Maquinaria Minera

El Aire Comprimido Y Compresores

¿QUE ES EL AIRE?

Es un gas incoloro, insípido e inodoro.

Es una mezcla de gases. La suma total de aire en la atmosfera se calcula en unos 15.17 x 1017 kg.

La composición del aire permanece relativamente constante hasta unos 20 kilómetros de altura.

El Aire Es Una Mezcla Y No Una Combinación Química, Sus Componentes Se Pueden Separar Enfriándola Hasta -196 ºc, Por Destilación Fraccionada.

AIRE LIBRE

Son cantidades en m3/min, lt/min, ó cfm que se dan en los catálogos para el consumo de aire por las herramientas o equipos neumáticos, se refieren al aire libre por minuto (aire atmosférico a la presión y temperatura normales)

Se debe tener en cuenta que la capacidad del compresor también este referido al aire libre, o sea debe existir una correspondencia entre el consumo y capacidad.

Cuando se trata de equipos cuyos valores no se dan en aire libre, debe recurrirse a la conversión:

AIRE COMPRIMIDO

Es el aire atmosférico aspirado por un compresor, para ser disminuido su volumen incrementando la presión con respecto a la atmosférica.

Esta acción se realiza en un lugar denominado sala de compresores.

UTILIZACION DEL AIRE COMPRIMIDO

a) Para el accionamiento de herramientas manualesb) Para la perforación de túneles, labores de desarrollo y explotación de minas.c) Para mezclar y atomizar en el lanzamiento de partículas finas: pintura, shotcrete, etc.d) Para el transporte del fluido por tuberías, de partículas homogéneas o heterogéneas,

conducción del r/h y el r/hn.e) Para el funcionamiento de las bombas neumáticas, ventiladores, cabrestante, tolvas

neumáticas, etc.

1

Q = Q1 (P + 1.033) /1.033

Q: aire libre lt/min.

Q1: aire comprimido, lt/min

P: presión del aire comprimido en Kg/cm2

Maquinaria Minera

CALIDAD DEL AIRE COMPRIMIDO

Los componentes más frecuentes son:

Humedad. Aceite llevado a la siguiente etapa del compresor. Partículas de polvo de la aspiración del compresor Gases aspirados. Bacterias y virus.

HUMEDAD

El aire atmosférico contiene cierta proporción de humedad, depende según el país, la localidad, condiciones climatológicas y estaciones del año.

Las condiciones del aire para retener agua vaporizada están relacionada con la temperatura y la presión, admitiendo más vapor de agua cuando aumenta su temperatura.

El Ciclo De Compresión Tiene Como Consecuencia La Elevación De La Temperatura Y Como Tal Un Calentamiento Del Aire, Este Aire Húmedo Descarga El Compresor, Al Enfriarse Por Radiación Y Convección En Los Depósitos Y Tuberías De Distribución Y Descender La Temperatura Hasta Igualar A La Del Medio Ambiente, Se Condensa El Agua En Forma De Gotas.

La humedad existente en el medio ambiente o aire comprimido puede cuantificarse con:

La humedad absoluta, humedad de saturación, humedad relativa y/o punto de rocío.

HUMEDAD ABSOLUTA

Es El Peso Del Vapor De Agua Existente En Un Kg De Aire Seco

HUMEDAD DE SATURACION

Es El Máximo Peso De Vapor De Agua Que Admite Un Kg De Aire Seco A Una Determinada Temperatura Y Presión.

2

W = 0 .625 Pa(P - Pa )

Pb = P – Pa W : Humedad Absoluta P : Presión Total Del Sistema Pa : Presión Parcial De Vapor

De Agua Pb : Presión Parcial Del Aire

Seco

Maquinaria Minera

HUMEDAD RELATIVA (Wr)

Es la relación existente entre la humedad absoluta (w) y la humedad máxima de saturación (ws)

Wr = 100 % ambiente saturado Wr = 0 % ambiente excento de humedad.

PUNTO DE ROCIO

La humedad de un aire ambiente o comprimido no se condensa

No se producirá condensaciones si la temperatura del aire se mantiene por encima del punto de rocío.

a) Puntos de rocío muy bajos indican aire muy seco por lo tanto de buena calidadb) Puntos de rocío elevados suponen aire con altas humedades relativas.

