ESTUDIO DE CALIDAD DE LA RED AIRE COMPRIMIDO EN LA PLANTA DEFERRASA S.A.S SEDE ITAGUI CARLOS ANDRS VLEZ SNCHEZ INFORME DE PRCTICA ACADMICASEMESTRE DE INDUSTRIA MEDELLN FACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO INGENIERA MECNICA 2011

ESTUDIO DE CALIDAD DE LA RED AIRE COMPRIMIDO EN LA PLANTA DEFERRASA S.A.S - SEDE ITAGUI CARLOS ANDRS VLEZ SNCHEZ INFORME DE PRCTICA ACADMICA SEMESTRE DE INDUSTRIA PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO MECNICO ASESORES GUILLERMO LPEZ COORDINADOR DE MANTENIMIENTO FERRASA CARLOS TRUJILLO DOCENTE UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA MEDELLN UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO INGENIERA MECNICA 2011

AGRADECIMIENTOS Atodaslaspersonasquemeacompaarondurantemitiempoenla Universidad

INTRODUCCIN Unestudiodelacalidaddeairecomprimidoenunaempresabusca encontrar los puntos dbiles de dicha red y corregirlos elaborando un plan en el cual se busque la reduccin de los problemas presentados, la optimizacin de los sistemas actuales y la instalacin de nuevos equipos ms eficientes y de esta manera disminuir los costos de operacin de los equipos. En este estudio se identifican los componentes de la red de aire de la planta de Ferrasa s.a.s, ya que debido a la gran cantidad de reformas que se le han realizadoalarednosetieneinformacinactualizadadeesta.Adems,la cantidaddeaveraspresentadasenvlvulas,actuadoresydispositivos neumticos, evidencique gran cantidad de agua estaba atrapada en la red y esta condensacin hace que los equipos conectados a dicha red estn en riesgo y su vida til se vea reducida. Tambin,seanalizanconceptoscomolongitudesequivalentesdetubera debidoaaccesorios,perdidasdepresinenlastuberas,humedadrelativa de aire y tanques de almacenamiento para equipos de aire comprimido, con loscualesseesperarealizarunanlisiscompletodelsistemadeaire comprimido dela planta.

RESUMEN Este informe muestra los aspectos ms importantes del estudio de la calidad del aire comprimido realizado en la planta principal deFerrasa s.a.s ubicada en el municipio de Itag. Inicialmentesemuestranlasgeneralidadesdelareddeaire;seexplicaron conceptoscomocaractersticasdelaire,compresores,actuadores, secadores,filtrosytanquesdealmacenamiento,detalmaneraquese puedan identificar los principales componentes de una red de aire. Se presento una metodologa en la cual se caracterizaron los equipos yse identificaron sus caractersticas tcnicasy funcionamiento, ypara la red de airecomprimidosedeterminaronlosconsumostantodeairecomode presin de cada uno de estos. Luegosedeterminoelestadodelaredserealizunanlisisdeesta,yse midila longitud total de la tubera, al igual que se expresaron las longitudes equivalentesdebidoalosaccesorioscomoteesycodos;conesta informacinsecalcularonlasprdidasdepresinenlatuberaydimetro adecuadoparadisminuirlasperdidas,conlaformuladeDarcy-Weishback (1875)defluidosenconductosyelfactordefriccinconlaformuladeColebrook-White(1939),dadoqueestaesvlidaparatodotipodeflujosy rugosidades. Porltimosepresentaronlasoportunidadesdemejoraendondesehizo unamuestradelosrecorridosenlaplantaenloscualessebuscaron deficienciasenlaredylamaneradecorregirlas;tambinsedeterminla cantidad de agua condensada presente en la red y se calcularon tanques de almacenamiento de aire para evitar fluctuaciones de presin y deficiencia de aire en los equipos.

TABLA DE CONTENIDO Pgina INTRODUCCIN RESUMEN 1.DESCRIPCIN DEL PROBLEMA13 2.JUSTIFICACIN15 3.OBJETIVOS15 3.1.Objetivo general15 3.2.Objetivo especifico15 4.GLOSARIO16 5.FERRASA S.A.S17 6.MARCOTERICO:GENERALIDADESSOBRELOS SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO 21 6.1.Generalidades del aire21 6.1.1.Composicin del aire21 6.1.1.Punto de roco22 6.2.Aire comprimido22 6.2.1Ventajas del aire comprimido2 6.2.2Limitantes del aire comprimido23 6.3.Compresores23 6.3.1Tipos de compresores24 6.3.1.1.Compresores de embolo y pistn25 6.3.1.2.Compresor de embolo rotativo25 6.3.1.3.Compresor de diafragma (membrana)26 6.3.1.4.Compresor rotativo multicelular27 6.3.1.5.Compresordetornillohelicoidal,de dos ejes 27 6.3.1.6.Compresor Roots28 6.4.Actuadores29 6.4.1.Actuadores simple efecto29 6.4.1.1.Cilindro de embolo30 6.4.1.2.Cilindro de membrana30 6.4.1.3.Cilindros de membrana enrollable31 6.4.2.Cilindros doble efecto32 6.4.2.1Cilindros con amortiguacin interna32 6.5.Filtros de aire33 6.5.1.Funcionamiento34 6.5.2.Formas de filtracin34 6.5.2.1.Filtracin por superficie34

6.5.2.2.Filtro micro multicapas34 6.6.Secadores36 6.6.1.Secado por absorcin36 6.6.2.Secado por adsorcin37 6.6.3.Secado por enfriamiento38 6.7.Tanques39 7.METODOLOGA: GENERALIDADES DE LA PLANTA ITAGUI41 7.1.Zona compresores42 7.1.1.Compresor No 142 7.1.2.Compresor No 243 7.1.3.Red de aire comprimido zona compresores44 7.1.4.Labores de mantenimiento zona compresores45 7.2.Zona mallas45 7.2.1.Mquina de mallas46 7.2.1.1.Funcionamiento mquina de mallas47 7.2.2.Red de aire comprimido maquina de mallas49 7.2.3.Labores de mantenimiento maquina de mallas50 7.2.4.Mquina trefiladora51 7.2.5.Red de aire comprimido mquina trefiladora52 7.2.5.1.Consumo aire actuadores53 7.2.5.2.Factor de simultaneidad55 7.2.5.3.Factor de uso56 7.2.6.Labores de mantenimiento mquina trefiladora57 7.3.Zona estribadoras57 7.3.1.Funcionamiento mquina estribadora57 7.3.2.Estribadora No 158 7.3.2.1.Reddeairecomprimidoestribadora No 1 59 7.3.3.Estribadora No 259 7.3.3.1.Reddeairecomprimidoestribadora No 2 60 7.3.4.Labores de mantenimiento zona estribadoras60 7.4.Zona Figuracin61 7.4.1.Banco de corte61 7.4.1.1Funcionamiento banco de corte61 7.4.2.Red de aire comprimido banco de corte62 7.4.3.Labores de mantenimiento banco de corte62 8.DETERMINACIN DEL ESTADO DE LA RED63 8.1.Longitud de la tubera63

8.2.Longitudes equivalentes por accesorios64 8.3.Perdidas de presin en la red66 8.4.Resultados68 9.Oportunidades de mejora71 9.1.Problemas en la red actual71 9.2.Contenido de agua en la red72 9.3.Tanques de almacenamiento de aire77 9.3.1.Tanque compresores77 9.3.2.Tanque zona estribadoras78 9.3.3.Tanque banco de corte79 10ANLISIS DE RESULTADOS81 11.CONCLUSIONES83 12.RECOMENDACIONES84 13.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS85

LISTADO DE TABLAS Pgina Tabla 1.Composicin qumica del aire21 Tabla 2.Norma ISO para filtros35 Tabla 3.Requerimientos de calidad de aire comprimido35 Tabla 4.Caractersticas tcnicas compresor No 143 Tabla 5.Caractersticas tcnicas compresor No 244 Tabla 6.Resumen produccin aire compresores45 Tabla 7.Caractersticas tcnicas maquina de mallas46 Tabla 8.Caractersticas tcnicas maquina trefiladora51 Tabla 9.Caractersticas actuadores trefilacin52 Tabla 10.Consumo de aire en litros por cm de carrera del cilindro52 Tabla 11.Datos para clculos de actuador trefilacin53 Tabla 12.Calculo de caudal en los actuadores de trefilacin54 Tabla 13.Factor de correccin CFM de acuerdo a la altura sobre el nivel del mar 54 Tabla 14.Factor de simultaneidad55 Tabla 15.Resumen consumo actuadores trefilacin56 Tabla 16.Caractersticas tcnicas maquina estribadora No 158 Tabla 17.Caractersticas tcnicas maquina estribadora No 260 Tabla 18.Caractersticas tcnicas banco de corte61 Tabla 19.Red de aire de la planta63 Tabla 20.Longitudequivalenteenmetrosdetuberapara accesorios en la red 65 Tabla 21.Rugosidad absoluta de materiales67

LISTADO DE FIGURAS Pgina Figura 1.Tipos de compresores24 Figura 2.Compresor de embolo oscilante25 Figura 3.Compresor de dos etapas con refrigeracin intermedia26 Figura 4.Compresor de membrana26 Figura 5.Compresor rotativo multicelular27 Figura 6.Compresor roots28 Figura 7.Cilindro simple efecto30 Figura 8.Esquema de cilindros de embolo30 Figura 9.Cilindros de membrana31 Figura 10.Cilindros de membrana arrollable31 Figura 11.Cilindro doble efecto32 Figura 12.Cilindro con amortiguacin interna33 Figura 13.Esquema unidad de filtrado33 Figura 14.Secado por absorcin36 Figura 15.Secado por adsorcin37 Figura 16.Secadopor enfriamiento38 Figura 17.Esquema de instalacin de receptores39 Figura 18.Esquema plano distribucin de la planta Itag41 Figura 19.Zona compresores42 Figura 20.Compresor No 142 Figura 21.Compresor No 244 Figura 22.Maquina de mallas46 Figura 23.Payoffs47 Figura 24.Presionadores47 Figura 25.Balancines48 Figura 26.Electrodos y actuadores49 Figura 27.Consumo de aire maquina de mallas49 Figura 28.Maquina trefiladora51 Figura 29.Rodillos enderezadores58 Figura 30. Producto figurado - estribo58 Figura 31.Maquina estribadora No 158 Figura 32.Maquina estribadora No 259 Figura 33.Banco de corte61 Figura 34.Consumo aire banco de corte maquina esttica62 Figura 35.Consumo aire banco de corte en funcionamiento62 Figura 36.Vista isomtrica red de aire63 Figura 37.Nomograma de longitudes equivalentes de tubera65

Figura 38. Perdidas de presin para tubera de 2 de dimetro68 Figura 39.Perdidas de presin para tubera de 1 de dimetro68 Figura 40.Perdidas de presin en la tubera al punto ms alejado de la red 69 Figura 41. Perdidas de presin en la tubera de 2 en funcin de la longitud 69 Figura 42.Perdidas de presin en funcin del dimetro de tubera70 Figura 43.Caractersticas del punto de roco75 Figura 44. Cantidad de agua que ingresa a la red para diferentes humedades relativas de aire 76 Figura 45.Volumen tanque para diferentes tiempos de descarga, estribadoras 80 Figura 46.Volumen tanque para diferentes tiempos de descarga, banco de corte 80 Figura 47.Dimetro adecuado para la red de aire 82

LISTADO DE ANEXOS Pgina ANEXO 1Plano de la red de aire vista isomtrica86 ANEXO 2Programa de clculos de prdidas de presin en MATLAB 88

1. DESCRIPCIN DEL PROBLEMA Actualmente existe un desconocimiento de la distribucin de la red de aire en Ferrasa s.a.s debido a la gran cantidad de reformas que se le han realizado a lared,ynosecuentaconinformacinactualizadaloquenopermitetomar medidas adecuadas para una posible programacin o reforma.

