowatts Metro por segundo Litro por segundo Milmetros

IX

X

GLOSARIO

Neumtica

Tecnologa que emplea el aire comprimido como modo de transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

Antideflagrante:

No existe ningn riesgo de explosin ni incendio.

Microfiltros:

Los microfiltros separan las impurezas ms finas del aire comprimido.

Medio filtrante:

El medio filtrante es el elemento fundamental para la prctica de la filtracin y su eleccin es habitualmente la consideracin ms

importante para garantizar el funcionamiento del proceso.

Separadores ciclnicos:

Los separadores ciclnicos eliminan lquidos neblinas y substancias slidas del aire

comprimido.

XI

Emulsiones:

Las emulsiones son mezclas de aceite y agua que no se separa por el efecto de la gravedad.

Coeficiente de uso:

El coeficiente de uso se define como la fraccin del tiempo total de funcionamiento en la cual la mquina consume aire comprimido. Saturacin es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como mximo, a la temperatura considerada.

Grado de saturacin:

Humedad relativa:

Es la cantidad de humedad que est presente en el aire

Colorimetra:

Medida de intensidad de la coloracin de las superficies difusas, los lquidos y los cristales coloreados.

XII

RESUMEN

La neumtica es la tecnologa que emplea el aire comprimido como modo de transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elstico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresin y devolver la energa acumulada cuando se le permita expandirse, segn la ley de los gases ideales.

En la actualidad las aplicaciones de la neumtica son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseo y fabricacin de elementos de mayor precisin y con materiales de mejor calidad, acompaada adems de estudios ms acabados de las materias y principios que rigen la neumtica. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten trabajos cada vez con mayor precisin y con mayores niveles de energa, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general.

Al utilizar aire comprimido, se espera sobre todo economa y fiabilidad. Sin embargo, estas caractersticas se ven influenciadas por factores muy diversos: Los costos de energa que conllevar el funcionamiento del compresor durante toda su vida til superarn los costos de adquisicin. Por esta razn, el buen rendimiento energtico es fundamental en la produccin de aire comprimido. La filtracin es una tcnica, proceso tecnolgico u operacin unitaria de separacin, por la cual se hace pasar una mezcla de slidos y fluidos, gas o lquido, a travs de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene la mayor parte del o de los componentes slidos de la mezcla.

XIII

Debe determinarse el grado de limpieza del aire de cada parte de una planta industrial o proceso. nicamente mediante la utilizacin de los filtros correctos en su emplazamiento adecuado, pueden mantenerse los costes de energa y mantenimiento al mnimo. Los filtros de aire normales eliminarn el suficiente aceite lquido (junto con agua) como para dejar el aire del sistema en condiciones para alimentar a la mayora de mquinas y cilindros neumticos, pero en determinados procesos se requiere aire completamente libre de aceite. Una solucin consiste en utilizar compresores libres de aceite. El aceite de un sistema de aire comprimido puede existir en tres formas: como emulsiones de aceite/agua, aerosoles (pequeas partculas suspendidas en el aire) y vapores de aceite. Las emulsiones pueden eliminarse mediante la utilizacin de filtros de aire standard.

Existen varios aspectos a considerar al momento de la eleccin de los elementos que conformarn la red de aire comprimido, entre los aspectos ms importantes a considerar son la eleccin del compresor y su uso. Un sistema de aire comprimido esta conformado por: Sistema compresor, refrigerador del

compresor y motor, filtros de aire, filtros separadores de aceite, filtros para agua y partculas, post-enfriador, tanque almacenador, sistema de condensado y secado de aire, redes, herramientas, mquinas, motores neumticos o uso directo, controles, elementos de medicin, vlvulas de seguridad y unidades de mantenimiento.

El dimetro de las tuberas debe elegirse en conformidad con: El caudal La longitud de las tuberas La prdida de presin (admisible) la presin de servicio la cantidad de estrangulamientos en la red.

XIV

Desde el punto de vista de la seguridad, en cualquier instalacin deben considerarse tambin los aspectos relacionados con el diseo y las instalaciones de los mismos como son: instalaciones de gas, agua, aire comprimido, de vaco, electricidad, ventilacin, etc.

Los colores de seguridad no eliminan por s mismo los riesgos y no pueden sustituir las medidas de prevencin de accidentes. Un color mal aplicado puede crear una condicin de riesgo al trabajador. El color se utiliza para advertir a las personas, por lo tanto, su aplicacin debe hacerse cumpliendo estrictamente con lo indicado es esta norma.

XV

XVI

OBJETIVOS

General:

Proporcionar una gua de instalacin y diseo de una red de aire comprimido, as como un plan para su mantenimiento y las medidas de seguridad para un uso eficiente de la misma.

Especficos:

1. Identificar los problemas provocados al no disear y dar el mantenimiento adecuado a una red de aire comprimido.

2. Implementar un plan de mantenimiento en la red de aire comprimido y as evitar paros e inconvenientes.

3. Reducir costos asociados a la falta de tratamiento del aire comprimido.

4. Conocer las causas y efectos de un sistema con deficiencias en la generacin y distribucin del aire comprimido.

5. Crear un ambiente de trabajo seguro en la planta de aire comprimido.

XVII

XVIII

INTRODUCCIN

El aire comprimido es utilizado en la mayora de las industrias debido a que es un fluido de trabajo abundante, de fcil obtencin y no contaminante. Sin embargo cuando se requiere disear una red de aire comprimido se necesita un estudio detallado de la instalacin de cada uno de sus elementos. El aire comprimido tiene una amplia gama de aplicaciones industriales, cuyos requerimientos de calidad de aire varia de unas a otras. Por ejemplo, los sistemas de instrumentacin y control, necesitan aire relativamente a baja presin, exento de agua, aceite y partculas extraas. Los elementos de trabajo en cambio, requieren aire a ms alta presin, limpio, con escasa humedad y que contenga un lubricante.

El objetivo del presente trabajo es ser una gua en el diseo de redes de aire comprimido y contemplar el mantenimiento y tratamiento debido del aire y los elementos que componen la red para lograr un aire libre de impurezas y sin humedad. La razn principal es lograr distribuir el aire comprimido en toda la planta, a una presin y caudal necesario para llevar a cabo todos los procesos de produccin que demandan aire comprimido y lograr disminuir paros no programados por algn desperfecto en el equipo que utiliza aire.

XIX

1. PRINCIPIOS BSICOS DEL AIRE COMPRIMIDO

El trmino Neumtica procede del griego pneuma que significa soplo o aliento. Las primeras aplicaciones de neumtica se remontan al ao 2.500 a. C. mediante la utilizacin de muelles de soplado. Posteriormente fue utilizada en la construccin de rganos musicales, en la minera y en siderurgia. Hace ms de 20 siglos, un griego, Tesibios, construy un can neumtico que, rearmado manualmente comprima aire en los cilindros. Al efectuar el disparo, la expansin restitua la energa almacenada, aumentando de esta forma el alcance del mismo. En el siglo XIX se comenz a utilizar el aire comprimido en la industria de forma sistemtica. Herramientas neumticas, martillos neumticos, tubos de correo neumticos, son un ejemplo de estas aplicaciones. En 1880 se invent el primer martillo neumtico. La incorporacin de la neumtica en mecanismos y la automatizacin comienza a mediados del siglo XX. La neumtica es la tecnologa que emplea el aire comprimido como modo de transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elstico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresin y devolver la energa acumulada cuando se le permita expandirse, segn la ley de los gases ideales.

Por qu lo necesitamos? Con frecuencia se describe el aire comprimido como la cuarta energa y aunque no sea tan omnipresente como la electricidad, el petrleo y el gas, juega

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un papel fundamental en el mundo moderno. La principal diferencia es que el usuario genera su propio aire y de este modo, dispone de la opcin de elegir el modo de generar el aire. Con frecuencia, se pasa por alto la importancia del aire comprimido, pero juega un papel vital en la mayor parte de los procesos de fabricacin modernos y de nuestra civilizacin. Aunque quizs no lo sepamos, la mayora de los productos que utilizamos hoy en da no podran fabricarse sin el aire comprimido. El aire comprimido supone aproximadamente el 10% de la energa total utilizada en la industria de hoy en da.

1.1 Fundamentos fsicos Aire: mezcla de diferentes elementos qumicos (78.08% N, 20.95% O, 0.97% otros). Temperatura: indicacin de la energa cintica de las molculas. Al aumentar el movimiento molecular aumenta la temperatura, se utilizan las escalas Ranking, Fahrenheit y Centgrada.

Propiedades del aire comprimido Abundante: est disponible para su compresin prcticamente en todo el mundo, en cantidades ilimitadas. Transporte: el aire comprimido puede ser fcilmente transportado por tuberas, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberas de retorno.

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Almacenable: no es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depsitos y tomarse de stos. Adems, se puede transportar en recipientes. Temperatura: el aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura, garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas. Antideflagrante: no existe ningn riesgo de explosin ni incendio, por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes. Limpio: el aire comprimido es limpio y en caso de faltas de estanqueidad en elementos, no produce ningn ensuciamiento Esto es muy importante en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero. Velocidad: es un medio de trabajo muy rpido por eso, permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas. A prueba de sobrecargas: las herramientas y elementos de trabajo neumticos pueden realizar su sobrecargas. Preparacin: el aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilizacin. Es preciso eliminar impurezas y humedad para as evitar un desgaste prematuro de los componentes. parada completa sin riesgo alguno de

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Compresible: el aire comprimido puede almacenarse en depsitos y tomarse de stos. Adems, se puede transportar en recipientes. Fuerza: la fuerza de los dispositivos y actuadores neumticos, est condicionada por la presin de trabajo, usualmente es de 700 kPa (7 bar). Escape: el escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes. Costos: el aire comprimido es una fuente de energa relativamente cara, este elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio econmico y el buen rendimiento.

