aire comprimido asimei

8/3/2019 Aire comprimido ASIMEI

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Principios, Diseo y OperacinEficiente de Sistemas Aire

Comprimido:

Ing. Ricardo E. Colorado T.


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Principios, Diseo y Operacin Eficiente de Sistemas AireComprimido

Los sistemas de aire comprimido son utilizados en prcticamente toda laindustria y otros tipos de instalaciones, para cumplir con una variedad depropsitos tales como servicios generales, transmisin de potencia paraoperacin de variados equipos neumticos, proveer aire para combustin uotro(s) proceso(s), operacin de componentes automticos o equipos decontrol automtico y la realizacin de muchos otros procesos productivos,etc.

Es debido a esto que los sistemas de aire comprimido son parte vitaltanto para la industria tradicional como para el desarrollo de los procesosproductivos modernos industriales.

Dependiendo del tipo de industria los costos asociados para la provisin

de este insumo pueden llegar a representar un monto importante dentro delos costos energticos y de mantenimiento de las mismas, sin embargo portratarse de un recurso que siempre debe estar disponible es necesario unadecuado monitoreo y operacin para garantizar su confiabilidad, evitardesperdicios de energa y sus costos asociados.


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Principios, Diseo y Operacin Eficiente de Sistemas AireComprimido

Al finalizar el presente curso, el asistente obtendr:

El correcto entendimiento de los principios de generacin de aire comprimido.

La forma correcta de disear sistemas de compresin y suministros de airecomprimido.

Operar adecuadamente sus sistemas de aire comprimido.

Identificar por medio del monitoreo las oportunidades para optimizar los costosoperativos.

Los principios bsicos de mantenimiento de los sistemas.

Lograr obtener una operacin eficiente y confiable de sus sistemas

Evitar desperdicios operativos.


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Temario a desarrollar:

1.- Propsito de la compresin.

2.- Mtodos de compresin.

3.- Tipos de compresores y sus principios de operacin.

4.- Estndares.

5.- Definiciones.

6.- Unidades de medida.

7.- Seleccin de compresores.

8.- Informacin importante requerida por el proveedor del equipo

9.- El sistema de aire comprimido.

10.- Secadoras de aire.

11.- Monitoreo, conservacin y mantenimiento.

12.- Oportunidades de conservacin de energa.

13.- Aplicaciones tpicas del aire comprimido.


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1.- Propsito de la compresin.

La compresin de aire tiene un solo propsito, el suministro del mismo a una presin ms altaque a la que originalmente existe en el ambiente natural. El mencionado incremento de presinpuede variar desde unas pocas onzas hasta cientos de libras, tambin la cantidad de airecomprimido a manejar puede variar desde unos pocos pies cbicos por minuto hasta cientos omiles y la calidad del aire a suministrar igualmente puede diferir de una instalacin a otra.

La compresin de aire es realizada para satisfacer una gran variedad de propsitos a serdesarrollados en procesos de servicios generales, industriales o de manufactura, tales como la

transmisin de potencia para operacin de equipos neumticos, proveer aire para combustin uotro(s) proceso(s), operacin de componentes o controles automticos y la realizacin de otrosmltiples tipos de procesos productivos.

Para el incremento de la presin del nivel original al nivel requerido, se requerir del uso deequipos para realizar la compresin, compresores de aire y potencia normalmente energaelctrica, as como de un sistema para el transporte y distribucin del insumo, hasta llegar a losdiferentes puntos de consumo dependiendo de la instalacin particular.

Un correcto entendimiento de los sistemas anteriormente listados, el adecuado diseo,operacin, monitoreo y mantenimiento de los sistemas de aire comprimido, as como mejorar elproceso de seleccin de los equipos ms adecuados con el objeto de optimizar la inversin inicialy los costos operativos asociados de ampliaciones a sistemas existentes y de nuevasinstalaciones por ser diseadas a futuro, es el propsito de la presente capacitacin.


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2.- Mtodos de compresin.

Existen cuatro mtodos que son los mascomnmente utilizados para la compresin delaire ambiente, dos de estos que proveern elaire comprimido en forma intermitente y los

otros dos que lo proveern en forma continua,los tipos principales de diseos de compresoresque pertenecen a estos mtodos ya antesmencionados, se agrupan dentro de lassiguientes clasificaciones:

Compresores de desplazamiento positivo.Compresores de flujo contino.


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3.- Tipos de compresores y sus principiosde operacin.


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Unidades de desplazamiento positivo: Son aquellas enlas cuales volmenes sucesivos de aire (gas) sonconfinados dentro de un espacio confinado donde eselevado a una presin superior. Los modelos masutilizados son:

Compresores reciprocantes

Compresores rotatorios: Alabe (paleta) deslizante

Compresores de pistn - lquido Compresores de lbulos Compresores helicoidales o de lbulo espiral (compresores de

Tornillo)


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Compresores dinmicos: Son mquinas rotatoriasde flujo contino en las cuales el elemento rpidorotativo acelera el aire (gas) a medida que pasa atravs del elemento, convirtiendo la cabeza de

velocidad en presin, parcialmente en el elementorotativo y parcialmente en difusores o aletasestacionarias. Los modelos mas utilizados son:

Compresores centrfugos

Compresores axialesCompresores de flujo mixtoEyectores.


