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Instituto Tecnológico de Culiacán Ingeniería Mecatrónica
M.C. Fabio Abel Aguirre Cerrillo
Instituto Tecnológico de Culiacán Ingeniería Mecatrónica
• Conceptos básicos del aire comprimido.
• Contaminación del aire.
• Generación del aire.
• Redes de distribución.
• Unidades de mantenimiento.
• Clases de calidad de aire.
• Por que es importante el suministro de aire
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¿Quién dijo que el aire es gratis?
• Fuerza Eléctrica
ENERGÍAELÉCTRICAENERGÍA
ELÉCTRICA
• Filtros• Secadores
PREPARACIÓNPREPARACIÓN
• Sistema de Tubería / Red
DISTRIBUCIÓNDISTRIBUCIÓNGENERACIÓNGENERACIÓN
•Compresores•Equipo
neumáticas
USOSDIVERSOS
USOSDIVERSOS
Gra
n op
ortu
nida
d de
ahor
ro
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USOS Y GASTOS DEL AIRE COMPRIMIDO
22%
13%
65%
Aire utilizado
Pérdidas enmáquina
Pérdidas en suministro
Distribución promedio del uso del aire comprimido
Mantenimiento a equipo generador
Depreciación del equipo
Costo de energía
15%6%
79%
Distribución de gastos en el uso delaire comprimido
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35% desperdicio promedioEquivalente a$ 420,000264,000 pérdidas en la máquina156,000 pérdidas en suministro
Equipo : Compresor de 150 HPOperación : Trabaja 24 h/día y 365 días/año
Cálculo :
Total gastos $ 1,200,000
Energía eléctrica (79%) $ 960,000 Mantenimiento (21%) $ 240,000
depreciaciónrefaccionesservicio
GASTO PROMEDIO DE UN COMPRESOR
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La utilización del aire comprimido y de sus propiedades como medio de energía para producir un movimiento y un trabajo. el aire aire se compone principalmente:
• Nitrógeno
• Oxigeno
• Otros gases
• Impurezas
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PROBLEMAS AL COMPRIMIR EL AIRE
El aire a presión atmosférica contiene impurezas. al comprimir el aire también se comprimen todas estas impurezas yademás se suman a ellas las partículas que vienen del propio compresor .
Suciedad y partículas de polvo
Condensación del agua
Contaminación de aceite
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Carbónnegro
Las partículas sólidas se presentan en forma de polvo:
Partículas de desgaste
La partícula mas pequeña quepodemos ver es de 45 micrones
140.000.000 de partículascontaminantes en cada m3
80% de esta contaminaciónes menor a 2 micrones
Materiacorrosiva
Aire con partículas no mayor a 0.01 µm se considera limpio para poder respirarlo
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PROMEDIO DELTAMAÑO DE PARTICULAS
µm
PARTICULAMAYOR
µm
En provincia
- tiempo de lluvias 0,05 0,80 4,00
- tiempo de secas 0,15 2,00 25,00
Ciudades grandes
- áreas residenciales 0,40 7,00 60,00
- áreas industriales 0,75 20,00 100,00
Zonas industriales 3,00 60,00 1000,00
- talleres 1 a 10
- fundición 50 a 100
- cementeras 100 a 200
- desechos de hornos 1000 a 15000
CONCENTRACIONPROMEDIO
MG/M3
Promedio de polvo contenido en el aire
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TIPOS Y TAMAÑOS DE IMPUREZAS MAS COMUNES
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EFECTOS DE PARTICULAS EN UNA VALVULA
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Contaminación de aceite
• También en el caso de compresores que trabajen sin aceite
Aceite en forma deaerosoles presentes en el aire
Aceite delcompresor
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Condensación de Agua
Agua siemprepresente en el aire...
