manual de aire comprimido kaeser

8/15/2019 Manual de Aire Comprimido Kaeser

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KAESER Compressed Air Seminar 1

1. Fundamentos de Aire Comprimido

1.1 Aire comprimido Antes y Hoy1.2 Unidades y Símbolos1.3 Estado Térmico1.4 Información Importante sobre el Aire Comprimido1.5 Sonido

2. Produciendo Aire Comprimido

2.1 Tipos de compresores2.2 Compresores con desplazamiento positivo2.3 Compresores Dinámicos

3. Tratamiento de Aire

3.1 El significado de la Calidad del Aire3.2 Humedad, Condensado3.3 Enfriamiento del Aire Comprimido

3.4 Separación mecánica inicial3.5 Métodos de secado3.6 Filtración3.7 VDMA Recomendaciones para Calidad de Aire

Comprimido en la Industria Alimenticia

4. Drenaje condensado y Tratamiento

4.1 Drenaje de Condensado

4.2 Tratamiento de Condensado

5. Distribución del aire comprimido

5.1 Estructura de la red de tuberías5.2 Caída de presión5.3 Medición de fugas5.4 Dimensionando de las tuberías de aire comprimido5.5 Elección de materiales

5.6 Instalación de redes de aire comprimido5.7 Identificación de tuberías




6. Sistemas de contro l

6.1 Introducción6.2 Control interno del compresor6.3 Controladores Maestros6.4 Resumen

7. Utilización de sistemas de recuperación decalor

7.1 Aplicación7.2 Recuperación de Calor de Compresores de Tornillo7.3 Utilización de aire de enfriamiento de escape para

calefacción de espacios7.4 Calefacción con agua caliente

7.5 Intercambiadores de calor

8. Estudio Económico

8.1 Reparto de costes8.2 Configuración eficiente del compresor8.3 Cálculos económicos

9. Planificando una Estación de Compresores

9.1 Estableciendo la Presión de trabajo9.2 Determinando la Demanda de Aire9.3 Planificando una Estación de Compresores Pequeña9.4 Planificando una estación de compresores Grande9.5 SIGMA AIR UTILITY

10. Anexos y Normas de Seguridad

10.1 Símbolos gráficos10.2 Símbolos del Diagrama P + I10.3 La marca CE10.4 Normas Generales de Seguridad10.5 Lista de normas10.6 Estaciones Compresoras que cumplen con la Directiva de

Equipos a Presión 97/23/EC10.7 Decreto sobre Salud y Seguridad Industrial





1.1 Aire comprimido Antes y Hoy

1.2 Unidades y Símbolos

1.3 Estado Térmico1.3.1 Temperatura y capacidad calorífica1.3.2 Presión1.3.3 Volumen

1.4 Información Importante sobre el AireComprimido

1.4.1 Del aire atmosférico al aire comprimido1.4.2 Las leyes del gas1.4.3 Especificaciones de Volumen1.4.4 Cambio de estado termal en gases1.4.5 Aire comprimido en movimiento

1.5 Sonido




1.1 Aire comprimido Antes y Hoy

Desde el inicio, el aire comprimido ha sido esencial para la vidahumana. Los pulmones se pueden considerar como el primercompresor de desplazamiento. El volumen de los pulmones seagranda descomprimiendo el diafragma al inhalar y se reduceexhalando. La faringe restringe el flujo de aire, así el aire secomprime a una relación de 0,02 – 0,08 bar.

En la edad paleolítica, este flujo de aire comprimido se uso para encenderfuego, soplando cuando se formo el brillo friccionando madera.

Para fundir metales se requería una corriente de aire más fuerte paramantener la temperatura por encima de 1000°C. Para este fin se uso durante la edad debronce un bolso de fuelle; es decir trabajando el fuelle por mano o pie para proveer el chorrode aire necesario para alcanzar temperaturas que funden metal. Este fuelle se puedeconsiderar como el primer compresor mecánico, reemplazando los pulmones como aparatopara levantar la temperatura del fuego.

Heron, un científico de Alejandría, durante elprimer siglo, fue el pionero en Ingeniería de

aire comprimido. El inventó un mecanismoque permitía mover las puertas del templode Alejandría. Usando los fuegos del templopara calentar el aire en un envase depresión semi-lleno con agua. El aireexpandiéndose desplazo al agua. Lafuerza del agua desplazada empujaba unmecanismo que abría las puertas deltemplo.

Otra aplicación importante del aire comprimido era un sistema de transporte de objetos. En1865 se instalo un sistema neumático en Berlín para transportar cartas y postales. En estaaplicación el aire comprimido se uso para empujar latas conteniendo las cartas y postales através de una red de tubos subterráneos, conectando 90 puntos de distribución. El largo dela tubería alcanzo 400 kilómetros. El sistema era tan eficiente, que estuvo en uso hasta1976. Hasta hoy muchos sistemas neumáticos de correo siguen en uso.


Fig. 1-1 Human lungs

Fig. 1-3: Temple of Alexandria

Pressure

vessel

Water tankDrive

Syphon

Chain




El aire comprimido es una herramienta esencial para la industria. Esta permite el transportede energía a través de distancias para convertirlo en trabajo en su destino o punto final.

Una de las fuentes más conocidas de aire comprimido son los compresores portátiles, cuyaaplicación es en la construcción de calles, en la construcción, en minas, y en talleres. Enestas aplicaciones los compresores portátiles proveenel poder para herramientas de rompe pavimentos,aplicaciones de pinturas, y otras herramientas de aire.

Aire comprimido es indispensableen casi todos los procesos defabricación industrial. Normalmentela industria mantiene una sala decompresores donde se encuentranlos compresores y todos loselementos de tratamiento.Normalmente el aire comprimido essecado, filtrado, y almacenado enun estanque de presión. De esteestanque de presión se alimenta lared de aire comprimido. A través deesta red se provee aire comprimidoen una forma eficiente a lasherramientas, maquinas y

estaciones de trabajo que requieren aire comprimido.

El aire comprimido es vital para una variedad de industrias incluyendo:

- Industria química- Productores de Energía- Hospitales- Fábricas de Madera- Fundiciones- Moldaje de Plástico- Agricultura e Industria Forestal- Fabricación y procesamiento de alimentos- Fabricación y procesamiento de Papel- Textiles- Ingeniería Ambiental

- Fabricación de Automóviles- Industria Metalúrgica

Fig. 1-4: CompresoresPortatiles

Fig. 1-5: Estación de Aire Comprimido

Fig. 1-6: Arenando





Ejemplos de Aplicaciones

SaludCalidad, confiabilidad, y bajos costos de operaciónson factores importantes en la selección de plantasde aire comprimido para hospitales y clínicas,suministrando aire en todas las habitaciones,maquinas de respiración y otros artefactos.

EmbotelladoraAire comprimido para el transporte es esencial parala industria alimenticia. Las normas de la industriaalimenticia requieren que el aire sea seco y filtrado.

Producción de botellas plásticas (PET)Se requiere aire seco y limpio con una presiónde 40 bar para producción PET.

Pintado con p intura liquida o con pinturade polvoPara obtener resultados óptimos aplicandopintura liquida o pintura de polvo, el airecomprimido tiene que ser 100% libre decontaminantes.





Más ejemplos de aplicaciones

Deportes de InviernoCompresores de tornillo y compresores depistón proveen el aire comprimido requeridopor cañones de nieve. En estos cañones denieve se mezcla el aire con el agua para lanieve artificial que provee la superficie demuchas pistas.

Tratamiento de aguaSopladores de lóbulo de alta eficienciaproveen grandes volúmenes de airerequeridos por los estanques de oxigenación ypara desbloquear filtros.

Tratamiento DentalCompresores especiales proveen al dentista y suasistente con aire comprimido seco, higiénico, ylibre de aceite.

Sitemas de control de incendiosAire comprimido se usa en los sistemasde control de incendios para aumentarla presión del agua.





1

1.2 Unidades y símbolos

Dependiendo de las diferentes culturas, las unidades usadas varían. Las unidades de

volumen, por ejemplo, usadas en Europa son litros o metros cúbicos, mientras que en losEEUU se usan pulgadas cúbicas, pies cúbicos y yardas cúbicas.

Las unidades y símbolos usados en este seminario siguen el sistema internacional SI, quedefine siete unidades de base y unidades derivadas de estos.

Antes de hablar de la generación del aire comprimido y sus aplicaciones en los siguientescapítulos, es necesario definir algunas de estas unidades para evitar ambigüedades delenguaje.

Unidad Base Abreviación Símbolo Nombre

Distancia l [m] Metro

Masa m [kg] Kilogramo

Tiempo t [s] Segundo

Electricidad I [A] Ampere

Temperatura T [K] Kelvin

Intensidad de luz L [cd] Candela

Cantidad desustancia

n [mol] Mole numero

Derivativo Abreviación Símbolo Nombre

Fuerza F [N] Newton

Presión p [Pa, bar] Pascal, bar; (1 bar = 100.000 Pa)

Temperatura T [°C] Celsius

Trabajo W [J ] J oule

Potencia P [W] Watt

Tensión Eléctrica U [V] Volt

Resistencia Eléctrica R [Ω ] Ohm

Frecuencia Eléctrica f [Hz] Hertz

Table 1-1: Base units of the SI system

Table 1-2: Derivativs (extract)





1.3 Estado Termico

1.3.1 Temperatura y capacidad de calor

Temperatura

La temperatura de un gas es la medida de energía cinética de susmoléculas – mientras mas alta la temperatura, mas rápido se mueven.Aceptando eso, debe existir un punto de baja temperatura en que no semuevan mas las moléculas. Esta temperatura teórica es menos 273.15grados en la escala Celsius, que se define por su punto 0.La escala Kelvin usa esta temperatura como punto cero, in este caso elpunto de derretimiento del hielo es 273,15 grados Kelvin.

Capacidad de Calor

La capacidad de calor específica de una sustancia [kJ /kg K] tiene que ser conocida paradescribir esta energía térmica. Esta es la cantidad de calor necesaria para aumentar la

temperatura de una sustancia de 1 K. Hay que considerar si la sustancia se calienta con elvolumen constante (isochorica) o con la presión constante (isobárica).

Capacidad de calor isochorica: cv ejemplo: Temperatura del aire de una habitación cv =0.72 kJ /kg K

Capacidad de calor isobarica: cp ejemplo: Temperatura del aire de una habitación cp =1.01 kJ /kg K

La capacidad de calor isobarica de una sustancia, es por lo tanto, mayor que la capacidadde calor isochorica.

cp y cvse puede calcular con la ayuda del exponente isentrópico K

La capacidad de calor Q, necesaria para calentar una masa de temperatura T1 a T2 se definepor:

Cp ĸ =

Cv

Fig. 1-15: Thermometert es indicado en [°C]T es ind icado en [K]

Q = m x c x ( T1 - T2 )

Q = cantidad de calor [kW]

m = flujo de masa [kg/s]c = cantidad de calor especifico [kJ /kg K] T = temperatura [K]

Boiling point of water

Melting point of ice





1.3.2 Presión

Presión atmosférica (pamb) se crea por el peso de la atmósfera y varía según su densidad ydistancia del centro de la tierra. La presión atmosférica normal a nivel del mar es de 1,013bar, equivalente a 760 mm de mercurio (Torr). La presión atmosférica baja a medida que seaumente la altura.

Indicando presión hay que indicar si es presión absoluta o manométrica.

Presión absoluta pa

pa es la presión absoluta medido decero absoluto y se usa en todos losanálisis teóricos, en tecnologías devacio y soplado.

Presión manométrica pg pg es la referencia práctica e indica ladiferencia entre la presión medida y lapresión atmosférica

pa = pamb + pg

Pg = pa - pamb

Fig. 1-16: Presion deaire dependiendo dealtura

Fig. 1-17: Relacion de presión manometrica, vacuum, y presión absoluta.

atmospheric pressure

vacuum

100%0%

pamb

absolute pressure

gauge pressurevacuum

(g) (g) (g) (g)

Pg





Definición de Presión

En general:

Dimensiones:

1 Newton1 Pascal =

1 metro cuadrado

1 N1 Pa =

1 m2

Relación de Uni9dades:105 Pa = 1 bar1 MPa = 10 bar1 bar = 14.5 psi1 bar (g) = 14.5 psi (g)1 bar = 10197 mm agua1 bar = 750.062 Torr (mm mercurio)

fuerzapresión =

area

Fp =

A

F

Fig. 1-18: Representación de presión





1.3.3 Volumen

El volumen V es el espacio ocupado por una sustancia con la masa m. V es una variable deestado y generalmente depende de presión y temperatura.

La dependencia del volumen de la temperatura y la presión varia dependiendo de lasustancia. El volumen de sólidos y líquidos no varía mucho con relación a la presión, perocambia considerablemente dependiendo de la temperatura.Gases por otro lado, tienen una relación casi lineal entre volumen y presión, y entre presióny temperatura.

La relación entre volumen, presión y temperatura es un hecho simple y puede ser ilustradopor el siguiente ejemplo.

Un pistón de masa definida encierra un volumende gas en un cilindro. Cuando se calienta el gasen el cilindro, el volumen del gas se incrementa,empujando el pistón hacia arriba. (Fig. 1-19)

El cambio de volumen también ocurrecuando la temperatura se mantieneconstante y la presión varia. En estecaso, la temperatura del gas quedaconstante (representado por elcilindro inmerso en un líquido) y lamasa del cilindro se incrementa. (Fig.1-20).

V = f (T, p) [m³]

p x V ~ T

Tp ~

V

Fig. 1-19: Volume and temperature

mV

m

T

1

2

Fig. 1-20: Volumen y presión

m

m m

p

V

1

2

T =konst.





Force

1.4 Hechos importantes sobre aire comprimido

1.4.1 De aire atmosferico al aire comprimido

La definición física y química del aire la explica comouna mezcla de gases sin color, sin olor y sin sabor.La mayor parte del Volumen del aire es nitrógeno(78%) y oxigeno (21%). Uno por ciento del volumenes argon y existen pequeñas cantidades de dióxidode carbón y otros gases. La composición exacta semuestra en la tabla a la derecha.

Como toda la materia, el aire se compone demoléculas constantemente en movimiento y que seatraen por las fuerzas moleculares. Moléculas demateria en el estado de gas mantienen relativamenteuna gran distancia entre si mismas y las fuerzasmoleculares entre si son relativamente bajas. Poreste hecho gases se expanden y llenan el volumen,encerrando este para ser mezclado con otros gasespresentes. El volumen de las moléculas escomparativamente pequeño al volumen de los gasesque componen las moléculas.

El espacio entre las moléculas se puede reducirconsiderablemente, reduciendo el volumen del gas a una fracción de su volumen original.Cuando los gases se contienen, las moléculas colisionan con lasparedes del contenedor, ejerciendo presión. La presión del gas se definepor fuerza por área y se mide en bar.

En aire a una presión de 1 bar (presiónatmosférica) y una temperatura de 0°C (273.15 K), lascolisiones de las moléculas con las paredes delenvase son aprox. 3 x 1023 por pulgada cuadrada porsegundo. Si el gas contenido se calienta, la velocidady energía cinética de las moléculas incrementa;

impactando estas contra las paredes del contenedor,teniendo más fuerza y presión en su interior.