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3.- Compresores reciprocantes, principiosde operacin.

El elemento bsico de compresin reciprocantes es un cilindronico de compresin en un solo lado del pistn (accin simple).Una unidad de compresin a ambos lados del pistn (accin

doble) consiste de dos elementos simples bsicos operando enparalelo en un mismo alojamiento.

El compresor reciprocante utiliza vlvulas automticas de resortescargados, que abren solo cuando la adecuada presin diferencialexiste a travs de la vlvula. Las vlvulas de succin abren cuandola presin en el cilindro es ligeramente menor que la presin desuccin. Las vlvulas de descarga abren cuando la presin en elcilindro es ligeramente mayor que la presin de succin.


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En un compresorreciprocante simplede dos etapas, los

cilindros sonproporcionales a latasa de compresin,el volumen de lasegunda etapa sermenor debido a que

el aire (gas) ya hasido parcialmentecomprimido


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3.- Compresores de alabe (paleta) deslizante,principios de operacin.

Sus elementos bsicos son:Cubierta cilndricaElemento rotativoAlabes (paletas) deslizantes

Al operar a su velocidad de diseo, su desempeo seridntico al de un compresor reciprocante. Pero existe unadiferencia importante, en este diseo no existen vlvulasde succin o descarga. La puerta de entrada esnormalmente mas ancha y esta diseada para admitir aire

(gas) en el punto donde la separacin entre dos alabes(paletas) es mayor. Se tiene reduccin de volumen amedida que el rotor gira y el aire (gas) es comprimido. Lacompresin contina hasta la puerta de descarga.


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3.- Compresores pistn - liquido, principios deoperacin.

El compresor rotatorio de pistn liquido oanillo liquido utiliza un rotor con hojasempujadoras mltiples girando alrededor de un

cono central que contiene puertos de entrada ydescarga, la hoja acciona un anillo encapsuladode liquido alrededor del interior de la cubiertaelptica. Sus elementos bsicos son:

CubiertaCabezas

Ensamblaje rotatorio


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3.- Compresores pistn - liquido, principios deoperacin.


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3.- Compresores de lbulos, principios deoperacin.

Consisten de los elementos siguientes:

Cubierta

Rotores dobles simtricos o impulsores que normalmente

tienen forma de ocho en su seccin transversal.

Durante el giro de los rotores no se tiene compresin oreduccin del volumen de aire (gas). Los rotoressimplemente mueven el aire (gas) de la entrada a la salida.

La compresin se da debido a la contrapresin en lacubierta causada por la presin en la lnea de descarga yaque la puerta de salida no tiene cubierta.


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3.- Compresores de lbulos, principios deoperacin.


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3.- Compresores de Tornillo, principios deoperacin.

Mquina dedesplazamientopositivo de dos

rotores donde elaire (gas) secomprime entrelos claros de los

lbuloshelicoidales y lacmara del rotorde la cubierta.


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3.- Compresores de Tornillo, principios deoperacin.


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3.- Compresores centrfugos, principios deoperacin.

Consta de uno o varios impulsores con alabesradiales y de empuje. El aire es forzado a travsdel impulsor por la accin mecnica de la rpidarotacin de los alabes del mismo, existe uncomponente alrededor del eje para formar unvrtice y otro componente alrededor delimpulsor. La velocidad generada es convertidaen presin, parcialmente en el impulsor (la

cantidad depender del diseo) y parcialmenteen los difusores estacionarios posteriores alimpulsor.


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3.- Compresores de tipo flujo axial, principiosde operacin.

Es esencialmente un equipo de alta capacidady alta velocidad co caractersticas muydiferentes a los de los centrfugos. Cada etapa

consiste de alabes rotativos y la siguiente fila esestacionaria. Los alabes rotatorios impartenvelocidad y presin al aire (gas) a medida queestos giran, la velocidad es convertida en

presin en los alabes estacionarios. El flujo deaire es predominantemente en direccin axial,no hay una accin apreciable de vrtice.


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3.- Compresores de tipo flujo axial, principiosde operacin.


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3.- Eyectores, principios de operacin.

Consiste de una tobera de relativa alta presinmotivada por vapor o gas descargando con un jet de latavelocidad a travs de la cmara de succin en un difusorcon forma de venturi. El aire (gas), cuya presin ser

incrementada es introducido por el jet en la cmara desuccin. La mezcla en este punto tiene alta velocidad yesta a la presin del vapor/gas inducido. La compresintoma lugar a medida la energa de velocidad estransformada a presin dentro del difusor.

Los difusores son principalmente utilizados paracomprimir desde presiones por debajo de la presinatmosfrica (vaco) hasta presiones cercanas a lapresin atmosfrica.


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4.- Estndares.

Condiciones estndar:

Las condiciones estndar de presin ytemperatura a las cuales los volmenes de aire

(gas) son frecuentemente referidas puedenvariar considerablemente entre las partes delmundo y en algn grado con la profesin oindustria involucrada. Para nuestro caso y a

menos que se especifique, las condicionesestndar de presin y temperatura (SPT) sern14.696 psiA. y 60 F.


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5.- Definiciones.

Presin absoluta: suma aritmtica de la presin manomtrica mas laatmosfrica.

Temperatura absoluta: temperatura de un cuerpo referida al cero absoluto.Punto en el cual el volumen de un gas ideal se vuelve cero.

