Post on 30-Sep-2018
Instructor: Ing. Luis Gomez Quispe
SEMESTREIII - 2017
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ADMINISTRACION DE EMPRESA OPERACIONES INDUSTRIALES
SEMANA 9 : AIRE COMPRIMIDO Inst. Ing. Luis Gomez Quispe
VISIÓN GENERAL DE LA SESIÓN
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¿Cómo se denomina esta
máquina?
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Definición:
Un compresor es una máquina queeleva la presión de un gas, un vapor,o una mezcla de gases y vapores.
Son maquinas de flujo continuo endonde se transforma la energíacinética (velocidad) en Trabajo(presión).
¿QUÉ ES UN COMPRESOR?
Es una máquina que absorbe gas, lo comprime, y lo expulsa a una mayor presión
ABSORBE COMPRIME
EL GAS EL GAS
EXPULSA EL GAS A
MAYOR PRESIÓN
El uso más importante de los compresores es la producción de AIRE comprimido
Esta fuente de energía instantánea, segura y flexible se usa para:
impulsar herramientas neumáticas
generar enfriamiento
operar maquinaria
controlar muchos tipos de procesos de fabricación
aire para la respiración - equipos de buceo, hospitales
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Lockhead SR-71 Blackbird
The engines on the blackbird are turbojets and are used as such up to about Mach 4; when the air flow is bypassed around the compressor and the engines become ramjets.
NASA X-43A
This is where we are today. The X-43A is an experimental aircraft that uses a scramjet (supersonic ramjet) for its propulsion. The X-43A has reach speeds of about Mach 10.
¿EL COMPRESOR DE BICICLETA???
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COMPRESIÓN DE AIRE - PRINCIPIOS (1)
Todo gas consiste de una gran cantidad de
moléculas que se mueven en todas
direcciones, chocando entre sí y con las
paredes del envase donde se encuentra
confinado.
Las moléculas de gas que chocan con las
paredes del envase ejercen una fuerza
determinada sobre ellas. Esta es la presión
del gas.
Al reducir el volumen del envase, las
moléculas de gas tienen menos espacio
para moverse, por lo que aumenta tanto la
cantidad de choques contra las paredes
como la presión.
El volumen de una masa fija de gas, a
temperatura constante, varía en forma
inversa a la presión P µ 1/V (Ley de Boyle).
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Energía en
P V
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COMPRESIÓN DE AIRE - PRINCIPIOS (2)
La temperatura de un gas indica la medida de
la energía cinética de las moléculas de gas.
Mientras más caliente esté el gas, mayor será
la energía cinética.
Cuando aumenta la temperatura del gas, las
moléculas se mueven con mayor rapidez y
chocan con mayor frecuencia y más fuerza
contra las paredes del envase. Por ende, la
presión aumenta.
La presión de una masa fija de gas, a
volumen constante, varía en forma directa
con la temperatura.
P x V = constante x Temperatura (Ley de
Charles).
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Frío Caliente
P T
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COMPRESORES DE AIRE
¿Por qué los compresores son una de las partes más críticas de los equipos de la planta?
Una gran cantidad de equipos y sistemas de control funcionan
con aire comprimido. A menudo, si la planta pierde el aire
comprimido, se tiene que cerrar en su totalidad.
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COMPRESORES DE AIRE
Cuando se hacen las inspecciones de lubricación, ¿dónde se
pueden encontrar los compresores?
Como los compresores generan una gran cantidad de calor y ruido,
por lo general se ubican en las áreas más apartadas de la planta.
En muchos casos, los clientes tienen salas e incluso edificaciones
para los compresores.
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TIPOS DE COMPRESORES
TIPOS DE COMPRESORES
Dinámico
Desplazamiento
Positivo
Reciprocante
Centrífugo
Rotativo
Único rotor
Axial
Doble rotor
de Tornillo
PISTON de Cruceta de Laberinto de Diafragma de Paletas de Anillo de Único
Líquido Tornillo de Rotor
de Lóbulos
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COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Funcionan capturando un volumen de gas en un espacio cerrado
aumentan la presión reduciendo el volumen del espacio
el ejemplo más sencillo = ¡una bomba de bicicleta!!