ComponentVolume

percentageNitrogeno 78.08

Oxygeno 20.95

Argon 0.93

Dioxidio de Carbon*) 0.03

Neon 0.018

Helium 0.00052Methane 0.00015

Krypton 0.00011

Monoxidio deCarbon *) 0.0001Monoxidio deNitrogeno *) 0.00005Hydrogeno *) 0.00005

Ozono *) 0.00004

Xenon 0.000008

Dioxidio deNitrogeno 0.0000001Iodine 2 x 10-11

Radon 6 x 10-18

Composición del aire

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Nitrogen

Oxygen

Other

gasses

[%]





Definición de Aire Comprimido

Aire comprimido se entiende como aire atmosférico comprimido y

es energía almacenada que se puede convertir en trabajo. Unaforma simple de producir aire comprimido es con un Bombin en queel movimiento de un pistón en un cilindro comprime aire y producecalor. Este aire comprimido se puede usar para llenar la llanta deuna bicicleta mientras que el calor va al medioambiente. Todos los contaminantes que estaban en el aire antes de lacompresión se mantienen en el aire comprimido en la mismacantidad pero mas concentrados en un espacio mas pequeño.

1.4.2 Leyes del gasLa ley del gas de Boyle-Marriotte define la relación entre presión yvolumen cuando la temperatura queda constante.

La ley de Gay-Lussac define la relación entre temperatura y volumen auna presión constante.

Estas dos leyes forman la “Ley de gases Ideales”.

R es la cantidad de trabajo mecánico producido por 1 kg. de gas por cada aumento de ungrado K en temperatura, mientras que la presión queda constante. R depende del tipo degas.

Raire = 0.287 kJ / kg K

Si el volumen se mantiene constante y se incrementa la presión, por consecuencia laincrementa la temperatura.Si la presión se mantiene constante y se incrementa la temperatura, por consecuencia elvolumen se incrementa.Si el volumen se mantiene constante y se incrementa la temperatura, por consecuencia lapresión se incrementa. (Ejemplo: llantas de autos (coches))

p x V p = presión [ bar (a) ] = R = const. V = volumen [ m³ ]

T T = temperatura [ K ] R = constante del gas especial [kJ /kg K]

V0 V1

T0 T1

=

Fig. 1-23: :Air pump

p0 x V0 = p1 x V1





1.4.3 Especificaciones de Volumen

Volumen Estándar Volumen estándar se define como el volumen de un gas, liquido o sólido en su estado físicoestándar. El estándar de estado físico se define por DIN 1343.

Un metro cúbico de gas a 0 °C y 1.01352 bar es definido un “metro cúbico estándar”.

Volumen Normal

Si se trata de aire comprimido, los volúmenes se dan como volumen normal bajo de lascondiciones ambiéntales, en lugar de usar volúmenes estándares. Las condiciones dereferencia para medir el aire entregado de compresores son 20 °C, 1 bar(a) y 0 % dehumedad, dado por ISO 1217. En la práctica, volúmenes normales son calculados tomandoen cuenta las condiciones ambientales.

Temperatura: 0 °C = 273.15 K Presion: 1.01325 bar (nivel del mar) Humedad: 0 %

Volúmenes de entrega de un compresor de desplazamiento positivo (compresor detornillo, reciprocante, paletas, lóbulo rotante) siempre se dan en volúmenes normales.

Presiónsalida

Volumensalida

Temperaturasalida T2

Temperatura entrada T1

Presión de entrada P1

Humedad de entrada Frel 1

V2 x p2 x T1 V1 =

T2 x p1

Fig. 1-24: Medición de volumen de entrega





Umgebungsluftdruck1 bar (a)

Betriebsdruck7 bar (a)= 6 bar (ü)

1 Betriebs-m ³

7 m ³atmosphärisches

Luftvolumen

Volumen de trabajoEs el volumen en la red de aire comprimido o almacenado en el tanque, que se encuentrabajo presión a una relación de compresión correspondiente. Su temperatura normalmente es

la misma que el ambiente y su humedad depende del grado de tratamiento recibido. El pesode este aire es variable como es en el caso con el aire de volumen normal.

Varios formas de expresar el volumen

En la práctica, se encuentran varias formas de expresar volumen. Para propósitos decomparación es útil incluir las condiciones actuales. La tabla da cuatro posibilidades básicas.

Temperatura Presión de aireHumedadrelativa

Densidadde aire

a) Volumen en acuerdocon DIN 1343 (estadofisico normal)

0 °C =

273.15 K1.01325 bar 0 %

1.294kg/m³

b) Volumen en acuerdocon ISO 2533

15 °C =

288.15 K1.01325 bar

0 % 1.225kg/m³

c) Volumen referido acondicionesambientales)

Temperaturaambiente

Presión deaire de

ambiente

Humedad deambiente

Variable

d) Volumen referido acondiciones de trabajo

Temperaturatrabajando

Temperaturade trabajo

Variable Variable

Fig 1-25: Volumen trabajando

7 m³ volumen de aire atmosféricoa 1 bar(a) presión de ambiente

1 m³ trabajando

Presion de trabajopressure7 bares (a) =6 bares (g)

Volumen efectivo de aire de entrada V0 x Presión de aire de entrada p0 Volumen de trabajo V1 =

Presión de trabajo p1





Conversion de un volumen normal a un volumen estandard de acuerdo ala DIN 1343

En varias situaciones no es suficiente dar el volumen de aire entregado en volumen normal,

por que se necesita el peso del aire. En estos casos es necesario convertir a “metro cúbicoestándar” como se especifica en la DIN 1343.

La ley básica de gases es la base del calculo:

Donde:VN = Volumen estándar según DIN 1343V0 = Volumen normal T0 = Temperatura ambiente in K

TN = Temperatura según DIN 1343, TN = 273,15 K pN = Presión de aire según DIN 1343, pN = 1.01325 barpA = Presión de ambiente en bar (a)Frel = Humedad relativa del aire del ambientepD = Presión de saturación de vapor de agua en el aire en bar, dependiente de la

temperatura del aire (ver tabla)

Tabla de presion parcial de vapor de agua en el airePresión de saturación pD (bar(a)) a temperatura del aire t (˚C)

t pD T pD t pD

-10 0.0026 +10 0.0123 +30 0.0424-9 0.0028 +11 0.0131 +31 0.0449-8 0.0031 +12 0.0140 +32 0.0473-7 0.0034 +13 0.0150 +33 0.0503-6 0.0037 +14 0.0160 +34 0.0532-5 0.0040 +15 0.0170 +35 0.0562-4 0.0044 +16 0.0182 +36 0.0594-3 0.0048 +17 0.0184 +37 0.0627-2 0.0052 +18 0.0206 +38 0.0662-1 0.0056 +19 0.0220 +39 0.06990 0.0061 +20 0.0234 +40 0.0738+1 0.0064 +21 0.0245 +41 0.0778+2 0.0071 +22 0.0264 +42 0.0820+3 0.0074 +23 0.0281 +43 0.0864+4 0.0081 +24 0.0298 +44 0.0910+5 0.0087 +25 0.0317 +45 0.0968+6 0.0094 +26 0.0336 +46 0.1009+7 0.0100 +27 0.0356 +47 0.1061+8 0.0107 +28 0.0378 +48 0.1116+9 0.0115 +29 0.0400 +49 0.1174

+50 0.1234

El Volumen de entrega de los compresores de desplazamiento positivo siempre esrelacionado al estado estándar físico. Condiciones locales extremas como alta temperaturaambiente, presión baja (relacionada a la altura) y humedad máxima se debe tomar encuenta.

Table 1-5: Partial pressure of water vapour in saturated air

V0 x TN x (p A - (Frel x pD))VN =

(pN x T0)





∙

Ejemplo

Conversión de volumen estándar a volumen estándar según DIN 1343.

Una fábrica de tejido requiere 16 m³ por volumen estándar según DIN 1343 a 7 bar.Que compresor se requiere? Será suficiente un DSD 201, produciendo 20.86 m³/min a 8 bar.

Condiciones ambientales Temperatura máxima ambiental: 40 °CHumedad relativa máxima: 65 % Presión atmosférica más baja: 1.018 barVolumen de entrega de un DSD201 @ 8 bar: 20.86 m³/min

VN = Volumen estándar a DIN 1343V0 = Volumen estándar T0 = Temperatura de la ubicación en K TN = Temperatura según DIN 1343, TN = 273.15 K pN = Presión de aire según DIN 1343, pN = 1.01325 barpA = Presión de aire en ubicación, en bar (abs.)Frel = Humedad relativa en la ubicaciónpD = Presión de saturación de vapor de agua contenida en el aire en bar, dependiendo de

la temperatura del aire. (ver pagina 15).

VN = 17.41m³ Un compresor DSD 201@ 8 bar es suficiente.

Al agregar unidades de tiempo, el valor se puede expresar como Flujo de Volumen Estándar(VN) 17.41 m³/min.

El consumo de aire en términos de masa de aire, por ejemplo en kg. por unidad detiempo, es dividido por la densidad del aire (1.294 kg/m³ según DIN 1343) para obtener un Flujo de Volumen Estándar en términos de metros cúbicos por unidad de tiempo.

mientras: m = Flujo de masa en [kg/min] ρ = Densidad en [kg/m³], for air: 1.294 kg/m³

VN = Flujo de Volumen Estándar en [m³/min] según DIN 1343

20.86 m³ x 273.15 K x (1.018 bar – (0.65 x 0.0738 bar))VN =

(1.01325 bar x 313.15 K)

V0 x TN x (p A - (Frel x pD))VN =

(pN x T0)

m VN = ρ





1.4.4 Cambio de Estado en Gases Ideales

Los cambios de estado en sistemas reales muchas veces son complejos. Se puedensimplificar, sin embargo, están relacionados a cambios de estado especiales, para eso serequieren las siguientes condiciones generales:

- Cantidad de particulas de un gas ideal constante.- Sistema cerrado- Gas en un cilindro tapado por un pistón- Proceso controlado (presión y temperatura del gas siempre en equilibrio con la

presión y temperatura del ambiente).- Movimiento de pistón sin fricción. (proceso reversible)

Cambio de estado isotérmico

Un cilindro con buena conductividad termica es ubicado en un deposito de calor de una grancapacidad de calor. El cambio de estado debería tomar lugar lentamente para asegurar elequilibrio de temperatura.

Si se disminuye el volumen manteniendo la temperatura constante, se aumenta la presión.Para compresión isotérmica, el calor completo tiene que ser transferido a los alrededores a

través del depósito de calor. Al revés, en una expansión isotérmica, el calor debe fluir desde el ambiente para serrepartido.

La siguiente relación entre presión y volumen se aplica segun Boyle-Mariotte:

p0 x V0 = p1 x V1 = const.

p0, T0 p1, T1

Transferencia de Calor

Depositode calor

Fig. 1-26: Cambio de estado isotérmico

Isotérmico T0 =T1

p

p1

p0

V1 V0 V

T1

T0




Das KAESER–Druckluft-Seminar 18

Cambio de estado Isocór ico

El volumen de gas se mantiene constante por un envase de rigidez infinita.

Si se calienta el gas, se incrementa la presión. En el diagrama P-V, el estado isocórico es unmovimiento vertical. El cambio de relación de presión es directamente proporcional a larelación de cambio de temperatura.

Cambio de estado Isobárico

A un volumen de gas en un cilindro se ejerce una presión constante por la masa estática yconstante del pistón.

Cuando se aplica calor a un gas, su volumen aumenta empujando el pistón hacia arriba. Enel diagrama P-V, el estado isobárico es un movimiento horizontal. El cambio de relación devolumen es directamente proporcional a la relación de cambio de temperatura.

p0 T0

p1 T1 =

p0, T0 p1, T1

m

Transferencia deCalor

Fig. 1-28: Cambio de estado isobárico

Isobáricop0 =p1

p

p0 =p1

V V0 V1

0 1

T0

T1

V0 T0

V1 T1 =

p0, T0 p1, T1

Transferencia de calor

Fig. 1-27: Cambio de estado isocórico

p

p1

p0

V0 =V1 V

IsocóricoV0 =V1

1

0

T0

T1





Cambio de Estado Isotrópico

El cambio de estado isentrópico puede suceder en un sistema adiabático si se puede evitarcualquier transferencia de calor hacia afuera. En términos prácticos, el proceso pasa tanrápidamente que no hay tiempo para la transferencia de calor. Isentrópico también significaque el proceso es reversible.

Si se reduce el volumen y no hay transferencia de calor, la temperatura y la presiónaumentan. Como el calor de compresión aumenta el diagrama P-V es más inclinado que eldiagrama P-V isotérmico;. Al reves, el gas se enfria en una expansión isentrópica (como enuna descompresión en una boquilla).

Temperatura, presión y volumen son vinculados por la formula siguiente:

p0 x V0 ĸ = p1 x V1

ĸ p = presión absoluta [Pa]

V = volumen [m³]

p01-ĸ

x T0 ĸ = p1

1-ĸ

x T1 ĸ T = temperatura [K]

ĸ = = Kappa

T0 x V01-ĸ

= T1 x V11-ĸ

ĸaire = 1.40

cp

cv

p0, T0, V0 p1, T1, V1

No transferencia de calor

Fig. 1-29: Cambio de estado isotrópico

Adiabático o isentrópicop0 <p1 T0 <T1 V0 >V1

p1

p0

V V1 V0

0

1

T1

p

T0Isotérmico

Adiabático:completamente

aislado y libre defricción





Cambio de Estado Politrópico

Ambos, el cambio de estado isotérmico y el cambio de estado isotrópico son extremos y noocurren en realidad. La compresión de gas en un compresor o la expansión en un motor soncambios de estado politrópicos.

El diagrama siguiente indica la potencia específica teórica requerida para la compresión de1 bar absoluto.

En la compresión de aire, el exponente n llega a diferentes valores dependiendo del métodode compresión usado, de la relación de compresión, y de la potencia específica necesariapara la compresión de una cantidad definida de aire en un momento dado.

n = 1,4 = ĸair

n = 1,3

n = 1,1

n = 1,0

Fig. 1-30: Influencia del exponente politrópico n sobre la potencia específica

Todos los cambios de estado descritos hasta el momento se pueden considerarcomo casos especiales dentro del caso general, el cambio de estado politrópicoaplica de la siguiente forma:

Con n como el exponente politrópico

n = 0 proceso isobáricon = 1 proceso isotérmicon =ĸ proceso isotrópicon = ∞ proceso isocórico

T1 p1 V0 T0 p0 V1

= =

n - 1

n

n - 1

Relaciónde presión

Isothermico

Isentropico





1.4.5 Aire comprimido en movimiento

Flujo volumétrico

La tasa de flujo volumétrico conocido es la tasa de entrega del compresor y se indica en lassiguientes unidades [l/min], [l/s], [m³/min] o [m³/h]. La tasa de flujo volumétrico se definecomo volumen por unidad de tiempo. Tasas de flujo solo pueden ser comparadas si sonmedidas bajo las mismas condiciones de temperatura de entrada, presión, humedadrelativa, y presión en la medición.

Tasa de flujo

Las leyes que se aplican al aire estático son diferentes a las leyes que se aplican al aire en

movimiento.: = Tasa de flujo volumétrico [m³/min]v = Velocidad [m/s] A = Área seccionada [m²]

La tasa de flujo se deriva de siguiente fórmula:

Eso indica que la velocidad de flujo es inversamente proporcionalal área particular seccionada.