Post enfriamiento: enfriamiento del aire (gas) en un intercambiador de calorposterior a la compresin para (1) reducir la temperatura y (2) convertir en

liquido los vapores condensables. Altitud: elevacin de un compresor sobre el nivel del mar. Presin baromtrica: presin atmosfrica absoluta que existe en la

superficie de la tierra. Capacidad del compresor: cantidad de aire (gas) entregado actualmente

cuando opera a condiciones especificas de presin de succin y descarga. Tolerancia: en el cilindro de un compresor reciprocante, es el volumen

contenido al final del cilindro que no es barrido por el desplazamiento delpistn.

Eficiencia de compresin: tasa del requerimiento de trabajo tericorequerido en relacin al trabajo actual requerido para causar en el aire(gas) su compresin y entrega.


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5.- Definiciones.

Tasa de compresin: relacin de la presin de descarga entre la presin de succin. Temperatura critica: temperatura mas alta a la que el aire (gas) puede condensar. Presin critica: presin de saturacin a la temperatura critica. Es la mxima presin

de vapor que el lquido puede proporcionar. Punto de roco de un gas: temperatura a la cual el vapor en un espacio (a una

presin dada) comenzara a condensar. Para una mezcla de gases es la temperaturaa la cual el mas alto punto de ebullicin constituyente comenzara a condensar.

Desplazamiento (de un compresor de desplazamiento positivo): volumen neto barridopor la parte en movimiento en la unidad de tiempo, normalmente un minuto.

Temperatura de bulbo seco: temperatura ambiente del gas. Humedad: termino normal que tiene que ver con la humedad (vapor de agua) en la

atmosfera. Existen dos trminos de ingeniera envueltos: Humedad relativa: tasa de la presin parcial de vapor actual en una mezcla aire/vapor entre

la presin de vapor saturado a la temperatura de bulbo seco de la mezcla. Normalmente seexpresa en porcentaje.

Humedad especifica: tasa del peso del vapor de agua en una mezcla aire/vapor entre elpes del aire seco. Normalmente se expresa en como libras de vapor por libra de aire seco.


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5.- Definiciones.

Inter enfriamiento: enfriamiento del aire (gas) entre las etapas decompresin para (1) reducir la temperatura (2) para reducir elvolumen de lo comprimido para la etapa siguiente (3) convertir enliquido los vapores condensables y (4) ahorrar energa.

Aire normal: termino utilizado para el aire atmosfrico promedio anivel del mar a una zona de temperatura a la cual contiene cierta

humedad. Definido por el cdigo de pruebas ASME paradesplazamiento de compresores como aquel a 14.696 psiA, 68 F,36% RH y un peso de 0.075 lb/ft3. Valor k de 1.395.

Saturacin: ocurre cuando el vapor esta en su punto de roco otemperatura de saturacin correspondiente a su presin parcial. Ungas nunca esta saturado con vapor. El espacio ocupado

conjuntamente por gas y vapor sin embargo puede estar saturado. Temperatura de bulbo hmedo: utilizada en psicometra y es la

temperatura registrada por un termmetro cuyo bulbo a sidocubierto con una gasa hmeda y por medio de movimientoscirculares evaporada.


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6.- Unidades de medida.

Presin

Vaco

VolumenSeco

Hmedo

Temperatura

Potencia


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6.- Unidades de medida,presin.

Presin: expresada como fuerza porunidad de rea expuesta a la presin.

Unidades de presin:

Libras por pulgada cuadrada, psi

Libras por pie cuadrado, lb/ft2

Gramos por centmetro cuadrado, gr/cm2

Kilogramos por centmetro cuadrado, Kg/cm2

Kilopascal, Kpa


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6.- Unidades de medida,presin.


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6.- Unidades de medida,vaco.

Vaco es un tipo de presin. Se dice queun gas esta bajo vaco cuando su presines inferior a la presin atmosfrica.

Unidades de vaco:

Milmetros de mercurio de vaco, mm Hg Vac

Pulgadas de mercurio de vaco, in Hg Vac

Pulgadas de columna de agua, in H2O Vac

Psi vaco, psi Vac


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6.- Unidades de medida,volumen.

Los diseadores de compresores debendeterminar el volumen actual de aire (gas) a sermanejado a la entrada de la mayora de tipos decompresores.

Las cantidades manejadas por los compresoresson normalmente tasas, por ejemplo:Pies cbicos por minuto, CFMPies cbicos estndar por minuto, SCFMMillones de pies cbicos en 24 horas, MMCFILibras por hora, lb/hrKilogramos por hora, Kg/hrMoles por hora


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6.- Unidades de medida,volumen.

Volumen (hmedo o seco): Los volmenes otasas normalmente son dados como secos (sincontenido de vapor de agua).

El vapor de agua en el aire (gas) ocupaespacio y el compreso debe ser diseado paramanejar este, es por esto que debe serconocida la cantidad de humedad a manejar.

Esto puede hacer una diferencia de algnporcentaje de la capacidad del compresor.


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6.- Unidades de medida,potencia.

La ingeniera del compresor debe determinar elflujo de energa durante la compresin, no solopara dimensionar adecuadamente elaccionamiento necesario, sino tambin ara

proporcionar el medio de enfriamientorequerido.