DAÑOS QUE ORIGINAN LA HUMEDAD

Corrosión de las tuberías metálicas.

o Entorpecimiento en los accionamientos neumáticos.o Errores de medición en los equipos de controlo Pintado defectuoso de superficieso Degradación del poder de los lubricanteso Oxidación de los órganos internos de los equipos receptoreso Disminución del rendimiento de los equipos por congelarse el agua por expansión en el

escape.o . Perdida de presión por fricción cuando se congela el agua en el interior de las tuberías.

DAÑOS QUE ORIGINAN EL ACEITE

Pintado defectuoso de superficies debido a la proyección de gotas de aceite. aumenta el riesgo de explosión en el tanque receptor debido a la temperatura alta de

descarga de las compresoras que pueden llegar al punto de ignición. Provoca un desgaste prematuro de las mangueras de conducción.

VENTAJAS DEL USO DEL AIRE COMPRIMIDO

Los costos son inferiores a otros sistemas de energía. El transporte es fácil a largas distancias. El escape del aire no es toxico ni explosivo. Tiene gran capacidad de regulación y control No presenta riesgos de chispas ni descargas electrostáticas. Los circuitos de aire no están expuestos a los golpes de ariete como los hidráulicos. El mantenimiento de las instalaciones es más económicas.

3

Wr = WWs

x 100 %

Maquinaria Minera

DESVENTAJAS DEL USO DEL AIRE COMPRIMIDO

Las presiones son 10 veces menores que la del sistema hidráulico. Comparando con la energía eléctrica se usa 8 veces más de energía. El aire comprimido no es perfectamente limpio. La existencia de agua en el aire produce la corrosión de las tuberías y accesorios

metálicos de los equipos. Las velocidades de mando no son tan altas como los que admite otro sistema como la

electrónica. La presión atmosférica, la altitud del medio ambiente influye en el comportamiento de

un compresor. Los fallos y las fugas son de poca importancia relativa permanecen ignorados y se sigue

trabajando aun a costa de perjudicar el rendimiento, a pesar que su estado requiera atención.

COMPRESORES

Son máquinas que aspiran el aire del medio ambiente, lo comprime hasta conferirle una presión superior reduciendo su volumen.

CLASIFICACION:

a) COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

- Compresores de pistón

- compresores rotativos

b) COMPRESORES DINAMICOS

- Compresores radiales (centrífugos)

- compresores axiales

4

COMPRESORES DE

DSPLAZAMIENTO

Alternativos

Embolo Diafragma

Rotativos

Paleta Tornillo

Maquinaria Minera

5

Maquinaria Minera

COMPRESOR DE PISTON

DENOMINADO COMPRESORES RECIPROCANTES

La Compresión Se Realiza Por El Movimiento Reciprocante, Hacia Delante Y Hacia Atrás Del Embolo Accionado Mediante Un Cigüeñal Y Una Biela Desde El Eje Del Motor.

CICLO DE COMPRESION

ASPIRACION DEL AIRE ATMOSFERICO COMPRESION DEL AIRE ATRAPADO DESCARGA DEL AIRE COMPRIMIDO

TIPOS DE COMPRESORES DE PISTON:

MONOFASICOS Y BIFASICOS.

LOS COMPRESORES PUEDEN SER DE SIMPLE EFECTO O DE DOBLE EFECTO

COMPRESOR RECIPROCANTE MONOFASICO DE SIMPLE Y DOBLE EFECTO

6

Maquinaria Minera

EFECTO COMPRESOR DE PISTON DE SIMPLE EFECTO

COMPRESOR ALTERNATIVO DE DOBLE EFECTO

7

Maquinaria Minera

COMPRESOR ALTERNATIVO DE DOS ETAPAS, DOBLE EFECTO ESTACIONARIO EN “L”

COMPRESOR RECIPROCANTE BIFASICO, DOBLE ACCION EN “V”

8

Maquinaria Minera

9

COMPRESOR ALTERNATIVO DE UNA SOLA ETAPA CON TRABAJO REAL

COMPRESOR DE PISTON ALTERNATIVO SIMPLE SIN ESPACIO MUERTO (TEÓRICO)

Maquinaria Minera

DIAGRAMA DE UN COMPRESOR ALTERNATIVO DE UNA SOLA ETAPA DE TRABAJO REAL

10

A: Refrigeración que permite una aproximación del ciclo a una transformación isotérmica.

