Rectángulo redondeado: Ingeniería en soporte

“La técnica al servicio de la patria”

Neumatica

Sistemas de aire comprimido

Se considera un sistema neumático a todo aquel que funciona en base a aire comprimido, ósea aire a presión superior a una atmósfera, el cual puede emplearse para empujar un pistón, como en una perforadora neumática; hacerse pasar por una pequeña turbina de aire para mover un eje, como en los instrumentos odontológicos o expandirse a través de una tobera para producir un chorro de alta velocidad, como en una pistola para pintar.

El aire comprimido suministra fuerza a las herramientas llamadas neumáticas, como perforadoras, martillos, remachadoras o taladros de roca. El aire comprimido también se emplea en las minas de carbón para evitar que se produzcan explosiones por las chispas de las herramientas eléctricas que hacen detonar las bolsas de grisú

Una gran instalación neumática se compone de diferentes dispositivos sencillos de trabajo. La acción combinada de estos diferentes dispositivos forma el conjunto del mando neumático.

El suministro del aire comprimido para instalaciones neumáticas comprende los apartados siguientes:

Producción del aire comprimido mediante compresores.

Acondicionamiento del aire comprimido para  las instalaciones neumáticas.

Conducción del aire comprimido hacia los puntos de utilización.

 

Producción del aire comprimido

Generadores

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías.

Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en máquinas que se desplazan frecuentemente.

En et momento de la planificación, es necesario prever un tamaño superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulte más tarde insuficiente, puesto que toda ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.

Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendrá una larga duración. También debería tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.

Tipos de compresores

El elemento central de una instalación productora de aire comprimido es el compresor, la función de un compresor neumático es aspirar aire a presión atmosférica y comprimirlo a una presión más elevada.

Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro. se pueden emplear diversos tipos de construcción.

Los compresores se dividen, según el tipo de ejecución, en:

-Compresores de émbolo.

-Compresores rotativos.

-Compresores centrífugos.

Compresores de émbolos.

El compresor más frecuentemente utilizado es el de émbolos, pudiendo emplearse como unidad fija o móvil, Utilizan un Sistema de biela - manivela para transformar el movimiento rotativo de un motor en movimiento de vaivén del embolo.

En los compresores de émbolos, la compresión puede ser obtenida  ya sea en uno o más cilindros, en los cuales los émbolos comprimen el aire, de acuerdo a esto se pueden clasificar en:

-Compresores de una etapa.

-Compresores de dos etapas.

-Compresores de varias etapas (Multietapa).

En los compresores de una etapa la presión final requerida es obtenida en sólo un cilindro (en este caso, un cilindro es una etapa). En estos  compresores el aire es comprimido hasta la presión final de 6 a 8 bar y en  casos excepcionales llegan hasta los 10 bar.

En compresores con una relación de compresión más alta, el sistema de una etapa no es posible por la excesiva elevación de le temperatura por lo tanto este proceso de compresión se realiza en dos  etapas o mas.

El aire comprimido en una etapa es enfriado antes de volverse a comprimir a más presión en la siguiente etapa. Entre los cilindros se intercalan los enfriadores adecuados, llamados por ello enfriadores intermedios. Así mismo, el aire es enfriado a la salida del último cilindro, al que se denomina enfriador final.

En líneas generales, los fabricantes de compresores los construyen en las siguientes escalas:

a) Compresores de una etapa para presiones hasta 10 bar.

b) Compresores de dos etapas para presiones hasta 50 bar.

d Compresores de tres y cuatro etapas para presiones hasta 250 bar.

Las ejecuciones más adecuadas para la neumática son las de una y dos etapas. Con preferencia se utiliza el de dos etapas en cuanto la presión final exceda de los 6 a 8 bar, porque se proporciona una potencia equivalente con gastos de accionamiento más bajos.

Los compresores de émbolos pueden ser accionados por un motor eléctrico o un motor de combustión interna.

Compresores rotativos

Los compresores rotativos ocupan un lugar intermedio entre los compresores centrífugos y los compresores de émbolo. Los compresores rotativos suministran presiones más bajas que los de émbolo, pero las presiones de servicio son más altas que las de los compresores centrífugos.

Asimismo, el volumen de aire que suministran por unidad de tiempo es más grande que en los compresores de émbolo, pero más pequeño que en los compresores centrífugos.

Los compresores rotativos pueden ser de paletas o de tornillos.

Compresores de paletas deslizantes.

Los compresores de paletas están constituidos por un rotor en el cual van colocadas las paletas, de eje excéntrico con el estator.

El aire penetra en la carcasa del compresor a través de un deflector acústico, y accede al compresor a través de un filtro de aire, el aire es mezclado con aceite de lubricación antes de entrar al estator dentro de este un rotor ranurado simple  con seis paletas gira.