Unidades de potencia:Caballos de potencia, Hp

Kilowatt, Kw

Btu/hr

Toneladas de refrigeracin,


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El proceso de seleccin implicara que al final de este,se escoger un determinado equipo, de entre lasopciones que se disponga.

Usualmente esto es verdad entre varios tipos de

arreglos y equipos para aplicaciones estndar queoperan a niveles de presin de descarga que oscilaentre 100 a 120 psig., sin embargo ocasionalmente soloun tipo de diseo ser capaz de alcanzar losrequerimientos esperados, en el caso de aplicaciones

muy especficas. En la mayora de casos la seleccin deber hacerse

basados en trminos de desempeo y econmicos, yaque ambos estarn ntimamente muy relacionados.


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Las aplicaciones de aire comprimido puedennormalmente clasificarse en dos grupos quepueden tener diferentes requerimientos:

Compresores de aire con propsitos de potencia

Compresores de aire con para manejo de procesos.


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La seleccin puede ser limitada porcapacidad:

Reciprocantes, hasta 10,500 cfm pudiendo

llegar hasta los 26,000 cfm.Alabes, hasta 3,700 cfm.

Tornillo, hasta 20,000 cfm.

Centrfugos, equipos para grandescapacidades e inician desde un mnimo de5,000 cfm.


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7.- Seleccin de compresores, otrosfactores

Requerimiento de potencia: desde este punto de vista elreciprocante ser el mejor, seguido por el centrifugo,posteriormente vendran el de alabe y tornillo.

Confiabilidad: propiamente aplicados, operados ymantenidos, todos los modelos proveern aos de buenservicio. Sin embargo al cabo de unos tres o cinco aosse requerir realizar de un overhaul mayor, exceptuandolos diseos de tornillo.

Requerimientos de espacio: En algunos casos puedeinfluenciar la seleccin. Depender del tipo deinstalacin requerida.


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Requerimientos de fundaciones: los equipos rotativos norequieren de fundaciones complicadas como las quenecesita un reciprocante.

Control de capacidad: las variaciones en la demanda deaire deben ser consideradas. Usualmente puede ser delrango desde cero hasta capacidad mxima. Losdiferentes tipos tienen amplias variadas habilidades paramanejar este rango, algunos sern mucho maseconmicos a carga parcial que otros. Particularmente

los reciprocantes salen favorecidos en esta rea.

Variedad de escogitacin:


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Aire libre de aceite: de tenerse esterequerimiento la escogitacin deber inclinarsepor los compresores de alabe o lbulos. Engeneral las unidades dinmicas no requieren

aceite en su rea de compresin. Unidadesreciprocantes pueden tambin ser adquiridos endiseos no lubricados.

Costo del aire comprimido: potencia ser porlargo el mayor tem y en segundo terminovendra la inversin inicial.


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7.- Seleccin de compresores,recomendaciones especiales.

Factor de carga: de especial inters en instalaciones enque solo se tiene en operacin uno o dos compresores.

El factor de carga es la tasa de salida de aire

comprimido actualmente contra la capacidad de salida aplena carga en el mismo periodo.

Nunca se obtendr un valor del 100%, como reglageneral ser seleccionar una instalacin con un factorde carga de entre 50% a 80%, depender del tamao,tipo y nmero de unidades de que es disponga


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Un apropiado valor de factor de carga resultaraen:

Presin mas uniforme, incluso durante periodos picosde demanda.

Periodos de enfriamiento fuera, especialmente deseableen unidades enfriadas por aire.

Menos mantenimiento, y

Habilidad para incrementar el uso de aire sinincremento inmediato del tamao de la planta de airecomprimido.


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Otras recomendaciones:

El nmero de unidades instaladas debe ser tal que se

obtenga la mxima proteccin contra la ausencia delservicio. Esto deber ser balanceado contra el costoinicial y el costo que puede representar un paro delservicio.

La seleccin ser siempre conducida por criterios deingeniera tanto como por criterios econmicos.


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8.- Informacin importante requerida por elproveedor del equipo

Normalmente un fabricante de equipos para la compresin de aire oaccesorios para los sistemas, siempre estar interesado en cotizar su mejoroferta tanto tcnica como econmica y asegurar al comprador que suequipo cumplir los requerimientos estipulados despus de ser estosinstalados y puestos en operacin.

La ausencia de informacin completa al inicio del proyecto, algunosfactores importantes que pudieron ser omitidos o inadecuadamenteprovedos pueden hacer la diferencia entre la operacin esperada y laobtenida.

La comunicacin entre el comprador y el proveedor debe ser abierta,completa y en los mismos trminos para poder obtener el xito deseado en

un proyecto particular.

El proveedor normalmente tendr ms de un tipo de sistema que ofertar yestar en la posibilidad de hacer ms de una oferta alternativa.


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Listado de la informacin mnima requerida, agrupada en varias categoras: Cantidad de aire a manejar:

Cantidad y unidad de medida Volumen especificado (1) hmedo o seco

(2) Puntos de referencia de presin y temperatura Nmero de unidades La cantidad especificada es total o por unidad

Condiciones de entrada: Baromtricas Presin en el flange del compresor (gauge o absoluta) Temperatura en el flange del compresor Humedad relativa Tasa de calor especifico. Compresibilidad

Condiciones de descarga: Presin en el flange del compresor (gauge o absoluta) Compresibilidad, establecer temperatura de referencia.