Salida de aire
comprimido
Entrada
de aire
los principales tipos de compresor de desplazamiento positivo son 2:
-rotativo
-reciprocante
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COMPRESORES DINÁMICOS
Compresores Dinámicos (de flujo continuo)
aceleran un gas a fin de aumentar su energía cinética
la energía cinética se convierte en presión al reducir su
velocidad
Los compresores dinámicos incluyen los equipos de flujo centrífugo y axial
Las aplicaciones de baja presión/ alto volumen - son útiles cuando se necesita un gran volumen de aire comprimido (hasta 20.000 m3/min)
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RANGO DE OPERACIÓN DE LOS COMPRESORES
10000
RECIPROCANTE
1000
100
ROTATIVO
10
1
0.1 1 10 102
CENTRÍFUGO
AXIAL
DE BAJA PRESIÓN
103 104 105 106
CAPACIDAD (litro/segundo)
Alta P/Bajo V/ Flujo Intermitente Baja P/ Alto V/ Flujo Continuo
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COMPRESORES DE AIRE RECIPROCANTES
(DE PISTÓN) - PRINCIPIO
Generan presión a través de una acción reciprocante,
utilizando una serie de pistones y válvulas
Las máquinas pueden ser de un único paso o de
múltiples pasos
Beneficios de la compresión por múltiples pasos
El gas se comprime en varios pasos
El gas se enfría entre los distintos pasos
El volumen del gas se reduce después
de cada paso
Logrando mayor eficiencia / menor
temperatura de salida en comparación
con el compresor de un único paso
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1er paso
Enfriador
de aire
2do paso
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COMPRESORAS RECIPROCANTES
•Son aquellas compresoras que comprimen los gases por medio de un pistón en movimiento reciproco dentro de un cilindro.
- TIPO 30 -
LUBRICADAS
• 2 Etapas
• Potencia del Motor: 5-7.5-10-15-20-25-30 H. P.
• Rango de Capacidades: 14 a 100 CFM
• Rango de presiones: 60 a 175 PSIG, 250 PSIG
- TIPO 30 -
OILLESS
• Reciprocantes 100% Libres de Aceite
• Uso en aplicaciones continuas de 24 horas
• Completamente paquetizadas
• Potencia del Motor: 5-10-15-25 H. P.
• Rango de Capacidades: 16 a 92 CFM
• Rango de presiones: 50 a 125 PSIG
- TIPO 30 -
ALTA PRESION
• Reciprocantes Lubricadas de Alta Presión
• 2, 3 y 4 Etapas
• Potencia del Motor: 2-5-10-15-20 H. P.
• Rango de Capacidades: 5 a 38 CFM
• Rango de presiones: 75 a 5,000 PSIG
COMPONENTES DE UN COMPRESOR DE AIRE RECIPROCANTE
- DE DOBLE PISTÓN EG CON CONFIGURACIÓN EN V
Filtro de entrada de
aire Cabezal del cilindro
Motor eléctrico
Cubierta del
ventilador
Medidor de presión
Carter de aleación de Al
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ANIMACIÓN DE UN COMPRESOR RECIPROCANTE
Compresor de oposición horizontal
CILINDRO DEL
COMPRESORESPACIADORES
PRENSAESTOPAS Y ESPÁRRAGO
ESCOBILLA ACEITE DISTANCIADOR
VARILLA DEL PISTÓN
CRUCETA TUERCA DE
INMOVILIZACIÓN
PRENSAESTOPAS DISTANCIADORDISTANCIADORPRENSAESTOPAS PARTICIÓN INTERNO EXTERNO DE PRESIÓN
TAPA
VÁLVULA
DE ANILLO
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HUELGO CÁMARA
DESCARGA
TAPA
VÁLVULA
DE PISTÓN
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COMPRESORES DE TORNILLO ROTATIVO
•Son aquellas compresoras que comprimen el aire entre dos lóbulos helicoidales, los cuales al girar comprimen y desplazan el gas.
TORNILLO ROTATIVO
LUBRICADO DE
1 ETAPA
• Rangos de Potencias:
• 7.5 a 450 H.P.
• Rango de capacidades:
• 30 a 2,050 CFM
• Presiones:
• 65 a 200 PSIG
L H
TORNILLO ROTATIVO
LUBRICADO DE
2 ETAPA
• Rango de Potencia: 100 a 500 H.P.