Porotrolado,dadoquenoseconocenlascaractersticasdeoperacin (caudalyaire)delosequipos,encomparacinconloproducidoporlos compresores,estosestnsobredimensionadosypermanecenen funcionamiento durante las 24 horas del da.

Yporltimo,lacondensacindeaguaenlaredhacequelosequipos conectados a esta estn en riesgo y su vida til se vea reducida y por tanto queseaumentenlostiemposdemantenimientoinnecesariosenvlvulas, actuadores y accesorios.

2. JUSTIFICACIN Esteestudiodelacalidad delaire alinteriordela plantase hace necesario debido a que la mayora de los equipos en la planta utilizan aire comprimido para realizar su operacin y eso equivale a gran cantidad de dinero invertido por parte de la empresa. Tambin,puedeserusadoparadefinirfuturasampliacionesymejoras organizacionalesenlaplanta;yaquealestablecerlascaractersticasde consumodelosequiposestopuedeservirparaposterioresestudios energticos.Adems,enelmomentodecomprarnuevosequiposse facilitarladeterminacindelascaractersticasqueestosdebentenerpara su buen funcionamiento dentro de la planta.

3. OBJETIVOS 3.1 Objetivo General Realizar un anlisis de calidad de la red de aire comprimido en la planta de FERRASA S.A.SItag. 3.2 Objetivos especficos

Caracterizarlareddeaireylosequiposinstaladosenlaplanta,a travsdeunainspeccinvisual,informacindecatlogosy mediciones realizadas. Determinar el consumo actual de aire y presin de los equipos, al igual que las prdidas deestos en el sistema. -Identificarlosefectosdelahumedadpresenteenelairecuando ingresa al sistema y su repercusin sobre los equipos. -Identificaroportunidadesdemejoradelareddeaire,detalmanera querepercuta positivamente enlaslabores de mantenimientoyenla disminucin de costos de operacin.

4. GLOSARIO AIRE COMPRIMIDO: Se refiere a una tecnologa o aplicacin tcnica que haceusodeairequehasidosometidoapresinpormediodeun compresor, para la operacin de equipos. CALAMINA:Materialquesepresentacomopolvooescamaspequeas, formadoporoxidodelaminacinquerecubrelasuperficiedelhilo laminado. CALIDAD:LaRAEdefinecalidadcomo:Propiedadoconjuntode propiedadesinherentesaunacosaquepermitenapreciarlacomo igual, mejor o peor que las restantes de su especie CHIPA:alambrn,seconocecomochipaalacerodeconstruccinel cual viene en rollos y se usa en la construccin antes de la obra gris y se usa como refuerzo estructural en vigas y columnas. ESTRIBO: Trmino genrico para definir un elemento formado por hilo de acero liso o nervado, caracterizado por determinada forma geomtrica cerradaoabierta;dondeestpresenteciertonmerodeladosy ngulos. Se utiliza en el campo de la construccin como elemento que formapartedelasestructurasderefuerzodemanufacturasde cemento estriado.

5. FERRASA S.A.S Historia Aceros Ferrasa es una empresa dedicada a la produccin, transformacin y comercializacin de acero fundada en enero de 1963. Desde el ao 2005 se ha destacado dentro de las 100 empresas de mejor desempeo financiero y ventasdelpas.TienepresenciaenlasprincipalesciudadesdeColombia (Medelln, Barranquilla, Montera, Manizales, Bogot y Cali) en las cuales ha encontradomercados prsperosqueapoyanelprogresoylasfortalezasde laorganizacin.Enagostode2010lamultinacionalTernium,perteneciente algrupoTechint,adquiriunaparticipacindel54%deFerrasamediante una contribucin de capital por un monto de US$74.5 millones. Lo ms relevante del 2009: xAdquisicindeplantadetransformacindeaceroenPanamyla apertura de Ferrasa Panam.xAmpliacindelacapacidadinstaladadeproduccinsiderrgicay transformacin de trefilacin, mallas electrosoldadas y figurado. xApertura de nuevo centro de figuracin y distribucin en Manizales. xPuestaenmarchadenuevatecnologaenelcentrodeserviciosde planos en la lnea de blancos.xAmpliacin del centro de distribucin y transformacin de Barranquilla en PIMSA.xAdquisicindeplantadetrefiladosdealambresdemedioyalto carbono. xAniversario 45 aos.Lo ms relevante del 2008: xLanzamiento de la nueva imagen de la marca Ferrasa. xSe da la apertura de la sede en Montera. xSe implementa SAP R/3, el ERP ms eficiente y avanzado del mundo. xNacelafundacinPizarra,cuyoobjetivoseorientaaimpulsary motivarlainvestigacinylainnovacindelaacademiaentemas relacionados con el uso y aplicaciones del acero.

Lo ms relevante del 2007: xFerrasa compra a Acasa siderrgica de Caldas. xSe implementa la nueva estructura corporativa administrativa.xAmpliacindelacapacidadinstaladadelaplantadefiguracinen Medelln. xCompradeterrenosparalaampliacindecentrosdedistribuciny transformacinenlasprincipalesciudades,deacuerdoalplande expansin de la compaa. xAdquisicindenuevamaquinariaparalafabricacindemallas electrosoldadas en Bogot y Cali.Lo ms relevante del 2006: xAdquisicin de flota de transportes propia. Misin En Ferrasa fomentamos el uso del acero en los sectores de la industria y la construccin. Valoramos los sueos de nuestros clientes, convirtindonos en sus ms fuertes aliados para construirlos y juntos transformarlos en grandes ideas que generen progreso para todos. Facilitamoslainnovacinyeldesarrollodeproyectossuministrando productosdeaceroalamedida,conunequipohumanoidneo, comprometidoyenfocadoenelservicio,brindamosasesoray acompaamiento,buscandomaximizarlaeficienciaoperativadenuestros clientes. Visin En el 2017Ferrasa es una compaa rentable y en crecimiento, alcanzando ventasporUSD1.000millonesydistinguindoseporlaproduccin, transformacinycomercializacindesolucionesenaceroparalossectores delaindustriaylaconstruccinenlareginandinayCentroAmrica. Reconocidaporlacercana,asesorayacompaamientoasusclientes, actuandocomosumsgrandealiado.Ferrasaeslamarcadeaceroen Colombia, un emblema de progreso y desarrollo para el pas y la regin.

Polticas de Calidad EnFerrasaS.A.Strabajamosorientadoshacialasatisfaccindenuestros clientes internos y externos. Anuestroclienteinterno,garantizandosubienestareconmicoy proporcionndole condiciones de trabajo fundamentadas en nuestros valores corporativos, seguras y saludables. Anuestroclienteexternoofrecindoleunaconexinefectivaatravsdel acompaamiento,asesorayfielcumplimientodelosacuerdoscomerciales pactados. Noscomprometemosconlaefectividadoperacionalmedianteel mejoramientocontinuodenuestrosprocesos,atravsdelentrenamientoy empoderamientodenuestroscolaboradores,elusoptimodenuestros recursosylaintervencindelosfactoresderiesgoatravsdeprogramas comerciales pactados. Estamos comprometidos con la conservacin del medio ambiente, ejerciendo actividades de prevencin y salvaguarda de nuestros recursos. OBJETIVOS DE CALIDAD a) Crecimiento rentable en busca de la mega. b) Ser el mejor aliado de nuestros clientes en el desarrollo de su negocio. c)Proveerdesarrollo,crecimientoyacompaamientodenuestragente dentro de una organizacin confortable para trabajar. d)Garantizarlaexcelenciaoperativadelosprocesosmediantela optimizacin de los recursos y la innovacin en los mtodos de trabajo. e)Garantizarlaestandarizacindelosprocesosentodalaorganizacin mediante la definicin e implementacin de procesos simples y eficientes.

Valores -SERVICIO:vivimosenpermanentedisposicindeayudarydarlomejor denosotros,paraasegurarlasatisfaccindenuestrosclientesinternosy externos. -CONFIANZA:encomendamosresponsabilidadesennuestros colaboradores,porquecreemosensutrabajobienhechoyensutica personal y profesional. -COMPROMISO:realizamosnuestrotrabajocondedicacin, responsabilidadyporencimadetodoenbsquedapermanentede conquistar las metas y objetivos de nuestra organizacin. -INNOVACIN: actuamos siempre en bsqueda del mejoramiento a travs denuevasformasdehacerlascosas,explotandonuestrosaciertosy aprendiendo de nuestros desaciertos.

6. MARCO TERICO: GENERALIDADES SOBRE LOS SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO 6.1 GENERALIDADES DEL AIRE Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmsfera terrestre, quepermanecenalrededordelaTierraporlaaccindelafuerzade gravedad.6.1.1 Composicin del aire Elaireestcompuestoprincipalmentepornitrgeno,oxgenoyargn (TABLA 1). El resto de los componentes, entre los cuales se encuentran los gasesdeefectoinvernadero,sonelvapordeagua,dixidodecarbono, metano, oxido nitroso y ozono, entre otros. Otro tipo de substancias pueden estarpresenteenpequeascantidadescomopolvo,polenyesporas,y Ceniza volcnica. Tambin es detectable la presencia de elementos vertidos alaatmsferaenformadecontaminantecomoelcloroysuscompuestos, flor, mercurio y compuestos de azufre. TABLA 1. Composicinqumica del aire. Composicin de la atmsfera libre de vapor de agua, por volumen Porcentaje por volumen GasVolumen GasVolumen Nitrgeno (N2)78084% xido nitroso (N2O)0,00% Oxgeno (O2)20946%Monxido de carbono (CO)0,00% Argn (Ar)0,93% Xenn (Xe)0,00% Dixido de carbono (CO2)0,04% Ozono (O3)0 to 7106% Nen (Ne)0,00%Dixido de nitrgeno (NO2)0,00% Helio (He)0,00% Yodo (I2)0,00% Metano (CH4)0,00% Amonaco (NH3)trazas Criptn (Kr)0,00% No incluido en aire seco: Hidrgeno (H2)0,00% Vapor de agua (H2O) ~0,40% en capas altas de la atmsfera, normalmente 1% a 4% en la superficie

6.1.2 Punto de roco El punto de roco se define como: la temperatura debajo de lacual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse. Tambin es el punto de 100% dehumedad.Lahumedadrelativadeunamuestradeaire,puede determinarse por su punto de roco. Existen varios mtodos para determinar la temperatura del punto de roco. Unmtodoparadeterminarelpuntoderococonbastanteprecisin,es colocar un fluido voltil en un recipiente de metal brillante; despus, se agita el fluido con un aspirador de aire. Un termmetrocolocado dentro del fluido indicar la temperatura del fluido y del recipiente. Mientras se est agitando, debeobservarsecuidadosamentelatemperaturaalacualapareceuna niebla por fuera del recipiente de metal. Esto indica la temperatura del punto de roco. 6.2 AIRE COMPRIMIDO El aire comprimido es conocido por el hombre desde pocas remotas, ya que escritos que datan del siglo I de la era cristiana, mencionan la utilizacin del airecomprimidoparalaobtencindeenergayespecficamenteel accionamiento de mecanismos mediante aire caliente. Sin embargo solo hasta el siglo pasado se empez a estudiar e investigar el comportamientoylaspropiedadesdelairecomprimido,llegandoatener aplicaciones en procesos industriales desde la decada de los 50, cuando se descubrilafacilidadderacionalizaryautomatizaratravsdelatcnica neumtica. Elairecomprimidohaexperimentadoenestosltimostiemposunauge inusitado debido a su alto poder de adaptacin a cualquier sistema de trabajo organizado,siendoevidentequesuscualidadesinnataslohacen recomendableparaejecutarlaboresquedifcilmentepuedencubrirotras energasquecarezcandelaflexibilidadquellevaimplcitaelaire comprimido. Lostrminosneumticoyneumticasederivandelaexpresingriega pneuma,quesignificahlito,soplo,aire.Elaireparalasaplicacionesdela neumtica lo obtenemos del manto gaseoso con el que est envuelta la tierra y especialmente, de la parte ms cercana llamada troposfera. 6.2.1 Ventajas del aire comprimido Transportable.Debidoasucompresibilidadsepuedealmacenary transportar en recipientes o a travs de tuberas.