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Condiciones de etapas intermedias: Diferencia de temperatura entre gas de salida del enfriador y agua de entrada al mismo. Existe en la etapa intermedia adicin o remocin de aire? Entre que presiones se efecta esto? Establecer rangos permisibles Si el aire removido es tratado y retornado entre las etapas, establecer perdida de presin. Cantidad de cambio envuelta?

Condiciones variables: Variacin esperada de las condiciones de entrada presin, temperatura, humedad relativa, MW, etc. Variacin esperada de las condiciones de presin de descarga.

Diagrama de flujo:

Regulacin: Que es lo que ser controlado presin, flujo o temperatura? Variacin permisible del tem controlado Regulacin manual o automtica?

Si es regulacin automtica, los accesorios operativos y/o instrumentos deben ser incluidos? En un reciprocante, cuantos pasos de control se desean?


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Agua de enfriamiento: Temperatura mxima y mnima. Presin a la entrada y contrapresin si es que existe. Si se desea sistema de enfriamiento abierto o cerrado Fuente del agua. Codiciones fsico qumicas (ph, dureza, slice, etc.)

Intercambiadores de calor: Debe incluirse los inter y post enfriadores?

Sern montados en la mquina o separadamente? Existen codos de construccin a cumplir? Materiales especiales requeridos en el lado de aire o agua.

Accionamiento

Generales: Lubricantes base petrleo son aceptables? Instalacin bajo techo o a la intemperie? El rea disponible es limitada o tiene alguna forma especial?

Lista de accesorios requeridos especificaciones de marcas. Se requiere de dampers de pulsaciones o silenciadores?

Especificaciones: Otras especificaciones del proyecto particular.


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9.- El sistema de aire comprimido.

El aire comprimido es una de las principales fuentes depotencia para la industria ya que adems de sudisponibilidad posee muchas otras ventajas. Es seguro,econmico, fcil de transmitir y adaptable, dado lasmltiples aplicaciones que de este se encuentra en laindustria y sectores de servicios. Algunas aplicacionesindustriales serian prcticamente imposibles de llevarsea cabo con cualquier otro medio de potencia.

La discusin se centrara en los sistemas estndar queoperan a presiones de descarga entre los 100 a 120psig., sin embargo de presentarse aplicaciones de otrotipo de rangos de presiones, estas sern abordadas.


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9.- El sistema de aire comprimido, costo delaire comprimido

El costo total del aire comprimido, se clasifica en variosgrupos:

Costos fijos de la instalacin tales como depreciacin, seguros eimpuestos.

Mantenimiento. (15%)Operacionales: (20%)

Personal Lubricantes Agua de enfriamiento y sus costos asociados

Potencia: (65%)

El costo total actual puede oscilar entre $0.15 a $0.30/1000 ft3con 100 psiG. de presin a la descarga.


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9.- El sistema de aire comprimido, capacidadrequerida del compresor

Muchas cargas de aire industriales son relativamente bajas y pueden tener una amplia variacinde sus caractersticas de demanda.

Un estudio de los accesorios operados por aire mostrara que mientras que unos pocos operancontinuamente, el porcentaje de tiempo de operacin depender mas del tipo de operacin quedel accesorio por si mismo.

Una variable conocida como factor de usodebe estar envuelta en la determinacin del uso de

aire neto de cada accesorio.

El factor de usoes el porcentaje que el accesorio esta en operacin durante una hora.

Los fabricantes de herramientas y compresores pueden brindar ayuda para establecer el factorde usode sus productos

Ocasionalmente se podr encontrar cargas que requieren una gran cantidad de aire en un corto

perodo de tiempo. Estos casos requerirn de un cuidadoso anlisis ya que la demanda delsistema de aire puede esparcirse por un periodo mas largo por medio del uso juicioso dealmacenar aire en un recibidor en el punto de uso. Lo cual reducir la demanda pico.


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9.- El sistema de aire comprimido, nmero ylocalizacin de los compresores

El nmero de compresores a ser instalados enuna aplicacin particular no pude ser objeto degeneralizaciones.

La pregunta mas importante a ser consideradaes, Qu pasara si el aire comprimido no estadisponible?

Hay dos posibilidades para la localizacin de loscompresores:Centralizada

Descentralizada


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9.- El sistema de aire comprimido, nmero ylocalizacin de los compresores

Localizacin centralizada:Posibilidad de utilizar unidades de mayor tamao y mas

eficientes

Mejor mantenimiento y supervisin a mas bajo costo.

Mejor balance entre suministro y demanda

Localizacin descentralizada:

Mayor flexibilidad:Es simple agregar unidades donde se necesiten

Instalaciones de tuberas son mas cortas

9 El i d i i id


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9.- El sistema de aire comprimido,El sistema de distribucin

El objetivo del sistema de distribucin es el acarreo deaire comprimido a 100 120 psiG. del recibidor delcompresor a los accesorios/herramientas con unaprdida de presin limitada.

El adecuado diseo de un sistema de distribucin comoregla general debe buscar tener en la lnea desuministro entre el punto de origen y el punto masalejado una perdida de presin de 10 psiG. Y de la lnea

de suministro hacia los puntos de uso buscar unaperdida de presin de 3 psiG.