Sistema de transmisin de energa Neumtica: Es un sistema en el cual se genera, transmite y controla la aplicacin de potencia a travs del aire comprimido y la circulacin de aceite en un circuito. El sistema puede dividirse en tres grandes grupos que observamos en el diagrama de bloques.

Figura 1. Transmisin de energa neumtica

Fuente: Conceptos bsicos de neumatica e hidrulica

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Comenzando desde la izquierda del diagrama, la primera seccin corresponde a la conversin de Energa Elctrica y/o Mecnica en un sistema de energa Neumtica. Un motor elctrico, de explosin o de otra naturaleza est vinculado a una bomba o compresor, obteniendo en la salida cierto caudal a una determinada presin. En la parte central del diagrama, el fluido es conducido a travs de tubera al lugar de utilizacin. A la derecha en el diagrama, el aire comprimido o el aceite en movimiento produce una reconversin en energa mecnica mediante su accin sobre un cilindro o un motor neumtico o hidrulico. Con las vlvulas se controla la direccin del movimiento, la velocidad y el nivel de potencia a la salida del motor o cilindro.

1.2 Flujo Caudal: cantidad de fluido que atraviesa una seccin dada, por unidad de tiempo. En la nomenclatura de compresores de usa pies3/min. La unidad de caudal utilizada en la industria es el CFM, Pies Cbicos por Minuto. El caudal es la cantidad de aire a presin atmosfrica que un compresor es capaz de comprimir en una unidad de tiempo.

1.3 La presin y sus unidades Presin: la presin ejercida por un fluido sobre una superficie, es el cociente entre la fuerza y la superficie que recibe su accin P = Fuerza / rea. Un claro ejemplo para visualizar este concepto es la utilizacin de las ollas a presin, en las cuales el vapor se expande produciendo fuerza sobre la superficie de la olla. La presin ejercida por un fluido es medida en unidades de presin. Las unidades comnmente utilizadas son:

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La libra por pulgada cuadrada = PSI El kilogramo por centmetro cuadrado = Kg/cm El kilogramo fuerza por centmetro cuadrado = Kp/cm El bar = bar Existiendo la siguiente relacin aproximada: Kg /cm ~ Kp/cm ~ bar

Qu ocurre cuando se comprime el aire? Compresin del aire: La compresin de aire a temperatura constante se rige por (ley de Boyle-Mariotte). Si se comprime aire, ste se calienta. Si se reduce la presin de aire comprimido, ste se enfra. El aire comprimido es limpio, seguro, simple y eficaz. No se producen humos de escape u otros productos derivados peligrosos cuando se usa el aire comprimido como energa. Se trata de una energa no contaminante. Cuando un compresor comprime mecnicamente aire a presin atmosfrica, la transformacin del aire a 1 bar (presin atmosfrica) en aire con una presin mayor (hasta 414 bar) est determinada por las leyes de la termodinmica. Afirman que un incremento en la presin supone un aumento del calor y el aire en compresin crea un incremento proporcional del calor. La ley de Boyle explica que, si se divide a la mitad un volumen de gas (aire) durante la compresin, se duplica la presin. La ley de Charles establece que el volumen de un gas cambia en proporcin directa a la temperatura. Estas leyes explican que la presin volumen y temperatura son proporcionales, se cambia una variable, y tambin cambian las otras dos.

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Cuando se aplica esto a un compresor, el volumen del aire (o caudal) y la presin del aire se pueden controlar y aumentarse hasta un nivel adecuado al modo en que se est utilizando. Normalmente, el aire comprimido se utiliza en valores de presin de 1 a 414 bar (14 a 6004 PSI) con diferentes velocidades de flujo, desde 0,1m3 (3.5 CFM pies cbicos por minuto) y superiores.

Figura 2. (P1 V1)/ T1 = (P2 V2)/T2 Donde P=presin V=volumen y T=temperatura del gas, siendo 1 un estado inicial antes de la carga, y siendo 2 el estado final despus de una carga.

Fuente: Principios basicos y tipo de compresores, www.compair.es

1.4 La humedad del aire La humedad del aire: Es la cantidad de agua presente en el aire. Generalmente es medido en porcentaje. El aire que nos rodea siempre contiene una cantidad mayor o menor de humedad, de agua. Esta humedad depende de la temperatura de cada momento. Por ejemplo, aire saturado de vapor de agua al 100 % a una temperatura de +25 C puede contener casi 23 g de agua por metro cbico.

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Humedad absoluta del aire Entendemos por humedad absoluta la cantidad de vapor de agua contenida en el aire expresada en g/m.

Humedad relativa (Hrel) La humedad relativa indica el grado de saturacin del aire, es decir, la relacin entre el vapor de agua realmente contenido en el aire y el punto de saturacin correspondiente (100% Hrel). El punto de saturacin variar dependiendo de la temperatura: cuanto mayor sea la temperatura, mayor cantidad de humedad podr admitir el aire.

Punto de roco El aire puede almacenar cierta cantidad de agua en estado gaseoso. La cantidad depende de la temperatura y de la presin del ambiente. Si se enfra el aire a una presin ambiente fija, a partir de una cierta temperatura se rebasa el grado de saturacin y el agua comienza a condensarse. A esta temperatura se le da el nombre de punto de roco.

Punto de roco atmosfrico El punto de roco atmosfrico es la temperatura a la cual se alcanza el grado de saturacin a presin atmosfrica (Hrel100 %).

Punto de roco de presin Por punto de roco de presin entendemos la temperatura a la que el aire comprimido alcanza su punto de saturacin (100 % Hrel).

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1.5 Campos de aplicacin de la neumtica Con tantas aplicaciones, en diferentes entornos, que dependen del aire comprimido, los compresores no slo tienen que comprimir el aire a una presin especfica, con un flujo determinado, sino tambin tienen que proporcionar aire de buena calidad. Para muchas personas, un compresor es todo lo que se necesita para comprimir el aire, pero para obtener aire comprimido de calidad, en muchos casos se necesitan ms equipos. Con frecuencia, se necesitan filtros y secadoras para eliminar el aceite y el agua antes de su entrada en la aplicacin. Podra decirse que la neumtica puede estar presente en cualquier proceso industrial manual o semiautomtico que requiera incrementar su produccin, aumentando la calidad del producto y mejorar su calidad. La automatizacin de los diferentes procesos industriales, releva al hombre de ciertas actividades. Esto trae como consecuencia posibles prdidas de puestos de trabajo en las empresas. La sociedad industrial tiene un reto importante en crear nuevos puestos de trabajo, con mayor especializacin del personal. El tejido industrial actual ha variado considerablemente con respecto al de hace pocos aos y cada vez la velocidad de transformacin es mayor. Adecuar la formacin de los profesionales actuales y de aquellos que se estn formando para serlo en el futuro, es una labor no slo del mundo educacional, sino del mundo empresarial y social. La progresiva sustitucin de la energa humana por las energas neumtica, hidrulica o elctrica responde sobre todo a un intento de minimizar los costes de produccin y conseguir la automatizacin de los diferentes procesos industriales. De este modo, la neumtica se ha convertido en un elemento imprescindible en la automatizacin de la produccin de todos los sectores industriales:

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Industria del automvil Produccin de energa, siderurgia y minera Industria textil Refineras e industrias petrolferas Imprentas y artes grficas Mquinas de embalaje Industria del calzado Construccin y obras pblicas Industrias agroalimentarias y crnicas Industria qumica Maquinaria para la industria maderera Robtica, alimentacin, etc.

Mediante los circuitos neumticos se pueden generar movimientos rectos como: Sujecin de herramientas Levantar y bajar objetos Abrir y cerrar puertas Arrastrar objetos Frenar objetos En la actualidad las aplicaciones de la neumtica son muy variadas, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseo y fabricacin de elementos de mayor precisin y con materiales de mejor calidad, acompaada adems de estudios mas acabados de las materias y principios que rigen la neumtica. Todo lo anterior se ha visto reflejado en equipos que permiten

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trabajos cada vez con mayor precisin y con mayores niveles de energa, lo que sin duda ha permitido un creciente desarrollo de la industria en general. Dentro de las aplicaciones se pueden distinguir dos, mviles e industriales:

Aplicaciones mviles El empleo de la energa proporcionada por el aire y aceite a presin, puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehculos mviles tales como: Tractores Gras Retroexcavadoras Camiones recolectores de basura Cargadores frontales Frenos y suspensiones de camiones Vehculos para la construccin y mantencin de carreteras

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Aplicaciones industriales En la industria, es de gran importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la lnea de produccin, para estos efectos se utiliza con regularidad la energa proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene entre otros: Maquinaria para la industria plstica Mquinas herramientas Maquinaria para la elaboracin de alimentos Equipamiento para robtica y manipulacin automatizada Equipo para montaje industrial

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Maquinaria para la minera Maquinaria para la industria siderrgica Otras aplicaciones se pueden dar en sistemas propios de vehculos

automotores, como automviles, aplicaciones aeroespaciales y aplicaciones navales, por otro lado se pueden tener aplicaciones en el campo de la medicina y en general en todas aquellas reas en que se requiere movimientos muy controlados y de alta precisin, as se tiene: Aplicacin automotriz: suspensin, frenos, direccin, refrigeracin, etc. Aplicacin Aeronutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de mantenimiento aeronutico, etc. Aplicacin Naval: timn, mecanismos de transmisin, sistemas de mandos, sistemas especializados de embarcaciones o buques militares. Medicina: Instrumental quirrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental odontolgico, etc. La neumtica tiene aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas incluso en controles escnicos (teatro), cinematografa, parques de entretenciones, represas, puentes levadizos, plataformas de perforacin submarina, ascensores, mesas de levante de automviles, etc. Cuando una empresa del sector busca obtener mejores resultados, tanto en calidad como en tiempos de produccin, las herramientas neumticas se presentan como la alternativa ideal en el engranaje de la industria moderna del mueble, bien sea para clavar, engrapar, pintar, taladrar, etc. Adems de beneficios en produccin, las herramientas neumticas presentan otros adicionales como un bajo consumo de energa y mantenimiento sencillo.