Limpio.Noproduceresiduoscontaminantesloquepermiteutilizarloen muchas industrias como laboratorio, de alimentos, textiles entre otros. Rpido.Permiteelevadasvelocidadesdetrabajoquepuedenser fcilmenteregulables. Antideflagrante. No produce riesgo de explosin ni incendio. Abundante. Existe en grandes cantidades en cualquier parte del mundo. Temperatura.Elairecomprimidonopierdeeficienciaanatemperaturas elevadas. Sobrecargable. No hay riesgo de averiar elementos neumticos de trabajo, puesto que estos paran en caso de sobrecarga de los sistemas. 6.2.2 Limitantes del aire comprimido Fuerza. Presenta limitacin por carga, mximo 2 toneladas. Preparacin.Requiereprocesosyelementoscostososparaeliminarla humedad que contiene, ya que puede causar daos a elementos de trabajo e inclusive al mismo proceso en que se encuentre implicado. Ruido. Presenta elevados niveles de ruido en los exostos. Compresibilidad.Debidoaestanosepuedenobtenermovimientos uniformes ni precisos. 6.3 COMPRESORES Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presin del aire al valor de trabajo deseado.Los mecanismos y mandos neumticos se alimentan desde una estacin central. Entonces no es necesario calcular niproyectarlatransformacindelaenergaparacadaunodelos consumidores. El aire comprimido viene de la estacin compresora y llega a las instalaciones a travs de tuberas. Loscompresoresmvilesseutilizanenelramodelaconstruccinoen mquinas que se desplazan frecuentemente. En el momento de la planificacin es necesario prever un tamao superior de lared,conelfindepoderalimentaraparatosneumticosnuevosquese

adquieranenelfuturo.Porello,esnecesariosobredimensionarla instalacin,alobjetodequeelcompresornoresultemstardeinsuficiente, puestoquetodaampliacinulteriorenelequipogeneradorsuponegastos muy considerables. Esmuyimportantequeelaireseapuro.Siespuroelgeneradordeaire comprimido tendr una larga duracin. Tambin debera tenerse en cuenta la aplicacin correcta de los diversos tipos de compresores. 6.3.1 Tipos de compresores Segnlasexigenciasreferentesalapresindetrabajoyalcaudalde suministro, se pueden emplear diversos tipos de construccin (Figura 1). Se distinguen dos tipos bsicos de compresores: Elprimerotrabajasegnelprincipiodedesplazamiento.Lacompresinse obtieneporlaadmisindelaireenunrecintohermtico,dondesereduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor de mbolo (oscilante o rotativo). Elotrotrabajasegnelprincipiodeladinmicadelosfluidos.Elairees aspirado por unlado y comprimido como consecuencia de la aceleracin de la masa (turbina). Figura 1.Tipos de compresores.

6.3.1.1 Compresores de mbolo o de pistn oscilante Compresor de mbolo oscilante (Figura 2). Este es el tipo de compresor ms difundidoactualmente.Esapropiadoparacomprimirabaja,mediaoalta presin.Sucampodetrabajoseextiendedesdeunos1.100kPa(1bar)a varios miles de kPa (bar). Figura 2.Compresor de mbolo oscilante. Estecompresorfuncionaenbaseaunmecanismodeexcntricaque controlaelmovimientoalternativodelospistonesenelcilindro.Cuandoel pistn hace la carrera de retroceso aumenta el volumen de la cmara por lo queaumentaelvolumendelacmara,porloquedisminuyelapresin interna,estoasuvezprovocalaaperturadelavlvuladeadmisin permitiendo la entrada de aire al cilindro. Una vez que el pistn ha llegado al puntomuertoinferioriniciasucarreraascendente,cerrndoselavlvulade aspiracin y disminuyendo el volumen disponible para el aire, esta situacin originaunaumentodepresinquefinalmenteabrelavlvuladedescarga permitiendo la salida del aire comprimido ya sea a una segunda etapa o bien al acumulador. Eselcompresormasdifundidoanivelindustrial,dadasucapacidadde trabajarencualquierrangodepresin.Normalmente,sefabricandeuna etapa hasta presiones de 5 bar, de dos etapas para presiones de 5 a 10 bar y para presiones mayores, 3 o ms etapas. 6.3.1.2 Compresor de mbolo rotativo Consiste en un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio (Figura 3). El aire es comprimido por la continua reduccin del volumen en un recinto hermtico.

Figura 3. Compresor de dos etapas con refrigeracin intermedia. 6.3.1.3 Compresor de Diafragma (Membrana) Este tipo forma parte del grupo de compresores de mbolo. Una membrana separaelmbolodelacmaradetrabajo(Figura4);elairenoentraen contacto con las piezas mviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estar exento de aceite. El movimiento obtenido del motor, acciona una excntrica y por su intermedio el conjunto biela - pistn. Esta accin somete a la membrana a un vaivn de desplazamientoscortoseintermitentesquedesarrollaelprincipiode aspiracin y compresin. Debidoaqueelaire noentraencontacto conelementoslubricados,elaire comprimidoresultadeunamayorpureza,porloquelohaceespecialmente aplicable en industrias alimenticias, farmacuticas, qumicas y hospitales. Figura 4. Compresor de membrana.

6.3.1.4 Compresor rotativo multicelular Unrotorexcntricogiraenelinteriordeuncrtercilndricoprovistode ranurasdeentradaydesalida.Lasventajasdeestecompresorresidenen susdimensionesreducidas,sufuncionamientosilenciosoysucaudal prcticamente uniforme y sin sacudidas (Figura 5). Figura 5. Compresor rotativo multicelular. Elrotorestprovistodeunciertonmerodealetasquesedeslizanenel interior de las ranuras y forman las clulas con la pared del crter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrfuga contra la pared del crter,ydebidoalaexcentricidadelvolumendelasclulasvara constantemente. Tiene la ventaja de generar grandes cantidades de aire pero con vestigios de aceite,porloqueenaquellasempresasenquenoesindispensablela esterilidad presta un gran servicio, al mismo tiempo el aceite pulverizado en el aire lubrica las vlvulas y elementos de control y potencia. 6.3.1.5 Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes Dostornilloshelicoidalesqueengrananconsusperfilescncavoyconvexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. Los tornillos del tipo helicoidal(Figura6)engrananconsusperfilesydeesemodoselogra reducir el espacio de que dispone el aire. Esta situacin genera un aumento delapresininternadelaireyademsporlarotacinyelsentidodelas

hlices es impulsado hacia el extremo opuesto. Los ciclos se traslapan, con lo cual se logra un flujo continuo. A fin de evitar eldesgastedelostornillos,estosnosetocanentresi,nitampococonla carcasa,locualobligaautilizarunmecanismodetransmisinexternoque permita sincronizar el movimiento de ambos elementos. Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000m/hy 25 bar) pero menospresenciadeaceitequeeldepaletas.Ampliamenteutilizadoenla industria de la madera, por su limpieza y capacidad. Figura 6. Compresor de tornillo helicoidal. 6.3.1.6 Compresor Roots En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen seamodificado.Enelladodeimpulsin,laestanqueidadseasegura mediante los bordes de los mbolos rotativos (Figura 6).Como ventaja presenta el hecho que puede proporcionar un gran caudal, lo quelohaceespecialparaempresasquerequierensoplar,movergran cantidad de aire, su uso es muy limitado. El accionamiento tambin se asegura exteriormente, ya que por la forma de los elementos y la accin del roce no es conveniente que los mbolos entren en contacto.

Figura 6. Compresor Roots. 6.4 ACTUADORES Laenergadelairecomprimidosetransformapormediodecilindrosenun movimiento lineal de vaivn, y mediante motores neumticos, en movimiento degiro.Sedividenendosgrandesgrupos,loscilindrosdesimpleefectoy los cilindros de doble efecto. 6.4.1 Cilindros simple efecto Estoscilindrostienenunasolaconexindeairecomprimido(Figura7).No puedenrealizartrabajosmsqueenunsentido.Senecesitaaireslopara unmovimientodetraslacin.Elvstagoretornaporelefectodeunmuelle (resorte) incorporado o de una fuerza externa. El resorte incorporado se calcula de modo que haga regresar el mbolo a su posicin inicial a una velocidad suficientemente grande. En los cilindros de simple efecto con muelle incorporado, la longitud de ste limita la carrera. Por eso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos 100 mm. Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar, apretar, levantar, alimentar, etc.

Figura 7.Cilindro de simple efecto. 6.4.1.1 Cilindro de mbolo La estanqueidad se logra con un material flexible (perbunano), que recubre el pistn metlico o de material plstico. Durante el movimiento del mbolo, los labios de junta se deslizan sobre la pared interna del cilindro (Figura 8). Enlasegundaejecucinaqumostrada,elmuellerealizalacarrerade trabajo; el aire comprimido hace retornar el vstago a su posicin inicial . Aplicacin: frenos de camiones y trenes. Ventaja: frenado instantneo en cuanto falla la energa. Figura 8 . Esquema de cilindros de embolo. 6.4.1.2 Cilindros de membrana Unamembranadegoma,plsticoometalreemplazaaqualmbolo.El vstagoestfijadoenelcentrodelamembrana.Nohaypiezas estanqueizantes que sedeslicen, se produce un rozamiento nicamente por la dilatacin del material (Figura 9).

Aplicacin: Se emplean en la construccin de dispositivos y herramientas, as como para estampar, remachar y fijar en prensas. Figura 9. Cilindro de membrana. 6.4.1.3 Cilindros de membrana arrollable La construccin de estos cilindros es similar a la de losanteriores. Tambin seempleaunamembranaque,cuandoestsometidaalapresindelaire, se desarrolla a lo largo de la pared interior del cilindro y hace salir el vstago Las carreras son mucho ms importantes que en los cilindros de membrana (aprox. 50-80 mm). El rozamiento es mucho menor (Figura 10). Figura 10.Cilindro de membrana arrollable.

6.4.2 Cilindros doble efecto Lafuerzaejercidaporelairecomprimidoanimaalmbolo,encilindrosde doble efecto, a realizar un movimiento detraslacin en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza til tanto en la ida como en el retorno Loscilindrosdedobleefecto(Figura11)seempleanespecialmenteenlos casosenqueelmbolotienequerealizarunamisintambinalretornara suposicininicial.Enprincipio,lacarreradeloscilindrosnoestlimitada, perohayquetenerencuentaelpandeoydobladoquepuedesufrirel vstago salido. Tambin en este caso, sirven de empaquetadura los labios y mbolos de las membranas. Figura 11.Cilindro de doble efecto. 6.4.2.1 Cilindros con amortiguacin Interna Cuandolasmasasquetrasladauncilindrosongrandes,alobjetodeevitar un choque brusco y daos es utiliza un sistema de amortiguacin que entra enaccinmomentosantesdealcanzarelfinaldelacarrera.Antesde alcanzar la posicin final, un mbolo amortiguador corta la salida directa del airealexterior.Encambio,esdisponedeunaseccindeescapemuy pequea, a menudo ajustable (Figura 12). Elairecomprimidosecomprimemsenlaltimapartedelacmaradel cilindro. La sobrepresin producida disminuye con el escape de aire a travs de las vlvulas antirretorno de estrangulacin montadas (seccin de escapo pequea).Elmbolosedeslizalentamentehastasuposicinfinal.Enel cambio de direccin del mbolo, el aire entra sin obstculos en la cmara del cilindro por la vlvula antirretorno.