9 El i t d i i id


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9 El sistema de aire comprimido


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El recibidor de aire:

Dado que no es posible disponer de una demanda estable sernecesario la instalacin de uno o varios recibidores de aire, para elalmacenamiento de una reserva de aire que compense estos picosde demanda.

El recibidor como tal, causara una cada de presin mnima en elsistema, que deber incluirse al determinar la presin necesaria desuministro de aire, pero no se debe abusarse de su uso.

Normalmente se instalara un recibidor principal a la descarga delos compresores con suficiente volumen de almacenaje. Caso setengan puntos de alta e intermitente demanda en el transcurso o alfinal de lneas de dimetro pequeo, la instalacin de otro recibidoradicional reducir serias perdidas de presin.



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Supngase el ejemplo de la figura, en donde se tiene un punto especificode uso fuerte e intermitente, la instalacin de un recibidor tan cerca comosea posible del punto de demanda para el almacenamiento de potenciadonde es requerida, ayudara grandemente para atender la demanda ysuavizar la operacin del banco de compresores.

Para el ejemplo supondremos que se tiene un punto de consumo querequiere de 200 cfm de aire durante dos minutos cada diez minutos, estasituacin obligara a sobredimensionar la tubera de suministro, adems delexceso de cada de presin.

La solucin sera almacenar el aire requerido mientras el equipo no estatrabajando, probablemente unos 250 cfm, si el suministro de presin en lalnea es 96 psiG. y la cada mxima de presin cuando el equipo estatrabajando 10 psiG. Se pueden almacenar los 250 cfm y ser tomados,evitndose la cada de presin.



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El volumen del recibidor sera:

V = 250 x 14.7 = 368 ft3

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Sus dimensiones podran ser de 60 de dimetro y 18 ft. de largo.El volumen del recibidor sera recargado mientras el equipo no estaen operacin sin efecto apreciable en la lnea principal dedistribucin.

Sin la instalacin de un recibidor y a pesar de un buen clculo deldimetro de tubera, probablemente se tendran cadas de presin yoperacin errtica del equipo.

9 El i t d i i id


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Seleccin del dimetro de tuberas:

Los ramales no tendrn una gran diversificacin de la demandacomo las tuberas de distribucin por lo que deben serdimensionadas para su flujo mximo.

Para tuberas de distribucin es recomendable utilizar un 150%a 175% de su promedio de demanda dependiendo del nmerode salidas que se tendrn en uso a un mismo tiempo.

Para el clculo de lo anterior se utilizaran la informacin provista(tablas) al final, asegurarse de incluir las prdidas causadas poraccesorios.



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Importancia de la manguera adecuada:

Sin excepcin alguna la mayor perdida de presin puntual seencuentra en las mangueras y sus conexiones alaccesorio/herramienta.

Un sistema con 100 psiG. en el compresor, el recibidor proveer94 a 95 psiG. a la entrada de la manguera, dndose entre 4 a 5psiG. Adicionales de perdida en la manguera.

Desafortunadamente no se pone mucha atencin a la seleccinde mangueras, lo que finalmente generara perdidas extremas.

Estas perdidas ocurren en dos reas: El uso de mangueras muy largas.

Mangueras de dimetro muy pequeo.

O ambos.



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La figura muestra el efecto devarias combinaciones demangueras y su efecto en larestriccin de presin ypotencia disponible en untaladro rotativo a diferentesvelocidades. El equiporequiere de un flujo de aire deentre 75 a 85 cfm. Debe serconectado con una manguerade de dimetro. El uso deuna manguera de dedimetro no se recomienda.



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Valor de la adecuada presin de suministrode aire:

Los accesorios/herramientas son diseados para

trabajar a un nivel de presin, esto no significa que notrabajaran a una menor presin, pero su desempeoser inferior y mayor su consumo de aire.

La penalidad de no mantener la presin adecuadafrecuentemente no es analizada y hay muchas plantascuya produccin podra incrementarse y reducir suscostos si fuera puesta la atencin adecuada a estefactor.



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Causas de la baja presin de aire: Tuberas y mangueras inadecuadas Fugas excesivas, y Capacidad de compresin insuficiente.

Para el estudio de un layout existente se requiere del monitoreo y

registro de la presin a travs del sistema desde el compresor hastalos puntos de consumo. Se sugiere que el sistema sea dividido enreas especificas y que se monitoree y registre la presin al final detodas las lneas de suministro cuando se este operando a plenacarga.

La cada de presin desde el recibidor a esos puntos no debeexceder los 5 6 psiG., cualquier desviacin a este valorrpidamente mostrara los problemas y se podrn tomar la medidascorrectivas.



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Fugas:

Las fugas son una seria fuente de perdida de potencia

en muchas plantas.Debido a que una fuga de aire no representa un

problema de seguridad generalmente son toleradas ensituaciones donde otros tipos de fugas no sonpermitidas.

Pruebas corridas en relacin al temas han demostradoque se puede tener un desperdicio de hasta el 20% delaire comprimido.



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El costo de una pequea fuga en trminos dedesperdicio de dinero en un periodo de tiempoconsiderable, como se muestra en la tabla. La fuga seasume a 100 psiG. y el costo del aire es de $0.15/1000ft3.

Tabla anexa puede tambin ser consultada.