• Rango de Capacidad:
• 470 a 2,600 CFM
• Rango de Presiones: XFE = 100 PSIG EPE = 125 PSIG HPE = 140 PSIG HXP = 200 PSIG
COMPRESORES DE AIRE ROTATIVOS - PRINCIPIO
Generan presión a través de una acción rotativa, al reducirse el
volumen desplazado aumenta la presión del aire de salida
Los compresores pueden estar compuestos de :
único tornillo
1 rotor aspa deslizante
doble tornillo
2 rotores soplador
de base
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COMPRESOR DE TORNILLO ROTATIVO
- ¿QUÉ HAY DENTRO DE LA CAJA?
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COMPRESOR DE TORNILLO ROTATIVO
- ¿QUÉ HAY DENTRO DE LA CAJA?
Filtro integrado para la descarga de aire
Salida de descarga de aire a alta presión
Secador refrigerante
Motor
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VENTILADOR
Filtros de Aceite
Válvula ingreso de aire
Elemento del compresor de tornillo y conjunto de impulsión
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COMPRESOR DE TORNILLO ROTATIVO
- ¿QUÉ HAY DENTRO DE LA CAJA?
Enfriador
Receptor de aire y separador de aceite
(aglutinador)
Filtro de entrada de aire
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Pantalla electrónica
Separador aceite/ agua integrado
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COMPRESORES DE AIRE ROTATIVOS
Los compresores del tipo tornillo rotativo pueden ser de inyección de aceite o
libres de aceite :
Inyección de aceite
se produce una estrecha mezcla entre el gas/ aire del proceso y el
lubricante inyectado en el extremo de aire
Libres de aceite (secos)
no se produce la mezcla de gas/aire del proceso y el lubricante en el
extremo del aire
el término “libre de aceite” se refiere a la descarga de aire
Los rotores no se lubrican, sino que son impulsados por engranajes
sincronizados y deben operar a alta
velocidad a fin de minimizar la dispersión.
Sin embargo, ¡sigue necesitando aceite!
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SOPLADOR DE BASE (O ROTOR DE LÓBULOS)
Un soplador de base es una máquina de desplazamiento positivo que usa dos o más lóbulos rotativos en un cilindro configurado especialmente (por lo general, en forma de 8)
Los lóbulos se impulsan entre sí usando engranajes sincronizados y toman aire de un
extremo para pasarlo al otro extremo
La máquina en sí no genera compresión, sino que simplemente desplaza el aire
La compresión se genera porque el aire
inducido se obliga a pasar por un conducto cerrado, haciendo que el aire a presión atmosférica quede presurizado
Baja presión (máx. 3 barios)
La cámara de compresión no lleva aceite
El aceite se usa sólo para lubricar los
engranajes sincronizados y los cojinetes
Es una aplicación de muy alta temperatura
debido a su alta velocidad, el calor de la
compresión y el pequeño colector de aceite
Por lo general se usa para transportadoras
neumáticas, como las que transportan polvo
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ENTRADA SALIDA
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ÁREAS DE PROBLEMA EN LOS COMPRESORES DE
AIRE ROTATIVOS - OXIDACIÓN
Tornillo de Atlas Copco
lubricado con
Aceite Mineral (1.500 hrs)
Compresor de Tornillo Joy
lubricado con
Fluido Sintético (7.000 hrs)
Tornillo Sullair
lubricado con
Aceite Sintético Shell
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Compresor de Único Tornillo Mitsui Seiki (9.000 hrs)
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CONTAMINACIÓN POR AGUA
Fuentes
Condensación
Llenado con descuido
Aire de entrada de poca calidad
Aire a temperatura muy baja
La contaminación por agua lleva a
Disgregación del aceite del compresor
Formación de productos ácidos
Insolubles
Oxidación acelerada
Disgregación acelerada de los aditivos
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Dificultades operativas
Excesivo desgaste en los
cojinetes
Herrumbre y corrosión
Cambios en la viscosidad
Bloqueo del filtro y por el
aglutinador 39
ES IMPOSIBLE ELIMINAR EL 100% DE LA NIEBLA DEL ACEITE
Concentración de la niebla de aceite en cada sistema de filtrado
Compresor
Receptor Secador de aire de aire
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Filtro de Aire
Filtro
Micro Niebla
Filtro
de Carbón
Concentración de Niebla de Aceite
en el Aire Comprimido
a
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ÁREAS DE PROBLEMA EN COMPRESORES DE
AIRE RECIPROCANTES
Formación de Depósitos - Riesgo de Explosión
Depósitos Aire Comprimido que Contiene Neblina
de Aceite
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Carbonáceos
Contiene Óxido de Hierro Se acumula carbón en la Línea de Descarga
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CONCEPTOS BASICOS DEL AIRE COMPRIMIDO
CONCEPTOS BASICOS DEL AIRE COMPRIMIDO
PRESION
Si tenemos una fuerza F, aplicada sobre una superficie
S, la presión sobre dicha superficie se define
formalmente como la relación entre el componente
normal de la fuerza (Fn) y la superficie S es decir:
Fn
P=.-------
S
FnS
En un fluido en equilibrio, la presión en cualquier punto es
la misma en todas direcciones.