Figura 12. Cilindro con amortiguacin interna. 6.5 FILTROS DE AIRE La funcin de los filtros de aire (Figura 13) es retirar el agua que se precipita enelsistemadetuberasenlaformadecondensado,dadoquepuede producir la corrosin de los equipos conectados a dicho sistema. Estahumedadpuedeexistirancuandoseutilicensistemasdesecadores deaire,claroestqueenunacantidadmuchomenor.Asmismo,elaire comprimidotransportapartculasdesprendidasdelasparedesdelas tuberas,ypartculasdedesgastedelcompresor;queenconsecuencia originanatascamientos,desgastesyaverasenlosequiposdetrabajoen utilizacin. Figura 13. Esquema unidad de filtrado.

6.5.1 Funcionamiento Al entrar el aire comprimido en la carcasa del filtro (2) a travs de las ranuras gua(1)espuestoenrotacinelevandolavelocidaddecirculacin,siendo proyectadaslasgotasdeaguaexistentes,porelenfriamientoyelefecto centrfugo.Elcondensado,impurificadoconpartculasdesuciedad,se recoge en la parte inferior del vaso del filtro y debe ser evacuado al alcanzar lamarcamximadecondensado,yaquedelocontrarioseradenuevo arrastrado por la corriente de aire y llegara hasta el consumidor. Laspartculasslidasmayoresalosporosdelcartuchodelfiltro(3)son retenidasporste,porloquepuedeobturarseeneltranscursodeltiempo debido a estas partculas slidas. Por este motivo, el cartucho filtrante debe limpiarseocambiarseperidicamente.Encasodeproducirseunagran cantidaddecondensadoserecomiendainstalarunpurgadoautomticoen sustitucin del tornillo de purga manual (4). 6.5.2 Formas de filtracin Laeliminacindelaspartculascontenidasenelairecomprimidosepuede hacer por medio de filtros. Los filtros pretenden obstaculizar el paso de estas impurezas, retenindolas en su cuerpo. Unavezqueelcuerpofiltrantesehasaturadoconlaspartculas contaminantesdeberdeserreemplazadoolimpiadosegnseaelmtodo de filtracin que se haya elegido. 6.5.2.1 Filtracin por superficie Funcionaporelprincipiodeestrangulacinenelquetodaslaspartculas mayores al tamao de los poros son retenidas. La principal ventaja es que una solucin simple y econmica. Ladesventajaesquefiltranicamentepartculasslidas,ynofluidos(sin embargo, algunos fluidos se filtran con un estrangulador ciclnico) 6.5.2.2 Filtro de micro multi-capas Estefiltrotienelaformadecilindrohuecoyconsisteenvariascapas filtrantes, soportadas en un tubo metlico. Elfiltronosolamenteremuevelaspartculasslidas,sinotambinretiene fluidos como agua y aceite.

Elmaterialdepequeasrendijascolectaelfluidoydirectamentelomanda hacia la parte inferior. Como principales ventajas podemos mencionar que filtra partculas y fluidos y tiene una gran superficie de contacto. La desventaja de este tipo de filtro es la cada de presin que genera en el sistema. Lascaractersticasquedebencumplirlosfiltrosseespecificanmediante normas internacionales. A continuacin se describe la norma ISO para filtros (Tabla 2). TABLA 2. Norma ISO para filtros. Clase Tamao de partculas Punto de roco en C Mximo contenido de aceite mg/m3 10,1-700,01 21-400,1 35-201 415+35 540+725 6-+10- Acontinuacinsedetallanalgunosejemplosdecalidaddeairecomprimido requerido (Tabla 3). TABLA 3. Requerimientos de calidad de aire comprimido. Aplicaciones Clase Slidos Agua Aceite Minas575 Limpieza564 Mquinas de soldado565 Mquinas y herramientas545 Cilindros neumticos345 Empaquetado543 Sensado22-32 Industria alimenticia241 Procesos de fotografa121

6.6 SECADORES Acausadelcalorgeneradoduranteelprocesodecompresin,elaire comprimido sale con un grado de saturacin del 100% en la mayora de los casos;alirdisminuyendolatemperaturadelairecomprimidodurantesu permanencia en el tanque y su paso por los diferentes accesorios y tuberas, pierdecapacidadderetenervapordeagua,locualgenerainevitablemente condensados, (agua lquida). 6.6.1 Secado por absorcin El secado por absorcin (Figura 14) es un procedimiento puramente qumico. Elairecomprimidopasaatravsdeunlechodesustanciassecantes.En cuantoelaguaovapordeaguaentraencontactocondichasustancia,se combinaqumicamenteconstaysedesprendecomomezcladeaguay sustancia secante. Estamezclatienequesereliminadaregularmentedelabsorbedor.Ellose puede realizar manual o automticamente. Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al ao). Almismotiempo,enelsecadorporabsorcinseseparanvaporesy partculasdeaceite.Noobstante,lascantidadesdeaceite,sisongrandes, influyen en el funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino delante de ste. Figura 14. Secado por absorcin.

El procedimiento de absorcin se distingue: -Instalacinsimple-Reducidodesgastemecnico,porqueelsecadorno tiene piezas mviles - No necesita aportacin de energa exterior 6.6.2 Secado por adsorcin Esteprincipiosebasaenunprocesofsico.(Adsorber:Depositode sustancias sobre la superficie de cuerpos slidos). Elmaterialdesecadoesgranulosoconcantosvivosoenformadeperlas. Secomponedecasiun100%dedixidodesilicio.Engeneralseledael nombre de Gel. Lamisindelgelconsisteenadsorberelaguayelvapordeagua(Figura 15). El aire comprimido hmedo se hace pasar a travs del lecho de gel, que fija la humedad. Lacapacidadadsorbentedeunlechodegelesnaturalmentelimitada.Si estsaturado,seregeneradeformasimple.Atravsdelsecadorsesopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado. Elcalornecesarioparalaregeneracinpuedeaplicarsepormediode corriente elctrica o tambin con aire comprimido caliente. Disponiendoenparalelodossecadores,sepuedeemplearunoparael secado del aire, mientras el otro es regenera (soplndolo con aire caliente). Figura 15. Secado por adsorcin

6.6.3 Secado por enfriamiento Los secadores de aire comprimido por enfriamiento (Figura 16) se basan en el principio de una reduccin de la temperatura del punto de roco. Seentiendeportemperaturadelpuntoderocoaquellaalaquehayque enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado intercambiador de calor de aire-aire. Elairecalientequeentraenelsecadorseenframedianteairesecoyfro proveniente del intercambiador de calor (vaporizador). Elcondensadodeaceiteyaguaseevacuadelintercambiadordecalor,a travs del separador. Esteairepreenfriadopasaporelgrupofrigorfico(vaporizador)yseenfra mshastaunatemperaturadeunos274,7K(1,7C)Enesteprocesose elimina por segunda vez el agua y aceite condensados. Seguidamentese puedehacerpasarelairecomprimidoporun filtrofino,al objeto de eliminar nuevamente partculas de suciedad. Figura 16. Secado por enfriamiento.

6.7 TANQUES Unreceptor(Tanque)deaireesesencialparacadasistemadeaire comprimidoparaactuarcomounamortiguadoryunmediode almacenamientoentreelcompresoryelsistemadeconsumo(Figura17). Existenenprincipiodosreceptoresdiferentesdeaireenunsistema deaire comprimido: PRIMARIAreceptor-ubicadocercadelcompresor,despusdequeel refrigeradorposterior,peroantesdelafiltracinysecado SECUNDARIA receptores - situado cerca de los puntos de mayor consumo de aire intermitente Figura 17. Esquema de instalacin de tanques. Lacapacidadmximadelcompresorenunsistemabiendiseadosiempre sobrepasa el consumo de aire mximo medio del sistema (consumo mximo mediodelaireeselconsumopromediodelaireduranteuntiempo razonable). Dadoquelacapacidadmximadeuncompresordeairetambinsiempre sobrepasaelconsumomnimodeaireenelsistema-elcompresordebe modular su capacidad durante el trabajo normal, a menudo mediante el uso deestrategiasbsicascomomodulacindelencendido/apagadoo estrategias ms avanzadas como variadores de frecuencia e inversores. Las estrategias bsicas de modulacin causan ms variaciones de presin en los sistemasdeairecomprimidoquelasestrategiasmsavanzadas. Adems,elconsumodeairevaradebidoalosprocesosdeapoyo.En perodosmscortosdelademandadeairecomprimidopuedeincluso

superarlacapacidadmximadelcompresor.Dehecho,escomnenlos sistemasbiendiseadosnoestdiseadoelcompresorparalacarga mxima observada. Losreceptoresdeaireenlossistemasdeairecomprimidosirvenpara procesos importantes como: -Equilibrarlavariacindelapresindesdeelinicio/paradayla secuencia de modulacin del compresor. -Elalmacenamientodelvolumendeaireparacompensarlavariacin en el consumo ola demanda del sistema. -Recogida de condensado y agua en el aire despus del compresor.

7. METODOLOGA: GENERALIDADES DE LA PLANTA ITAGUI LaplantadeFERRASAS.A.SestubicadaenelmunicipiodeItag, departamentodeAntioquia,estdivididaencuatrozonasprincipales:zona de compresores, zona de figuracin dentro de la cual est ubicado el banco decorte;zonadeestribadoras;ylazonademallas,enlacualestn ubicadas la mquina de mallas y la maquina trefiladoras (figura 1). Figura 18. Esquema plano de distribucin de la planta Itag.

7.1 ZONA COMPRESORES Lazonadecompresores(Figura19)delaplantaestubicadaenelcentro deestaentrelazonadefiguracinylazonadeestribadoraslaconforman por dos compresores (25 Hp y 50 Hp, respectivamente). Figura 19. Zona compresores. 7.1.1 COMPRESOR No 1 Compresor INGERSOL RAND modelo: SSR EP25SE Estecompresorconstituyeelcompresordeapoyodelaplanta,soloes utilizado cuando la mayora de los equipos estn en produccin (Figura 20). Figura 20. Compresor 1.

TABLA 4. Caractersticas tcnicas Compresor No 1 Modelo del compresorSSR-EP25SE Capacidad95 CFM Presion de operacion125 PSIG Max. Descarga de presion128 PSIG Max. Presion modulo128 PSIG Potencia Nominal del motor25 HP Nominal fan motorN/A HP Total package Amps70/35 voltaje230/460 fase/herZ01/03/1960 Voltaje control120 Numero de serieKE1397U95118 Contactor amp. rating90 Assembly amp. rating90 Locked rotor amp. Rating of assy. 540

7.1.2 COMPRESOR No 2 Compresor GARDNER DENVER modelo: EDEQJG serie: U09874 Estecompresoresutilizadodurantetodoeltiempodeproduccin,solose detieneparamantenimientoocuandolaproduccindelaproduccindela planta es muy baja, lo que se traduce en poca demanda de aire comprimido en la produccin. TABLA 5. Caractersticas tcnicas Compresor No 2 Modelo NoEDECJG IdentificacinB9EAB9A Serial NoU09874 RPM4105 Potencia Nominal Compresor50 Hp Voltaje Entrada230 V Presin Max. Operacin125 psig Presin de descarga125 psig

Voltaje Control24 V Corriente1,0 A Frecuencia60 Hz Fecha FabricacinAgosto de 1994 Seprogramounmantenimientopreventivoelcualconstituyoencambiode filtros, reposicin de aceite, limpieza general del equipo y del rea para evitar futuras contaminaciones. Adems de esto se le corrigieron fugas de aceite y se reprogramo para que sutrabajo se realizara de acuerdo a las demandas actualesdelaplanta(Figura22).Acontinuacinsepuedeobservarel cambio del compresor debido al mantenimiento realizado. Antes del mantenimientoDespus del mantenimiento Figura 21. Compresor No 2. 7.1.3 Red de aire comprimido zona compresores Dadoaquenosetieneregistrodelacantidaddeairequeproduceeste compresorseutilizparalosclculosdelareddeairelarelacinemprica quedicequeuncompresordetornilloproducepor1Hpdepotencia3.93 CFM de aire, con lo que tendramos que este compresor produce 196.5 CFM de aire. Porotroladodespusderealizarinspeccionesalequiposeencontrque ambosequipostrabajandemanerareciclantemanteniendounapresinde 110 psi.