B: Trabajo necesario para efectuar la descarga del

cilindro.

C: Trabajo que el volumen perjudicial no devuelve al

expansionarse y que es absorbido por la compresión

D: Trabajo perdido en el ciclo de aspiración

Maquinaria Minera

DIAGRAMA DE UN COMPRESOR ALTERNATIVO DE DOS ETAPAS

11

Maquinaria Minera

COMPRESOR DE TORNILLO

Es una máquina de desplazamiento positivo que carece de válvulas de aspiración y descarga, la inexistencia de fuerzas mecánicas desequilibradoras, hacen que el compresor funcione a elevadas velocidades.

El equipo consiste de dos rotores entrelazados encerrados dentro de un cuerpo herméticamente dividido en una zona de baja presión y otra de alta presión.

Los espacios libres es cerrado por aceite.

CICLO DE COMPRESION DE COMPRESORES DE TORNILLO

a. Aspiración del aire al espacio lobular a través de la lumbrera abierta de entrada.b. Al girar los rotores cierran la lumbrera de entrada y comienza la compresión del aire

atrapado.c. La acción rotativa produce una compresión suave y progresiva hasta llegar al borde de la

lumbrera de salida.d. En seguida sale el aire comprimido y vuelve a cerrarse la lumbrera de salida. Quedando

lista para el próximo ciclo.

CICLO DE COMPRESION DEL COMPRESOR DE TORNILLO

12

Maquinaria Minera

COMPRESOR DE TORNILLO DE SIMPLE ETAPA

Partes principales:

1) Depósito de aire. 2) Filtro terminal.3) Válvula de admisión.4) Separador de aceite.5) Depósito de aceite.6) Engranajes de sincronización.7) Válvula de retención.8) Rotores macho y hembra.9) Bomba de aceite.10) Filtros de aceite.11) Filtro de admisión de aire.12) Refrigerador de aceite.13) Ventilador de refrigeración.14) Cojinetes

13

Maquinaria Minera

RENDIMIENTO Y EFICIENCIA COMPRESORES

A. Eficiencia de compresión

Es la relación entre el trabajo real necesario para comprimir una determinada cantidad de aire a un volumen dado y el trabajo interior o indicado que realiza el compresor.

Eff. Comp = Potencia real x 100%

Pot. Interior o indicada

RENDIMIENTO MECANICO

Es Una Medida De Los Rozamientos Mecánicos Del Compresor, Pistón-Cilindro Y Accesorios.

14

Maquinaria Minera

RENDIMIENTO ELECTRICO DEL MOTOR

Este Rendimiento Contabiliza Las Perdidas Que Se Producen En El Motor Eléctrico.

EL RENDIMIENTO GLOBAL

También se puede considerar como el producto de los rendimientos: indicado, mecánico y eléctrico.

EFICIENCIA VOLUMETRICA

Es la relación entre el volumen admitido (va) en condiciones ideales de funcionamiento del compresor con volumen muerto (vm) al volumen de desplazamiento (vd).

Para el cálculo de la effv. Real es necesario conocer el caudal real de aspiración en condiciones de trabajo, este valor toma en cuenta las siguientes perdidas:

I. La caída de presión en la aspiraciónII. El calentamiento del aire aspirado

III. La expansión del aire contenido en el espacio muerto.IV. Las perdidas internas y externas.

15

Effv =VaVD

x 100 % =V1 - V4VD

x 100 %

V1 = VM + VD c = VM/VD

VD = A x L x Nº RPM

Effv =VM + VD - VM n√(P2/P1 )VD

Effv = c + 1 - c (P2/P1)1/n

Effv = 1 - c (P2/P1)1/n - 1

Maquinaria Minera

Ω : Factor que depende de las pérdidas en las válvulas y el calentamiento en la aspiración, varia con la relación de compresión, 0.96ε : Volumen muerto relativo, 0.6 a 0.12.

INFLUENCIA DE LA ALTITUD EN EL COMPRESOR

Los efectos que se consideran desfavorables con relación a la altura en base al nivel del mar son:

La disminución de la capacidad. La disminución de la potencia requerida por la unidad de volumen de aire comprimido.