Durante la rotación, las cámaras entre las paletas, que se aplican contra las paredes del estator por la fuerza centrífuga, y el cuerpo del rotor atrapan sucesivas cámaras de aire las cuales son progresivamente comprimidas, se produce la aspiración, y mientras reducen el volumen, se produce el suministro de presión.

Aceite es inyectado continuamente dentro del estator para enfriarlo, estanquiezar y lubricar las paletas.

Después de la compresión  el aire pasa a través de un deflector mecánico que separa la gran cantidad de aceite. Los compresores rotativos también pueden ser accionados directamente por un motor eléctrico o un motor de combustión interna.

Compresores de tornillo.

En los compresores de tornillo, dos rotores paralelos en contrarrotación, macho y hembra, de forma helicoidal, giran confinados en el interior de una cámara que los envuelve y comprimen el aire en sus lóbulos de manera continua.

Aceite es aportado a la cámara de compresión  para garantizar la lubricación del conjunto giratorio, el cual se recupera,  se enfría, se filtra y es inyectado de nuevo en la cámara de compresión.

Fotografía de los rotores paralelos del interior de al cámara  de compresión

Ventajas de los compresores rotativos

Las ventajas más notables de los compresores rotativos son su marcha silenciosa y un suministro de aire más continuo. los compresores rotativos de una etapa suministran presiones hasta los 4 bar. Con dos etapas pueden alcanzar de 4 a 8 bar. los caudales suministrados pueden llegar hasta 100 Nm3/min. según el tamaño.

Compresores centrífugos

En los compresores centrífugos la compresión del aire se produce utilizando un rápido rodete giratorio. La presión es ejercida al forzar a las partículas del aire existentes en el rodete a alejarse del centro como resultado de la acción centrífuga.

El rodete comunica una velocidad elevada y una presión a las partículas del aire

La presión generada por estos compresores no es muy alta; son necesarios varios rodetes para obtener presión de 6 bar. En contraste con esta limitación, los compresores centrífugos pueden suministrar grandes volúmenes de aire. Otra ventaja sobre los compresores de émbolo es que los compresores centrífugos son accionados directamente por una máquina rápida como un motor eléctrico o una turbina de gas mientras que en los otros se debe usarse una transmisión reductora

Tipo De Aplicación

El tipo de aplicación determina el tipo de compresor. Para presiones muy elevadas (20.000 psíg p.e. ) solo se pueden lograr con compresores multietapas (reciprocantes). Por otro lado para alto volumen (150.000 cfm) y presiones del orden de los 30 psíg, solo se pueden lograr con unidades centrifugas.

Se dan dos grupos de aplicación del aire comprimido, uno es para propósitos de potencia y el otro es para gases de proceso en refinerías y plantas químicas. Los requerimientos para ambos grupos pueden variar sustancialmente, pero la selección del equipo debe regirse por criterios económicos.

Conducción del aire comprimido

La misión de la red de aire comprimido es llevar este desde la zona de compresores hasta los puntos de utilización.

Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de todas las tuberías que parten del depósito, colocadas de modo que queden fijamente unidas entre sí, y que conducen el aire comprimido a los puntos de conexión para los consumidores individuales. Deberá tener: Mínima pérdida de presión, Mínima pérdida de aire por fugas y Mínima cantidad de agua en la red y en los puntos de utilización.

Para determinar el diámetro correcto de las redes de aire es necesario considerar diversos factores. Estos son: El caudal de aire, La caída de presión admisible, La longitud de tubería y La presión de trabajo.

El caudal de aire comprimido es una magnitud que se determina según el planteamiento. Este puede ser igual a la capacidad del compresor o puede ser incrementado y debe ser suficientemente holgado, teniendo en cuenta futuras expansiones en la planta.

La caída de presión y la velocidad de circulación se hallan relaciona" estrechamente. Cuanto mayor es la velocidad de circulación, mayor es' caída de presión; pero en la caída de presión también influyen o ' 4 factores como la rugosidad de la pared interior de la tubería, la longitud tubería y el número de accesorios instalados. La velocidad de circulad del aire comprimido en las tuberías debe estar comprendida entre 6 y mis. La caída de presión no debe superar, en lo posible, el valor de kplcm2

La longitud de la tubería se determina a partir del trazado de la instalación y deben ser tenidos en cuenta los accesorios instalados. Los fabricantes de compresores han desarrollado nomogramas para determinar con facilidad el diámetro de tubería más adecuado.

Monograma para determinar el diámetro de una tubería

Las tuberías de aire comprimido de instalación fija deben ser accesible en la medida que sea posible, para facilitar la vigilancia o comprobación d la estanqueidad de la red, por lo que ha de evitarse su colocación empotrada en paredes.