Se libera agua cuandoel aire comprimido se enfria
... en forma dehumedad natural
aire a +20°C con100% de saturationcontiene 17,15 g de agua por m3
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Estos contaminantes son agentes destructores del equipo neumático
Contaminación
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Condensación de agua
• Hinchamiento de• los empaques
Efectos en los elementos neumáticos:
Congelación delaire en las válvulas
Congelación delos empaques
Destrucción delos empaques
Corrosión
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Condensación de agua
• Decrece la• confiabilidad de• funcionamiento
Resultados:
Velocidadesmás lentas
Disminución deltiempo de vida
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La pureza del aire comprimido esta influenciada por
• La calidad del aire de aspiración
• El filtro de aspiración.• El tipo de compresor• Mantenimiento del compresor• El separador de partículas sólidas• Secador por refrigerante• La red de distribución• La unidad de mantenimiento• Filtros y sacadores
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• Principio por mecánica de fluidos
Características:
Generación del aire comprimido
•Altos caudales •Bajas presiones•Sin contaminación por lubricación mecánica
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•Altas presiones•Relativos bajos caudales•Contaminación por partes mecánicas lubricadas
Características:
Generación del aire comprimido
• Principio desplazamiento positivo
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Tanque vertical
Tanque horizontal
ACUMULADOR – TANQUE DEPOSITO DE AIRE
• Reduce las caídas de presión en la línea
• Sirve como respaldo de energía neumática
• Ayuda a eliminar la humedad
• Sistema de seguridad
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Termómetro Manómetro
Válvula limitadora
Válvula de cierre
Grifo
El acumulador se debe instalar a la sombra
El tamaño acumulador depende de:
Caudal de compresor.
Cantidad de aire requerida por el sistema.
Red de tuberías.
Regulación del compresor
Oscilación de la presión en el sistema.
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Entre el compresor y nuestro acumulador es necesario contar con un secador en frío
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x
• Longitud corta
• Pocos elementos
• Caídas de presión
RED DE AIRE COMPRIMIDO
El material de la red de aire debe ser de un material con superficies lisas preferentemente. Dependiendo de su longitud la red de distribución de aire comprimido se aplica alguna de las siguientes configuraciones:
• Longitudes largas
• Elementos indefinidos
• Estabiliza la presión
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LA DISTRIBUCIÓN DEL AIRE
La instalación área impide que la humedad “trepe” hacía las máquinas
Cuello de ganso impide que por gravedad la humedad vaya hacía la máquina
Trampa de condensado para desfogar la humedad
Una pendiente 1 al 2 % de la longitud permite concentrar los condensados
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UNIDADES DE MANTENIMIENTO
• Filtro. Evita el paso de partículas indeseables y acumula condensados de agua. Los hay para 40, 5, 1, 0.01 y 0.003 micras.
• Regulador. Mantiene la presión de salida constante independientemente de la presión de entrada. Presiones de 0 a 15 bar.
• Lubricador. Por medio del aceite se reduce el desgaste, disminuyen las perdidas por rozamiento y protección contra la corrosión ( 32 mm2 / seg = ISO VG 32 )
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UNIDADES DE MANTENIMIENTO
• El tamaño de las unidades de mantenimiento depende del consumo del aire.Si es demasiado pequeña pueden producirse oscilaciones de la presión y los filtros quedan obstruidos demasiado pronto.
• Las unidades de mantenimiento montadas al principio de un sistema neumático deben admitir un caudal mayor, ya que dichas unidades tienen queencargarse de limpiar una mayor parte del aire.
• Tratándose de aire con aceite, la lubricación no deberá superar los 25 mg/mts3
( de 0.5 a 5 gotas / 1000 litros )
• De ser posible, los lubricadores deberán ser instalados inmediatamente antes de los cilindros consumidores.
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UNIDADES DE MANTENIMIENTO
Filtro Lubricador
Regulador
• Unidad de mantenimiento básica
• Filtro de 40 o 5 micras.
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Aire lubricado
Aire sin lubricar
Lubricador
Regulador
Filtro
UNIDADES DE MANTENIMIENTO
Con un modulo de derivación antes del lubricador. El aire lubricado es para los elementos de trabajo y el aire sin aceite es para el mando de los elementos neumáticos o para aplicaciones en donde no sea necesario la lubricación.
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UNIDADES DE MANTENIMIENTO
Parte de Mando: 3 a 4 bar
Presión de trabajo: 6 barFiltro
Regulador
Lubricador
Con un modulo de derivación antes del lubricador y con presión de mando regulada para 3 a 4 bar.
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UNIDADES DE MANTENIMIENTO
Filtro FiltroSubmicrónico
1 Micra
ReguladorLubricador
Trabajo 6 bar
Mando 3 o 4 bar
5 Micras
Con filtro submicrónico de 1 micra.