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Equipos y herramientas neumticas Las herramientas neumticas funcionan gracias a las presiones generadas en el aire, a travs de un compresor. Este -motor del sistema- debe poseer las caractersticas y cualidades que ms se amolden a las necesidades de la industria. Bien puede ser un elemento pequeo que sirva a una sola herramienta o uno que sirva a toda una lnea de aire para produccin.

1.6 Ventajas y desventajas de la neumtica

Ventajas del aire Abundante, econmico, compresible, transporte, limpio, almacenable, temperatura, antideflagrante, velocidad, no requiere lneas de retorno.

Desventajas del aire Fugas, humedad, ruido, compresible, inversin de fuerza. Los sistemas de transmisin de energa neumticos son una garanta de seguridad, calidad y fiabilidad a la vez que reducen costos. La Seguridad es de vital importancia en la navegacin area y espacial, en la produccin y funcionamiento de vehculos, en la minera y en la fabricacin de productos frgiles. En relacin con la industria del plstico, la combinacin de la oleohidrulica, la neumtica y la electrnica hacen posible que la produccin est completamente automatizada, ofreciendo un nivel de calidad constante con un elevado grado de precisin. Los sistemas neumticos juegan un papel clave en aquellos procesos en los que la higiene y la precisin son de suma importancia, como es el caso de las instalaciones de la industria farmacutica y alimenticia, entre otras. La reduccin en el costo es un factor vital a la hora de asegurar la competitividad de un pas industrial.

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2. CALIDAD DEL AIRE COMPRIMIDO

2.1 Por qu tratar el aire comprimido Al utilizar aire comprimido, se espera sobre todo economa y fiabilidad. Sin embargo, estas caractersticas se ven influenciadas por factores muy diversos: Los costos de energa que conllevar el funcionamiento del compresor durante toda su vida til superarn los costos de adquisicin. Por esta razn, el buen rendimiento energtico es fundamental en la produccin de aire comprimido. Al mismo tiempo, la fiabilidad de los compresores desempea un papel primordial, fiabilidad significa tambin el mantenimiento de una calidad constante del aire comprimido, que mejore a su vez la eficacia de los aparatos de tratamiento posterior. Para evitar ruidos, recuerde que es mejor evitar grandes emisiones sonoras silencioso que adoptar insonorizacin. adquiriendo desde primera hora un compresor con posterioridad medidas adicionales de

Figura 3. Inversin de la estacin de aire comprimido

Fuente: www.compair.es

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Impurezas en el aire ambiente En el aire ambiente se encuentran segn el lugar diferentes impurezas perceptibles a simple vista. Estas impurezas pueden perjudicar el funcionamiento fiable de los aparatos que utilizan el aire comprimido y reducir la calidad de los productos fabricados con aire comprimido. Adems de nitrgeno y oxgeno, el aire ambiente contiene impurezas y humedad en forma de aerosoles o vapor de agua (humedad relativa del aire).

Comportamiento de las impurezas en el proceso de compresin: En la compresin de aire se eleva la concentracin de substancias nocivas. El producto generado por la humedad y las impurezas aspiradas de la atmsfera se precipita en forma de condensado, de acuerdo a la concentracin de los componentes puede ser aceitoso, grasoso o agresivo.

Tabla I. Impurezas del aire y su tamao

Fuente: www.festo.com 16

La importancia de la calidad del aire La suciedad, la humedad y el aceite estn en todas partes. Pero no deberan estar en el caudal de aire comprimido. La variedad de las aplicaciones se extiende desde el aire de soplado no tratado, hasta el aire comprimido absolutamente seco, estril y exento de aceite para las industrias farmacutica y alimentaria. Este amplio espectro de utilizacin obliga a un tratamiento individualizado del aire comprimido, adaptado exactamente a cada aplicacin especfica. En 1m3 de aire aspirado por el compresor se pueden encontrar hasta 180 millones de partculas de suciedad. Aparte de estas partculas de suciedad, el aire aspirado tambin contiene, dependiendo de la humedad atmosfrica, entre un 50% y un 80% de vapor de agua, as como aceite en forma de hidrocarburos no quemados procedentes de mquinas y gases de escape. Adems, mnimas cantidades de lubricante y partculas de abrasin del compresor pasan a la red de aire comprimido. El aire comprimido sin tratar contiene humedad, as como partculas de polvo y de aceite. Los contaminantes en el aire comprimido afectan adversamente todos los componentes del sistema de distribucin de aire el vapor de agua y otros contaminantes en el aire ambiental entran al sistema por la admisin del compresor. Una vez que el aire atmosfrico pasa a travs del compresor operando a 7 bar, 100 psig, el aire se comprime a un octavo de su volumen previo, conteniendo la misma cantidad de contaminantes. El incremento en la presin normalmente ocasionara que la humedad se condense en el aire. De cualquier forma, durante el proceso de compresin, la temperatura del aire se incrementa debido al calor de friccin, aumentando su

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habilidad de retener vapor de agua. Cuando el aire abandona el compresor y viaja a travs del sistema, se enfra. Una vez que la temperatura disminuye por debajo de la temperatura del punto de roco a presin, se comienzan a formar gotas de agua. Es necesario remover la humedad y los contaminantes del sistema de aire para bajar el punto de roco y evitar los problemas de operacin, los costos de mantenimiento y los gastos de reparacin.

Figura 4. La accin de comprimir aire a 7 bar crea un incremento del 800% en la concentracin de contaminantes Atmosfrico Comprimido a 7 bar

Fuente: Gua sobre la calidad del aire 2.1.1 Tratamiento del aire Con el sistema de tratamiento de aire comprimido adecuado, se conserva la energa del sistema, se reducen los costos de operacin, y se mejora la calidad de la produccin. El costo de utilizar aire comprimido hmedo excede por mucho el costo de mantenerlo seco. Los contaminantes en el aire comprimido afectan a todos los componentes del sistema de distribucin del aire comprimido, el aire comprimido hmedo y sucio cuesta dinero debido a: Roba energa til al sistema. Disminuye la eficiencia y la potencia de las herramientas neumticas. Incrementa los costos de mantenimiento y reparacin. 18

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Se elimina el lubricante de las herramientas neumticas. Dao de empaques por abrasin, por agua y aceites del compresor. Degradacin de pequeas estructuras. Fugas

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Velocidades lentas/ tiempos de ciclo mayores. Menor tiempo de vida. xido y corrosin en herramientas, tuberas y equipos. Reduccin de la confiabilidad.

Por qu tratar el aire comprimido Todos los compresores, sin importar el tipo, funcionan como una aspiradora gigante y absorben impurezas que luego comprimen junto al aire y que llegarn a la red de aire comprimido si no se lleva a cabo el tratamiento correspondiente. De acuerdo con la ISO 8573-1, el aire comprimido slo podr calificarse como libre de aceite si su contenido residual (incluyendo el vapor de aceite) es inferior a 0,01 mg/m. Estamos hablando de cuatro centsimas partes del contenido normal del aire de la atmsfera. Esta cantidad es tan nfima, que apenas se puede medir. La calidad del aire de aspiracin, naturalmente depender de las condiciones ambientales. En zonas industriales, donde se utiliza aceite como medio de lubricacin, de refrigeracin y de procesos, el contenido de aceite mineral puede superar el 10%. Tambin se pueden encontrar otros elementos contaminantes, como dixido de azufre, holln, metales y polvo. Debido a la magnitud de la contaminacin no es posible que un compresor equipado tan slo con un filtro de polvo de 3 micrones suministre aire comprimido libre de aceite. El contenido de partculas de contaminacin en el aire es definido en:

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Masa por m de aire [g/m] Tamao de partculas [m]

Tabla II Clases de calidad de aire segn DIN ISO 8573Clase 1 2 3 4 5 6 7 Polvo Residual m mg/m 0.1 0.1 1 1 5 5 15 8 40 10 Agua Residual DTP [C] g/m -70 0.003 -40 0.12 -20 0.88 +3 6,0 +7 7,8 +10 9,4 n.d. n.d. Aceite Residual mg/m 0.01 0.1 1 5 25 -

Fuente: www. festo.com

Ventajas del tratamiento del aire comprimido: Alto rendimiento de los equipos neumticos. Servicio exento de fallos Bajos costos de funcionamiento y mantenimiento. Calidad constante de los productos Procesos econmicos de trabajo. Incremento de la competitividad Aumento de la rentabilidad. Econmica instalacin de la red de aire comprimido Tuberas exentas de condensado

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En resumen, las ventajas de usar los sistemas de tratamiento: Prolonga la vida til de la maquinaria que utiliza el aire comprimido como energa. Mejora la calidad de sus productos.