RESUMEN DE PRODUCCION DE AIRE: A continuacin se muestran las caractersticas del aire que se va a usar para losclculosdelareddeaire,deacuerdoalaproduccindelos compresores: TABLA resumen produccin aire compresores CompresorProduccin Aire Presin a la red Compresor 195 CFM110 psi Compresor 2196.5 CFM110 psi TOTAL291.5 CFM110 psi 7.1.4 Labores de mantenimiento zona compresores Laslaboresrealizadaseneldepartamentodemantenimientoenlazonade los compresores fueron las siguientes: -Elaboracindeformatosdeinspeccindeequipos,dentrodel programa de mantenimiento preventivo para los compresores. -Inspeccin y control a los mantenimientos realizados. 7.2 ZONA MALLAS La zona de mallas est compuesta por dos equipos, la mquina de mallas y la trefiladora. Elmaterialllegaalaplantaenformadechipadealambre,lacuales montada en la Maquina trefiladora por medio de un montacargas; el alambre esgrafiladoytrefiladoenlamaquinaTrefiladora,formandocarretasde alambre.Posteriormente,estealambreesmontadoenlosPayoffsdela Maquinademallaspormediodeunpuentegra,yenestamquinase fabrican las mallas por medio de soldadura elctrica, en un proceso llamado electro soldado.

7.2.1 Mquina de mallas Soldadora de Mallas CLIFFORD Modelo: CLW24 Figura 22. Mquina de mallas. TABLA 7. Caractersticas tcnicas mquina de mallas Marca:Clifford ModeloCLW 24 No de alambres16 Dimetro alambre lineal: Max./Min.8,5 mm/4 mm Dimetro alambre cruzado: Max./Min.8,5 mm/4 mm Largo alambre cruzado: Max./Min.2500 mm/1200 mm Paso alambre lineal:50 mm min, variable infinitamente Herramental para los pasos siguientes para el alambre lineal suministrado por la maquina 50, 100, 150, 200, 250, 300 mm Paso alambre cruzadoInfinitamente variable desde 50 mm con incrementos de 0,1 mm

Numero de prensas soldadoras8 Numero de electrodos inferiores16 Transformadores de soldadura6 x 150 kVA = 900 kVA Total Sistema enfriamiento por aguaElectrodos superiores, electrodos inferiores, tiristores, transformadores, cables flexibles de corriente. Programacin del computador:nmero de programas5000 tipo de computadorpentium Bosch capacidad de almacenamiento20 Gb interfacepantalla tactil Controles de soldadura:conmutadorTiristor No. de unidades de control6 Sistema de indicacin:tipoAlimentador de rodillos conducidoservomotor AC Velocidad120 m/min Sistema de controlMitsubishi A1 Velocidad de operacin mxima125 alambres cruzados/min Tipo de alambreSAE 1008 SAE 1015 7.2.1.1 Funcionamiento mquina de mallas Payoffs (desenlazador) Son los encargados de almacenar la chipa despus de ser trefilada, para alimentarla a la maquina; estos se componen de 16 payoffs longitudinales y 2 transversales.Figura 23. Payoffs.

Balancines Launidaddebalancines(Figura24) incorporaunsistemadedeteccin deenredamientos,loscuales detectanunenredamientoenel alambrepormediodeunsensorde proximidadquefuncionacomo freno,ubicadoenlapartesuperior de los rodillos Existeotrosensorubicadojusto antesdelasegundaunidadde balancn, cuyo propsito es detector laexistenciaonodealambreenla lneadeproduccin.Sinoexiste alambreelsensorseactivay detiene la maquina Figura 24. Balancines. Presionadores:CLW24 mecanismo rotativo clasificador Estesistemaesusadopara enderezarlosalambres.Los alambresqueingresanpasanala mquina de mallas un paso a la vez usando un rodillo que se encarga de determinarelpasodelalambre sincronizndoloconelpasodelos alambres transversales (Figura 24). Tambinincorporaunsistemade levantamientodetubosguapara minimizarlafriccinenlos electrodos inferiores. Estetipodemaquinaspueden operarhasta120alambres trasversales por minuto. Figura 25. Presionadores.

CONSUMO DE AIRE0501001502002500.66.612.618.624.630.636.642.648.654.660.666.672.678.684.690.696.6103109115121127133139145151157163169175Tiempo (Seg)Caudal (L/min)CONSUMO DE AIRE0200400600800100012001 7131925313743495561677379859197103109115121127133139145151157163169175Tiempo (Seg)Caudal (L/min)Electrodos y actuadores Elmontajedeloselectrodos inferiores(Figura25)estdiseado con una cola de milano estndar con laformadelelectrodoinferior,que estfabricadaenunaaleacinde tungstenolacualaseguraunalarga vida. Estnconectadosalos transformadoresatravsdeun sistemadeenfriamientoporagua, provenientedelatorrede enfriamiento. Losactuadoressonlosencargados deunirloselectrodosinferioresy superiores,porloscualespasauna corrienteelctricaqueproduceun arcoquepermitesoldarelalambre quevienedelospayoffs trasversales con el que viene de los presionadores y formar las mallas. Figura 26. Electrodos y actuadores. 7.2.2 Red de aire comprimido maquina mallas Acontinuacinsemuestranlosresultadosdeunestudiodeconsumosde aire realizado por la empresa FESTO Colombia (Figura 27): consumo aire maquina estticaconsumo aire maquina Figura 27. Consumo de aire maquina de mallas.

Consumo: Presin de trabajo: 6.5 bar Caudal instantneo: 172 L/min Aunque este estudio entrega datos muy aproximados del sistema, se usaran para los clculos de la red los datos tericos de consumos determinados por el fabricante del equipo: Consumo de aire: 23 CFM Presin de trabajo 80 psi 7.2.3 Labores de mantenimiento maquina de mallas Las labores realizadas en el departamento de mantenimiento en la mquina de mallas fueron las siguientes: a.Inventario de piezas mecnicas para repuestos. b.Listado de equipos, subequipos y componentes de la maquina. c.Elaboracindeformatosdeinspeccindeequipos,dentrodel programa de mantenimiento preventivo para los compresores. d.Elaboracin de planos de piezas. e.Inspeccin y control a los mantenimientos realizados. 7.2.4 Mquina Trefiladora Trefiladora Marca: TEUREMA Modelo: LGV3D-EV5C Las lneas de laminado-grafilado sirven para la obtencin de alambres lisos o grafilados, que partiendo del alambrn, y mediante un proceso de laminacin en frio, conseguimos los dimetros y caractersticas deseados. Esteprocesomejoralascaractersticasdelalambrehacindoloadecuado paraposterioresprocesos,normalmentedirigidosalcampodela construccin. Paraello,lainstalacinestformadaporunaseriedemaquinas,que trabajando en lnea, y de forma sucesiva, transforman el alambre proveniente de la laminacin en caliente, en alambre estriado, de medida predeterminada y enrollado en carretas (Figura 28).

Los elementos que componen la lnea LGV3D-EV5C 1.Base portarrollos tipo PB2 2.Devanador vertical tipo DEV/2 3.Grupo lnea 3.1 Decalaminadora tipo DCG 3.2 Jabonera tipo EN-1 4. Banco de tiro tipo TV-60 5. Encarretadora vertical tpo EVSC-125 Figura 28. Mquina Trefiladora. TABLA 8. Caractersticas tcnicas mquina trefiladora ModeloLGV3D-EV5C Voltaje440 V Corriente630 A Potencia instalada189.2 Kw 7.2.5 Red de aire comprimido maquina trefiladora Dadoquenosetieneningunainformacindelsistemadeairecomprimido de la maquina trefiladora se analizara tericamente el consumo de aire en los actuadoresdelamaquina,apartirdeldimetro,lacarrerayeltiempode operacin de estos.

Acontinuacin(Tabla9)semuestranlascaractersticasencontradasenel catalogo de los actuadores: TABLA 9. Caractersticas actuadores trefilacin ubicacincantidad dimetro (cm) carrera (cm) Cantidad de carrera /hr Duracin (seg) torre devanador151615 defensas grupo en lnea21050110 defensas banco tiro1825110 defensa bloqueo banco tiro13,225110 accionamiento freno banco tiro18506010 7.2.5.1 Consumo de aire actuadores Para disponer de aire y conocer el gasto de energa, es importante conocer elconsumodelainstalacin,dichoclculoquecomenzarporlos actuadores(potencia).Paraunapresindetrabajo,undimetroyuna carreradembolosdeterminados,elconsumodeairesecalculadela siguiente manera: La frmula de clculo por embolada, resulta: Ecuacin No 1 Donde: Q = Caudal nominal (Nl / min)S = Carrera en cm. n = Carreras por minutoq = Consumo por carrera. Con ayuda de la siguiente tabla (tabla 10), se puede establecen los datos del consumodeairedeunamaneramssencillayrpida.Losvaloresestn expresados por cm de carrera para los dimetros ms corrientes de cilindros y para presiones de 100 a 1500 kPa. (1-15 bar). TABLA 10. Consumo de aire en litros por cm de carrera del cilindro. Cilindro (cm) 579111315 Carrera (cm) Consumo de aire en litros por cm. de carrera del cilindro

6 0,0016 0,00220,00270,00330,00380,0044 120,0070,0090,0110,0130,0150,018 160,0110,0160,020,0240,0280,032 250,0290,0380,0480,0570,0670,076 350,0560,0750,0930,1120,1310,149 400,0730,0970,1220,1460,1710,195 500,1150,1530,1910,2290,2670,305 700,2250,2990,3740,4480,5230,597 1000,4590,610,7360,9151,0671,219 1400,8991,1971,4951,7932,0912,389 2001,8352,4433,0523,664,2684,876 2502,8673,8174,7685,7186,6687,619 Losclculosmostradosacontinuacinserealizaranparaelactuadordela torre de devanador (tabla 11): Tabla 11. Datos para clculos de actuador trefilacin ubicacincantidad diametro (cm) carrera (cm) Cantidad de carrera /hr Duracin (seg) torre devanador 151615 De acuerdo a la tabla 10 para dimetro 5cm y carrera 16 cm, el consumo de aire en litros por centmetro de carrera del cilindro (q) es 0.0011. Las carreras por min (n) son 1/60 = 0.0166 La carrera (s) = 16 cm Volviendo a la ecuacin No 1: Q 2 s n q 2 16 00166 00011 A continuacin se muestra se muestra un resumen (tabla 12) con los clculos para todos los actuadores:

TABLA 12. Calculo de caudal actuadores trefilacin ubicacincantidad dimetro (cm) carrera (cm) n(carreras/min) q (lt/cm carrera) Q (Lt/min) torre devanador 15160,01666670,0110,00586667 defensas grupo en linea 210500,01666670,210,35 defensas banco tiro 18250,01666670,0430,03583333 defensa bloqueo banco tiro 13,2250,01666670,0190,01583333 accionamiento freno banco tiro 185010,17217,2 LosclculosrealizadossonlosNl/min,quequieredecirencondiciones normales: -14.696 psia o 1.01 bar -60F o 16C -0% de humedad relativa, Para realizar la correccin se multiplica el consumo de aire en SCFM por el factor de correccin para obtener los ACFM (consumo de aire en condiciones de temperatura y humedad reales de operacin). A continuacin se muestran los factores de correccin (tabla 13): TABLA 13. Factor de correccin CFM de acuerdo a la altura sobre el nivel del mar altitud en pies sobre el nivel del mar factor altitud en pies sobre el nivel del mar factor 0150001,2 5001,0255001,22 10001,0460001,25 15001,0665001,27 20001,0870001,3 25001,175001,32

30001,1280001,35 35001,1485001,37 40001,1690001,4 45001,1895001,45 Se tomara en cuenta que la ciudad de Medelln se encuentra a 1538 m sobre elniveldelmar,esdecira5045,9feet,interpolandosedeterminaqueel factor de correccin es de 1.2, entonces: Qcorr 000586667ltmin 12 7.2.5.1 Factor de simultaneidad Sitodaslasmaquinasfuncionaransimultneamentelacantidaddeairea suministrarseriaigualalasumadelosconsumosdetodas.Elloalgunas vecesnosucede,puessiemprehayundesfaseentrelosperiodosenque trabajacadauna.Elfactordesimultaneidadparadiferentesunidades consumidoras (tabla 14) se muestra a continuacin: TABLA 14. Factor de simultaneidad Cantidad de unidades consumidoras Factor de simultaneidad Cantidad de unidades consumidoras Factor de simultaneidad 1190.73 20.94100.71 30.89110.69 40.86120.73 50.83130.71 60.80140.69 70.77150.65 80.751000.20 DeacuerdoalatablaanteriorelFs=1,dadoquesoloexisteunaunidad consumidora.

7.2.5.3 Factor de uso El tiempo en que la maquinaest consumiendo aire, se denomina factor de uso, que es propio de cada tipo de mquina y est determinado por la forma en que esta trabaja. Para este caso: Fu =Horas trabajadas = 5seg_ = 0.03, Ecuacin No 2 Dahora Para obtener el caudal real se realiza el clculo de consumo real por seccin a travs de la sumatoria de los consumos parciales por el tipo de aplicacin: Ecuacin No 3 Donde, Qr=caudal real ACFM N= nmero de equipos de trabajo con el mismo tipo de aplicacin Fs= factor de simultaneidad, en funcin de n Fu=factor de uso Acontinuacinsemuestraunresumendelosclculosdecaudalrealpara todos los actuadores (tabla 15): Tabla 15. Resumen consumo caudal actuadores trefilacin ubicacincantidad Qcorr (lt/min) FsFuQreal (lt/min) torre devanador 10,007041,20,030,00025 defensas grupo en lnea 20,421,20,060,06048 defensas banco tiro 10,0431,20,060,0031 defensa bloqueo banco tiro 10,0191,20,060,00137 accionamiento freno banco tiro 120,641,2499,072 TOTAL99,1372

Consumo de aire: 99.1372 lt/min Presin de trabajo: 2 bar 7.2.6 Labores de mantenimiento maquina trefiladora Las labores realizadas en el departamento demantenimiento en la mquina trefiladora fueron las siguientes: a.Inventario de piezas mecnicas para repuestos. b.Listado de equipos, subequipos y componentes de la maquina. c.Elaboracindeformatosdeinspeccindeequipos,dentrodel programa de mantenimiento preventivo para los compresores. d.Elaboracin de planos de piezas. e.Inspeccin y control a los mantenimientos realizados. 7.3 ZONA ESTRIBADORAS Lazonadeestribadoraslacomponen4estribadorasautomticas bidireccionales con programacin electrnica por PLC para la fabricacin de estribosdepequeasymedianasdimensionesutilizadopararefuerzode concreto en construcciones. La configuracin de los estribos es realizada por medio de una consola central en donde se determina la cantidad yla forma del estribo, de acuerdo a los requerimientos del cliente. El producto terminado es etiquetado con informacin que permite la correcta identificacin de la figura y su trazabilidad. 7.3.1 Funcionamiento mquina estribadora Elalambreesalmacenadoenundevanador,pasaporunaunidadrodillos enderezadoreshorizontales(figura29)yposteriormenteporunaunidad de rodillosverticalesqueseencargandeenderezarlo,acontinuacinpasapor unbulndedobladoprogramadoporPLCqueseencargadedarlela geometrarequeridaporelcliente(figura30),yunbrazodecorteque termina el proceso.

Figura 29. Rodillos enderezadores.Figura30.Productofigurado Estribo. 7.3.2 Estribadora No 1 Estribadora Marca STEMA PEDAX Tipo: Twin Master 12S Figura 31. Mquina estribadora No 1. Tabla 16. Caractersticas tcnicas maquina estribadora No 1 TipoTwinmaster 12s Modelo031 Dimensiones mquinaL=4270 mm, H=2100/2900 mm, A=1600 mm

Peso2500 Kg Voltaje440 V Amperaje63 A Potencia Instalada18 kW Potencia Promedio5-6 kW 7.3.2.1 Red de aire comprimido mquina estribadora No 1 De acuerdo al catalogo de la maquina, las caractersticas del aire comprimido son: Presin de aire= 8 bar max (116 psi) Consumo de aire = 150 lt/min 7.3.3 Estribadora No 2 Estribadora Marca MEP Tipo: Staf 12s Figura 32. Maquina estribadora No 2.

TABLA 17. Caractersticas tcnicas mquina estribadora No 2 modeloStaf 12s Voltaje440 V corriente42 A Potencia instalada32 kW Potencia promedio19 kW Dimensiones4105 mm x 1800 mm x 2300 mm Peso3330 Kg Ao de fabricacin2004 7.3.3.1 Red de aire comprimido maquina estribadora De acuerdo al catalogo de la maquina, el consumo de aire es de: Consumo de aire = 300 lt/min Pero este consumo de aire es a condiciones normales, entonces se realizara lacorreccindebidoalaalturadelaciudaddeMedelln,deacuerdoalo mostradoenlatabla13.Seencuentraqueelfactordecorreccinparala ciudad de Medelln es de 1.2. Consumo de aire = 360 lt/min Presin de aire= 8 bar max (116 psi) 7.3.4 Labores de mantenimiento zona estribadoras Laslaboresrealizadaseneldepartamentodemantenimientoenlazona estribadoras fueron las siguientes: a.Inventario de piezas mecnicas para repuestos. b.Listado de equipos, subequipos y componentes de la maquina. c.Elaboracindeformatosdeinspeccindeequipos,dentrodel programa de mantenimiento preventivo para los compresores. d.Elaboracin de planos de piezas. e.Inspeccin y control a los mantenimientos realizados.

7.4 ZONA FIGURACION Lazonadefiguracinestcompuestapor4figuradoras,1estribadora hidrulica,1cortadorayunbancodecorte,deloscualessoloelbancode corte est conectado a la red de aire. 7.4.1 Banco de corte 7.4.1.1 Funcionamiento banco de corte Lamquinadecorteescargadapormediodeunpuentegradelavarilla que se necesita cortar, se accionan las artesas traseras que colocan la varilla enlabandatransportadora,lacualpormediodeunsistemadecadenas ubica las varillas en posicin de acuerdo a la ubicacin del carro de medida, seaccionaelsistemahidrulicoquecontrolalosactuadoresdecorte,la bandaconelmaterialcortadosubeydescargaelmaterialcortadosobrela bandeja de entrega. Figura 33.Banco de corte. TABLA 18. Caractersticas tcnicas banco de corte ModeloShearline 300 Serial32215 292 06 001 Voltaje440 V Corriente63 A Potencia instalada16kW Ao de fabricacin2006

CONSUMO DE AIRE1952002052102152202251 815222936435057647178859299106113120127134141148155162169176Tiempo (Seg)Caudal (L/min)CONSUMO DE AIRE0100200300400500600700115294357718599113127141155169183197211225239253267281295309323337351Tiempo (Seg)Caudal (L/min)7.4.2 Red de aire comprimido banco de corte DeacuerdoamedicionesrealizadasporunafilialdelaempresaFESTOal interiordelaplanta,yenvistadequenosecuentaconinformacinde catlogos acerca de los consumos de aire y presin de trabajo del equipo, se usaralasmedicionesrealizadasdelconsumodeairedelbancodecorte (figuras ): Figura34.Consumoairebancode corte maquina esttica. Figura 35. Consumo aire banco decorte en funcionamiento. De donde, Caudal mximo = 555,26316 l/min Caudal promedio = 276,345358 l/min Presin de trabajo: 7 bar 7.4.3 Labores de mantenimiento banco de corte Las labores realizadas en el departamento de mantenimiento en el banco de corte fueron las siguientes: a.Elaboracindeformatosdeinspeccindeequipos,dentrodel programa de mantenimiento preventivo para los compresores. b.Elaboracin de planos de piezas.

8. DETERMINACION DEL ESTADO DE LA RED Acontinuacinsemuestraunresumendelainformacin(tabla19) recolectada en el capitulo anterior de la red de aire de la planta: TABLA 19. Red de aire de la planta equipocantidad caudalpresin l/mincfmm3/segbarpsiKpa produccin aire compresor 112690,1950,04487,58110758,42 compresor 215564,26196,50,09277,58110758,42 total8254,36291,50,13757,58110758,42 consumo aire mallas1651,0287230,01085,5280551,58 trefiladora199,13723,50,00165229200 estribadora 1 21505,2970,00253,246,412320 estribadora 2 236012,7130,0063,246,412320 banco de corte 12769,7470,00467101,53700 total2046,16672,2670,034057101,53700 Paradeterminarelestadodelared,serealizaunavisitaalaplantayse toman medidas de la red de aire tanto de longitud como de dimetrode las tuberas, con el fin de determinar las prdidas de presin en el sistema. 8.1 LONGITUD DE TUBERIA Con la medicin de las tuberas se realiza un plano de la red de aire (anexo 1) para determinar el punto ms alejado de los compresores en la red. Figura 36. Vista isomtrica de la red de aire.

De acuerdo a la figura 36,el punto ms lejano del cuarto de compresores es eltomadeairedetrefilacinaunadistanciade143.38m,lacualest dividida en 139.91 m de tubera de 2 y 3.47 m de tubera de 1. 8.2 LONGITUDES EQUIVALENTES POR ACCESORIOS Dado a que los accesorios como codos y tees causan perdidas de presin en elairesedebeencontrarlaequivalenciadeestosenmetrosdetubera,de tal manera que se facilite el clculo de la presin. Para esto se usa laFigura 37,endondeseencuentralalongitudequivalenteen metrosde tuberapor cada accesorio: Figura 37. Nomograma de longitudes equivalentes de tubera.