= A1 x v1 = A2 x v2 V

A1 v2 A2 v1

=

V

V

Fig. 1-31: Tasa de flujo con cambio de área seccionada

A2, v2 A1, v1 d1

dB(A)

dB(A)

v2 > v1

V constante

p ~ v²D

Dp

d2

Longitud





Hay dos tipos de flujo; éstos dependen de la velocidad del fluido:

Flujo laminar

En el flujo laminar, las partículas del aire se mueven enparalelo.La velocidad disminuye del centro hacia la pared de latubería. La velocidad cerca de la pared es cero; laspartículas no se mueven. El flujo laminar solo ocurre abaja velocidad y/o en tuberías estrechas. Las pérdida depresión y transferencia de calor son bajos.

Flujo turbulentoEn un flujo turbulento, que es más común, las partículas no mueven en paralelo y laestructura de la velocidad no es regular. Reflujos y remolinos ocurren y hay gran pérdida depresión y transferencia de calor.

Números de Reynold (Re) El número de Reynold ayuda a determinar si el flujo en una red de tubos es laminar oturbulenta. El número Re es influenciado por tres factores:

w = Promedio de velocidad de flujo [m/s]di = Diámetro de la tubería [m]ν = Viscosidad dinámica [m²/s]Ejemplo. Aire a 1.0132 bares y 20 °C:ν = 15.10 x 10-6 m²/s

Si el número de Reynolds excede el valor critico (Recrit = 2.320) un flujo laminar cambia a unflujo turbulento.

w x d i Re =

ν

Fig. 1-34: Perfiles de velocidad deflujo laminar y flujo turbulento

Fig. 1-32: Flujo laminar

Turbulent flo w

Laminar flow

Boundarylayer

Pipe material





Perdida de presión en un tubo

Cada tubo presenta cierta resistencia al flujo de aire que fluye adentro. La resistencia es

mucho más grande en flujos turbulentos que en flujos laminares y depende de cuatrofactores:

· Área seccional del tubo· Velocidad del flujo· Largo del tubo· Calidad de la superficie de la pared del tubo (no tiene importancia en las velocidades

encontradas en el ámbito del aire comprimido)

Fig. 1-35: Perdida de presión incrementando el largo del tubo

Presión en bar

Largo en mm

1

2





1.5 Sonido

Sonido es lo que interpreta su cerebro con cambios minúsculos en presión del aire tocando

el oído. El sonido viaja a través de un medio como gas o líquido en forma de olaslongitudinales, moviendo las moléculas del medio, adelante y atrás y así creando áreas depresión. La velocidad del sonido a través del aire a nivel del mar y 20 °C es 343 m/sec.

Presión del sonidoPresión del sonido es el nombre dado a variaciones de presión en un medio que transmitesonido. La presión del sonido ejerce una fuerza sobre un área y por tal motivo se puedeexpresar en Pascal. (Pa) (10-5 bar). En este sentido la distancia de la fuente del sonido escrítica. El sonido ambiental en un dormitorio tranquilo en la noche tiene una presión desonido de 6.3 x 10-4 Pa, mientras la presión del sonido de la turbina de un avión a unadistancia de 30 metros puede ser 200 Pa.

Nivel de presión de sonido (Lp)El nivel de presión de sonido Lp indica la relación de la amplitud de la presión del sonido aun nivel de referencia de cero dB (Decibel) (pR = 20 µPa = 2 x 10-5 Pa). El Decibel del nivelde la presión del sonido (dBSPL) es, por ende, una relación sin dimensión a un nivel dereferencia, el umbral del oído del ser humano a su frecuencia más sensitiva.

Ponderación del nivel de presión de sonido (A)Las curvas de frecuencia de ponderación son usadas para tomar en cuenta el hecho de queel oído humano percibe una diferencia en la fuerza entre tonos de la misma intensidad pero

frecuencia diferente (Fig. 9-31). Comunmente se utiliza la siguiente fórmula:

in dB (A)

El peff A es el valor efectivo de la presión del sonido y se puede medir fácilmente conmedidores de presión comerciales.

peff A LpA = 20 log

pR

Fig. 1-36: Sound pressure level without A filter





Volumen (Fuerza del sonido)El oido humano no tiene la misma sensivilidad a todas las frecuencias y los niveles sonorosno pueden equipararse a la percepción de volumen. El volumen es un valor subjetivo

medido en Phon e indica en promedio, que tan fuerte oímos un sonido. Un aumento de lapresión acústica de 10 dB se percibe como una duplicación del volumen. Dos fuentes de deigual nivel de sonido producen un nivel combinado de 3 dB superior a la misma fuente.

Nivel de potencia acústica LWA”

El nivel de potencia acústica indica, por ejemplo, el ruido producido por un producto endeterminadas condiciones de operación. La potencia acústica de una fuente de radiaciónpuede ser determinada por la medición de campo libre. Mientras que el nivel de presiónacústica indica el valor de la presión acústica de un campo de sonido en un determinadolugar, el nivel de potencia acústica da a la emisión de ruido de una fuente. Si el nivel depresión acústica en una determinada distancia de la fuente es conocida, la potencia acústica

de la fuente puede ser calculada.

El "nivel de potencia acústica" se calcula de la suma de los "niveles de presión acústica" y lasuperficie de medición Ls.

La superficie de medición Ls es el tamaño calculado que se agrega al “Nivel de potenciaacustica LpA” medido.

Medicion de campo libreEl nivel de sonido de un compresor, por ejemplo, sedetermina con la ayuda de una medición de campolibre segun DIN 45635. La máquina se posiciona enun campo libre de un radio de 50 m, para evitar querefexiones de sonido entren a la medición. Un cuboimaginario envuelve la máquina en una distancia deun metro en todas las direcciones. Se calcula lasuperficie de este cubo imaginario y se definen lospuntos de medición.Usando la formula de arriba, el “nivel de potenciaacustica” se puede calcular, independiente de ladistancia de la máquina, para definir la emisión desonido del equipo

LWA = LpA +Ls

LpA es el promedio “nivel de potencia acústica” en unasuperficie especifica, Ls es el superficie de la medición,

donde Ls =10 log (s / 1 m²) in [dB]

s = es el tamaño de la superficie en m² (ejemplo a 4 m deradio de medición s = 100 m²)

Fig. 1-37:Medición de campo libre

Cubo imaginario

1 m

50 m




Seminario de Aire Comprimido KAESER


2.1 Tipos de compresores

2.2 Compresores con desplazamiento

positivo

2.2.1 2-shaft rotary compressors2.2.1.1 Compresores de tornillo

2.2.1.2 Ventajas de los compresores KAESER2.2.1.3 Compresores rotativos interdentados2.2.1.4 Sopladores Rotativos

2.2.2 Single shaft rotary compressors2.2.2.1 Compresores Vane2.2.2.2 Compresores Scroll

2.2.3 Compresores de Pistón

2.3 Compresores Dinámicos2.3.1 Compresores turbo radial2.3.2 Compresores turbo axial2.3.3 Características de compresores turbo



Seminario de Aire Comprimido KAESER 2

2.1 Tipos de Compresores

Si estamos hablando de la producción de aire comprimido uno debe separar entre los dosprincipios de compresión; dinámica y desplazamiento positivo.

Compresión dinámica

Compresores dinámicos convierten energía cinética a energía comprimida. Propulsoresaceleran el aire y difusores lo retrasan de nuevo, convirtiendo la fuerza centrífuga (peso) delaire a energía en forma de presión. El volumen de aspiración no está definido pero dependedel peso y de la contrapresión. El desempeño de los compresores dinámicos es influenciadopor las condiciones ambientales y el origen del gas para comprimir (oxigeno, nitrógeno,

helio, hidrógeno). La humedad promedio, temperatura y presión del gas de entrada debenser consideradas en el diseño de un compresor dinámico.

Compresores de desplazamiento positivo

En todos los compresores de desplazamiento positivo, el volumen entrante es incrementadoal máximo, y luego se reduce nuevamente, apretándose entre sí las moléculas del mediocreando una presión interna. Cuando en la cámara de compresión la presión excede a lacontrapresión del tanque de aire o red de aire, la válvula de venteo se abre (en el caso deun compresor de pistón) permitiendo que el aire sea expulsado de la cámara. En otroscompresores como tornillos rotativos, el aire comprimido por los tornillos ínter dentados es

expulsado continuamente y a una presión constante sin la necesidad de una válvula deventeo.

En este capitulo se describe los tipos de compresores mas importantes en detalle. Se deberecordar que n o todos son aptos para todas las aplicaciones y la seleccion debe ser realizada de acuerdo a la necesidad de una tarea específica, no unicamente desde el puntode vista del tipo de compesor sino tambien de acuerdo a la energía, costos demantenimiento y confiabilidad de la operación.






Tipos de Compresores

Compresores Dinámicos Eyector

Axial

Radial

Compresores con desplazamiento positivo

Reciprocativo Trunk

Crosshead

Piston libre

Labyrinth

Diafragma

Rotativos Paleta

1-eje Anillo Liquido

Scroll

2-ejes Tornillo

Lóbulos

Meshing toothFig.2-1: Tios de compresores




2.2 Compresores con despalzamiento positivo

2.2.1 Compresores de tornillo con dos ejes2.2.1.1 Compresores de tornillo

Desarrollo de compresores de tornillo

La idea de utilizar rotores en aire comprimido no es nueva. En 1878Heinrich Krigar de Hannover, Alemania patentó un pequeñocompresor de tornillo. La primera producción de un compresor detornillo tenía un perfil simétrico y no podría lograr un cambio por sumayor costo específico, en esos tiempos el compresor de pistón era laúnica solución.

En 1962 un perfil asimétrico de dos rotores fue desarrollado,resultando un mejor rendimiento (caudal), un 10%, pero aún elconsumo en energía y el precio estaban mas alta que un compresorde buena calidad de pistón.

El perfil SIGMA

Ingenieros de KAESER lograron desarrollar unperfil asimétrico, SIGMA con el cual seeliminaron las previas desventajas de

generaciones de compresores de tornillo.Incorporando este perfil de rotores encompresores de tornillo en conjunto con otrasnuevas mejoras en diseño y un nuevo métodode producción precisa, logran un gran ahorroen energía sobre los de la competencia (15 a20% *)Compresores rotativos KAESER tienen unmenor costo específico que cualquier otrocompresor e incluyen todas las ventajas delprincipio de rotores conocidos hoy en día.

*) Confirmado por pruebas científicas de universidades y de la CAGI (Compressed Air and

Gas Institut)

Areas de aplicaciones

Compresores rotativos de tornillo modernos se encuentra en dos áreas de aplicaciones:Compresores estacionarios para toda la industria o compresores portátiles en aplicacionesde minerías y manufacturas.

Fig. 2-2: Perfil Simétrico

Fig. 2-3: Perfil Asimétrico

Fig. 2-4: perfil SIGMA





Produciendo Aire Comprimido con dos tornillos rotativos

Un rotor macho y un rotor hembra girando en direcciones diferentes, generalmente llamados

tornillos están ubicados en una carcasa; solo uno esta conectada al motor (macho) y el otrogira por la rotación del macho. Por la razón de di ferentes lóbulos las velocidades sondiferentes entre los dos rotores. El aire entra entre los lóbulos y la carcasa y se mueve haciala salida de aire comprimido. Debido a las diferentes velocidades se reduce el espacio y por lo tanto el volumen del aire. La entrega es continua y sin pulsaciones.

Fig. 2-5: Un rotor macho y un rotor hembra girando en direcciones diferentes sonmontadas con rodamientos de polines dentro de la carcasa. Se inyecta aceite a la carcasa,disminuyendo el calor de compresión, previniendo contacto metálico entre los tornillos ytambién con la carcasa, y lubricando los rodamientos. Como los tornillos están girando, elespacio entre ellos y la carcasa cerca del orificio de entrada se abren empujando el airehacia los espacios f ormados y estos espacios son sellados por la inyeccion de ac eiteapenas pasa el puerto de entrada atrapando el aire (en la ilustración con sombra).

Fig. 2-6: La diferencia entre los ángulos y la velocidad de los tornillos es la razón de ladisminución de volumen, el aire comprimido es transportado hacia la salida, siempre y

cuando se ha llegado a la presión diseñada. El flujo es empujado en forma continua y librede pulsaciones hacia la salida. La velocidad del tornillo macho en un compresor directamente acoplado es de 1.500 o 3.000RPM.

Además de la versión de compresores rotativos mencionadas arriba, hay también unidadesenfriadas por agua y no lubricadas.


Fig. 2-5: Vista desde arriba

Fig. 2-6: Vista desde abajo

Entrada de aire

Salida airecomprimido




Diagrama de un compresor de tornillo lubricado

La unidad compresora (1) esta conectada al motor eléctrico. El aceite (Lubricante paraenfriar) inyectado a la unidad compresora y mayormente para enfriar, es direccionado haciael estanque separador (2) y el filtro separador, asegurando aire limpio en la descarga. El ventilador (3) asegura un enfriamiento del equipo y también un flujo de aire frió hacia elenfriador de aceite y el postenfriador de aire (4 y 5). El controlador asegura que el aire estaproducido dentro de sus limites (ej. 7 - 7,5bar). Funciones de seguridad protegen elcompresor contra fallas importantes apagando el equipo automáticamente.

El lubricante del compresor tiene 4 funciones :


1.

2.

3.

4.

Enfriar; temperatura de descarga de la unidad ca. 75 °C

Lubricación de los rodamientos

Sellar lobulos

Limpiar contaminantes en el aire

Aire Comprimido

(4)Filtro de aire

(5)

Aceite frio(3)

(1)

(2)

Aceite Mexcla aire Aceitefrio Filtro de aceite

Aceite caliente

Válvula Termostatica

(3)




Fig. 2-8: Compresor lubricado CSDX

10

1 2

5

4

6

7

8

9

11

312

13

14

15

16

Partes de un compresor lubricado

1 Unidad Compresora

2 Motor compresor

3 Válvula de entrada

4 Válvula Mínima Presión/ Válvula

Check

5 Válvula combinada

6 Enfriador de aceite con Válvula

termostática

7 Post-enfriador

8 Estanque separador con filtro

separador

9 Válvula de seguridad

10 SIGMA Control

11 Acoplamiento Omega

12 Entrada de Aire

13 Filtro de Aire

14 Ventilador Radial

15 Soporte antivibración

16 Salida de aire comprimido





Compresor libre de aceite

Compresores de tornillo libre de aceite, ej. donde ningún liquido esta inyectando a la unidad

compresora, están utilizados en ciertas aplicaciones especiales. Los tornillos en es osnombrados compresores libre de aceite no tienen contacto entre ellos, si estánsincronizadas con engranajes lubricadas. Para compensar la desviación de aire a través delos espacios entre los tornillos sin sellos, la unidad tiene una velocidad mucho mas alto quelos compresores de tornillo lubricados. Equipos más grandes generalmente son enfriadospor agua y generan mucho calor.

· Dos etapas para llegar a la presión requerida por la razón que no tiene refrigeraciónpor un medio de lubricante

· Tornillos sincronizados en cajas de engranajes separadas con su propio circuito deaceite

· Temperaturas de descarga desde 120 °C to 230 °C

· Arrastre de aceite en el aire comprimido hasta 2 mg/m³ dependiendo de la calidad deaire entrando al compresor

· Se requiere un tratamiento de aire adicional para llegar a la clase 3 de la ISO 8573-1

Ilustración de un compresor de tornillo libre de aceite de 2 etapas,

Fig. 2-9: 2-etapas, compresor de tornillo no lubricado

1. Primera etapa de compresión, 4,000 – 13,000 rpm2. Segunda etapa de compresión, 7,000 – 25,000 rpm3. Primera etapa con engranajes (lubricado por aceite)4. Segunda etapa con engranajes (lubricado por aceite)5. Caja de engranajes principal (lubricado por aceite)


1

5

4

3

2




2.2.1.2 Ventajas de los compresores de tornillos KAESER

El mundialmente renombrado Perfil SIGMAPerfil de SIGMA es el perfil de rotor desarrollado y fabricadopor KAESER KOMPRESSOREN GmbH. Compresores con elperfil SIGMA tienen un menor requerimiento de potenciaespecifica que los convencionales utilizando un perfilasimétrico. El requerimiento específico de energía se calculadividiendo la potencia*) en kW por la entrega efectiva en m³ / min. *) Dependiendo del punto de referencia: potencia consumidaen el eje del compresor, potencia en el eje del motor o elconsumo total de potencia.