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Aumenta la rentabilidad de su empresa. Disminuye el riesgo de fallos de servicio. Reduce los gastos de reparacin de sistemas neumticos. Reduce la corrosin en las tuberas de trasporte del aire. Sin embargo, al tratamiento del aire se le suele drsele menor

importancia. Este hecho es lamentable, ya que los consumidores de aire comprimido y la red de distribucin provocarn menos costos de mantenimiento si el tratamiento del aire es correcto.

Figura 5. Equipos para el tratamiento de aire comprimido

Fuente: www.festo.com

Fuente: www.festo.com

2.1. 2 Distribucin del aire comprimido

Planificacin e instalacin de una red de aire comprimido Lo primero que se decide es si se desea una produccin de aire comprimido central o descentralizada. Para empresas pequeas y medianas suele ser recomendable una estacin central, ya que en ellas no se dan los problemas que suelen darse en las grandes redes de aire comprimido: altos gastos de instalacin, peligro de congelacin de conducciones mal aisladas en

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invierno, fuertes cadas de presin por las grandes distancias que cubren las tuberas.

- Dimensionado correcto de la red Siempre es necesario realizar clculos para dimensionar una red de aire comprimido. La base para dichos clculos ha de ser una bajada de presin de 1 bar entre el compresor y los consumidores, incluida la diferencia de conmutacin del compresor y del tratamiento estndar del aire. Debe contarse con las siguientes prdidas:

Tabla III. Prdidas en redes de aire Red Central Red de distribucin Secador Unidad y tubera de tratamiento Total 0.03 bar 0.03 bar 0.20 bar 0.50 bar 0.80 bar Fuente: Elaboracin propia

- Produccin econmica de aire comprimido Teniendo en cuenta todos los gastos de energa, refrigerantes, mantenimiento y la depreciacin del compresor, un metro cbico de aire puede costar entre 0,5 y 2,5 cntimos de euro, dependiendo del modelo, la carga y el estado de mantenimiento del compresor. Por esta razn, muchas empresas dan gran importancia a una produccin econmica del aire comprimido. Y este es justamente el motivo por el cual los compresores de tornillo refrigerados por aceite tienen xito: con estas mquinas puede ahorrarse hasta un 20% de los costes que generaba antes la produccin de aire comprimido.

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- Un buen asesoramiento es determinante para el ahorro El sistema de aire comprimido tendr que estar perfectamente adaptado al uso, a su lugar de instalacin y a las condiciones ambientales. Debe estar formado por compresores, aparatos de tratamiento y conducciones de dimensiones correctas, contar con sistemas de control eficaces, una tcnica de ventilacin adecuada y un buen sistema de tratamiento de condensados y, a ser posible, un sistema de recuperacin del calor. Este sistema incluye el anlisis de la demanda aire, la planificacin y la realizacin del proyecto. Los puntos ms importantes son la calidad del asesoramiento y la eleccin correcta de los elementos tcnicos, ya que el mayor potencial de ahorro se encuentra precisamente en el consumo de energa y en el mantenimiento, y no en los costes de adquisicin de la estacin. Conviene comprobar la presin mnima de trabajo de los equipos conectados y las prdidas de presin en la red. Entre los factores que se deben tomar en cuenta para localizar prdidas de presin, pueden ser: - Tuberas o ramales de tuberas de aire comprimido que no se utilizan: Conviene localizar e identificar las tuberas de aire no utilizadas en la actualidad. Si no se utilizarn desconectar los circuitos. Las tuberas y ramales no utilizados y que no estn aislados, se presurizan y vacan cada vez que presuriza/despresuriza el sistema de aire. Estas tuberas y ramales pueden ser una fuente potencial de fugas. - Programa peridico de pruebas y reparacin de fugas Debera existir un sistema efectivo para detectar las fugas y repararlas en lnea. La deteccin de fugas es ms fcil cuando no hay demanda de aire y no hay ruidos en la fbrica. El odo y la comprobacin de los empalmes, conectores,

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medidores, mangueras, y juntas de cilindros permite detectar las fugas. La mayor proporcin de prdidas del aire se puede atribuir a las fugas.

Prueba de aceite Use una hoja de papel blanca; accione una pistola de aire frente a la hoja a una distancia de 30 cm por aprox. 30s; la hoja deber de presentar una leve coloracin amarilla sin presencia de gotas

Planificacin de las estaciones de aire comprimido El calor generado por los compresores puede utilizarse para ahorrar energa. Con la ayuda de los sistemas adecuados, es posible recuperar en forma de calor hasta un 94% de la energa absorbida, lo cual reduce notablemente los costes de produccin del aire comprimido. Pero adems, en las instalaciones dotadas de un sistema para la recuperacin del calor deber haber un sistema de refrigeracin de calidad, con el cual podremos ahorrar: los costes de refrigeracin por aire pueden resultar hasta un 30% ms bajos que los costes de refrigeracin por agua. Por tanto, ser preferible una refrigeracin por aire siempre que exista la posibilidad de elegir.

- Instalacin de tuberas suplementarias Una buena solucin para tuberas que hayan perdido buena parte de su seccin por depsitos consiste en instalar tramos de tubera paralelos conectados a la primera. Si el estrechamiento de las tuberas es extremo, es conveniente instalar un anillo completo suplementario. Se dimensiona este segundo anillo correctamente, adems del efecto principal deseado, se conseguir una mejor distribucin del aire comprimido. Las medidas de saneamiento solamente alcanzarn resultados ptimos si se eliminan tambin las fugas de la red de aire.

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Figura 6. Saneamiento de una tubera de aire comprimido instalando un segundo anillo de distribucin

Fuente: Tratamiento, seguridad del aire, www.norgren.com

1. El entorno de los compresores

1.1 Un entorno limpio y seco Los compresores debern instalarse de manera que sean

suficientemente accesibles y que se garantice la refrigeracin necesaria, la temperatura ambiente del lugar de instalacin de compresores refrigerados por aire o aceite no debe superar los +40 C. Adems, en el espacio de aspiracin de los compresores no debern liberarse sustancias peligrosas. Este tipo de normativas deben entenderse como un mnimo exigible, ya que su objetivo es reducir al mnimo el riesgo de accidentes.

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1.2 La sala de compresores En la sala de compresores no debern almacenarse enseres de otra ndole, ni dejar que se acumulen polvo u otras impurezas. El suelo deber ser resistente a la abrasin y, en caso ideal, deber poder limpiarse con agua. Si el aire de aspiracin y de refrigeracin proceden de un ambiente muy cargado de polvo, partculas de holln o similares, ser imprescindible una filtracin preliminar intensiva.

1.3 Clima moderado La temperatura ejerce tambin una gran influencia sobre la fiabilidad y el mantenimiento de los compresores: el aire de aspiracin y de refrigeracin no puede estar ni demasiado fro (menos de +3 C) ni demasiado caliente (ms de +40 C). Este hecho deber tenerse en cuenta en la planificacin y en la construccin.

2.1. 3 Lubricacin del aire comprimido Lubricacion El siguiente paso para el tratamiento del aire comprimido es introducir en el aire una cantidad adecuada de lubricante, normalmente aceite que permita al equipo de trabajo satisfacer sus requerimientos de forma eficiente sin una excesiva resistencia o desgaste. Una resistencia excesiva al movimiento provocar un consumo adicional de energa, y un desgaste excesivo conducir a un acortamiento de la vida del equipo, originando un coste extra. Existen dos tipos bsicos de lubricador standard, aerosol y bomba de inyeccin. El ms utilizado es el aerosol, que fue el primer dispositivo de lubricacin de lneas de aire comprimido con funcionamiento automtico.

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Los dispositivos neumticos de un sistema pueden requerir diferentes cantidades de lubricante, por lo que debern siempre seguirse las recomendaciones de los fabricantes del equipo. Como orientacin general, para la mayora de sistemas neumticos ser un buen punto de inicio considerar una densidad de salida de aceite de 60mg/m3. Tras las inspecciones y actuaciones de mantenimiento regulares, la cantidad ptima podr fijarse aumentando o disminuyendo la cantidad suministrada.

Figura 7. Lubricador

Fuente: Tratamiento, seguridad del aire, www.norgren.com

Seleccion del lubricador Todos los lubricadores son una fuente de cada de presin y por tanto de prdida de energa, aunque pueden ser colocados prcticamente en cualquier lugar dentro del sistema, debern seleccionarse y lubicarse tan cerca como sea posible de la aplicacin. Se deben colocar los lubricadores donde se requieran niveles diferentes de lubricacin, y no intentar nunca colocar un lubricador para suministrar un sistema completo de distribucin, puesto que entonces algunas partes quedarn sobrelubricadas mientras otras quedarn lubricadas insuficientemente.