Despusdehaberverificadolaequivalenciaenmetrosdetuberadecada unodelosaccesorios,determinamoseltotaldemetrosdeequivalencia sumando todos los accesorios (tabla 20). Tabla 20. Longitud equivalente en metros de tubera para accesorios de la red

tipocantidad longitud equivalente longitud 2" codo120,56 39,6 Tee74,833,6 1" codo20,20,4 2,4 Tee122 TOTAL42

Lalongitudsupletoriaesde39.6mparalatuberade2y2.4mparala tubera de 1 Deacuerdoaestosecalculalalongitudtotaldetuberasobrelacualse determinan las prdidas de presin, de la siguiente manera: Tubera 2 = 139.91 m + 39.6 mTubera 2 = 179.51 m Tubera 1 = 3.47 m + 2.4 mTubera 1 = 5.87 m 8.3 PERDIDAS DE PRESIN EN LA RED Para determinar lasprdidas de presin en la red (ecuacin No 4) se utiliz la formula de Darcy-Weishback (1875) para prdidas en tuberas: P fV22gLD, Ecuacin No 4 En dondeP =perdida de presin en la tubera (Pa) f = factor de friccin (adimensional) L =longitud total de la tubera (m)

D = dimetro de la tubera (m) g = aceleracin de la gravedad (9.8 m/seg2) V = velocidad media (m/seg) = peso especifico (N/m2) Por definicin: g, Ecuacin No 5 En donde = densidad (Kg/m3) ReemplazandoenlaecuacinNo4,yquedalaformuladelasiguiente manera: P fV22LD Para el clculo de la densidad (), se tiene en cuenta que el aire puede ser tratado como un gas ideal, de tal manera quesu densidad es calculadacon la siguiente frmula: PRT, Ecuacin No 6 Donde, P= presin del aire (kPa) R = constante gas- aire(0.2870 kPa m3/Kg K) T =temperatura del aire (K) Paraelclculodelfactordefriccin(f)seutilizalaformuladeColebrook-White (1939), dado que es vlida para todo tipo de flujos y rugosidades: 1f2 Ln251Refe371D,Ecuacin No 7 Donde, Re = Numero de Reynolds (adimensional) D = dimetro (m) e = rugosidad absoluta de la tubera (m)

El nmero de Reynolds es calculado con la siguiente ecuacin: ReVD,Ecuacin No 8 Donde, =viscosidad (N*seg/m2) Dadoquelaviscosidadvaraconlatemperaturaseutilizalasiguiente frmula para su correccin: 1724x105T2733076 , Ecuacin No 9 Donde, P= presin del aire (KPa) R = constante gas- aire(0.2870 Kpa m3/Kg K) T=temperaturadelaire(K),lacualseconsiderade60Cqueesla medicin mostrada por el compresor. Dado que la rugosidad absoluta (e) de la tubera depende del material y tipo de tubera, esta se selecciona de acuerdo a la tabla TABLA 21. Rugosidad absoluta de materiales MATERIALe(mm)MATERIALe (mm) Plstico (PE, PVC)0.0015Fundicin asfaltada0.06 - 0.18 Polister reforzado con fibra de vidrio0.01Fundicin0.12 - 0.60 Tubos estirados de acero0.0024Acero comercial y solado0.03 - 0.09 Tubos de latn o cobre0.0015Hierro Forjado0.03 - 0.09 Fundicin revestida de cemento0.0024Hierro Galvanizado0.06 - 0.24 Fundicin con recubrimiento bituminoso0.0024Madera0.18 - 0.90 Fundicin centrifugada0.003Hormign0.3 - 3.0 Lasanterioresecuacionesfueroncalculadasenunahojadeclculosen MATLAB (ANEXO 2), para facilitar las iteraciones y los clculos, adems de generar datos exactos.

8.4 RESULTADOS 1.Calculodelasprdidasdepresinparalatuberade2dedimetro (figura 38): Elclculoserealizoconunalongituddetuberade179.51m,dandopor resultado una prdida de presin de23.7715 psi. Figura 38. Perdidas de presin para tubera de 2 de dimetro. 2. Clculo de las prdidas de presin para la tubera de 1 de dimetro (figura 39): Elclculoserealizoconunalongituddetuberade5.87m,dandopor resultado una prdida de presin de24.3115 psi. Figura 39. Prdidas de presin para la tubera de 1 de dimetro.

3. Clculo de las prdidas de presin para la tubera completa (figura 40): Elclculoserealizoconunalongitudtotaldetuberade185.38m,siendo este el lugar ms alejado de la red; el punto est ubicado en la toma de aire delamaquinatrefiladora,dandoporresultadounaprdidadepresinde 48.0830 psi. Figura 40. Perdidas de presin en la tubera al punto ms alejado de la red. 4.Clculodeprdidasdepresinenlatuberadedospulgadas enfuncin de la longitud (figura 41):

Se clculo la relacin entre la longitud de la tubera de 2 y la presin, para el mximodecaudalquepuedenentregarloscompresores;laimportanciade esteclculoradicaenquelagranmayoradelaredesde2ydeesta manera se podran verificar las perdidas en casi cualquier punto de la red. Figura 41. Prdidas de presinen la tubera de dos pulgadas en funcin de la longitud.

5.Calculodelasprdidasdepresinenfuncindeldimetrodetubera (figura 42): Este clculo se realizo dejando fija la longitudtotal de la tuberayel caudal deairemximoentregadoporloscompresores,detalmaneraquese pudieraidentificarcualeseldimetroadecuadoparaquelasprdidasde presin sean mnimas. Figura 42. Prdidas de presin en funcin del dimetro de tubera.

9. OPORTUNIDADES DE MEJORA 9.1. PROBLEMAS DE LA RED ACTUAL. Despus de realizar los recorridos por la planta, acontinuacin se muestran algunosdelosproblemasquefueronencontradosylamanerade solucionarlos: Problema: Noexisteunsecadorniun tanquedespusdelos compresores. Solucin: Considerarlacompradeun secadordeairecompletoy la instalacin de un tanque. Problema:Estetipodeunidadesde mantenimientoyanoson vigentes. Solucin: Comprarunaunidadde mantenimientovigente,o cambiarlosfiltrosyrealizar mantenimiento,para retornaralascondiciones originales.

Problema: Lapurgadeaireestamala yaqueenestepuntoes dondelaredmasextrae agua de la red y este tipo de purganoestnfabricadas paraestetipode funcionamiento. Solucin: Comprarunidadesdepurga automticasqueextraigan mayor cantidad de agua. Problema: Aguaatrapadaporla geometra de la tubera. Solucin: Cambiarlageometradela tubera. Instalarunatuberade descargadeesaaguacon una purga automtica. Problema:Estetipodeunidadesde mantenimientoyanoson vigentes. Solucin: Comprarunaunidadde mantenimientovigente,o cambiarlosfiltrosyrealizar mantenimiento,para retornaralascondiciones originales.

Problema: Excesodeunionesenla tuberaprincipal,loque causa atrapamiento de agua en la red. Solucin: Mejorarladistribucindela tubera, poniendo el codo de latuberaquevaalazona demallasporencimadela tuberaprincipalydeesta maneraevitarel atrapamiento de agua. Problema: Aunquelapurgadeagua retiraelagua adecuadamentedelared, noexisteundrenaje adecuadoparaqueesta aguanoquedeenlazona de produccin. Solucin: Instalarunsistemade drenaje para el agua de esta purga. Problema: Algunasdelas electrovlvulasdelos payoffs estn malas. Solucin: Verificarcualessony reemplazarlas,ademsde realizarmantenimiento preventivoalasqueestn buenas, para evitar su dao.

Problema: Falta instalar purga de agua eneltanquedelamquina de mallas. Solucin: Comprarunaunidadde purgaautomticaqueretire elaguadelinteriordel tanque,yevitarqueesta agua vaya a los equipos. 2. CONTENIDO DE AGUA EN LA RED Debidoaqueelaireaspiradoporelcompresorposeeaguadebidoasu humedad relativa y a que la planta no cuenta con un secador a continuacin se cuantificara la cantidad de agua que ingresa a la red de aire, debido a la falta de este: Elgradodesaturacineslacantidaddeaguaqueunm3deairepuede absorber,comomximo,alatemperaturaconsiderada.Lahumedades entonces del 100%, como mximo a la temperatura conocida como punto de roco). Lacantidaddehumedadrelativadependeenprimerlugardelahumedad absoluta del aire que es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire, que depende de la temperatura del aire y de las condiciones climatolgicas y del grado de saturacin, siguiendo la siguiente relacin: humedadrelativahumedadabsolutagradodesaturacinx100%, Ecuacin No 10 De acuerdo al centro climatolgico de Medelln, las condiciones atmosfricas de la ciudad de son: Humedad relativa = 63.25% en promedio Presin atmosfrica= 1.017 bar Punto de roco = 14 C

Y de las mediciones realizadas en las generalidades de la planta Itag (tabla 19), la cantidad de aire aspirado es: 0.1375 m3/seg Acontinuacinseidentificaelgradodesaturacindelaireenfuncindela temperatura (figura 43). Figura 43. Caractersticas del punto de roco. Se determino que el grado de saturacin es de 13 gr/m3. DelaecuacinNo10sedespejaparalahumedadabsolutadelaireyse calcula la cantidad de esta que ingresa a la red:

humedadabsolutahumedadrelativaxgradodesaturacin100% humedadabsoluta6325%x13grm3100% humedadabsoluta 82225grm3 La cantidad de agua que absorbe la red est definida como: cantidadaguaaspirada humedadabsoluta cantidadaireaspirado, Ecuacin No 11 cantidadaguaaspirada 82225grm3 01375m3seg Semultiplicaestacantidadporladensidaddeagua(1000Kg/m3)para encontrar que el volumen de agua que ingresa a la red por hora es de 25.98 lt/hr A continuacin se muestra un resumen de la cantidad de agua que ingresa a la red para diferentes humedades relativas en el aire (figura 44): Figura 44. Cantidad de agua que ingresa a la red para diferentes humedades relativas en el aire. 024680 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Volumen de agua aspirada (Lt/hr)humedad relativa (%)Cantidad de agua aspirada a la red

9.3 TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AIRE Dado que la planta no cuenta con un tanque despus del compresor, la zona de estribadoras y el banco de corte, a continuacin se muestran los clculos para determinar el volumen de tanques adecuados para la planta: 9.3.1 Tanque compresores Se ha determinado una relacin emprica entre las medidas para tanques de recepcindelcompresor,generalmenteestasrecomendacionessonlas siguientes: -A partir de 1 Galn por cada CFM que produce el compresor -4 Galones por cada Hp del compresor Deacuerdoalaprimerarecomendacinelcompresordeberatenerpor volumen:

V1=291.5 GalnV1 = 1.325 m3 Y de a acuerdo a la segunda recomendacin:

V2 = 1.363 m3 Seseleccionaelmayorparaquesatisfagaambasrecomendaciones,porlo tantoeltanqueparalazonadecompresoresdebetenerunvolumende 1.363 m3. Dadoaquenoexistenrecomendacionesparalostanquesdedescargade lasmaquinas,serealizaronlosclculosparadeterminarlasmedidasque debe tener el tanque de tal manera que satisfaga las necesidades de aire de la zona de estribadoras o del banco de corte;

Para el clculo de los tanques se tuvieron las siguientes consideraciones: Presin atmosfrica (Patm) = 12.3446 psi Caudal entregado por el compresor (Qcomp) = 291.5 CM Presin de la lnea (P1) = 110 psi Temperatura ambiente (T1) = 30 C Temperatura de la lnea (T2) = 60 C 9.3.2 Tanque zona estribadoras Deacuerdoalasmedicionesrealizadasenlasgeneralidadesdelaplanta Itag (tabla 19): Caudal de aire de estribadoras (Qest)= 44.92 CFM Presin operacin estribadoras (P2est) = 46.412 psi Para el clculo del volumen del tanque se uso la siguiente relacin:

Ecuacin No 12 Donde, V = volumen del tanque t = tiempo de descarga Y despejando para V de la ecuacin No 12, Se realizan los clculos para untiempo de descarga de 5 minutos, como se muestra a continuacin: V = 47.9 pies3 V = 1.3556 m3