Las unidades mayormente usadas para la medición de
presiones , así como las relaciones que entre ellas existen
pueden apreciarse en la tabla siguiente.
EQUIVALENCIAS DE UNIDADES DE PRESION
Unid. psi Ib/pie2 Kp/cm2 mm Hg Kpa bar
psi 1 144 9,0703 51,713 6,895 0,069
Ib/pie2 0,00694 1 ------ 0,3591 0,048 ------
Kp/cm2 14,223 2048,16 1 735,56 98 0,98
mm Hg 0,0193 2,785 ------ 1 0,133 0,0013
Kpa 0,145 20,88 0,01019 7,5188 1 0,01
bar 14,5 2088 1,0197 751,88 100 1
CONCEPTOS BASICOS DEL AIRE COMPRIMIDO
VOLUMEN
El volumen de una sustancia es el espacio que ella ocupa.
El volumen de un gas es el del recipiente que lo contiene.
Sin embargo, en un volumen dado pueden existir
diferentes cantidades de masa de gas dependiendo de la
presión y temperatura a la cual se encuentra dicho gas.
Esto significa que en un mismo volumen, puede existir gas
a diferentes densidades.
EQUIVALENCIA ENTRE UNIDADES
DE VOLUMEN
Unid. cm3 l m3 gal pie3
cm3 1 0,001 ------ ------ ------
l 61,026 1 0.001 0,2641 0,036
m3 106 103 1 264,2 36,31
gal 3786,4 3,786 ------ 1 0,1337
pie3 28,317 28,32 0.0283 7,481 1
CONCEPTOS BASICOS DE AIRE COMPRIMIDO
CAUDAL
Caudal es volumen en movimiento, es decir, volumen por
unidad de tiempo
Unid. l/s m3/min cfm gal/min
l/s 1 0,060 2,1192 15,85
m3 /min 16,66 1 35,3198 264,17
cfm 0,4719 0,0283 1 7,481
gal/min 0,06309 0,0038 0,1337 1
EQUIVALENCIAS ENTRE UNIDADES DE CAUDAL
PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE COMPRESORES DE AIRE
CONVERSION DE VOLUMEN
1.Convertir 300 galones a litros2.Convertir 10 m3 a galones3.Convertir 350000 cm3 a litros y m34.Convertir 4500 pie3 a m3 y litros
CONVERSION DE PRESION
1.Convertir 2550 PSI a BAR2.Convertir 260 BAR a mmHg.3.Convertir 755 kg/cm2 a N/cm24.Convertir 4500 psi a Kpa
CONVERSION DE CAUDAL
1.Convertir 3480 CFM A lts/seg2.Convertir 260 galones/min a CFM3.Convertir 20 m3/min a lts/seg4.Convertir 4500 lts/seg a galones/min
Calculo del diámetro
interior
de las tuberías
De aire comprimido
2.009
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Seminario aire comprimido.
A) Dimensionamiento de la tubería de aire comprimido. Fórmula
di = diámetro interior tubería [ m ]
V = Caudal [ m³/s]
L = Longitud equivalente tubería [ m ]
∆p = Pérdida de carga admisible [ bar ]
Pmax = Máx. presión [ barabs ]
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PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE COMPRESORES DE AIRE
Calcular la Dimensionamiento de la tubería interior de aire comprimido utilizando la formula dada.
Calcular
Caudal
Long. equivalente de tubería
PØrdida de carga admisible
Mxima presión
= 2 m3/min
= 200 m
= 0,1 bar
= 8 bar abs
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