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Comprobar que el lubricador elegido posee la suficiente capacidad de caudal sin una excesiva cada de presin en relacin al tamao de la tubera que se va a utilizar. Dado que los lubricadores requieren una mnima cada de presin para trabajar, cada que est normalmente relacionada con el caudal, debemos asegurar que se satisface esta mnima condicin de caudal, de lo contrario no habr salida de aceite. Es importante observar que las fugas de los sistemas de aire comprimido son una fuente de prdidas de energa, y que tales fugas constituyen efectivamente un caudal constante travs del sistema. Si se utiliza un lubricador con un punto de arranque muy bajo, incluso una pequea fuga que consiga superar el punto de arranque originar un goteo y suministrar aceite al sistema. Esta es a menudo la causa de inundacin por aceite durante perodos de paro. En el caso de utilizacin continua, deber seleccionarse un lubricador con suficiente capacidad de depsito. Para unidades de tamao de tubera 1/2" y superiores, existen normalmente diferentes capacidades de depsito. En el caso que esto no sea posible por razones de espacio o de grado de utilizacin, debern utilizarse dispositivos de llenado remotos o interruptores de nivel de lquido a los sistemas auxiliares. En el caso de trabajar con caudales muy elevados deber utilizarse un lubricador fijo tipo venturi. A diferencia de los tipos standard, ste no se ajusta automticamente para proporcionar una densidad constante aire/aceite, por lo que las necesidades de caudal necesitan que ste sea esencialmente constante. Este tipo de dispositivo no producir excesivas cadas de presin asociadas a los caudales elevados, por lo que ser ms eficiente energticamente. Para caudales excepcionalmente altos, pueden inyectarse pequeas

cantidades de lubricante por medio de pequeos lubricadores en conducciones

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de grandes sistemas de distribucin de 1 a 2 y superiores, donde un lubricador para superficie interior completa resultara caro tanto en trminos de coste como de cada de presin.

2.1.4 Filtracion del aire comprimido La filtracin es una tcnica, proceso tecnolgico u operacin unitaria de separacin, por la cual se hace pasar una mezcla de slidos y fluidos, gas o lquido, a travs de un medio poroso o medio filtrante que puede formar parte de un dispositivo denominado filtro, donde se retiene la mayor parte del o de los componentes slidos de la mezcla. La clasificacin de los procesos de filtracin y los equipos es diverso y en general, las categoras de clasificacin no se excluyen unas de otras. La variedad de dispositivos de filtracin o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicacin.

Clasificacin El patrn de clasificacin de los procesos de filtracin es diverso, se puede realizar en funcin de los siguientes criterios: Mecanismo de filtracin Naturaleza de la mezcla Meta del proceso Ciclo operacional Fuerza impulsora La filtracin ha evolucionado como un arte prctico desde aplicaciones primitivas, como la tradicional filtracin en lecho de arena empleado desde la

Teora de la filtracin

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antigedad para la extraccin de agua potable. El principio terico de la filtracin se fundamenta en la cuantificacin de la relacin bsica de velocidad un fluido o caudal:

Relacin Fuerza-Resistencia Donde, la fuerza impulsora (F) que puede ser la fuerza de gravedad, el empuje de una bomba de presin o de succin, o la fuerza centrfuga, mientras que la resistencia (R) es la suma de la ofrecida por el medio filtrante y la torta de slido formada sobre el mismo.

Medios filtrantes El medio filtrante es el elemento fundamental para la prctica de la filtracin y su eleccin es habitualmente la consideracin ms importante para garantizar el funcionamiento del proceso. En general, entre los principales criterios de seleccin del material de medio filtrante se pueden destacar: Compatibilidad y resistencia qumica con la mezcla Permeabilidad al fluido y resistencia a las presiones de filtracin Capacidad en la retencin de slidos Adaptacin al equipo de filtracin y mantenimiento Relacin vida til y coste

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La variedad de tipos de medios porosos utilizados como medios filtrantes es muy diversa en forma de telas y fibras tejidas, fieltros y fibras no tejidas, slidos porosos o perforados, membranas polimricas o slidos particulados, a lo que

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se suma la gran variedad de materiales: fibras naturales, fibras sintticas, materiales metlicos, materiales cermicos y polmeros.

Equipos para la filtracin

Eliminacin de la contaminacin de partculas Los contaminantes pueden destruir un sistema de aire comprimido. Las partculas distribuidas casi de forma invisible por todo el aire del entorno se convierten en una fuerza concentrada que provoca daos y destruccin a todas sus herramientas, equipos e instrumentos que utilizan aire comprimido.

Figura 8. Filtracin de partculas

Fuente: Guia sobre la calidad del aire

Criterios de seleccin de equipos de filtracin La seleccin de un equipo de filtracin en general requiere un estudio de las especificaciones y objetivos del proceso junto con una evaluacin de la

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capacidad y caractersticas del equipo de filtracin en las que las consideraciones sobre el medio filtrante son importantes. Los factores a considerar relativos del proceso que suelen citarse son: Caractersticas fluido-mecnicas de la corriente de fluido a tratar. Capacidad de produccin. Condiciones del proceso. Parmetros de funcionamiento. Materiales de construccin.

Los criterios del equipo de filtracin a estudiar suelen ser: Tipo de ciclo: continuo o por lotes Fuerza de impulsin. Caudales admisibles. Calidad de la separacin. Fiabilidad y mantenimiento. Materiales de construccin y dimensiones.

Costo:

En la estimacin de costos, con frecuencia se consideran: Costo de adquisicin del equipo. Costos de instalacin y puesta en marcha incluyendo acondicionamiento del fluido o tratamientos previos requeridos. Costos de operacin: mano de obra, electricidad, consumo de fluidos auxiliares. Costo de mantenimiento: mano de obra de sustitucin de medios filtrantes consumibles, piezas de recambio, tiempos de parada. Vida del equipo. Costo del medio filtrante consumible.

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Microfiltros: los microfiltros separan las impurezas ms finas del aire comprimido. Los microfiltros separan las substancias slidas del aire comprimido con una eficacia del 99,99999% referido a 0,01 m y un contenido de aceite residual de hasta 0,01 mg/m3.

Utilizacin de los microfiltros Como filtro central en la tubera de aire comprimido o como filtro final antes del aparato que utiliza el aire comprimido. Cuando se exige aire comprimido tcnicamente exento de aceite. Antes del secador de aire comprimido y del microfiltro. Para aire comprimido con alto contenido de polvo. En lneas con un elevado contenido de aceite en el aire comprimido.

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Figura 9. Microfiltro

Fuente: Gua sobre la calidad del aire

Eliminacin del aceite El aceite en el aire comprimido afecta a los productos y al entorno de trabajo. El aceite, los hidrocarburos no quemados y el refrigerante de compresores se concentran mucho durante el proceso de compresin. Estos

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contaminantes entran en el caudal de aire como gotas arrastradas y a menos que sean eliminados pasan a travs del sistema de aire comprimido al proceso de produccin. El separador de aire/aceite incorporado en todos los compresores de aire de tornillo rotativo eliminar parte del aceite, pero esto no es suficiente para la mayora de aplicaciones. Un filtrado adecuado elimina el aceite no deseado del caudal de aire, eliminar el aceite del caudal de aire comprimido aporta verdaderas ventajas: Prolonga la vida til de las herramientas neumticas Alta calidad de los productos acabados Elimina olores no deseados Un entorno de trabajo ms seguro

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Un aire comprimido sin aceite slo puede conseguirse instalando un compresor de aire exento de aceite. An as, seguir siendo necesario filtrar las partculas y eliminar la humedad.

Figura 10. Filtracin de Aceite

Fuente: Gua sobre la calidad del aire

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Principio bsico: remover partculas contaminantes slidas arriba de 40m o 5m. Separacin de una gran parte de lquidos. Generalmente usados en aplicaciones industriales donde agua, aceite y partculas dainas de suciedad deber ser removidas del sistema de aire comprimido.Deben tambin utilizarse como pre-filtro para filtros coalescentes.

Figura 11. Principio de funcionamiento-filtro de particulas

Fuente: Gua sobre la calidad del aire

Filtro coalescente Principio bsico Dos elementos de filtrado: 1 m y 0,01 m. Adecuados para filtracin de aceite de 0,01 mg/m. Especficamente diseados para remover slidas, agua y aerosoles de aceite arriba de 0,01 m. partculas

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Figura 12. Principio de funcionamiento-filtro coalescente

Fuente: Gua sobre la calidad del aire

Filtro de absorcin Filtros de carbn activo Los filtros de carbn activo retienen el vapor de aceite del aire comprimido. Los filtros de carbn activo deben estar precedidos por los microfiltros. El contenido residual de aceite es de 0,003 mg/m3. Usado para remover vapor y olores de aceite. Un filtro de carbn activo es normalmente usado en conjunto con un micro filtro. Aplicaciones tpicas: industria alimenticia y del empaque, industria farmacutica, industria electrnica y de semi-conductores. Utilizacin de los filtros de carbn activo: Despus del secador de aire comprimido en combinacin con microfiltro Cuando se exige aire comprimido tcnicamente exento de vapor de aceite.