Para identificar las medidas tentativas que podra tener el tanque se supone queestetieneundimetro(D)de1m;ysecalculalaaltura(h)queeste debera tener, de la siguiente manera: Ecuacin No 13 De donde,

h= 1.72 m

9.3.3 Tanque banco corte De igual manera se calcula para el banco de corte el volumen del tanque, deacuerdoa las mediciones realizadas en las generalidades de la planta Itag (tabla 19): Caudal de aire de banco de corte (Qban)= 9.747 CFM Presin operacin banco de corte (P2ban) = 101.53 psi Ecuacin No 14 V = 78.03 pies3 V = 2.21 m3 Suponiendo que el tanque tiene un dimetro (D) de 1 m, se calculo la altura (h) que este debera tener, de la siguiente manera

De donde,

h= 2.81 m

Encasodequeserequierauntiempodiferentededescargaalcalculado anterior,seaadieronlassiguientesgraficas(figura45yfigura46)enlas cualessedeterminalaalturadeltanquebajolasuposicindequesu dimetro sea de 1m. Figura45.Volumentanquepara diferentestiemposdedescarga, estribadoras. Figura46.Volumentanquepara diferentes tiempos de descarga, banco de corte. 01234560 5 10 15Altura (m)Tiempo de descarga (min)Altura tanquezona estribadoras01234560 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Altura (m)Tiempo de descarga (min)Altura tanque banco corte

10. ANALISIS DE RESULTADOS 1.Ladistribucindelcuartodecompresoresconlaquesecuentaeneste momento no es la adecuada debido a que permite el ingreso de mucha agua alsistema,ydebidoalafaltadetanquegenerasobredemandaalos compresores. Una distribucin adecuada podra serde la siguiente manera: Compresor secador (enfriador) - tanque equipo 2.Enestemomentolaredtieneunproblemagraveeneldiseodesus tuberas que hace que el agua consensada llegue a los equipos, dado que no existencuellosdegansoqueevitenelingresodeaguaytampocoexisten suficientes unidades de extraccin de agua. 3.Calculandoelfactordecargadelareddeacuerdoalacantidaddeaire producidoporloscompresores(8254.4lt/min)yalosconsumosdelas maquinas(2046.2lt/min),daporresultadounfactordecargadel24.78% cuandolosfabricantesdeterminanqueestedebeestarenun2/3dela demanda mxima. SedeterminaqueelcompresorNo1(2690.1lt/min)podrasatisfacerlas necesidadesdelaplantaenmateriadeconsumodeaireconunfactorde carga de 76.02 %. 4. La perdida de presin mxima de la red debe ser del 5% de la presin de lalneaenelpunto msalejado,loquequieredecirqueparaestecasoes unaperdidamximade6.4psi.Seconsideraqueelsistematienemuchas prdidas ya que la perdida depresin para la tubera totales de 48.083 psiequivalente a un 37.56 %. 5.Enestemomentolasperdidasenlatuberade223.7715psi.Son menoresquelasperdidasenla tuberade 124.3115psi. Estoescausado debido a las ampliaciones realizadas en la red, sin considerar los rediseos. 6. En la figura mostrada a continuacin (Figura 47) se muestra que la medida del dimetro que debe tener la tubera para que las perdidas sean menores a 5% de la presin total (6.4 psi),debe ser mayora 2.6 pulg para la mxima capacidaddeloscompresores(8254.4lt/min)yladistanciamximadela red.

Figura 47. Dimetro adecuado para la red de aire.

11. CONCLUSIONES -Seevidencioquelafaltadeinformacinqueseentregaporpartede algunos productores de equipos, dificulta que se pueda contar con estos para los estudios que se le realicen a los equipos. - Se encontraron diferentes maneras de determinar los consumos de aire de lasmaquinas:deacuerdoaloscatlogosdelosequipos,calculandoel consumodelosactuadores,yconmedicionesdeconsumosrealizadas directamente sobre los equipos. -Losresultadospodransermsexactossienvezdeconsiderarlos consumosdelosequiposapartirdelosresultadosentregadosenlos catlogosdelosproveedores,serealizaranmedicionesenlosequiposcon diferentes perfiles de demanda de tal manera que se determinaran consumos promediosenlosdasdemsoperacinylosconsumosmximosdelos equipos. -Aunquenosecontaroncondatosexperimentales,seconsideraquelos clculostericosentregaronresultadosfuncionalesparalosalcancesdel estudio. - Se observo la necesidad de implementar un sistema de secado de aire que reduzca la condensacin al interior de las instalaciones.

12. RECOMENDACIONES - Los equipos que se deben instalar en la planta provocan serias reformas en el cuarto de compresores dado que el espacio actual no es suficiente para el totaldelosequipos;elingresodecalaminadificultalalaborde mantenimientoyaqueaumentalaslaboresdelimpiezaenlazonade compresores;yadems,seencuentraenunlugardedifcilaccesoy movilidad para las labores de mantenimiento, ya que constantemente pasan elementos flotantes sobre la zona que generan riesgos para los encargados del mantenimiento. -Losaccesoriosdelareddeairedebenserincluidosdentrodelplande mantenimientopreventivo,dadoqueactualmentemuchosaccesoriosdela redcomovlvulasyunidadesdemantenimientonecesitanretornarasus condicionesactualesdeoperacin.Entreotraslaboressedebenincluir: Limpieza general, cambio defiltros y empaques y reparaciones. -Realizarunabsquedaexhaustivaalinteriordelaplantadefugasen dispositivos,detalmaneraqueestassepuedanreduciryrepresentenuna disminucin de los costos de la plantapor la produccin de aire. - Para disminuir las prdidas de presin se puede bajar la produccin de aire, detalmaneraquelavelocidadenlatuberanocausetantasperdidasde presin,disminuirlalongituddelared hastalosequiposdetalmaneraque se reubique algunos de ellos, o aumentar el dimetro de la tubera.

13. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS xBERRIOZABALA,LuisGiovanny;OCHOAGMEZ,SandraRuth. Neumticabsica.Medelln:TextosacadmicosITM,2007.ISBN 978-958-98275-8-1 xStreeter, Victor L. Mecnica de Fluidos. Mxico: Mc Graw Hill, 1970 xROLDANVILORIA,Jos.Neumtica,Hidrulicayelectricidad aplicada. Madrid: Ediciones Paraninfo S.A, 1991. xBALLENCARDENAS,Fernando.Neumticaindustrial.Bogot: Corporacin tecnolgica industrial colombiana, 2006. xISO Standard 8573-1. Air quality standards, 2001. xISO Standard 7183:2007. Compressed air dryers specifications and testing, 2007. xSecadores termostar. En Catlogo INGERSOL RAND. xRefrigerates air dryer . En Catlogo INGERSOLL RAND. xENGINEERINGTOOLBOX.Compressedairereceivers.{enlnea}. {consultadoel20deenerode2011}.Disponibleen: http://www.engineeringtoolbox.com/compressed-air-receivers-d_846.html xSAPIENSMAN.Conceptosbsicosdeneumticaehidrulica.{en lnea}.{consultadoel20deenerode2011}.Disponibleen: http://www.sapiensman.com/neumatica/mapadelsitio.htm

ANEXO 1 Dibuj:Dise:Revis:Aprobado:Salvo indicacin contrariacotas en METROSngulos en gradosNombreFechaA4Escala:Tatamiento termicoTemplarRevenirCementarDurezaCODIGO SAP:NUMERO DE PARTE:MATERIAL:MAQUINA:AVLEZ31/01/2011NUMERO DE PLANO:RED DE AIRE (Vista Isomtrica)

0v/ /' v/020v/ /' 0o 0v/ /'0` 0o '40v/ /' '`0v/ /' 0082' '4'486688'426'o8o8'4o'2`8''6'`o6o''424''o'''04`o48o84`2oo`o2`424`2228284'8646''064'4442o`040'/ 0v0J.v0'0v/ /' /..

2

`/4

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2

- 88 - ANEXO 2 - 89 - % BORRA LA PANTALLA Y VARIABLES % clc; close all; clear all;

% PERDIDAS PRESION PARA TUBERIA DE 2" % q=(0:0.0001:0.1375) l= 179.51; d= 0.0508; e= 0.0000024; a= pi*d^2/4; v= q/a; p= 758.4; r= 0.2870; t= 333.16; dens= p/(r*t); u= 1.724*10^-5*(t/273.16)^0.76; re=(v*d*dens)/u; f=0.00001; f1= 0.1; f2=0.000001; while f1>=f2 f=f+0.00000001; f1=1/sqrt(f); f2=-2*log(2.51./(re*sqrt(f))+(e./(3.71*d))); end per=((f*dens*v.^2*l)/(2*d))./(1000*6.894757); qcfm=q*2118.8799728

figure (1) plot(qcfm,per) title('perdidas de presion vs caudal linea tuberia 2"') xlabel('caudal entregado(CFM)') ylabel('perdida presin(psi)')

% PERDIDAS PRESION PARA TUBERIA DE 1" % q1=(0:0.0001:0.1375) l1= 5.87; d1= 0.0254; e1= 0.0000024; a1= pi*d1^2/4; v1= q1/a1; p1= 758.4; r1= 0.2870; - 90 - t1= 333.16; dens1= p1/(r1*t1); u1= 1.724*10^-5*(t1/273.16)^0.76; re1=(v1*d1*dens1)/u1; f1=0.00001; f11= 0.1; f21=0.000001; while f11>=f21 f1=f1+0.00000001; f11=1/sqrt(f1); f21=-2*log(2.51./(re1*sqrt(f1))+(e1./(3.71*d1))); end per1=((f1*dens1*v1.^2*l1)/(2*d1))./(1000*6.894757); qcfm1=q*2118.8799728

figure (2) plot(qcfm1,per1) title('perdidas de presion vs caudal linea tuberia 1"') xlabel('caudal entregado(CFM)') ylabel('perdida presin(psi)')

pertotal=per+per1 qtotalcfm=qcfm+qcfm1

figure (3) plot(qtotalcfm,pertotal) title('perdidas de presion vs caudal linea') xlabel('caudal entregado(cfm)') ylabel('perdida presin(psi)')

% PERDIDAS PRESION LONGITUD TUBERIA" % q2= 0.1375; l2=(0:0.001:179.51); d2= 0.0508; e2=0.0000024; a2= pi*d2^2/4; v2= q2/a2; p2= 758.4; r2= 0.2870; t2= 333.16; dens2= p2/(r2*t2); u2= 1.724*10^-5*(t2/273.16)^0.76; re2=(v2*d2*dens2)/u2; f2=0.00001; f12= 0.1; - 91 - f22=0.000001; while f12>=f22 f2=f2+0.00000001; f12=1/sqrt(f2); f22=-2*log(2.51./(re2*sqrt(f2))+(e2./(3.71*d2))); end per2=((f2*dens2*v2.^2*l2)/(2*d2))./(1000*6.894757); qcfm2=q2*2118.8799728;

figure (4) plot(l2,per2) title('perdidas de presion vs longitud en tuberia de 2"') xlabel('longitud(m)') ylabel('perdida presin(psi)')

% PERDIDAS PRESION DIAMETRO" % q3= 0.1375; l3= 179.51; d3=(0.00635:0.0015875:0.1016); e3= 0.0000024; a3= pi*d3.^2./4; v3= q3./a3; p3= 758.4; r3= 0.2870; t3= 333.16; dens3= p3/(r3*t3); u3= 1.724*10^-5*(t3/273.16)^0.76; re3=(v3.*d3*dens3)/u3; f3=0.00001; f13= 0.1; f23=0.000001; while f13>=f23 f3=f3+0.00000001; f13=1/sqrt(f3); f23=-2*log(2.51./(re3*sqrt(f3))+(e3./(3.71*d3))); end per3=((f3*dens3*v3.^2*l3)./(2.*d3))./(1000*6.894757); d3pulg=(d3*100)./2.54

figure (5) plot(d3pulg,per3) title('perdidas de presion vs diametro tuberia') xlabel('diametro tuberia(pulg)') ylabel('perdida presin(psi)')