Diseño simple unidad compresoraLa unidad compresora contiene dos partes rotativas: el rotor macho y el rotor hembra osimplemente tornillos. El rotor macho es conducido y este conduce a la hembra por lo tantono hay engranajes de sincronización y ningún contacto entre metales debido a que esinyectado una película protectora de aceite. No hay una válvula de entrada o salida en elcual pudiera haber desgaste y la unidad entrega un volumen constante de aire comprimido yprolonga la vida operacional.

Baja temperatura de descargaLa temperatura de descarga es solamente de alrededor de 80°C, con lo cual no hay

una tendencia a quemar el aceite.

Baja temperatura de descarga desde el compresor La alta efectividad del post-enfriador reduce la temperatura del aire comprimido hasta 5-10 Ksobre la temperatura de entrada (o sobre la temperatura de entrada del agua d eenfriamiento). Esto permite una conexión directa a un secador refrigerativo, sin necesidad deun enfriador intermedio.

Menos arrastre de aceiteEl confiable separador de multi-etapa remueve aceite del aire comprimido

asegurando una alta calidad del aire. Dependiendo del modelo, no mas de 1-3mg/m³ de aceite remanente en la descarga de aire comprimido.

Filtración de aire de enfriamiento (series SX a ASK)Compresores pequeños los cuales están instalados en talleres con aire contaminado sonprotegidos del polvo por paneles filtrantes limpiando el aire de enfriamiento, antes de entrar a la maquina.

Bajo nivel de sonidoDuctos insonorizados y gabinetes a prueba de ruidos, conllevan aextremadamente bajos niveles de ruido y permiten que esos compresores

sean instalados en casi cualquier área de trabajo. Los niveles de ruido llegan a64 dB(A).

2. Produciendo aire comprimido

Fig. 2-10: Perfil SIGMA




SIGMA-CONTROLEl controlador Sigma está basado sobre un robusto computador industrial con un sistema operativo de tiempo real con la

posibilidad de actualización. El estado operacional del compresor es rápidamente captadocon la ayuda de LED’s con colores del semáforo. El display completo está presentado en

30 diferentes idiomas y es fácilmente navegable con botones e iconos. El SIGMA controlregula y monitorea el compresor automáticamente. Unasecuencia de seguridad apaga la maquinaautomáticamente en caso de un e vento de alarma. Unmodo de control económico, puede ser seleccionadosegún los ciclos de consumos, es posible elegir entreDual, Quadro y Vario (proporcional). El controlador estáequipado con interfases RS 232 para conectar unMODEM o impresora y un RS 485 para conectarse a unSegundo compresor, secuenciando la carga base. El

controlador tiene la capacidad de conectarse a una redde datos vía Profibus DP y también tiene contactos libre secos disponibles paraintercambiar señales con un sistema de control central.

Cadena de seguridadLa secuencia de la cadena de seguridad, tiene la capacidad de apagar y supervisar:

· Temperatura de descarga de la unidad compresora

· Temperatura de motor y corriente

· Dirección de rotación.

Motor Premium de alta eficienciaEl motor principal usado son de una eficiencia óptima y cumplen con losestándares de la norma EFF1 (EPACT)

Bajas pérdidas de transmisión de potencia1:1 Potencia es transmitida a través del acoplamiento directo o vía correas múltiples de altaeficiencia con tensionamiento automático en maquinas pequeñas.

Mantenimiento simpleEl sistema de monitoreo incluye, indicadores que reciben información para simplificar el

mantenimiento. Características especiales:- Indicación de filtro de aire saturado.- Indicación de filtro de aceite saturado.- Indicación de separador de aceite saturado.- Con la presión interna, ayuda a la evacuación del aceite.- Acoples rápidos simplifican el trabajo de mantenimiento.- Mirillas de aceite muestran el nivel de un vistazo- Engrasadores accesibles permiten el fácil re-engrase de los cojinetes de motor en

movimiento (desde serie BSD)

Potente sistema de ventilación

El ventilador radial tiene la suficiente capacidad para extraer el aire a través de ductos.

Soportes internos y externos anti-vibración Componentes especiales antivibratorios en soportes y acoplamientos de tuberías.


Fig. 2-11: SIGMA CONTROL




2.2.1.3 Compresores rotativos dentados

AplicaciónCompresores de dientes rotativos son utilizados para baja y media presión y compresiónlibre de aceite.

Diseño y funciónIgual que en compresores rotativos y compresores de paleta, los de diente rotativofuncionan bajo el principio de desplazamiento positivo

El elemento de compresión consiste en una carcaza donde 2 perfiles dentados rotativosgiran en forma opuesta. Estos rotores pueden ser simples o dobles según el fabricante. Losrotores no están en contacto metálico entre ellos en la pared de la carcaza. Al pasar un diente por la cámara interna, esta se llena de aire y posteriormente comprimeDurante la rotación la cámara se contrae comprimiendo el volumen aire atrapado hastaalcanzar el orificio de descarga y el aire comprimido es expedido a la red.

CaracterísticasLubricación de la cámara de compresión: no es necesaria, contacto es prevenido

engranajes

Caudal: 2 a 12 m³/min

Etapas: 1 a 2 Rango de presión: 1-etapa hasta 3.5 bar, 2-etapas hasta 8 bar Revoluciones: 3,000 a 25,000 rpm

Enfriamiento: aire o agua

è Mas silenciosos comparados con compresores de pistón libres de aceite.

Desventajas

· Alto consumo eléctrico

· Presión maxima 8 bar

· Dos etapas necesarias para máxima presión con intercambiador de refrigeración.


Orificio de Admisión

Orificio de Descarga




Fig.2-15: Función del soplador rotativo

2.2.1.4 Sopladores rotativos

Aplicación

Sopladores Rotativos son encontrados en aplicaciones dondese requiere gran volumen de aire libre de aceite, baja presión,como en el transporte neumático de polvo o granulado,limpieza de f iltros y aireación de estanques de agua ytratamiento de tanques.Otras aplicaciones son en ingeniería de vacio para limpiezapor succión y accionamiento de maquinaria de ordeña.

.

Diseño y funcionamiento de sopladores bi-lobulares

Sopladores Rotativos pueden ser de etapa simple o 2-etapas y rotores interconectados en elprincipio de la compresión externa.Un volumen de aire (u otro medio gaseoso) es atrapado entre los lóbulos del rotor y lacarcaza y transportado al orificio de descarga sin haber sido internamente comprimido. Elorificio de salida el aire es empujado contra cualquier contrapresión en la línea de descarga,el grado de compresión es el diferencial en presión en el orificio de admisión y descarga, ej.Contra-presión en la línea de descarga.

CaracterísticasCaudal: hasta 1,200 m³/minCaracterísticas de flujo: 2 pulsaciones por ciclo* de operaciónNúmero de etapas: 1 a 2Rango de presión: 0.5 a 2.0 bar (absoluto)Conveying chamber lubrication: not necessary, as timing gears prevent contact Accionamiento: motor eléctricoRevoluciones: 300 a 11,000 rpmVelocidad rotor periférico: 10 a 50 m/s

(*Aplicable únicamente en rotores bi-lobulares)




Seminario de Aire Comprimido 13

Fig. 2-16: soplador rotativo de 3 lobulos

Fig.2-17: Soplador Compacto Kaeser

Diseño y Funcionamiento de un soplador de 3 lobulos

Los sopladores rotativos de 3 lobulos son un medio útil para la producción de airecomprimido con muy poco efecto de pulsación. El trabajo de este elemento se basa en el

mismo principio de los equipos de 2 lobulos con un consumo de energía adicional.

Sopladores compactos

La eficiencia juega un papel importante en las aplicaciones de sopladores, con la atenciónpuesta en bajos costos de operación, baja energía específica y requisitos básicos demantenimiento. La serie compacta de Kaeser requiere de un mínimo espacio y contribuye alahorro con la reducción de gastos de instalación. La reducción de emisión de ruido en lafuente significa menor gasto de amortiguación del ruido en la habitación y los equipos como

tal son particularmente seguros y confiables.





Fig 2-18: Principio decompresor de paleta

2.2.2 Compresores rotativos de eje único

2.2.2.1 Compresores de paleta

AplicaciónLos compresores de paleta son usados en aplicaciones de bajas presiones y vacío.

Diseño y funcionamiento

Paletas se insertan en las ranuras longitudinales en u n rotor, montado en una carcasacilíndrica. La fuerza centrifuga mantiene las paletas presionado contra la carcasa, que separalas cámaras de todo el rotor. Estas cámaras se expanden y contraen en volumen, colocandola máquina en la categoría de los compresores de desplazamiento.El puerto de entrada se encuentra en el punto en qu e las cámaras, formada por el rotor,

paletas y gabinete, se están expandiendo en volumen. El aire es extraído y llevado por elrotor, siendo atrapado y comprimido por lacontracción de la cámara, hasta alcanzar el puertode descarga donde el aire es empujado hacia la redde aire.Los compresores de paleta pueden ser de un a ovarias paletas, de simples o múltiples carcasas yrefrigerados por aire o agua. Pueden ser lubricadoso inundadas de aceite y las paletas puede ser metálicas o de plástico.

CaracterísticasEntrega: 0.2 a 180 m³/minCaracterísticas del caudal: Relativamente suave en comparación con el flujo de

compresores de pistón.Número de etapas: 1 ó 2, 2 son requeridas para presiones sobre 4 bar Rango de presión: 1 a 10 bar manométrico y en vacío hasta 1 x 10-3 bar Enfriamiento: Aire, agua o inyección de aceite.Conducción: Motor eléctrico o motor diesel en equipos portátiles.Velocidad: 400 a 3,600 rpm

Velocidad perimetral de paletas: 12 a 20 m/s

Desventajas

· Altos costos de mantenimiento debido al desgaste de las paletas.

· Pérdida de eficiencia relativamente alta debido a la sustitución irregular de Paletas

· Alto consumo de aceite (con aceite de lubricación fresco)

· Limite de presión a 10 bar.

· Máquinas con aceite de lubricación fresca y separador aireador, producen aire comprimidocon un alto contenido de aceite.

· Antieconómico a altas presiones.





2.2.2.2 Compresores de espiral

Aplicación

Los compresores de espiral (Scroll) están especialmente indicados parabajo volumen, compresión de aire libre de a ceite y particularmente en larefrigeración del enfriamiento de ai re comprimido y sistemas de aireacondicionado.

Diseño y funcionamiento

La compresión se produce entre dos discos enfrentados con forma de espiral; un espiral esfijo y el otro posee un movimiento orbital. El movimiento orbital del espiral interior abre unacavidad en el punto exterior del espiral fijo, Donde el medio a ser comprimido es retirado.Más movimiento orbital mueve el volumen atrapado alrededor del espiral hacia su centro,comprimiendo en el camino y descargando desde el puerto en el centro del espiral.

Características:

Caudal: Hasta 1.5 m³/minCaracterísticas de caudal: Ininterrumpido y sin pulsacionesRango de presión: Hasta 10 bar Lubricación de la cámara de compresión: NingunoVelocidad: Hasta 3,100 rpm

Desventajas

· Alta temperatura media de descarga

· Considerable deslizamiento a alta presión, lo que conlleva a un alto requerimiento depotencia específica.

2. Produciendo aire comprimido

Fig. 2-20: Principio compresor Scroll

1 2

34




Fig.2-22: Succión Fig.2-23: Compresión

Pérdidas

· Volumen de entrada se pierde por válvulas o filtros tapados.

· Pérdidas en la salida se producen por gas escapando por adelante del

pistón.

2.2.3 Compresor de Pistón

DefiniciónCompresores de Pistón son maquinas de desplazamiento positivo. Un pistón succiona aire ysubsiguientemente lo comprime a través de un cilindro que esta encerrado en un lado por válvulas autoactivadas.

Diseño y FunciónEl movimiento hacia abajo del pistón crea un vacióen el cilindro, resultando, que se succiona el gas(aire) hacia adentro a través de la válvula deadmisión (1). En el movimiento hacia arriba, laválvula de admisión se cierra y el gas contenido enel cilindro se comprime hasta que la presión dentrodel cilindro excede la presión de afuera de la válvulade descarga (2) y la abre por el diferencial depresión.

El movimiento reciprocante es cíclico, entregandoaire comprimido en p ulsos. La torsión sobre elcigüeñal también es cíclica, subiendo y bajando deacuerdo a la posición del pistón.

El volumen aspirado del pistón es el producto de su área frontal y su carrera. El volumenaspirado es menor que el volumen del cilindro; la diferencia se conoce como espaciomuerto.


21




Fig.2-25: Descompresión del gasen el espacio muerto

Diagram 2-26: Composición deldesplazamiento teórico

Espacio Muerto

El “espacio muerto” representa una potencial pérdida de

aire entregado y por tal motivo debe ser lo mas chicoposible. El tamaño del “espacio muerto” o “perdida”depende de varios factores:

- Tolerancias de la fabricación- Espacio necesario para el funcionamiento de las válvulas.- Espacio necesario para acomodar la expansión

longitudinal termal del pistón y de la manivela

Perdidas de entrega causadas por el “espacio muerto”

El aire comprimido en el “espacio muerto” no s ale de lacámara y se descomprime cuando el pistón esta enmovimiento hacia abajo, hasta que su presión es menor quela presión fuera de la válvula de entrada. Eso es cuando secree un vació y la válvula de entrada se abre entrando elgas en el cilindro durante el resto del movimiento del pistónhacia abajo.


Espacio

Top dead centre

Bottom dead centre

1 bar (abs) 8 bar

Fig. 2-24: Esapcio

1 bar 8 bar (abs)

Decompresión TDC

Stroke

BDC

Entrega efectiva

Pedidas de salida

Calentamiento del aire entrante

Espacio Muerto

Perdida de presión de entrada

Stroke




Acción simple de compresiónLa compresión se genera una vez con cadarevolución del cigüeñal (véase el ejemplo deuna sola etapa de compresión)

Doble acción de compresiónLa compresión se lleva a cabo dos vecescon cada una de las revoluciones delcigüeñal (ver derecha).

Fig. 2-27: Compresión de una etapa

Fig. 2-29: Compresor de acción doble.

Fig. 2-28: Dos etapasde compresión

Tipos de compresores de pistón

Los distintos tipos de compresores de pistones se distinguen por los siguientes criterios:

- Número de etapas: simple o múltiple.- Según su forma de pistón: De cámara o Lisos.- Según si funcionan lubricados o secos (también llamado libre de aceite).- Según sus medios de transmisión: correa o acople directo.- Según el número y disposición de los cilindros- De acuerdo a s i entregan directo el aire comprimido o s i se combinan con (montado

sobre) un estanque de aire.- Según si funciona al aire libre o en un gabinete insonorizado- Según el tipo de gas que comprime: aire, nitrógeno o helio.