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Figura 13. Principio de funcionamiento carbn activado

Fuente: Gua sobre la calidad del aire

Partculas slidas Al igual que en el agua, en cualquier sistema de aire comprimido existen partculas slidas, independientemente del tipo de compresor. Estas partculas pueden generarse desde cuatro fuentes principales: Suciedad atmosfrica aspirada en el puerto de entrada del compresor. Productos corrosivos originados por la accin del agua y de cidos dbiles, formados por la interaccin de agua y gases tales como el dixido de azufre, aspirados por el compresor. Productos de carbono formados por la accin del calor de compresin en el aceite lubricante o por el desgaste normal de los anillos de carbono del pistn utilizados en algunos tipos de compresores libres de aceite. Partculas originadas a partir de la fijacin mecnica entre la canalizacin y los componentes introducidos en el sistema de distribucin de aire. 37

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El tamao de las partculas de suciedad puede cubrir un rango muy amplio, desde varios cientos de micras hasta por debajo de una micra y el nivel de filtracin depende del grado de limpieza necesario para cada proceso en particular. Generalmente, no es recomendable habilitar una filtracin ms fina de la estrictamente necesaria, dado que cuanto ms fina sea la filtracin, mayor ser la cantidad de suciedad atrapada por el elemento de filtraje, con lo cual ste se bloquear ms rpidamente. Las partculas pueden clasificarse segn dos grandes grupos: Gruesas (40 micras o ms) y las finas. La mayora de los filtros de aire normales podrn eliminar satisfactoriamente partculas de hasta un tamao mnimo de 40 micras. La filtracin fina en la regin de los 10 25 m es la requerida normalmente para mquinas neumticas de alta velocidad, o para instrumentacin de control de procesos. La filtracin de 10m e inferior es muy importante para micromotores neumticos y para cojinetes neumticos. Las aplicaciones pueden llegar a requerir un nivel de filtracin an mayor, como por ejemplo en los casos de pintura por pulverizacin, aire acondicionado y aplicaciones alimentarias, es muy importante la filtracin a niveles inferiores a 1m. En estos casos no pueden utilizarse filtros de aire standard, hacindose necesaria la utilizacin de los filtros de alta eficacia. Los filtros de aire standard debern an as utilizarse como pre-filtros junto con estos filtros de alta eficacia. Estos ltimos eliminarn estas partculas extremadamente finas, y en el caso de ser expuestos directamente a las partculas ms gruesas, quedarn saturados por las mismas de forma extremadamente rpida. Todos los elementos se irn saturando con el uso. El nivel de saturacin aceptable depender de la aplicacin y del conocimiento energtico relativo al funcionamiento de la planta. Los filtros standard pueden limpiarse y ser reutilizados, pero en el entorno actual, con elevados costes de mano de obra frente al bajo nivel de precios de

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las piezas de recambio, normalmente la mejor solucin es la de sustituir los elementos. Esto asegurar tambin una cada de presin mnima tras la reinstalacin, puesto que la limpieza eliminar, como mximo, un 70% de las partculas acumuladas. Los elementos de filtraje de alta eficacia no pueden limpiarse y debern ser sustituidos antes de que lleguen a quedar bloqueados por la suciedad. Bajo condiciones normales de utilizacin se procede al cambio de los elementos de filtraje de aplicacin general antes de que la cada de presin originada sea mayor de 0,5 bar o bien durante el mantenimiento peridico anual.

Aceite La fuente principal de contaminacin por aceite en un sistema de aire comprimido se encuentra en el compresor. Un compresor lubricado por aceite con una capacidad de 50m3/s puede introducir en el sistema hasta 0,16 litros de aceite por semana. El aceite se utiliza para la lubricacin del compresor, pero cuando aparece junto con el aire comprimido previo a la distribucin, el aceite se encuentra en un estado totalmente inutilizable. Al haber sido sometido a elevadas temperaturas durante la compresin del aire, el aceite queda oxidado y cido, con lo que puede ser considerado como un contaminante agresivo para el sistema, ms que un lubricante propiamente, por lo que debe ser eliminado. Los filtros de aire normales eliminarn el suficiente aceite lquido (junto con agua) como para dejar el aire del sistema en condiciones para alimentar a la mayora de mquinas y cilindros neumticos, pero en determinados procesos se requiere aire completamente libre de aceite. Una solucin consiste en utilizar compresores libres de aceite. Estos compresores producirn, an as, aire contaminado con suciedad y agua, y a menudo resultar ms econmico utilizar

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compresores con lubricacin por aceite junto con refrigeradores posteriores y filtros de aire standard, colocando nicamente filtros de eliminacin de aceite de alta eficacia en los puntos del sistema en que se requiera aire libre de aceite. Ello asegura que la cantidad de aire que necesita tratamiento especial se mantenga al mnimo, permitiendo trabajar en la zona afectada con un filtro especial ms pequeo, en lugar de tener que utilizar un filtro especial de mayor tamao para la totalidad de la planta. El aceite de un sistema de aire comprimido puede existir en tres formas: como emulsiones de aceite/agua, aerosoles (pequeas partculas suspendidas en el aire) y vapores de aceite. Las emulsiones pueden eliminarse mediante la utilizacin de filtros de aire standard.

Seleccin de filtros Una vez considerados todos los contaminantes, puede ya determinarse el grado de limpieza del aire de cada parte de una planta industrial o proceso. nicamente mediante la utilizacin de los filtros correctos y su instalacin adecuada, pueden mantenerse los costes de energa y mantenimiento al mnimo. El volumen de aire implicado en cada etapa debe siempre ser considerado como subdimensionado, la utilizacin de filtros inadecuados es una de las causas principales de costes de energa. Cuando se elija un filtro para la limpieza de aire comprimido, asegurarse que: Se ha seleccionado el tipo correcto de filtro y el elemento filtrante para la eliminacin de partculas. La eficiencia de la eliminacin de lquido es alta y no es posible la reentrada.

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Exista una facilidad de mantenimiento y de recogida del lquido condensado. Mediante una buena visibilidad del condensado y/o del elemento se asegura que la funcin se ha conseguido o que existe una necesidad de mantenimiento. Este elemento puede ser un dispositivo de cada de presin, un indicador de nivel de lquido o un recipiente transparente.

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Filtros/reguladores Los filtros/reguladores tienen la finalidad de limpiar el aire que se dirige a la aplicacin y controlar la presin en una sola unidad compacta. Para aplicaciones de tipo general, los filtros/reguladores tienen generalmente un coste inferior al de dos unidades por separado. Algunos filtros/reguladores son especiales para aplicaciones de instrumentacin con propiedades de eliminacin de partculas muy finas o incluso de eliminacin de aceite, con caractersticas propias del regulador de presin, as como hay otros con propiedades de compatibilidad de materiales especiales.

2.2.5 Procedimientos de secado El aire comprimido seco es ms rentable. El aire comprimido siempre contiene humedad, partculas de aceite procedentes del compresor y partculas de polvo, estas impurezas pueden causar graves fallos. En las herramientas y los equipos de aire comprimido se forman puntos de corrosin o acumulaciones, esto limita el rendimiento y perjudica la calidad de los productos.

Cmo remover humedad y los contaminantes Los postenfriadores disminuyen la temperatura del aire comprimido hasta un nivel seguro de usar y eliminan hasta el 70% del vapor de agua. Los

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secadores de aire remueven el vapor de agua y reducen la temperatura del punto de roco a presin del aire comprimido. As se previene que se condense agua lquida en el sistema, aunque no se eliminan todos los contaminantes que entran al sistema. Los separadores y los filtros eliminan el agua lquida, as como los contaminantes slidos y gaseosos que afectan adversamente al sistema de aire. Los drenes descargan el agua acumulada y los contaminantes lquidos de diversos puntos en sistema neumtico.

Seleccin del tipo adecuado de secador para aire comprimido Cuando se seleccione un secador de aire comprimido, considerar estos factores para determinar el sistema ms adecuado para la aplicacin. Los secadores para aire comprimido varan en relacin a su punto de roco, costo inicial y el mantenimiento requerido. Seleccionar una temperatura de punto de roco por debajo de la temperatura ambiente mnima a la cual est expuesto su sistema de aire comprimido. Determinar que secadores producen el punto de roco requerido. Considerar los costos iniciales y de operacin. Entre menor sea el punto de roco, el secador y su operacin sern ms costosos. Considerar las lneas de aire: Localizadas enfrente de puertas abiertas o ventanas. En reas con aire acondicionado o sin calefaccin. Una vez se ha seleccionado el sistema apropiado, determinar las condiciones actuales en las que el secador estar operando: Capacidad de Flujo (scfm, Nm3/hr, Nm3/min, l/sec).

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Punto de roco a presin (C, F). Presin de entrada del aire (psig, bar, kg/cm2). Temperatura de entrada del aire (C, F). Temperatura ambiente o del agua de enfriamiento (C,F). Cada de presin mxima permisible (psi, bar, kg/cm2).

Tipos de secadores Secadores de membrana: los secadores de membrana se utilizan como parte de la tubera o bien se montan formando un conjunto, junto con compresores de pistn o de tornillo. Ventajas No se genera condensado durante el secado. No es necesaria la eliminacin de condensado.

Figura 14. Proceso de secado por medio de concentracin dinmica Las molculas de agua se difunden a travs de las membranas

Fuente: Gua de tratamiento de aire, www.boge.com Secadores de absorcin: antes del secador, el microfiltro elimina del aire comprimido las impurezas lquidas y slidas de hasta 0,01 m. En el secador de adsorcin, el material secante retiene la humedad obtenindose aire

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comprimido limpio y seco. En este proceso se alcanzan puntos de roco a presin de hasta 40C. La regeneracin se efecta en un segundo depsito simultneo a la adsorcin de la humedad. En los secadores de absorcin regenerados en fro, una corriente parcial del aire comprimido ya seco regenera el secante. Separadores ciclnicos: los separadores ciclnicos eliminan lquidos, neblinas y substancias slidas del aire comprimido. Se utilizan en: Directamente despus del compresor. Cuando no existe ningn depsito de aire comprimido. Cuando el depsito de aire comprimido se encuentra a considerable distancia. Antes de tramos verticales de tubera de aire comprimido.

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Prefiltros los prefiltros separan las impurezas gruesas del aire comprimido, separan las substancias slidas del aire comprimido con una eficacia del 99,99 % aproximadamente 3 m. Se utilizan en: Antes del secador de aire comprimido y del microfiltro. Para aire comprimido con alto contenido de polvo. En lneas con un elevado contenido de aceite en el aire comprimido.