Las tuberías de alimentación horizontales deben colocarse con una pendiente del 1 + 2 % en el sentido de la circulación

La derivaciones verticales hacia abajo no deben terminar en la conexión para el consumidor, sino que deben prolongarse un poco más con el fin de que el agua de condensación producida se acumule en el punto más bajo y no pase al consumidor

Las tuberías que parten de la tubería principal deben derivarse siempre dirigiéndolas hacia arriba.

Las distribuciones empleadas para el tendido de una red de aire son:

a) Una larga tubería, extendida a todo lo largo de las naves del edificio con los necesarios bajantes a los puntos de utilización.

b) Tendido en circuito cerrado o en anillo. Normalmente se prefiere este sistema circular porque no tiene extremos muertos, el suministro de aire comprimido es equilibrado y las fluctuaciones de la presión se reducen considerablemente. Además, con la ayuda de válvulas de cierre situadas estratégicamente, parte de este circuito puede ser desconectado, manteniendo en servicio la parte restante.

En una red de aire pueden distinguirse : Línea principal, Línea secundaria y Las tomas de los aparatos.

Por su morfología las líneas se dividen en: Líneas Abiertas (ramificadas) y Líneas Cerradas (Reticuladas)

Las redes ramificadas, se caracterizan por una entrada general que se va descomponiendo progresivamente en otras más pequeñas hasta llegar a las diferentes utilizaciones. Este tipo de red es más económico y se emplea en instalaciones de pequeña envergadura. El inconveniente principal es que cuando se estropea un ramal, queda sin servicio una gran parte de la instalación.

Las redes reticulares son más caras por incluir mucho más material de instalación, pero poseen la ventaja de que una avería en cualquiera de las zonas de la red no afecta nada más que a una sección limitada del conjunto, si se han previsto las suficientes válvulas seccionadoras. Se emplea este sistema siempre que la red sea de cierta importancia y responsabilidad.

La red de tuberías se monta preferentemente con tubos de acero y uniones soldadas. La ventaja de la unión de tubos por soldadura es la buena estanqueidad y el precio. El inconveniente de las uniones soldadas es la producción de partículas de óxido; no obstante, con la inclusión de una unidad de mantenimiento delante del consumidor, las partículas son arrastradas por la corriente de aire y se depositan en el colector de condensación

Tuberías flexibles

Las tuberías y flexibles que se emplean en los sistemas de conexión descritos son de medidas métricas de 4,6, 8, 10, 12, 14 Y más milímetros de diámetro exterior con diferentes espesores de pared. Las roscas de conexionado a los elementos de automatismo, en el continente europeo, son en general de roscas tipo B.S.P. con calibres de 1/8, 1/4,3/8, 1/2,3/4, etc. En el continente americano los diámetros exteriores de los tubos son, generalmente, medidos en pulgadas y las roscas de adaptación a elementos de automatismo en roscas N.P.T.

En cuanto a materiales se refiere, los tubos de diámetros métricos emplea- dos se fabrican en nylon 11, poliuretano, polipropileno, etc. El nylon y poliuretano se fabrican en diferentes colores, permitiendo la selección de los diferentes circuitos. El color negro se emplea preferentemente en sistemas que deben resistir la intemperie.

Las tuberías rígidas empleadas suelen ser de cobre, cobre recubierto de PVC, acero, acero inoxidable, etc., empleándose para infinidad de fluidos además del aire comprimido, atendiendo siempre a las tablas de compatibilidades.

En cuanto se refiere a la instalación de flexibles para conducir el fluido a zonas de máquinas con movimientos relativos, es necesario cumplir cuatro condiciones principales:

1) Los flexibles no deben ser sometidos a tracción.

2) Los flexibles no deben ser sometidos a torsión.

3) Los flexibles no deben someterse a curvaturas exageradas que sobrepasen las prescripciones del fabricante.

4) En caso de limitación de espacio, utilizar codos y curvas rígidas de adaptación.

Como norma visual orientativa de la instalación de flexibles, se ha preparado la figura 6.26, que habla por sí sola y reúne suficientes posibilidades orientadoras de multitud de aplicaciones básicas.

La instalación de tuberías de nylon tiende siempre a adquirir un aspecto desaliñado, por lo que, para la organización y presentación de las instalaciones con este tipo de tubos, es preciso utilizar elementos exteriores de ordenamiento como:

-Canaletas ranuradas con tapa, iguales a las empleadas en instalaciones eléctricas.

-Clip sujetos a elementos resistentes.

-Corbatillas de nylon para agrupar tubos de recorridos paralelos.

Mantenimiento

Además de las operaciones de purgado de condensaciones que deben hacerse lo más frecuentemente posible, cada año, aproximadamente, debe hacerse una prueba y evaluación de las fugas, inspeccionándose grifos, purgas, derivaciones, etc., que permita su corrección con las reparaciones pertinentes.

Las redes secundarias de alimentación a máquinas y las tuberías de distribución dentro de ellas se efectúan por medio de los accesorios de conexionado que son muy variados y atienden a toda suerte de posibilidades.