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Aire de mando sin lubricar
Aire de trabajo lubricado
Regulador
Lubricador
Válvula de
corredera
Filtrosubmicrónico
1 micra
Filtro regulador5 micras
UNIDADES DE MANTENIMIENTO
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SECADORES
a 100%saturaciónp = 1 bara
Contenido humedad
g/m3
Temperatura en¦ C
-10 0 +10 20 30 40 50 60 70 80
1000500
100
50
20
10
1
0.1
5
0.5
a 100 %saturaciónp=6 bara
Punto de roció. Es la temperatura a la que el vapor se condensa.
Comprimir el aire significa reducir su volumen
El aire comprimido no puede contener tanta agua como el aire atmosférico
Cuanta mas alta la temperatura del aire, mayor es su concentración de humedad.
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SECADORES REFRIGERANTES
Principio:
Aire comprimido con una temperatura aprox. 30°C
Intercambiador de calor
Unidad refrigerante
Purga de condensados
A
B
C
D
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SECADORES DE MEMBRANA
Están compuestos por un haz de de fibras huecas permeables al vapor y que está circundando de aire seco que no está sometido a presión. El secado se produce a raíz de la diferencia parcial de presión entre el aire húmedo en el interior de las fibras huecas y el flujo en sentido contrario del aire seco. El sistema procura crear un equilibrio entre la concentración de vapor de agua en ambos lados de la membrana.
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Principio de funcionamiento en detalle:
1 Aire sucio y húmedo entra por el filtro coalesente
2 Aceite y agua es retenida por el filtro y evacuada por la purga automática
3 Aire comprimido limpio y saturado entra al secador
4 El aire pasa por un paquete de membranas con fibras huecas
5 El vapor de agua se dispersa a través de las paredes de las membranas
6 Aire de purga (aire seco de la salida del secador)
7 El aire de purga en sentido contrario pasa sobre la superficie de las membranaseliminando las moléculas de agua
8 Aire limpio y seco es suministrado por la salida del secador
SECADORES DE MEMBRANA
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SECADORES DE MEMBRANA
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1 aire húmedofiltro de entrada
2 humedad es adsorbidaen la superficie deldesecante
3 regeneración del desecante por elaire de purga
4 expansión de la líneade presión a la presiónatmosférica
5 aire seco filtro de salida
6 humedad esevacuada del sistema
SECADORES DE ADSORCIÓN
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Punto de rocíode la presión
Flujos
Categoríasaire limpio
Tamaño
Montaje?
SecadoresRefrigerantes
Secadores deAdsorción
Secadores deMembrana
+2°C -70°C -20°C
Alto Medio/Alto Bajo(500-20000 l/min) (55-1820 l/min) (50-340 l/min)
4 1 3
Grande Mediano Pequeño
Cuarto de A pie de máquina A pie de máquinacompresores
COMPARACION DE LOS SECADORES
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SECADORES DE ADSORCIÓN
Beneficios
SecadoresRefrigerantes
Secadores deAdsorción
Secadores deMembrana
-punto de rocíode la presiónconstante
-alta eficiecia
-listo para conectar
-PDP -70°C posible
-no requiereconexióneléctrica
-seguro en ambientesexplosivos
-no requieredesecante
-confiable
-no requieredesecante
-económico
-no requiereaire de purga
-Altos flujos
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CLASES DE AIRE COMPRIMIDOLa calidad del aire comprimido es expresada en clases de acuerdoa la norma ISO 8573-1. En dicha norma se establece el grado de impurezas máximo en cada clase de calidad de aire.
No especificado+10No especificado6
5+3154
25+7405
0.1-4012
1.0-2053
0.01-700.11
No especificadoNo definidoNo especificado7
Máximo contenido de aceite
Punto de roció bajo presión
Tamaño de partículas µm
Clase
El aire recomendado para cilindros es 3.3.5
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AIRE RECOMENDADO POR ISO
Aplicación Sólidos Agua Aceite
Aire para ventilaciónChumaceras con suspensión de aire Aire para instrumentosMotores de aire pesadosTurbinas de aire
32242
523
4-12
33353
Máquinas para zapatos y botas Máquinas para piedras y vidrio
44
44
55
Limpieza de partes de máquinas Edificación y construcción Transporte de sustancias granuladas Transporte de sustancias en polvo
4432
4543
4532
Circuitos de potencia en fluídica Sensores en fluídica Máquinas de fundición
424
42-14
425
Transporte de comida y bebidas 2 3 1
Equipo manual en la industria 4 4-5 5-4
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AIRE RECOMENDADO POR ISO
Máquinas herramientas Minería
44
35
55
Máquinas empacadoras Procesamientos fotográficos Cilindros de aire comprimidoReguladores de presión de precisión Equipo para procesos
41332
31322
31533
Martillos neumáticos 4 5-2 5
Equipo Sandblast Pistolas de aspersión
-3
33-2
33
Máquinas para soldar Plantas generales de aire
44
44
55
Aplicación Sólidos Agua Aceite
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Fugas de Aire Comprimido
• Estanquidad equivale a fuga admisible 1x10-10mbar litro/seg.