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Estado del aire comprimido

Precipitacin de condensado del aire comprimido La cantidad de condensado del aire comprimido depende de la humedad, temperatura y volumen del aire aspirado. El condensado se precipita en diferentes cantidades en diferentes puntos de un sistema de aire comprimido y en la red de tuberas de aire comprimido. Se precipita condensado cuando la temperatura del aire comprimido desciende por debajo del punto de roco a presin. El punto de roco a presin es la temperatura a la que se puede enfriarse el aire comprimido sin que se precipite condensado. El condensado de compresores lubricados por aceite consta de impurezas y humedad que se aspiran del ambiente y de partculas de aceite que debido a las elevadas temperaturas de compresin se presentan en forma de aerosoles y vapores. Slo una separacin, una evacuacin y un correcto tratamiento del condensado garantizan un servicio seguro y considerado con el medio ambiente.

Tratamiento y eliminacin del condensado Si el condensado no se elimina perfectamente pueden presentarse desastrosos daos al medio ambiente, ya que un litro de condensado puede contaminar 1.000.000 litros de agua. En los compresores de funcionamiento exentos de aceite el aire comprimido en la cmara de compresin no entra en contacto con aceite. De esta forma, no se agrega aceite al condensado del aire. La posible presencia de partculas de aceite depender del lugar de ubicacin del compresor. Normalmente este condensado es posible verterlo sin necesidad de tratamiento previo.

Tipos de condensado El condensado de compresores lubricados con aceite puede presentarse en forma de emulsiones, mezclas y dispersadas.

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Emulsiones Las emulsiones son mezclas de aceite y agua que no se separa por el efecto de la gravedad. Las emulsiones estables slo se pueden tratar en complejas y costosas instalaciones separadoras.

Mezclas dispersadas Contrariamente a las emulsiones, estas mezclas pueden tratarse bajo el efecto de la gravedad con separadores de agua-aceite relativamente econmicos.

Purgador automtico de condensados Los purgadores se adaptan a las necesidades especficas del condensado de aire comprimido. La ventaja de los purgadores consiste en que solamente se abren cuando realmente existe condensado, de esta forma no existe ninguna prdida de aire. Los purgadores adherido o solidificado. requieren un cierto mantenimiento, las fallas pueden presentarse a causa de condensado sucio,

Prueba de condensado Existe una prueba sencilla para determinar el condensado, es una emulsin o una mezcla. Llenar condensado en un vaso limpio, despus de un tiempo de reposo del lquido comprobar el estado de la mezcla. Si el aceite flota en la superficie y el agua es clara, la mezcla se trata con un separador aguaaceite. Si despus del reposo el condensado forma una fase turbia de agua debajo de la capa de aceite, se puede determinar que se trata de una emulsin que se debe tratar solamente con una instalacin separadora de emulsiones.

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Posibilidades de tratamiento del condensado El condensado generado en la lnea de aire comprimido, cuando se trabaja con compresores lubricados por aceite, debe ser tratado antes de su evacuacin. Para ello se ofrecen dos posibilidades: Recogida del condensado y eliminacin a travs de empresas especializadas, lo que en la prctica est vinculado a elevados costos.

Figura 15. Tratamiento en planta, el recipiente colector de suciedad retiene impurezas slidas. Separacin por efecto de la gravedad aceite/agua.

Fuente: Gua de tratamiento de aire, www.boge.com

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3. DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO

3.1 Aspectos a considerar en la distribucion del aire comprimido Al iniciar el proceso de diseo de una instalacin de aire comprimido se deben investigar todas las aplicaciones y su ubicacin en la planta tales como: Presin. Se debe estimar la presin a la cual se desea trabajar para establecer el funcionamiento del compresor y de la red. Generalmente una red industrial de aire comprimido tiene presiones de 6 y 7 bar. Se distinguen dos conceptos: 1. 2. La presin de servicio es la suministrada por el compresor o La presin de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo

acumulador y existe en las tuberas que alimentan a los consumidores. considerado. En la mayora de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presin. Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario que la presin tenga un valor constante. De sta dependen: La velocidad La fuerza El desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo.

Caudal Es la cantidad de aire que suministra el compresor. El caudal se expresa en m3/min o m3/h. El caudal de la red deber ser diseado con base en la demanda. Existen dos conceptos:

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1. El caudal terico 2. El caudal efectivo o real

Prdida de presin Los componentes de una red de aire comprimido como codos, ts, cambios de seccin, unidades de mantenimiento y otras se oponen al flujo generando prdidas de presin. Garantizar que las prdidas estn en los lmites permisibles es una labor esencial del diseo.

Tabla IV. Prdida de presin de algunos dispositivos neumticos Refrigerador posterior de agua 0,09 bar Refrigerador posterior de aire 0,09 bar Secador frigorfico Secador adsorcin Separadores cermicos Red de tuberas Filtros en general 0,20 bar 0,30 bar 0,10 bar 0,14 bar 0,15 bar

Fuente: Elaboracin propia

Velocidad de circulacin Esta velocidad debe controlarse puesto que su aumento produce mayores prdidas de presin. Para ello es necesario disponer de un sistema eficiente de distribucin del aire comprimido, el aire comprimido tiene que llegar hasta la unidad consumidora en la cantidad correcta, calidad necesaria y presin requerida. El sistema de distribucin se configura normalmente de tal manera que en la entrada de aire de la unidad consumidora siempre se disponga de la presin mnima necesaria, sin importar que tan alejada este dicha unidad. 50

3.2 Elementos que conforman un sistema de aire comprimido Existen varios aspectos a considerar al momento de la eleccin de los elementos que conformarn la red de aire comprimido, entre los aspectos ms importantes a considerar son la eleccin del compresor y su uso. Un sistema de aire comprimido esta conformado por: Sistema compresor, refrigerador del compresor y motor, filtros de aire, filtros separadores de aceite, filtros para agua y partculas, Post-enfriador, tanque almacenador, sistema de condensado y secado de aire, redes, herramientas, mquinas, motores neumticos o uso directo, controles, elementos de medicin, vlvulas de seguridad y unidades de mantenimiento. Los componentes incluidos en una red de aire comprimido suelen representarse mediante smbolos.

Figura 16. Componentes de una red de aire comprimido.

1. Tubera principal 2. Tubera de distribucin 51

3. Tubera de unin 4. Compresor 5. Codo de 90 6. Horquilla para montaje 7. Tubo 8. Vlvula esfrica 9. Tubo acodado 10. Disco de pared 11. Empalme con rosca interior 12. Filtro 13. Lubricador 14. Unidad consumidora 15. Condensado 16. Tubo flexible 17. Derivacin 18. Llave de cierre

Figura 17. Smbolos de componentes de una red de aire comprimido

Fuente: Conceptos generales del aire comprimido

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Compresor Mquina que eleva la presin de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presin del fluido se eleva reduciendo el volumen del mismo durante su paso a travs del compresor o cambiando la velocidad del aire por presin. Los compresores de acuerdo a su funcionamiento pueden clasificarse en dinmicos y de desplazamiento positivo.

Accionamiento Los compresores se accionan, segn las exigencias, por medio de un motor elctrico o de combustin interna. En la industria, en la mayora de los casos los compresores se arrastran por medio de un motor elctrico. Aunque la aplicacin anterior es la mas difundida y utilizada industrialmente, el elemento de accionamiento tambin puede ser un motor de combustin interna. Este tipo de energa es especialmente til para trabajos en terreno en que no se cuenta con electricidad. Si se trata de un compresor mvil, ste en la mayora de los casos se acciona por medio de un motor de combustin (gasolina, Diesel).

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Figura 18. Clasificacin de compresores segn funcionamiento

Fuente: Conceptos generales del aire comprimido Compresor de pistn: la compresin de aire la realiza uno o varios pistones que actan dentro de una camisa o cilindro, los hay de simple o doble efecto.

Figura 19. Funcionamiento del compresor de Pistn

Fuente: Conceptos generales del aire comprimido

Compresor de diafragma: la compresin se efecta mediante una membrana flexible, movida por un pistn. Compresor de tornillo: dos rotores engranados entre si comprimen y desplazan el gas desde la entrada hacia la descarga.

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Compresor de lbulos: rotores giran en direcciones opuestas impulsando volmenes continuos de aire. No producen compresin interna. La compresin tiene lugar en un tanque posterior debido a la entrega sucesiva de aire. Compresor de paletas: la compresin se obtiene por reduccin de volumen de las cmaras de aire formadas por dos paletas adyacentes que sellan contra la carcaza. Compresor radial: el gas entra por el centro de una rueda giratoria, provista de aletas radiales que lanzan el gas por la periferia. El gas atraviesa un difusor para transformar la energa cintica en presin. Compresor axial: el flujo sigue la direccin del eje. El gas pasa por hileras alternadas de paletas fijas y mviles que transfieren velocidad y despus presin al gas.

Filtro de aire Son sistemas ubicados a la entrada de aire del compresor, que atrapan partculas presentes en el aire, para evitar daos en tuberas y herramientas neumticas.

Sistema de refrigeracin del compresor Intercambiador de calor que regula la temperatura interna del compresor, refrigerando el aceite caliente que es inyectado nuevamente al sistema a menor temperatura.

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Tanque de almacenamiento Recipiente a presin que almacena el aire comprimido, para luego ser distribuido a los diferentes consumidores. Posee vlvulas de seguridad y sistemas de control.

Filtros separadores de aceite Actan cuando los sistemas compresores son lubricados, el aire se contamina con aceite que debe ser retirado, para ser recirculado al sistema.

Filtros de aceite Retiran del aceite de lubricacin partculas y suciedad, evitando desgaste del sistema compresor.

Filtro de partculas El aire que proviene de los compresores puede contener cantidades considerables de partculas de suciedad, compuestos voltiles txicos y notxicos junto con partculas de aceite que deben ser retiradas.