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Necesidad de mayor capacidad:

Para evaluar la necesidad de necesidad de mayor capacidad de compresin, esnecesario mapear el uso actual del aire durante los periodos de operacin picocuando, presumiblemente, la presin de aire cae por periodos por debajo del niveladecuado de presin. Esto se puede llevar a cabo siguiendo este procedimiento:

1. Registrar durante varias horas pico, el tiempo que cada compresor trabaja a plena carga ycada grado de trabajo a carga parcial (para establecer la curva de comportamiento)mediciones de corriente sern de mucha ayuda ya que el tiempo en cada condicin serclaramente mostrado.

2. Tener un record de la presin de aire durante esos perodos y a partir de esta y losmomentos del compresor a plena carga, calcular el flujo de aire durante los periodos dedemanda pico (aquellos con baja presin de aire).

Debe sealarse que una prueba similar debe realizarse cuando no se tiene consumo deaire ya que esta proveer una medida de las fugas totales existentes en el sistema.



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Por qu humedad en el aire comprimido?:

El aire que ingresa por la succin de uncompresor acarrea con el una cierta cantidadde humedad nativa en forma de vapor. Estoes inevitable, a pesar que la cantidadacarreada puede variar ampliamente con latemperatura ambiente y humedad relativa dedonde este ubicada la instalacin.

Al comprimir este vapor de agua, se reducesu volumen y en forma automtica sutemperatura se incrementara, el vapor ahoraexistir como vapor sobrecalentado.

Mas libras de vapor estarn ahoracontenidas en un pie cbico de aire que lasque originalmente ingresaron al compresor,razn por la cual este se satura en el espacioconteniendo el mximo lquido que este

puede manejar. En la medida en que estevapor de agua saturado comprimido seenfre, agua en forma lquida condensar


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Cualquier enfriamiento adicional forzara a que parte del vapor condense a su forma lquida enel sistema de distribucin, ocasionando los problemas listados a continuacin:

Lavado de la lubricacin requerida, por efecto del vapor de agua condensado en forma lquida. Aumento del desgaste y del mantenimiento, dada la inadecuada lubricacin causada por efecto

del punto anterior. Ensuciamiento y operacin inconsistente de vlvulas automticas y cilindros neumticos. Funcionamiento errtico y aumento de los costos de mantenimiento de los instrumentos de

control, por componentes electrnicos quemados por la accin del agua. Dao de producto por salpicadura en pintura u otro tipo de sistema de spray Oxidacin de partes, causada por la presencia de humedad y la inadecuada lubricacin. Congelamiento de lneas expuestas a ambientes de baja temperatura. Condensacin adicional a la salida en herramientas eficientes que expanden el aire

considerablemente.

El uso incrementado de sistemas de control y maquinarias automticas ha hecho estos

problemas aun ms serios y han acarreado muchas actividades de investigacin y desarrollo deequipos para su correccin o reduccin.

Los problemas son normalmente peores en climas donde ambos, temperatura y humedad sonaltos, como es el caso de nuestro pas, trpico.

10 - Secadoras de aire


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10. Secadoras de aire.El sistema bsico.

En la planta de aire comprimido debe siempre incluirse un post enfriador a ladescarga del compresor, estos equipos correctamente seleccionados con suadecuado sistema para la eliminacin del agua condensada, sern capaces deremover de forma muy econmica entre el 60% al 70% del vapor de aguaingresando al compresor, igualmente deber ser trampeado para el drenaje dehumedad el recibidor del sistema de distribucin de aire comprimido.

Inevitablemente a medida que el aire fluir en las lneas de distribucin este se

enfriar y mas agua condensara.Algunas medidas simples para evitar el acarreo de agua, minimizar algunos de los

problemas listados o remover esta agua adicional en las lneas de distribucin comoson: Colocacin de los suministros por encima de las lneas principales de distribucin. Inclinar las lneas de suministro y distribucin hacia un punto de drenaje, con su adecuado

sistema para la eliminacin del agua condensada. Drenaje de todos los puntos bajos y puntos muertos por medio de la utilizacin de una

pierna de agua y trampas automticas para asegurar el drenaje, y la Incorporacin de filtros y lubricadores en la tubera para todas las herramientas.



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10. Secadoras de aire.El sistema de aire seco.

Los sistemas de aire seco involucran el procesamientodel aire comprimido despus del post enfriador y elrecibidor para la reduccin adicional del contenido dehumedad en el aire a distribuir.

Para esto se requerir de equipo especial, un mayorcosto inicial y mayor costo operativo.

Estos costos deben ser balanceados contra el beneficioobtenido.

El beneficio de este proceso ser menor desgaste y

mantenimiento de las herramientas y accesoriosoperados con aire, mayor confiabilidad de accesorios ycontroles, as como una mejor productividad.



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El nivel de secado deseado variara dependiendo del equiponeumtico y la aplicacin especfica.

En muchas instalaciones que operen dentro del rango depresiones entre 100 psig. a 120 psig., un rango de punto de roco enla lnea presurizada desde 50 F (10 C) a 35 F (1.67 C) resultara

adecuado. Ocasionalmente las instalaciones o equipos requerirnun punto de roco que podra llegar a ser tan bajo como de hasta 50 F (- 45 C).

Resultara claro que entre ms bajo sea el punto de rocorequerido mayor ser el costo inicial y operativo, por lo que habr

que ser racional al momento en que se determine el punto de rocorequerido en cada sistema particular.