De una etapa de compresiónPresión final de compresión en unacarrera

Dos etapas de compresiónGas comprimido desde el primer cilindro

pasa a través de un enfriador intermedioal segundo cilindro donde es comprimidohasta la presión final.




Eficiencia volumétrica de compresores depistón Los compresores de una y dos etapas

tienen diferentes eficiencias volumétricas,la razón es que el aire liberado en laprimera etapa es enfriado antes de entrar en la segunda etapa lo que reduce laperdida de d escompresión de aire en elespacio muerto.El diagrama adjunto muestra lasdiferencias en la eficiencia volumétricaentre compresores de una y dos etapas.Cabe señalar que los sopladores son máseconómicos para compresión de bajapresión. Otro punto es el elevado costo de

adquisición de un compresor de pistón dedos etapas, por lo que suelen ser usadossólo para presiones por encima de 10bares.

La eficiencia volumetrica es calculada con la siguiente formula:

Ventajas del compresor de pistón· Capacidad para comprimir todos los gases mas comunes.

· Eficiente a presiones por encima de 15 bar.

· Económico como recompresor (Booster)

Desventajas

· Mayor consumo de partes de desgaste

· Entrega de aire con pulsaciones.

Compresores de pistón como recompresores (Boosters)Grandes sistemas de aire comprimido a veces requieren de aire a diferentes presiones. En

tales casos, es económico para configurar el sistema global en el nivel más bajo de presióny utilizar un recompresor para proporcionar una mayor presión cuando sea necesario.

Fig. 2-32: Sistema de aire comprimido hasta 13 bar con un recompresor hasta 45 bar


Entrega efectiva

Eficiencia Volumétrica λ =

Desplazamiento teórico

Fig. 2-31: Compresor de una etapa

Fig. 2-30: Eficiencia volumetrica de un compresor deuna y dos etapas

E f i c i e n c i a v o l u m é t r i c a λ ( % )

Presión p [bar (ü)]

1-etapa

2-estapas




2.3 Compresores dinámicos

2.3.1 Turbo compresores radiales

AplicaciónLos turbo compresores radiales proporcionan constantes y grandes caudales a baja presióny se encuentran principalmente en la industria petroquímica, en el acero y la fabricación deautomóviles

Diseño y funcionamientoLa forma geométrica de los alabes dela turbina, girando a gran velocidad,causa que el aire sea extraído a l olargo del eje del impulsor. Este aire

es acelerado y arrojado hacia elexterior por la fuerza centrífuga. Amedida que el aire a al ta velocidadsale del impulsor para entrar a la redo en la próxima etapa de compresión,el difusor la torna mas lento y suenergía cinética la convierte enenergía a presión. El requerimientode potencia específica de los turboscompresores, como todos loscompresores dinámicos, depende engran medida de la densidad real del

aire y su temperatura.


Fig. 2-35: Representación simple de un turbo compresor radial de un solo eje

Dirección de rotacióny flujo de aire

Fig. 2-34: 3D-depieze deun impeller

Aire

Eje transmisión

Aire

Bild 2-33: Impulsor radial simplificado




Características de un Turbo Compresor Radial

Entrega: 35 – 1,200 m³ / min

Características del flujo: suave y libre de pulsaciones

Numero de etapas: 1 a 6

Rango de presión: 3 – 40 bar Enfriamiento: normalmente enfriado por agua

Lubricación cámara de compresión: NingunaPropulsión: motor eléctrico o turbina a vapor

Rango de velocidad: 3,000 – 80,000 rpm

Velocidad periférica del impulsor: 80 – 300 m / s

Fig. 2-36: Regulación de un Turbo Compresor

Límite de bombeo

Bombeo gráfico

Regulación de la curva con P = constante

50% 80% 100%V

P





2.3.2 Compresor Turbo Axial.

Aplicación.Se usan compresores de Turbo con impulsores axiales para producir volúmenes muygrandes de aire a presión baja. Ellos tienen una gama amplia de usos en generación depotencia eléctrica, los procesos industriales y en artefactos de aviación. Una aplicacióntípica está en la licuefacción de gas natural.

Diseño y Función.Un compresor del turbo axial secompone de una serie de i mpulsoresesparcida con anillos de hojas de laguías estáticas. Los impulsores atraeny aceleran el aire que entonces

impacta en las hojas estáticas y alfrenarse se comprime. Cada juegosucesivo de impulsores y hojas aceleray frena el aire. La dirección de flujo esparalela al árbol del paseo.

Características de Compresor Turbo Axial.

Entrega: 600 – 30,000m³/minCaracterísticas de Flujo: Liso y impulso libreNumero de fases: 10 a 25Rango de Presión: 0 – 6 bar

Refrigerando: Normalmente refrigerado por agua pero es posiblerefrigerar vía ductos

Lubricación de cámara de condensación: NingunoTransmisión: motor eléctrico o turbina de vapor Rango de Velocidad. 6,000 – 20,000 rpmVelocidad periférica del impulsor: 150 – 320 m / s


Fig. 2-38: Despieze de uncompresor turbo axial




2.3.3 Caracteristicas de turbo compresores

Comparación de compresores de tornillo y turbo compresores.

Tornillo Turbo

Versión normal – aire de refrigeración: librede costo en refrigeración,limpieza simple.

Disponible sólo cuando es refrigerado por agua:medio de refrigeración muy caro, la calidad deel agua requiere a menudo un intercambiador de calor, costos de limpieza muy altos.

Necesita sólo un enfriador combinado para elaire comprimido y circuito de aceite

Un compresor de tres etapas (8-10 bar)necesita dos etapas de refrigeración,unpostenfriador (para el aire comprimido) y unenfriador de aceite

No requiere base especial de montaje. Se requiere una basa especial según eltamaño de la máquina.

Mando óptimo por la selección decompresores más pequeños para el manejode carga,en combinación con un controlador maestro inteligente.

Rango de control aproximado. 80-100 %:para la entrega debajo de el 80% el aire queha soplado fuera, de la primera fase, produceperdidas de energía y tiempo-limitado al 10 -15 veces por hora aproximadamente.

No necesita bomba de aceite de lubricaciónadiciona para la maquina.

Necesita bomba de aceite adicional para losrodamientos lisos: consumo de energía másalto.

Se utilizan motores de t res fasesaprox.400V: partes de repuesto baratas yfáciles de reemplazar.

El motor necesita un alto voltaje según lacapacidad de la maquina: motoresprincipalmente especiales, largos tiempos deentrega para reemplazo y los costos altos.

Datos de actuación según ISO 1217:claramente comprensible debido a la Normainternacional.

Los datos de la actuación del fabricantenormalmente se refiere a temperaturas de laentrada elevadas desde que el aire está másligero en la temperatura más alta y la presiónmás baja considerando que la mediatemperatura anual en Alemania está

alrededor de 10 °C que dan actuación másbaja bajo las condiciones operacionalesreales: la actuación óptima sólo puedesostenerse a la temperatura de agua derefrigeración óptima y cualquier elevación deesto produce un baja eficiencia.

Menos válvulas se requieren para el controlde la maquina.

El control y las técnicas de monitoreo másalto lo que la hace ser más cara (p.e. latemperatura productiva cambia): riesgo másalto de falla.


Table 2-1: Comparación de compresores de tornillo y turbo compresores





3.1 El significado de la Calidad del Aire

3.2 Humedad, Condensado

3.3 Enfriamiento del Aire Comprimido

3.4 Separación mecánica inicial

3.5 Métodos de secado

3.5.1 Condensación3.5.1.1 Secadores refrigerativos3.5.1.2 Sobre Compresión

3.5.2 Difusión3.5.3 Sorpcion3.5.3.1 Secado por Absorción3.5.3.2 Secado por Adsorción

3.6 Filtración

3.7 VDMA Recomendaciones para Calidad de AireComprimido en la Industria Alimenticia

3.7.1 Maquinaria de empaque para alimentos y farmacéuticos3.7.2 Aire Comprimido en contacto directo con el producto3.7.3 Aire Comprimido Esteril




3.1 El signif icado del Tratamiento de Aire

Las impurezas en el aire que respiramos generalmente no son

visibles. No obstante, pueden tener efectos nocivos en elfuncionamiento confiable de sistemas de aire comprimido oherramientas neumáticas. La pregunta de cual nivel de calidad de aire puede lograrse estásiempre erroneamente relacionada con los diversos sistemas deproduccion del aire comprimido. Especialmente discusiones endonde si la alta calidad del aire puede ser producida concompresores refrigerados por aceite o libres de aceite están basadas en una alta baseemocional y están orientadas más a aspectos de mercadeo que a probar los hechos comotal. En los intereses del usuario final de aire comprimido, esto no puede ser enfatizado a talpunto que las discusiones sean influenciadas por emociones o perjuicios personales.

Cada compresor - libre de aceite o refrigerado con aceite – puede ser comparado conuna aspiradora gigante.

Esta no sólo succiona oxígeno y nitrógeno, tambien todas las impurezas en el aire y de noser tratado el aire pasará en una alta concentración a los sistemas de aire comprimido(fig. 3-2).

Así como las usuales partículas sólidas, altas concentraciones de aerosoles de aceitemineral, hidrocarburos, dióxido de sulfuro, cobre, plomo y muchas otras impurezas están

presentes (Fig. 3-3 to 3-7). Bajo ninguna circunstancia se recomienda el contacto de estapeligrosa mezcla con productos sensibles o partes de máquinas.


Aire Atmosférico Aire Comprimido 7 bar

Fig. 3-2: Independiente del tipo de compreso, estos succionan aire contaminado y concentran estas impurezas varias veces

Bild 3-1: Verschmutzte Luft

Gear grinding shop

Drilling shop

Turning shop

Enclosed roduction

mg/m

Time

0 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

2 4 6 8 10 12

Fig. 3-3: Concentraciones de niebla deaceite en varias zonas de la planta




Contaminantes como los hidrocarburos, dioxido de sulfuro y material particulado sontambién contenidos en el aire y son significativamente concentrados después de la

compresión.


SO2 - content in the air

Location: Ludwigshafen - town centre

max. half-hour averagee 2004 in µg/m³

0

20

40

60

80

100

120

J an Feb Mrz Apr Mai J un J ul Aug Sep Okt Nov Dez

Fig 3-5: Hidrocarburos en el aire(incl. Aerosoles y metano)

Fig 3-6: Dioxido de sulfurocontenido en el aire

Hydrocarbons - content in the air (incl. CH4)

Location: Ludwigshafen - town centre

max. half-hour average 2004 in mg/m³

0,000

0,500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

J an Feb Mrz Apr Mai J un J ul Aug Sep Okt Nov Dez

0%

10

20

30

40

0-5µm 5-10µm 10-20µm 20-40µm 40-80µm Größe

Anteil in %

Fig 3-4: Partículas sólidas en el aire

Proporción en %

Size




Resultados de un defic iente tratamiento del aire

Contaminantes como la suciedad, aerosoles y vapor de agua se encuentran en airecomprimido sin tratar. Si el aire comprimido no se trata, se tendrán serios resultados tantoen el sistema de distribución del aire como en los usuarios (herramienta neumática, etc). Latubería corroida y herramienta en mal estado llevan a altas pérdidas totales (ver figuras 3-8 y3-9), como consecuencia se tendrán altos costos de reparación y tiempos muertos.


Fig 3-8: Atornillador estropeado Fig 3-9: Tubería corroida

PM10 Particulate matter content (particles < 10 µm)Location: Ludwigshafen town centre

Monthly average 2004 in µg/m³

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

an Feb Mar Apr May une uly Aug Sep Oct Nov Dec Fig 3-7: Material Particulado

contenido en el aire




Estándar de Calidad de Aire Comprimido ISO 8573-1

Los Estándares internacionales ISO 8573-1 son de gran ayuda para seleccionar

correctamente el sistema de producción de aire comprimido y su tratamiento. Reemplazatérminos de calidad imprecisos como ”libres de agua”, “libres de aceite”, o “libres de polvo”por valores numéricos simples y los encaja en tipos de calidad según su definición. Estatabla clasifica claramente los sistemas individuales de compresión en relación a la calidaddel aire producido. En esta tabla, dependiendo de las condiciones operacionales casi nohay diferencia en contenido remanente de aceite en el aire comprimido producido porcompresores de aceite y libres de aceite En lo referente a remoción de partículas, elcompresor de tornillo lubricado tiene una ventaja en la calidad del aire debido a su filtrointegrado 1µm. En cambio, cuando hablamos de contenido de humedad en el aire, ambostipos de compresores son similares en la clase 6 porque ambos tipos pueden entregarúnicamente aire con 100% de saturación de humedad

En el año de 1974, el Instituto Americano de Petróleos señalo lo siguiente en la directiva delAPI RP 550:

1. En todos los casos, el aire comprimido utilizado en la industria petroquímica deberá sersecado con un secador hasta llegar a un punto de humedad exacto.

2. Deberá tener un filtro integrado para prevenir desgaste ocasionado por partículas.

3. El suministro de aire comprimido libre de aceite solo se puede asegurar con la utilizaciónde un filtro de carbón activado tanto en los compresores refrigerados por aceite como en loscompresores libres de aceite con el fin de separar los vapores de aceite del aire.


-5.0 £ x £ 10.0------9

-0.5 £ x £ 5.0------8

-x £ 0,5£ 1040----7

-+10 °C£ 5£ 5----6

-+7 °C--20,000---5

£ 5.0+3 °C--1,000---4

£ 1.0-20 °C--50010,000--3

£ 0.1-40 °C--101,000100,000-2£ 0.01-70 °C--01100-

as specif ied by user 0

1.0< d £ 0.5< d £ 0.1< d £ £ 0.1 mg/m³

Pressure DewPoint (x=liquid

water in g/m³ )mg/m³µm

Max. particle count per m³ of particles

Oilcontent

MoistureSolid particles / dustISO8573-1

Class

Table 3-1: Lista de las diferentes clases de calidad en ISO 8573-1




Los sistemas de tratamiento de aire se instalan después del compresor siempre y cuandouna calidad de aire precisa sea definida. Solamente los sistemas de tratamiento puedengarantizar y mantener una calidad de aire definida. Los sistemas de aire ilustrados difierenrespecto al punto de rocío (PDP) requerido. El empleo de un secador refrigerativo essuficiente para garantizar un PDP de hasta +3°C, mientras que un secador desecante conun mayor consumo de energía, es requerido para PDP por debajo de 0°C. Los filtros deben ser usados cuando se requiera suministrar una mayor calidad de aire.En una fábrica convencional, un sistema de aire comprimido solo necesita un compresor, untanque acumulador que funcione también como tanque separador de condensados y unsecador refrigerativo. Esta no necesariamente debe tener un sistema complejo de filtros,

esto reduce considerablemente el consumo de energía y las necesidades de mantenimiento.En contraste, filtros de partículas adicionales, filtros o torres de carbón activado y filtrosestériles tienen que ser usados para garantizar la calidad de aire requerida, dependiendo dela aplicación: en el aire de instrumentos, aire de proceso o aplicaciones alimenticias. Esto esposible con una combinación de filtros y secadores y aplica para todos los sistemas de airecomprimido estándar.


Fig 3-10: Calidad de aire que se logra con compresores refrigerados por aceite y libres de aceite.




3.2 Humedad y Condensado

La mezcla de aire y vapor de agua es llamado humedad y esta puede variar entre los límitesde aire seco y aire totalmente saturado.