• Prácticamente estanquidad entre 10-2 a 10-5 mbar litro/seg. Los racores FESTO cumplen con dicho valor.
• Fuga se entiende como la pérdida de aire comprimido en zonas no estancas a lo largo de un año pueden ser considerable
8.331.05
3.111.13
0.31.31
Perdida de energía en KW
Perdida del aire comprimido(6 bar) en l/s
Diámetro del orificio de la fuga en mm
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Fugas de Aire Comprimido
10Herramientas neumáticas
18Aparatos conectados a la red
12Válvula de vías
8Tubería
25Otros
1Actuadores
26Racores
Fugas de aire %Equipo
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Sugerencias para ahorrar
La perdida de presión debe ser:
1. Tubería principal
2. Tubería de distribución
3. Derivaciones
4. Secador
5. Filtro
6. Unidad de mantenimiento
Perdida total
0.03
0.03
0.04
0.30
0.40
0.60
1.40
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Sugerencias para ahorrar
• La red de tubería debe ser lo más corta posible y el diámetro de la tubería debe ser el mas pequeño posible.
• Las tuberías que se instalen adicionalmente deben de provenir de la fuente de aire comprimido y no de alguna derivación.
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Sugerencias para ahorrar
• Las unidades de mantenimiento deben montarse de modo descentralizado y los mas cercano a los consumidores
• Utilizar cilindros de diámetro apropiado.
55 % gasto de aire en mal elección
DNG-40-250-PPV-A
Consumo por ciclo = 4.05 litros
DNG-50-250-PPV-A
Consumo por ciclo = 6.30 litros
Relación de aire = 6.30 / 4.05 = 1.55
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Sugerencias para ahorrar
• Hasta donde sea posible trabajar con la presión mínima posible.
DNG-50-250-PPV-A
Ejemplo: Se tiene un carga de 85 Kg a levantar. Que presión es recomendable utilizar ?
DNG-50-250-PPV-A a 5 Bar 90 Kg
DNG-50-250-PPV-A a 6 Bar 108 Kg
P1V1 = P2V2
El volumen de un DNG-50-250-PPV-A 0.9 litros a presión atmosférica por ciclo.
Para 5 Bar tenemos = 0.9 x 6 = 5.4 litros Para 6 Bar tenemos = 0.9 x 7 = 6.3 litros
Relación de aire = 6.3/5.4 = 1.16
16 % gasto de aire por mala regulación
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Sugerencias para ahorrar • Las pistolas de chorro de aire para limpiar, soplar, eliminar virutas, etc., aplicar solo una presión máxima de 2 bar.
• Es mas recomendable utilizar bloques de distribución que utilizar varias conexiones en T a la vez por la perdida de presión además de tener menos puntos posibles de fuga
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Sugerencias para ahorrar
• Siempre que sea posible utilizar solo cilindros de simple efecto ya que estos cilindros solo consumen aire en el avance o retroceso.
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Sugerencias para ahorrar
• En la medida que sea posible utilizar el regreso de los cilindros de doble efecto utilizando un fuelle neumático.
Los cilindros de carrera larga (más de 150 mm) no funcionan no funcionan en modalidad de simple efecto.
2 Bar
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Sugerencias para ahorrar
• Si para el retroceso de un cilindro de doble efecto no se necesita toda la fuerza, utilizar una presión de 4 en vez 6 Bar.
40 % gasto de aire por mala regulación
Para 6 Bar tenemos = 0.4107 x 7 = 2.875 litros
Para 4 Bar tenemos = 0.4107 x 5 = 2.0535 litros
Relación de aire = 2.875/2.0535 = 1.40
El volumen de un DNG-50-250-PPV-A 0.4107 litros a presión atmosférica en su retroceso
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Sugerencias para ahorrar
• Las válvulas deben montarse lo mas cerca posible de los cilindros
• Utilizar el mando neumático solo si es indispensable
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