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La terminologa envuelta en secadoras trata del punto de roco a la salida ya la presin de la lnea.

Esto es la temperatura de saturacin de la humedad remanente.

Si la temperatura del aire comprimido nunca se reduce por debajo de este

punto de roco en cualquier punto despus del equipo de secado, no habrcondensacin adicional.

Otro valor algunas veces envuelto cuando la presin es reducida antes deser usada es el punto de roco a la condicin de baja presin.

Un mejor ejemplo es el uso de aire a 100 psiG. reducido a 15 psiG. Parauso en instrumentos neumticos y control. Este punto de roco ser menordebido a que el volumen involucrado incrementa dada la reduccin depresin



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La figura permitefcilmente determinarel punto de roco a lapresin reducida.

Algunos fabricantesde instrumentos lesgusta tener unsuministro de aireseco con un punto deroco cercano a -10

F, valorcorrespondiente alaire a presinatmosfrica.



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La figura muestra enforma grafica lacantidad de humedadremanente en formade vapor cuando lamezcla aire vapor esacondicionada a ciertopunto de roco.

Ntese particularmenteque esta curva estabasada en un volumende 1,000 ft3 de mezcla

aire vapor a supresin total.



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Mtodos generales de secado:

Tres son los mtodos generales que ms comnmentese utilizan para el secado de aire:

Secado qumico

Secado por absorcin

Secado por medio de refrigeracin

En todos los casos, el post enfriamiento y un adecuado

sistema para la remocin del condensado previo alequipo secador deben ser considerados, con el objetode disminuir la inversin inicial.



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Los mtodos anteriormente listados sonprimordialmente para la remocin de agua.

La remocin de aceite lubricante essecundaria, los accesorios para este propsitonicamente reducirn el acarreo pero no loeliminaran y en el caso que sea requerido aire

absolutamente seco, la mejor escogitacin serla utilizacin de un compresor no lubricado.



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10. Secadoras de aire.Secadoras refrigeradas



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10. Secadoras de aire.Secadoras por absorcin



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10. Secadoras de aire.Secadoras por absorcin

11.- Monitoreo, conservacin y


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o to eo, co se ac ymantenimiento.

Un programa de monitoreo adecuado para una instalacin degeneracin, suministro y distribucin de aire comprimido ser el iniciode un adecuado programa de mantenimiento, las actividades demonitoreo consideradas a desarrollarse, sern:

Rondas de inspeccin por las Gerencias y jefaturas, para deteccin deanormalidades como fugas en el sistema y otros.

Rondas de inspeccin a cargo del personal operativo, para deteccin deanormalidades como fugas en el sistema y otros

Pruebas de hermeticidad del sistema a cargo del personal operativo.

.Verificacin de la operatividad de elementos en lnea para remocin dehumedad, filtros y lubricadores

Inspeccin para identificar necesidades de tareas de conservacin delsistema.



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, ymantenimiento.

MANTENIMIENTO CENTRADO EN LACONFIABILIDAD: RCM

Es una disciplina lgica basada en la teora

del proceso de fallo, que permite desarrollarprogramas de mantenimiento que aseguran laeficiencia y confiabilidad de los equipos al

menor costo posible.



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, ymantenimiento.

MANTENIMIENTO

LUBRICACION ESTANDARESMANTENIMIENTO Y

OPERACIN

CONSERVACION PINTURA ESTANDARESMANTENIMIENTO Y

OPERACIN

LIMPIEZA ESTANDARESMANTENIMIENTO Y

OPERACIN

MAQUINA

DETENIDACHECK LIST

MANTENIMIENTO Y

OPERACIN

PREVENTIVO INSPECCIONES

MAQUINA EN

MOVIMIENTO

MODULOS DE

INSPECCION

CORRECTIVO

MEJORAS

MANTENIMIENTO Y

OPERACIN

INTERVENCIONES PORFRECUENCIA

ESTANDARES MANTENIMIENTO

12.- Oportunidades de conservacin


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pde energa.

Bajar la presin de operacin Eliminar fugas en las lneas y accesorios Bajar la temperatura del aire de succin Sustitucin de los motores convencionales de

los compresores por motores eficientes En los compresores con acople directo al motor,

el uso de variadores de velocidad para laregulacin de capacidad

Sistemas inteligentes para gobernar laoperacin del banco de compresores, y Elementos amplificadores de presin



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pde energa.

Bajar la presin de operacin:



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pde energa.




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pde energa.




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pde energa.

Eliminar fugas en lneas y accesorios :



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pde energa.




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pde energa.




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de energa.




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de energa.




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de energa.




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de energa.




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de energa.

.



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de energa.

Bajar temperatura del aire de succin:



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de energa.




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de energa.




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de energa.




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de energa.

Sustitucin de los motores convencionales de loscompresores por motores eficientes:



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de energa.




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de energa.




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de energa.


12.- Oportunidades de conservacind


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de energa.




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de energa.

En los compresores con acople directo almotor, el uso de variadores de velocidadpara la regulacin de capacidad.



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de energa.

Sistemas inteligentes para gobernar laoperacin del banco de compresores:



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de energa.

Elementos amplificadores de presin:

Estos elementos permitirn bajar la presin de suministro

13.- Aplicaciones tpicas del airei id


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comprimido.


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aire comprimido asimei

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