Post-enfriador Intercambiador de calor que disminuye la temperatura del aire luego de ser comprimido, para condensar la humedad presente en el aire, pueden ser aire-aire o aire-agua

Separador de agua Los separadores agua/aceite reducen el contenido de aceite en los condensados alcanzando hasta un 99,99% de agua pura para ser descargada en forma directa y legalmente aprobada al alcantarillado.

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Sistema de condensado y secado de aire El aire contiene vapores de agua que al comprimirse o perder temperatura se condensan. Estos contenidos de agua son extrados por los sistemas de condensado y secado de aire.

Redes de distribucin Transportan el aire comprimido desde el compresor a los sistemas consumidores o a los tanques de almacenamiento. Estas redes pueden ser ramificadas o en ciclos cerrados. Estos sistemas de distribucin deben garantizar poca cada de presin entre el compresor y los puntos de consumo, fugas mnimas y alto grado de separacin de condensados en todo el sistema.

Tabla VI. Ventajas y desventajas de estos dos tipos de sistemas

Fuente: Conceptos generales del aire comprimido

Unidades F.R.L. Sistemas ubicados antes de la entrada de aire a las herramientas o mquinas neumticas. Estas unidades filtran, regulan la presin y lubrican, son indispensables para el correcto funcionamiento de los equipos.

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Controles Equipos que regulan las principales variables del sistema como presin, temperatura, caudal y humedad.

Elementos de medicin Sistemas que censan las variables ms importantes en los sistemas de compresin de aire, estos pueden ser: termmetro, manmetro, indicador de caudal, contadores energticos, etc.

3.3 Planificacin y distribucin de una estacin de aire comprimido (diseo de una red de aire) Una buena distribucin del aire comprimido en las instalaciones neumticas, puede lograr ahorrar muchos costos, mediante un adecuado diseo, prevencin de fugas, mejor estanqueidad, mejor tratamiento del aire comprimido, etc. Las estaciones de aire comprimido modernas son, en la mayora de los casos, sistemas complejos que slo funcionarn de manera econmica si este hecho se tiene en cuenta en la planificacin. Como resultado de la racionalizacin y automatizacin de los dispositivos de fabricacin, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire. Cada mquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo abastecido por un compresor, a travs de una red de tuberas. Con independencia del tamao, una instalacin comprender los siguientes elementos: Compresor. Depsito acumulador del aire a presin - comprimido. Depsito de condensacin, con llave de purgado.

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Depsito auxiliar (en caso de instalaciones de gran consumo) Unidad de Mantenimiento (filtro, manmetro, regulador y lubricador).

Figura 20. Esquema de una instalacin de aire comprimido

Fuente: Conceptos generales del aire comprimido

Asesoramiento Para responder a todas estas exigencias, el sistema de aire comprimido tendr que estar perfectamente adaptado al uso, a su lugar de instalacin y a las condiciones ambientales. Debe estar formado por compresores, aparatos de tratamiento y conducciones de dimensiones correctas, contar con sistemas de control eficaces, una tcnica de ventilacin adecuada y un buen sistema de tratamiento de condensados y de ser posible, un sistema de recuperacin del calor.

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Plano de distribucin Para la orientacin general es necesario un plano de distribucin donde se debe incluir la red general de distribucin de aire comprimido, las conducciones de enlace, los puntos de alimentacin de la estacin de compresores. Adems, deben indicarse datos sobre el dimensionado de las tuberas y los materiales, as como los puntos de mayor consumo y cualquier toma de aire que exigen condiciones especiales de presin o de calidad.

Campo de aplicacin del aire comprimido Dado que el aire comprimido es un medio muy verstil, sern imprescindibles datos sobre el campo en el que se va a utilizar. El usuario deber prestar informacin de si el aire habr de utilizarse como aire de control, o para recubrimiento de superficies, herramientas rotatorias, para limpieza, como aire de procesos, etc.

Informacin de los compresores instalados Junto a los modelos y tipos de compresores, debern indicarse sus datos tcnicos, como son la presin de servicio, el caudal, la potencia que consumen, el tipo de refrigeracin.

Tratamiento del aire comprimido En el caso del tratamiento del aire es importante nombrar si este procedimiento tendr lugar de forma centralizada o descentralizada y qu clases de calidad se precisan. Naturalmente, vuelven a ser importantes tambin los datos tcnicos de los componentes. Un diagrama de flujo puede servir como gua general.

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Control y vigilancia de la estacin La armonizacin de los compresores entre s y su rendimiento conjunto son los que ms influyen en la economa de la estacin de compresores, por lo que no podr faltar una descripcin del sistema de control y vigilancia.

Mangueras, reguladores de presin, separadores de agua Suelen ser las mangueras de conexin de los consumidores las que presentan ms fugas. Por est razn, conviene comprobar que se encuentran en buen estado y que no pierden aire. Si se dispone de reguladores de presin, deber comprobarse su ajuste (presin de entrada y de salida) en condiciones de carga. Compruebar tambin el estado y limpieza de los separadores de condensados instalados antes de los reguladores.

Dispositivos de cierre El estado de las conducciones que salen de la red principal influye tambin de modo notable en la eficacia del sistema. Los dispositivos de cierre constituyen en este caso un elemento de peso. De modo que habr que controlar si se trata de llaves de bola con paso total, de vlvulas de cierre, gritera como las de agua o vlvulas angulares.

Sistema de tratamiento de aire comprimido Los criterios de control ms importantes en este caso son el punto de roco conseguido y la presin diferencial que se produce en cada caso. Dependiendo del campo de aplicacin, ser pertinente proceder a otros controles de calidad.

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Estacin de compresores La estacin de compresores propiamente dicha puede presentar tambin algunas deficiencias. Debern examinarse la colocacin de las mquinas, el sistema de ventilacin, la refrigeracin y la instalacin de las tuberas. Adems, es conveniente comprobar la presin diferencial total de los compresores, el tamao de los depsitos de presin y el punto de medida desde el cual se han de regular todos los compresores.

Determinacin de los puntos de medicin Tras la visita de inspeccin al sistema de aire comprimido existente, el especialista puede determinar junto con el usuario los puntos de medicin de la demanda de aire. Habr que medir al menos la presin antes y despus de los aparatos de tratamiento, as como a la salida de la red de aire comprimido.

Medicin de la presin y de la demanda de aire Para medir la presin y la demanda de aire se analizar el funcionamiento de la estacin durante un mnimo de 10 das con ayuda de los registradores de datos ms modernos. Estos registradores graban los datos ms relevantes y los transmiten a un PC, que confeccionar un diagrama detallado de consumo. En l es posible reconocer las cadas, las oscilaciones de presin y consumo, marchas en vaco de los compresores, periodos de marcha en carga y las paradas, as como el reparto de la carga entre los compresores segn sus potencias. Como complemento, durante el anlisis se lleva a cabo tambin una medicin de las fugas.

3.3.1 El entorno de los compresores Los compresores transforman el 100% de la energa que absorben en calor. Por esta razn, la refrigeracin eficaz de las estaciones de aire comprimido es imprescindible para garantizar su buen funcionamiento. El calor

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generado por los compresores puede utilizarse para ahorrar energa. Con la ayuda de los sistemas adecuados, es posible recuperar en forma de calor hasta un 94% de la energa absorbida. Pero adems, en las instalaciones dotadas de un sistema para la recuperacin del calor deber haber un sistema de los costes de refrigeracin de calidad, con el cual podamos ahorrar,

refrigeracin por aire pueden resultar hasta un 30% ms bajos que los costes de refrigeracin por agua. Por tanto, ser preferible una refrigeracin por aire siempre que exista la posibilidad de elegir.

Combinacin de compresores En la mayora de los casos, la mejor solucin consiste en una combinacin de compresores de potencias distintas que armonicen entre s perfectamente. Por regla general se trata de compresores grandes que soportan la carga base y que estn combinados con mquinas ms pequeas que llevan la carga. El sistema superior de control es el responsable de repartir equitativamente el consumo especfico de potencia. Para tal fin, elegir automticamente la combinacin ideal de compresores de carga base y carga punta en cada momento - controlando un grupo de hasta 16 compresores y dentro de un margen de presin de solamente 0,2 bar. La planificacin y la modernizacin de una estacin de compresores deben adaptarse al mximo a las condiciones de espacio.

Un entorno limpio y seco Los compresores debern instalarse de manera que sean suficientemente accesibles y que se garantice la refrigeracin necesaria. La temperatura ambiente del lugar de instalacin de compresores refrigerados por aire o aceite no debe superar los +40 C. En el espacio de aspiracin de los compresores no debern liberarse sustancias peligrosas. Este tipo de

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normativas deben entenderse como un mnimo exigible, ya que su objetivo es reducir al mnimo el riesgo de accidentes.

La sala de compresores En la sala de compresores no debern almacenarse enseres de otra ndole, ni dejar que se acumulen polvo u otras impurezas. El suelo deber ser resistente a la abrasin y, en caso ideal, deber poder limpiarse con agua. Si el aire de aspiracin y de refrigeracin proceden de un ambiente muy cargado de polvo, partculas de holln o similares, ser imprescindible una filtracin preliminar intensiva. Incluso en condiciones de servicio normales, el aire de aspiracin y refrigeracin debern purificarse con filtros integrados en los compresores.

Clima moderado La temperatura ejerce tambin una gran influencia sobre la fiabilidad y el mantenimiento de los compresores, el aire de aspiracin y de refrigeracin no puede estar ni demasiado