Humedad

La humedad describe el vapor de agua contenido en el aire atmosférico. Este es expresadopor humedad absoluta y describe la cantidad actual de vapor de agua contenido en unmetro cúbico de aire. En términos simples, frecuentemente hablamos de la humedad en elaire pero realmente nos referimos a la humedad relativa, la cual representa la relación de lahumedad absoluta con la humedad máxima.

Humedad máxima describe la cantidad de vapor de agua que un metro cúbico de airepuede sostener a una temperatura definida. Cuando el aire es saturado, por ejemplo,

contiene la máxima humedad, la humedad relativa es de 100%. Con el incremento detemperatura, el aire puede capturar más humedad, como se muestra en el siguientediagrama. En la práctica, la capacidad de absorción depende de la presión → unit [g / m³].

Punto de rocío

El punto de rocío del aire atmosférico a 1 bar(a) es llamado punto de rocío atmosférico.Describe el estado saturado al cual el aire tiene la máxima carga de humedad a unadeterminada temperatura. Si el aire se enfría por debajo de esta temperatura se formarárocío, por ejemplo, exceso de humedad condensará el agua del aire.


Fig 3-12: Maximum humidity in the air at corresponding dew points

0

50

100

150

200

250

- 2 0

- 1 4

- 8

- 2 4

1 0

1 6

2 2

2 8

3 4

4 0

4 6

5 2

5 8

6 4

7 0

Punto de Rocío [ °C ]

H u m e d a d M á x i

m a h m a x

[ g / m ³ ]




Demostración de punto de rocío y humedad

Vamos a asumir que la temperatura en un cuarto es de 20°C con

una humedad relativa del 60%. Si un vaso se llena con cerveza auna temperatura de 8°C, el aire alrededor del vaso se enfría y suhumedad relativa disminuye. A la temperatura aún mayor que la dela cerveza con la cual se logra una humedad relativa del 100% elaire se satura. Este no puede manejar más humedad y el punto derocío se ha alcanzado. En la medida en que continúe enfriándose,esta habilidad de contener humedad disminuye y se observacondensada en el exterior del vaso.

El punto de rocío cambiará con las modificaciones de presión. Esto se llama presión depunto de rocío y se refiere al aire comprimido en su estado operativo. Cuando el aire es

comprimido el punto de rocío se incrementa. Cuando el punto de rocío se alcanza, el aire secarga con la máxima humedad para esa presión y esa temperatura. Si la presión seincrementa o la temperatura disminuye se tendrá condensación.

→ Ver Tabla 3-2

Conversión de presión de punto de rocío en punto de rocío atmosférico (Fig. 3-14)

El valor del punto de rocío a presión durante el proceso de expansión de un gas de unapresión alta a una presión baja se puede encontrar en tres pasos:

1) En la escala del punto de rocío encuentre la temperatura a la que el gas estaba seco[1], muévase horizontalmente hacia la izquierda hasta la presión a la cual el gas estabaseco [2].

2) Muévase verticalmente hacia abajo desde este punto hasta la presión del gas cuandoeste se expande [3].

3a) Muévase horizontalmente hacia la derecha desde este punto a la escala de la presiónde punto de rocío y tome el dato del punto de rocío del gas expandido. [4].

3b) Para determinar el punto de rocío atmosférico, muévase verticalmente hacia abajodesde el punto [3] a la escala de punto de rocío atmosférico y tome el dato de latemperatura de punto de rocío [5].

Ejemplo: Aire comprimido a 7 bar(a) con una presión de punto de rocío de +3°C tiene unapresión de punto de rocío atmosférico de -23°C después de la expansión.


Fig. 3-13: Vaso decerveza con agua




Fig 3-14: Determinacióndel punto de rocío-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30

Punto de rocío atmosférico °C

60

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

P r e s i ó n

d e

p u n t o d e

r o c í o

° C

12

34

5

CondensadoAltas cantidades de condensado se acumulan cuando el aire es comprimido por uncompresor. Por ejemplo, con aire libre entregado de 5 m³/min (referido a 20 °C, 70 porcientode la humedad relativa y 1 Bar absoluto de presion atmosférica) se bombean cerca de 30litros de agua en la red de aire durante ocho horas de operación.


Fig 3-15: Compresor con condensado acumulado

20 litros de esta agua seprecipitan comocondensados en el post-enfriador (a 7 Bar de presionde trabajo y +30°C detemperatura de salida)

Durante cualquier enfriamiento del airecomprimido los 10 litros remanentes se

condensarán en cualquier punto del sistemade aire comprimido=> Resultando en altos costos demantenimiento, reparaciones e interrupcionesde la roducción.

Presión en bar




Acumulación de condensado en el secador e aire.El aire sale del postenfriador del compresor a +25 °C con 100% de humedad relativa(correspondiente a un punto de rocío de +25°C). Como se puede ver en la tabla, este airecontiene 22,83 g de agua por cada m3 de aire de trabajo.

Se require una humedad residual de 0.117 g de agua por cada m³. Como se puede ver en latabla 3-2, este corresponde a una presión de punto de rocío de -40°C, lo cual significa que elsecador debe tener una retención de agua de Δx = 22.713 g/m³ .

Punto deRocío

°C

g/m³Punto de

Rocío°C

g/m³Punto de

Rocío°C

g/m³Punto de

Rocío°C

g/m³

+100 588.208 +58 118.199 16 13.531 -25 0.5599 569.071 57 113.130 15 12.739 -26 0.5198 550.375 56 108.200 14 11.987 -27 0.46

97 532.125 55 103.453 13 11.276 -28 0.4196 514.401 54 98.883 12 10.600 -29 0.3795 497.209 53 94.483 11 9.961 -30 0.3394 480.394 52 90.247 10 9.356 -31 0.30193 464.119 51 86.173 9 8.784 -32 0.27192 448.308 50 82.257 8 8.243 -33 0.24491 432.885 49 78.491 7 7.732 -34 0.22090 417.935 48 74.871 6 7.246 -35 0.19889 403.380 47 71.395 5 6.790 -36 0.17888 389.225 46 68.056 4 6.359 -37 0.16087 375.471 45 64.848 3 5.953 -38 0.14486 362.124 44 61.772 2 5.570 -39 0.13085 340.186 43 58.820 1 5.209 -40 0.117

84 336.660 42 55.989 0 4.868 -41 0.10483 324.469 41 53.274 -42 0.09382 311.616 40 50.672 -1 4.487 -43 0.08381 301.186 39 48.181 -2 4.135 -44 0.07580 290.017 38 45.593 -3 3.889 -45 0.06779 279.278 37 43.508 -4 3.513 -46 0.06078 268.806 36 41.322 -5 3.238 -47 0.05477 258.827 35 39.286 -6 2.984 -48 0.04876 248.840 34 37.229 -7 2.571 -49 0.04375 239.351 33 35.317 -8 2.537 -50 0.03874 230.142 32 33.490 -9 2.339 -51 0.03473 221.212 31 31.744 -10 2.156 -52 0.030

72 212.648 30 30.078 -11 1.96 -53 0.02771 204.286 29 28.488 -12 1.80 -54 0.02470 196.213 28 26.970 -13 1.65 -55 0.02169 188.429 27 25.524 -14 1.51 -56 0.01968 180.855 26 24.143 -15 1.38 -57 0.01767 173.575 25 22.830 -16 1.27 -58 0.01566 166.507 24 21.578 -17 1.15 -59 0.01365 159.654 23 20.386 -18 1.05 -60 0.01164 153.103 22 19.252 -19 0.96 -65 0.006463 146.771 21 18.191 -20 0.88 -70 0.003362 140.659 20 17.148 -21 0.80 -75 0.001361 134.684 19 16.172 -22 0.73 -80 0.000660 129.020 18 15.246 -23 0.66 -85 0.00025

59 123.495 17 14.367 -24 0.60 -90 0.0001





12

3

4

5

6 7

Acumulación de condensados en el secador

Se tiene un compresor con capacidad de succión de 1041 m³/h a una presión de 8 bar (g).

La temperatura del aire de entrada es 28°C a una humedad relativa de 70%. La temperaturadel aire comprimido es de 35°C.Primero, la humedad absoluta del aire es determinada en la Fig 3-16. Muévase desde latemperatura de entrada en el eje Y (28°C, punto [1]) a la derecha hasta la humedad relativadel 70% [2]. Muévase verticalmente hacia abajo al eje X desde este punto y determine lahumedad absoluta del aire de 18 g/m³ [3].Con el fin de determinar el volumen de condensado, extienda esta línea hacia abajo hasta lalínea de temperatura del aire comprimido de 35°C [4] luego muévase hacia la izquierdadesde este punto hasta la línea diagonal de la presión final de 8 bar[5]. Muévaseverticalmente hacia arriba desde este punto hasta la parábola de humedad relativa de18g/m³ que fue determinada anteriormente [6]. Muévase horizontalmente desde este puntoa la derecha donde el contenido de humedad es 13 g/m³ [7].

De esta manera el condensado acumulado por hora es:

13 g/m³ x 1041 m³/h = 13533 g/h = 13.5 kg/h


Fig 3-16: Forma de determinar la acumulación de condensado

90

80

70

60

50

40

30

20

13

10

50

40

3028

20

10

0

C o n d e n s a d o ( g / m ³ )

10 18 20 30 40 50 60 70 80 90Humedad absoluta x [g/m³]

H u m e d a d a b s o l u t a a l a s c o n d i c i o n e s d e e n t r a d a x = ( g / m ³ )

9080

70

60

50

40

3020

18

10

Temperatura de entrada [°C]

Humedad relativa [%]

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 15 20 25

Compressed air temperature [°C]

50

45

40

35

30

2,5 2 1,5 1 0,5

Discharge pressure [bar]

13121110

98

7

6

5

4,5

4

3,5

3




Por qué es importante tratar el aire?

Las impurezas que generalmente respiramos no son apreciables a simple vista. A pesar de

este hecho, estas pueden causar efectos negativos en el funcionamiento confiable de la redde aire comprimido y herramientas neumáticas. La calidad del aire puede también verseafectada debido al pobre tratamiento del aire. En algunas aplicaciones, el uso del compresorsin el correspondiente tratamiento del aire es prohibido por generar daños a la salud.


Fig 3-17: Pérdidas debidas a falta de tratamiento

Costos

Costos

Problemas en la red:CorrosiónCaídas de presiónContaminaciónCongelamientoMantenimiento

Problemas en producción:Contaminación

Desgaste de herramRechazos Tiempo muerto




3.3 Post-enfr iamiento del aire comprimido

Inmediatamente después de la compresión, el aire tiene una temperatura de 80-200°C.Durante la fase de enfriamiento a la temperatura ambiente, altos contenidos de condensadose precipitan. Para asegurar que el aire comprimido no se enfríe en la red en donde elcondensado puede causar serios problemas debido a la corrosión, el enfriamiento sedesarrolla en el mismo compresor. Los compresores de tornillo modernos tienen integradoun intercambiador de agua a o de aire o llamado también post-enfriador. Se reduce latemperatura del aire comprimido y el contenido de agua y aceite en el aire es precipitado encondensado. Un efecto de post-enfriar el aire comprimido es que se condensa entre el 70 yel 80% del agua. Este condensado, el cual está mezclado con partículas de aceite, tiene queser drenado por un separador. El volumen de aire disponible se reduce por la acción delenfriamiento, el cual, sin embargo, no representa pérdidas de energía debido a que el airese enfriaría de todas maneras en la red.

Normalmente se utiliza el enfriamiento por agua o aire. El enfriamiento por aire puedereducir la temperatura del aire comprimido de 5-20K sobre la temperatura ambiente utilizadapara refrigerar, lo cual significa que la temperatura de salida estará entre 35 y 50°C enverano y entre 10 y 25°C en invierno.En un post-enfriador de agua, se espera generalmente un punto de rocío menor. Latemperatura de salida que se puede alcanzar (correspondiente a la presión de punto derocío) depende de la temperatura del agua de enfriamiento de entrada, la cual puede variarconsiderablemente (por ejemplo, una torre de enfriamiento puede entregar el agua a aprox.30°C mientras que agua de grifo está entre 10 y 15°C). Un análisis de eficiencia de costos,el cual se afecta por las consideraciones anteriores, debe ser hecho en relación con el tipode compresores escogidos.


Fig 3-18: Enfriadores del compresor de tornillo

Válvula termostáticacon filtro de aceite

Post-enfriador de aire comprimdio

Enfriador de aceite

Flujo de entradade aire de

enfriamiento

Salida de aire comprimido

Δ t

Flujo de salida deaire deenfriamiento




3.4 Separación mecánica inicial

Para evitar sobrecargar el secador y/o incrementar el consumo de energía, se requiere unaseparación inicial de condensados entre el post-enfriador del compresor y el secador. Paraesta labor se tienen disponibles varios equipos.

Separador ciclónicoGeneralmente, un separador ciclónico que forza el aire en un movimiento circular se usapara separar el aire comprimido del condensado (turbulencia). Las partículas de suciedadgrandes y las gotas de agua combinadas en el condensado se estrellan contra las paredesdel separador por la fuerza centrífuga y caen al drenaje de condensados. El grado deseparación que se logra es cerca del 95% a 6 bar, 20°C y el flujo nominal. La caída depresión es aproximadamente de 0.05 bar al flujo nominal.

Tanque acumulador

En los tanques acumuladores ocurre cierto enfriamiento del airecomprimido debido a la gran área de superficie resultando en unaseparación de condensados. El sistema de tratamiento de aire aguasabajo está menos cargado si se utiliza un tanque. El aire entra altanque por la parte inferior y sale por la parte superior. El aire esforzado a fluir hacia arriba. Debido a la rata de flujo de aire en eltanque, los líquidos y partículas son recolectadas en la tapa inferiordebido a la fuerza de gravedad y posteriormente expulsados por eldrenaje automático.


Fig 3-19: Separador ciclónico

Movimientociclónico del aire

Plato deflector

Air inlet Salida de aire

Drenaje de condensados

Fig 3-20: Tanque acumulador




Filtros

En tuberías húmedas, justo antes de los usuarios de aire, seinstalan filtros separadores de condensados con elemento

filtrante (aproximadamente 50 µm de retención). El aire fluye através del filtro mecánico (1), luego es guiado hacia abajo enun movimiento espiral alrededor del eje central del filtro. Lafuerza centrífuga se incrementa por el plato de deflexión (2),esta estrella el agua y partículas pesadas contra las paredesdel filtro (3). El agua separada y las partículas caen yatraviesan la placa desviadora (4) hacia el fondo, dondepueden ser drenadas manual o automáticamente. El aire fluyeluego a través del filtro coalescente (5) a los consumidores.

Tubería Tubería dimensionada adecuadamente manejando flujo de aire con una velocidad menor a3m/s puede también contribuir a la separación de condensado. En tuberías húmedas sedebe tener cuidado de asegurar que el condensado no entre a los ramales o a los anillossecundarios. Un método de separación del condensados son las trampas de aguacombinadas con un drenaje de condensado como se muestra. La alimentación y descargadel aire deben ser protegidas por tubería saliente por la parte superior o lo que se conocecomo cuello de cisne.

Trampa de condensado

Como se describe arriba, el condensado acumulado en una zona húmeda de la red de airese debe a enfriamiento de la tubería y puede ser drenado a través de trampas decondensados. Esto es efectivo si de tiene en cuenta tanto su instalación comomantenimiento, también puede apoyarse por un sistema de manejo de condensados conmínimo costo y esfuerzo.