16

V1 = VM + VD c = VM/VD

VD = A x L x Nº RPM

Effv =VM + VD - VM n√(P2/P1 )VD

Effv = c + 1 - c (P2/P1)1/n

Effv = 1 - c (P2/P1)1/n - 1

Maquinaria Minera

FACTOR PARA COMPENSAR LA ALTURA

PARA UN COMPRECION ADIABATICA: P.Vn = K

POTENCIA PARA UN COMPRESOR

Compresores alternativos de una sola etapa

; HP

17

Para una compresión isotérmica: PV = K

F =P1 (P + Ph )Ph (P + P1 )

F =n√ P1( P + Ph )Ph (P + P1 )

PT = 2 P1 [r(n-1) /n ].T

2/T1

Maquinaria Minera

COMPRESIÓN ISOTÉRMICA:

; HP

COMPRESION ADIABATICA:

; HP

PR = PT + Pvf; HP

Pvf = 0.105 (VD) 3/4 ; HP

INSTALACION DEL COMPRESOR

PARAMETROS:

o CONDICION DEL TERRENO.

o UBICACIÓN.

o ASPIRACION DEL AIRE.

o VALVULAS.

o DEPOSITOS.

o TUBERIAS DE IMPULSION.

1. CONDICIONES DEL TERRENO

El terreno debe ser competente, evitar los suelos con arcilla, agua y material orgánico, especialmente turbosos.

Construir la plataforma para la fundación.

2. UBICACIÓN

• El compresor se debe instalar en un ambiente independiente y ventilado, para evitar la elevación de la temperatura.

18

PT = 144 33000

P1 .V . loge .r

PT = 144 33000

P1 .V . N nn-1 [(P2

P1)n−1/Nn

−1] PR =

PT Eff total

Maquinaria Minera

• Los equipos auxiliares deben de instalarse en forma independiente, con la finalidad de facilitar el mantenimiento preventivo y las reparaciones, asimismo la supervisión.

3. ASPIRACION DEL AIRE

la aspiración debe ser limpia y libre de contaminantes sólidos y gaseosos. debe ser lo más fría posible, una disminución de la temperatura en 3ºc aumentara la

masa de aire aspirado en 1% y el volumen de aire comprimido aumentara en el mismo porcentaje.

Un incremento de temperatura de 3ºc reduce la cantidad de aire en 1% aproximadamente. Para la aspiración en el exterior deben de colocarse por lo menos a tres metros por encima del suelo y siempre por encima del techo para evitar reflexiones del ruido.

la tubería de aspiración debe tener una caperuza y una malla protectora.

4. VALVULAS

Se debe colocar una válvula de seguridad inmediatamente después del compresor, con la finalidad de prevenir accidentes en caso se supere el valor de la presión máxima de descarga, así mismo las válvulas de cierre deben ser las de diafragma o de compuerta.

5. DEPOSITOS DE AIRE COMPRIMIDO

• Los depósitos de aire comprimido se construyen en forma de cuerpos cilíndricos de paredes delgadas

• La capacidad del depósito es proporcional a la capacidad de aire comprimido requerido.

• Para demandas constantes, la capacidad no tiene que ser mayor que el suministrado por el compresor, a presión de trabajo, porque el depósito actúa como estabilizador de la presión.

• Para demandas variables el depósito debe tener un margen de capacidad con respecto al volumen suministrado por el compresor a fin de ajustar la demanda y eliminar las fluctuaciones de presión.

DEPOSITOS PARA DEMANDAS VARIABLES:

El Deposito Debe Tener Un Margen De Capacidad Con Respecto Al Volumen Suministrado Por El Compresor A Fin De Ajustar La Demanda Y Eliminar Las Fluctuaciones De Presión

DEPOSITOS PARA DEMANDAS VARIABLES:

VRv = 3 (VR); pies³, m³

• La capacidad útil de un depósito es el volumen de aire libre que se extrae del mismo para la caída admisible.

CAPACIDAD UTIL = VR x P /Pat

19

Maquinaria Minera

P: caída de presión admisible = P1 – P2

(P 1: presión inicial del depósito P2: presión de trabajo máximo admisible).

Pat: presión atmosférica

20

Maquinaria Minera

21