Fig 3-21: Muestra de funcionamiento del filtro

3

1

4

2

5

Fig 3-23: Tampa de agua con drenaje decondensaods

Salida deaire

Trampa deagua

Pendiente deaprox. 2 ‰

Drenaje decondensados

Cuello de cisne

Fig 3-22: Drenaje de condensados en la red




Difusion

Medio de secado

solido

Medio de secado

delicuescente

Medio de secado

líquido

Absorpc ion

Sin Calor Calentamiento del

medio de

secado

Aire de

regeneracion

caliente

Regeneracion

Medio sólido de

secado

Adsorpc ion

Sorpcion

Sobre pres uri zac ion Enfr iami ento

Condensación

Métodos para

secar el aire

3.5 Métodos de secado

De la misma manera como se genera condensado después de enfriar el aire, el vapor deagua remanente se condensará más adelante también. Esta humedad debe ser removidaantes que el aire comprimido tome su rumbo a la red de distribución. El diagrama que semuestra a continuación indica los diferentes métodos de secado.

· Condensación Separación del agua por la reducción de la temperatura del aire pordebajo del punto de rocío1) Sobre presurización y subsecuente expansión.2) Enfriamiento por circulación de refrigerante en un secadorrefrigerativo.

· Sorpción: Remoción de humedad.

o Adsorpción: Un proceso físico.

La humedad es capturada por el medio de secado por la fuerzamolecular

o Absorpción: Un proceso químicoMoisture is separated by chemical reaction with the drying medium

· Difusión: El vapor de agua se desprende a través de membranas como elresultado de un cambio parcial en la presión.


Fig 3-24: Diagrama de bloques con los diferentes sistemas de secado del aire




3.5.1 Condensación

3.5.1.1 Secadores refrigerativos

Secado por método de refrigeración usando un secador refrigerativo KAESERSecotec

La refrigeración es el sistema más común de secado del aire. Durante este proceso, el airese enfría a una temperatura cercana a la de congelación. Esto lleva a generar una buenaporción de condensado en el aire, el cual es removido por un separador de condensados yun drenaje. El enfriamiento toma lugar en dos etapas, como se muestra en la fig 3-25.Primero, el aire comprimido que entra pasa a través de un intercambiador [2] utilizandocomo medio refrigerante el aire que va saliendo del secador, de la misma manera el aire que

sale se calienta un poco con el aire que ingresa. El enfriamiento del aire en la segundaetapa es comparable con el principio de un refrigerador [4]. El condensado formado por laacción del enfriamiento es separado del aire comprimido por un separador multi etapas ylibre de mantenimiento Zentri-Dry y es expulsado del secador por un drenaje decondensados automático [5]. El aire refrigerado, es calentado nuevamente en la secciónsuperior por el intercambiador y abandona el secador con una humedad relativa de entre el15 y el 20%.

La ventaja de esta clase de secadores es su altaconfiabilidad, tienen una buena relación de costo/beneficio ypueden ser operados a un costo razonable. Es por esto que

los secadores refrigerativos son los más frecuentementeusados cuando la presión de punto de rocío esta por encimadel punto de congelación. Enfriando el aire por debajo delpunto de congelación podría destruir el secador cuando elcondensado se congele. Los modelos modernos desecadores vienen provistos de un regulador que justamentepreviene la congelación.

Circuito de refrigeraciónComparado con los secadores refrierativos de válvula by-pass de gas caliente, en el control de los SECOTEC (control

parada/arranque) existe la opción de ahorro de potencia. Elcompresor del secador refrigerativo solo funciona cuando esnecesario. El requerimiento básico para este tipo de controles la masa térmica de alta capacidad. El compresor derefrigerante puede apagarse tan pronto como se alcanza latemperatura más baja. Debido a que se tiene un periodo endonde el compresor está fuera de operación gracias a lamasa térmica el sistema SECOTEC ahorra energía.

En secadores refrigerativos grandes, se usa un compresor de regulación de refrigerantepara ahorrar energía. En casos especiales, los secadores refrigerativos se diseñan parabeneficiar la aplicación usando secadores de alta presión o alta temperatura, por ejemplo.


Fig 3-25: Secador refrigerativo




Sistemas de separadores para secadores refrigerativos

Centriflex

El sistema Centriflex funciona en dos etapas

Primera etapa: separación Un inserto especial de acero inoxidable separa todas las partículas menores a 10µm usandola fuerza centrífuga y el efecto del impacto. El separador es fabricado como un cartucho y esfácil de remover para limpieza y reutilización.

Segunda etapa: Filtración profunda Una capa de filtro removible ubicada entre doscubiertas de malla asegura la retención de sólidos ylíquidos de hasta 3 µm. La capa de filtro removible esfabricada en fibra de vidrio y funciona como un filtro

de lecho profundo con alta capacidad interna quepuede absorber de 3 a 4 veces más partículas que unfiltro de superficie. El filtro de lecho profundo estambién resistente a bloqueos debido a los residuospegajosos que a menudo se encuentran en lossistemas de aire comprimido. Esta habilidad deretener gran número de partículas sólidas sinbloquearse significa que la caída de presión a travésdel filtro se incrementa gradualmente solamente yque se tendrá una larga vida útil con un mínimocosto.

Zentri-Dry El separador Zentri-Dry tambien funciona en dosetapas y se encuentra, por ejemplo en lossecadores SECOTEC.

Primera etapa: separación Un separador de acero inoxidable remueve el99% de los líquidos con un tamaño menor a

10µm. Funciona de acuerdo con el principio dela fuerza centrífuga y no requieremantenimiento.

Segunda etapa: separaciónUn separador de acero inoxidable libre demantenimiento separa las partículas sólidas contamaño de hasta 3 µm y una certeza del 99.9%.Es auto-lavable y funciona de acuerdo con elprincipio de la fuerza de coalescencia. Estosignifica que se logra una menor caída depresión.


Fig 3-26: Separacipon con Centriflex

Fig 3-27: Zentri-Dry separation

Salida de aire

Entrada de aire

Agujerosequidistantes unos deotros.

Entrada aire

Salida de aire

Drenaje




Refrigerante

El uso tanto de CFC como R12 y R 22 no es permitido en los sistemas de refrigeración. La

tabla 3-3 muestra los refrigerantes disponibles y su impacto ambiental. Hasta el año 2000, lamayoría de los fabricantes de sistemas de refrigeración usaban R22, y parcialmente CFChalogenado. En comparación con R12 este tiene un desgaste de la capa de ozonosolamente del 5% y un potencial de calentamiento global del 12%. Sin embargo hoy seprefieren refrigerantes como HFC R134a y son recomendados por las autoridades como unaalternativa al R12 y R22 debido a que tiene 0% de efecto de desgaste en la capa de ozono.La ventaja del refrigerante R134a es que los equipos usados que funcionaban con R12pueden ser fácil y económicamente convertidos al nuevo refrigerante. Otros refrigerantescon 0% de efectos negativos sobre la capa de ozono como R404A y R40C estándisponibles. Aquellos son llamados “mezclas”, son el resultado de mezclar variosrefrigerantes los cuales cada uno sufre cambios de estado a diferentes temperaturas, porejemplo, desviaciones a la temperatura a la cual estos componentes se evaporan, se

condensan y, adicionalmente, tienen un efecto de calentamiento global más alto. R407C, porconsiguiente, puede ser utilizado solamente en aplicaciones especiales, mientras que,debido a su baja temperatura a la que cambia de estado, R404A es interesante en donde serequiere el manejo del altos flujos de aire de 24 m³/min o más. R410A es usado en la nuevageneración de compresores refrigerativos para altas presiones.

Refrigerante(componentes/fórmula)

Desgaste de la capade ozono (ODP)

Potencial decalentamiento global

Temperature glide[K] *

R 12(CCl2F2) 100 % 100 % 0R 22

(CHClF2)5 % 12 % 0

R 134a(CH2F-CF3)

0 % 8 % 0

R 404A(R143a,R125,R134a)

0 % 26 % 0.7

R 407C(R134a,R125,R32) 0 % 11 % 7.4

R 410A(R125,R32) 0 % 13 % < 0.2

*Diferencial de temperatura: La temperatura puede incrementarse durante la evaporación ycaer durante la condensación debido a la ebullición y el punto de rocío. En refrigerantespuros el diferencial es de 0 Kelvin.

R 22: Manufacture and use in new systems has been forbidden since 01.01.2000R 12: Manufacture and use in new systems has been forbidden since 1995


Table 3-3: Refrigerantes disponibles y su efecto en el medio ambiente




3.5.1.2 Sobre-presión

El mecanismo más simple para secar el aire es la sobre-compresión. El aire es comprimido

por encima de la presión a la cual se requiere y pierde su capacidad de retener humedad, lacual es extraída como lo que llamamos condensado. Luego, el aire es despresurizado a lapresión requerida, reduciendo la humedad relativa y la presión de punto de rocío. Sinembargo, este método no es económico para grandes cantidades de aire.

Secando el aire por sobre-presión en 4 etapas

Alta Humedad

Baja Humedad

Separacióndecondensado

1. Entrada de aire atmosférico.

2. Compresión hasta 300 bar

3. Enfriamiento del aire con separación del condensado precipitado

4. Descompresión a aproximadamente 15 bar (presión de trabajo)

Aplicac ión

Conmutación de transformadores de alto voltaje.


Fig. 3-28: Principio de secado porsobre-presión




3.5.2 Difus ión

DefiniciónLa difusión es la ecualización de la concentración en dos sustancias por los movimientosbrownianos de las moléculas de la mayor a la menor concentración. El movimiento esdependiente de la temperatura y puede tomar lugar libremente o a través de membranassemi-permeables (osmosis).

Secado del aire comprimido por difus ión a través de membranaEl aire comprimido ingresa a través de un prefiltro en el cual las partículas sólidas, aceite ylos aerosoles son retenidos y eventualmente evacuados. El aire purificado previamente fluyehacia abajo por el espacio entre las membranas y la carcasa del secador, el aire luego sedesvía de manera uniforme gracias al deflector de aire de manera que el aire asciendealrededor de las paredes externas de las fibras de membrana huecas, cualquier remanentede partículas sólidas existentes se depositan en la base de la carcasa.Una porción del aire seco pasa a través de las membranas huecas y fluye hacia abajo a unasalida a presión atmosférica. La expansión del volumen de este aire de purga incrementa sucapacidad de retener vapor de agua. La diferencia en concentración de moléculas de aguaentre el aire destinado para purga y el flujo principal de aire en direcciones opuestasfomenta la difusión de las moléculas de agua desde el aire comprimido hasta el aire depurga a través de las fibras de las membranas.El aire comprimido seco y el aire de purga cargado con humedad abandonan el secador demembranas por puertos independientes.

Ventajas

· Puede ser instalado fácilmente en una redexistente

· Puede ser instalado en zonas interiores o a laintemperie.

· No es influenciado por la temperatura ambiente.· Ideal para instalaciones en áreas con riesgo de

explosión.


Fig. 3-29: Funcionamiento del secador de membrana

Fig. 3-30: Modelo de un secador demembrana KMMacondicionado con pre-filtro ydrenaje




3.5.3 Sorción

3.5.3.1 Secado por absorción

La adsorción es un proceso químico en el cual el vapor de agua es extraído del airecomprimido por una reacción química con un medio secante higroscópico.

Tipos de medio secante

Solido Delicuescente Liquido

Tiza deshidratada Cloruro de Litio Ácido sulfuricoSales de Magnesio sobre-

acidas Cloruro de calcio Glicerina

Triethyleneglychol

FuncionamientoUn secador absorbente (Fig. 3-31) consiste en un tanque que contiene un medio absorbenteque absorbe el vapor de agua del aire comprimido por un proceso químico. El mediosecante se derrite y debe ser drenado y reemplazado, este no puede ser reutilizado.La presión de punto de rocío que se logra con los secadores absorbentes depende de latemperatura del aire comprimido, la velocidad del flujo y el tiempo de uso del medioabsorbente. Es posible reducir el punto de rocío de 10 a 15°C. Las aplicaciones de este tipode secadores es limitada debido al consumo del medio desecante, la frecuencia demantenimiento y generalmente altos costos de operación.

Es absolutamente necesaria la utilización de un drenaje de los condensados del mediodesecante disuelto, debido a su alto contenido de sales el condensado corrosivo puede serarrastrado al aire comprimido que sale del secador con consecuencias devastadoras.


Fig. 3-31: Secador desecantes

Pre-secado

Aire seco

Separaciónmecánica

Drenaje de condensado

Airesaturado

Puerto para llenar el

medio desecante

Mediodesecante

Table 3-4: Drying media




3.5.3.2 Secado por adsorción

El proceso de secado por adsorción se aplica cuando se requiere aire comprimido

verdaderamente seco con presiones de punto de rocío de -40 a -70°C.

Funcionamiento Los secadores adsorbentes emplean básicamente un proceso físico por medio del cual elvapor es atrapado por el medio secante (desecante) por la fuerza de la cohesión. Eldesecante es una esfera altamente porosa o de forma granulada en el cual el vapor de aguase incrusta en la superficie interior y exterior de cada esfera o gránulo. La humedad del airecomprimido, a la presión de trabajo, pasa a través de la torre llena con material desecante ygenera turbulencia asegurando que el aire entre en contacto con tanto material desecantecomo sea posible. El aire comprimido va de abajo hacia arriba dentro de la torre, lo quesignifica que el lecho desecante se carga gradualmente con la humedad desde la parteinferior a la parte superior lo cual tiene la ventaja que el desecante seco se mantiene así

durante el tiempo de regeneración.

Un secador para operación continua tiene dos torres iguales conectadas en paralelo ambasllenas con desecante, de manera que mientras una torre seca el aire a presión, la otra estadespresurizada en la fase de regeneración del desecante (desorpción). En esta etapa, elaire de purga pasa a través del lecho desecante de la parte superior a la inferior con lo cualse previene que el desecante se fugue de la torre. Las dos torres están interconectadas pormedio de válvulas que alternan su operación entre secado y regeneración.

3. Tratamiento del Aire

Fig. 3-32: Las dos torres de un secador desecante

Secado(Adsorción)

Regeneración(desorpción)

Humedad

Desecante




Secado por adsorción sin calor

Fase de Secado

El aire comprimido que fluye del compresor y el tanque de aire es liberado de contaminanteslíquidos y sólidos (de partículas hasta 0.01 mm) por el filtro integrado FE (1). El airecomprimido luego fluye a través de la válvula de cambio (2) al distribuidor de flujo en aceroinoxidable (2) en donde se distribuye proporcionalmente sobre el volumen de la cámaradesecante (3). En la zona de carga (4) la mayor porción de humedad del aire se producehasta el desecante por medio del proceso de adsorción. El segundo tercio de la cámara (10)extrae la humedad restante del aire permitiendo llegar así al punto de rocío requerido. Laúltima parte de la cámara (11) sirve como una reserva de seguridad. El aire comprimidosale de la zona desecante a través del difusor de salida (5) y luego es purificado de laspartículas de polvo (partículas de tamaño de hasta 1 mm) por medio de un filtro FD departículas (6).

Fase de regeneraciónMientras que una torre se encuentra secando el aire, la otra se encuentra regenerándose, eldesecante es regenerado con una porción de aire que fue secado en la primera torre. Estapurificación es guiada en contraflujo a través de la segunda torre. Debido a la expansión delaire, su capacidad de capturar la humedad se incrementa la cual sale por la purga y de estaforma se regenera el desecante (8). El volumen de purga requerido depende de las leyesfísicas y puede ser optimizado por medio de la purga ajustable (7). El aire de purga,saturado de humedad, sale del secador por el silenciador de purga (9).

DiseñoEl secador desecante debe ser diseñado para aceptar flujos máximos y condiciones de

máxima temperatura y mínima presión de entrada. Durante los periodos en donde elsecador no está funcionando al máximo, el volumen de purificación puede ser reducido porla opción KAESER ECO CONTROL Controlador de carga parcial, el cual ahorra grandescantidades de energía.A 7 bar de presión y 35°C de temperatura de entrada, los secadores con suficientedesecante requieren aproximadamente 14% de pérdida de aire para purga. Si el volumendel desecante es el 60% del nominal, la purga de aire requerida se incrementa un 30%.


1

2

9

3

4

5

6

8

7

10

11

Fig. 3-33: Secador desecante por regeneración sin calor Fig. 3-34: Secador desecante de la serie DC




Secado por regeneración in terna con calor

Fase de secado

El aire comprimido que fluye desde el compresor (post enfriador, separador centrífugo y eltanque de aire) inicialmente fluye a través de un microfiltro el cual libera el aire de partículassólidas y líquidas y también de aerosoles en aceite y luego van al secador de adsorción.El aire limpio pasa por la válvula de admisión (G) a la cámara (F), la cual está llena condesecante, en donde se remueve la humedad del aire por adsorción. El aire sale del secadorpor medio de válvula de cambio automática (J ) y es enviado a un filtro de polvo instalado ala salida.

Fase de regeneraciónMientras que la torre (F) esta en la fase de secado, el desecante de la otra torre (H) esregenerado por el calor provisto por un elemento eléctrico instalado. Entre el 2 y el 3% delaire ya seco es descompresionado y usado para evacuar la humedad de la torre que se esta

regenerando y cerca del 5% se requiere para enfriar nuevamente el refrigerante. Cuando eldesecante de la torre que esta secando esta cerca de la saturación las válvulas (G y J )intercambian el sentido de flujo de manera que la torre que estaba regenerándose (H) ahoraesta secando. Este ciclo de cambios es manejado por un controlador basado en tiempo omidiendo el grado de saturación..


Fig. 3-35: Diagrama de un secador adsorbente conregeneración interna con calor

J

F H

G

Características

· Consumo de potencia adicionalrequerida para los calentadores.

· La regeneración no se desarrolla dela misma manera en todas partes dellecho desecante

· Mayor costo para aislamiento térmico




Secado por regeneración externa con calor

Fase de secadoEl aire comprimido que fluye desde el compresor y hasta el tanque de aire luego espurificado de contaminantes líquidos y sólidos (partículas de hasta 0.01 mm) por el microfiltro integrado FE (1). El aire comprimido luego fluye por medio de la válvula de cambio (2)al distribuidor de acero inoxidable (3) en donde se distribuye uniformemente sobre la secciónde la cámara del desecante. En la zona de masa de carga (4) la humedad es retenida por eldesecante por el proceso de adsorción. El último tercio de la cámara sirve como reserva deseguridad. El aire comprimido abandona la torre desecante por el puerto de salida alcolector (5) y luego es purificado de partículas (tamaños inferiores a 1mm) por el FD filtro departículas (7).

Fase de regeraciónUn soplador (10) atrae el aire ambiente, este se limpia por un filtro de entrada (9). Uncalentador (11) calienta este aire purificado a una temperatura de 120-160°C antes de seralimentado en contra flujo para la regeneración de la cama desecante (8) en la segundacámara. Cuando el proceso de regeneración ha sido terminado, en otras palabras, cuandola humedad ha sido extraída del desecante, el calentador se apaga por medio de un sensorde temperatura y se sigue inyectando aire frío para enfriar el desecante. En la última fasede este procedimiento de enfriamiento el aire comprimido es dirigido a través de un agujerode purga (6) para prevenir que el aire atmosférico sature el desecante con humedad otravez. Finalmente el aire de purga sale del secador por un sistema de tubería (2) al aire libre.El volumen de aire de purga es de aprox. 2% de la capacidad del secador. Esto permite queel punto de rocío sea bajo y constante independiente de las condiciones operativas.


Fig. 3-36: Secado por regeneración externa con calor

6

9 1 7

8

10

11

12

3

4

5

M

2




Diseño

El secador debe ser diseñado para tratar el máximo flujode aire, a la máxima temperatura de entrada y la mínima

presión de entrada. La potencia consumida por el secadorse determina por la energía de adsorción y la temperaturaambiente. Durante periodos en donde las condiciones delsecador no son las máximas, el volumen de aire depurga puede ser reducido gracias al KAESER ECO-CONTROL, un controlador de carga parcial, por lo queahora energía.

Secador combinado

La combinación de un secador refrigerativo y de adsorción ofrece una interesante yeconómica alternativa para el secado del aire comprimido.

Funcionamiento

Aire comprimido húmedo ingresa a aproximadamente +35°C al secador refrigerativo endonde el intercambiador aire/refrigerante reduce su temperatura a aproximadamente +3°C yel condensado es evacuado por medio del drenaje. El aire sale del intercambiador con unapresión de punto de rocío de +3°C y una temperatura de +3°C, por ejemplo con unahumedad relativa de 100%. Luego el aire comprimido pasa a traves de un microfiltro queremueve aerosoles de aceite y partículas, posteriormente entra al secador desecante endonde se reduce la presión de punto de rocio entre -25°C y -70°C. Un filtro de partículas a lasalida del secador remueve partículas de desecante que hayan resultado de la fricción,finalmente el aire comprimido pasa a través del intercambiador aire/aire integrado en elsecador refrigerativo en donde la temperaura del aire se incrementa a aproximadamente+30°C.


Fig. 3-38: Diagrama P&I de un secador combinado

Fig. 3-37: SW series desiccant dryer




Seleccionando el punto de rocío

El término presión de punto de rocío (PDP) es usado para definir el grado de secado del aire

comprimido. Si se dice que se tiene una presión de punto de rocío de +5°C, significa queeste se satura con una humedad a esa temperatura, por ejemplo, este contiene cerca de 7gramos de agua por cada metro cúbico de aire (ver tabla 3-2).Esta relación se puede ver en la Fig. 3-39 por cada metro cúbico de aire comprimido a lapresión de trabajo. Si, por ejemplo, el aire comprimido sale del post-enfriador a +30°C, estecontiene 30 gramos de agua en cada metro cúbico de aire. Si el aire pasa luego a través deotro secador que lo puede enfriar aún más y se logra una presión de punto de rocío de +5°Cse precipitará 30-7=23 gramos de condensado por cada metro cúbico de aire.

A continuación los puntos que se deben tener en cuenta cuando se esta haciendo laselección del punto de rocío óptimo:

· La temperatura del aire comprimido en el post-enfriador o en el tanque acumulador.· La temperatura ambiente de acuerdo con la estación.· La temperatura de las paredes a las cuales se va a fijar la tubería de aire.· Recorridos parciales o totales de la tubería a la intemperie.· Posible enfriamiento de la fábrica cuando no está en operación (dependiendo de las

temperaturas adentro y afuera)

Observando estos puntos, se puede encontrar la temperatura más baja en la tubería. Siparte de la tubería se encuentra a la intemperie se debe notar que la velocidad de flujorelativa debe ser alta para prevenir que la baja temperatura ambiente alrededor de la tuberíaafecte el aire comprimido.La presión de punto de rocío debe ser más baja que la más baja temperatura del aireambiente o menor aún de acuerdo con algún requisito específico de la aplicación.


0 20 40

100

0-40 -20

Secadorrefrigerativo

Post-enfriador

Secadordesecante

Presión de punto derocío °C

Absolutehumidity

g/m³

Fig. 3-39: Intervalo de secado de diferentes sistemas




Selección del tipo de secador

Actualmente se utilizan cuatro tipos de secado de aire:

1. Secadores refrigerativos con presiones de punto de rocío hasta +3°C

2. Secadores adsorbentes (desecantes) con presiones de punto de rocío entre -20 y -80°C

3. Secadores adsorbentes con presiones de punto de rocío dependiente de la temperaturadel aire de entrada y parcialmente de la temperatura ambiente (por ejemplo presión depunto de rocío +11°C con temperatura ambiente de +40°C). Este proceso es usadosolamente en casos especiales.

4. Secadores de membrana para volúmenes pequeños de aire logrando puntos de rocío de-40°C.

Costos específicos de secar el aire dependiendo del volumen de flujo


0

0.50

1.00

0.5 1.0 5 10 50 100

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

€/1000 m

0

Secador desecantesin calor

Secador desecantecon calor

Secadorrefrigerativo

m /min

Fig. 3-40: Costos específicos de secar el aire comprimido




3.6 Filtración

El propósito de la filtración es asegurar que el suministro del aire comprimido esté libre decontaminantes. Debido a que el aire circundante que entra al compresor esta contaminadoen mayor o menor grado, este debe ser filtrado; el aire comprimido que sale del compresordebe ser filtrado posteriormente para remover cualquier contaminante sólido remanente opartículas de líquido.

Fuera de la separación mecánica, los filtros son clasificados como de superficie y de lechoprofundo.

Filtros de superficieEstos filtros aplican principalmente al mecanismo de separación mecánica. Las partículasmayor tamaño que el poro definido del filtro quedan en la superficie, formando un bloqueoque es relativamente fácil de remover.

Filtros de lecho profundo

Estos filtros son capas de fibras entrelazadas de manera heterogénea que combina unnúmero de mecanismos de separación para retener pequeñas partículas. Los mecanismosde separación son:

· Impacto directo· Carga electrostática· Adsorpción· difusión· Efecto Tamiz


Fig. 3-41: Tamaño de partículas de contaminantes en el aire comprimido

0.001 0.01 0.1 1.0 10 100 1000

670 67 11 3 170 42 11 3.3 1.6 0.9

Name Vapour / fume / smoke Dust Mist Spray Rain Perception Sub-microscopic Microscopic Visible Falling tim e for 1 m Seconds

Minutes Casting sand

Industrial mist Water mist Coal dust

Road dust Cement dusst

Pollen Spores

Bacteria Metal dust

Oil mist OilViruses Tomacco smoke

Gas molecules

Pore size Act . carbon, s il ica gel

Cyclone Normal Heavy Bag filter Separating and filtering capacity

Paint spray mist Influence of Brownian molecular motion

Particle size

in µm




Lista de fil tros en orden de la retención de partículas

Partículas retenidas Modelo del fil tro Característica Aplicación

Partículas sólidasmayores a 3-4 µm

Filtros de Mangas Filtro de admisión • Atmósfera localcontaminada

Partículas sólidasmayores a 3 µm;partículas de aceite <5mg/m³

Prefiltro FB Máxima retención defluido: 25,000 mg/m³

• Suciedad y polvo

• Prefiltro para el microfiltro

Partículas sólidasmayores a 1 µm;

partículas de aceite <1mg/m³

Prefiltro FC Máxima retención defluido: 2,000 mg/m³

Partículas sólidasmayores a 1 µm;aceite remanente <1mg/m³

Filtro de partículasFD

Usese sólamente comofiltro de partículas debidoa su gran superficie defiltrado y por que el fluido,al contrario que el FC,atraviesa de afuera haciaadentro.

• Filtro de polvo

• Usado luego de lossecadores desecantes ytorres de carbón activadopara retener partículas dedesgaste

Partículas sólidasmayores a 0.01 µm;aceite remanente <0.01

mg/m³

Microfiltro FE Máximo contenido defluido a la entrada: 1,000mg/m³

• Controles neumáticos,elementos de medición,pintura por aspersión, y

recubrimiento por polvo.• Prefiltro para secadoresdesecantes, de membrana(FE solamente) y torres decarbón activado.

Partículas sólidasmayores a 0.01 µm;aceite remanente <0.001 mg/m³

Microfiltro FE Máximo contenido defluido a la entrada: 100mg/m³

Partículas sólidasmayores a 0.01 µm;aceite remanente <0.001 mg/m³;

vapor de aceiteremanente <0.003mg/m³

Microfiltro

combinado de

aceite y carbón

activado. FE

Máximo contenido defluido a la entrada:100mg/m³.

Vida útil : 1,000 horas de

operación

• Industria de alimentos ybebidas, máquinas desoplado de botellas.

• Establecimientos

médicos, producción demedicamentos y airerespirable.

Partículas sólidasmayores a 0.01 µm;aceite remanente <0.001 mg/m³:vapor de aceiteremanente <0.003mg/m³

ACT Adsorbente de

carbón activadoAire seco a la entrada

Vida útil: 10,000 horas deoperación

Grado de separaciónLRV >7/cm² para

0.01µm de tamaño departículas

(relacionado a bacteriaColi)

Filtro esteril FST 100 % Aire esteril

Vída: 24 horas de trabajo,

luego del 100 ciclos deregeneración si es posible.

• Industria de alimentos yquímica

• Industria de empaque• Establecimientos médicosy farmacéuticos





Prefiltro (modelo FC)

Características

· Dos etapas, la filtración de lecho profundo provee alta eficiencia y larga vida delelemento.

· Remueve el 100 % del condensado.· Remueve todas las partículas sólidas de más de 1 micrón.· El remanente de aceite es menor a 1 ppm.· Drenaje de condensados automático.· Carcaza provista de un indicador de presión diferencial.

Diseño y FuncionamientoEl aire fluye a través del elemento tubular soportado por la parte superior y sale radialmentea través de las perforaciones en la primera etapa de filtración. Esta etapa consiste en

múltiples capas de fibra de vidrio soportadas por una felpa de fibra de vidrio la cual retienepartículas sólidas burdas. Luego, el aire fluye a través de una segunda etapa de filtraciónque consiste en una mezcla de fibras y microfibras de vidrio. Las dos etapas retienenpartículas solidas y líquidas por la acción de la filtración de lecho profundo y de lacoalescencia. El aire sale del elemento a través de una pieza perforada.

Aplicac iones

· Filtro general para aire de taller· Pre-filtro antes de un filtro más fino· Puntos finales uso cuando se utilizan post-enfriadores o secadores.· La versión FD de filtros de partículas después de un secador desecante.· Usado en contraflujo en dirección contraria se utiliza este filtro como de gran

superficie filtrante para retener partículas sólidas a la salida de un secador desecanteen donde la temperatura de entrada puede alcanzar los 120°C.


Fig. 3-42: Filtro de aire comprimido con elemento

A = Indicador de presión diferencialB = Cámara de filtraciónC = Válvula de corteD = Drenaje automático de

condensados

C

D

A

B




Microfilt ro (modelo FE)

Función

Partículas de aceite y agua, aerosoles y partículas sólidas por debajo de0.01 micrones se separan del aire gracias a la interacción de tresparametros: contacto directo, impacto y difusión.

El contacto directo ocurre cuando grandes partículas o gotas seestrellan en una de las fibras y se adhieren a ella.

El impacto toma lugar cuando partículas o gotas son desviadas por lasfibras de material aleatoriamente ubicadas e impactan en las fibrascircundantes.

La difusión ocurre cuando pequeñas partículas y aerosoles chocanentre ellas en el flujo del aire o se unen en las fibras debido almovimiento molecular Browniano.

CaracterísticasEl intervalo de mantenimiento de la superficie del elemento del filtro de lecho profundo esdeterminado por la caída de presión (presión diferencial) que se presenta a través de el. Elmáximo tamaño del elemento depende de los costos, que se está dispuesto a pagar,involucrados en la sobre-compresión que se requiere para compensar la caída de presión.La cual se incrementa dramáticamente con el flujo de aire, de manera que es importante queel elemento sea lo suficientemente grande. El líquido recolectado en la base de la carcasaes frecuentemente muy contaminado y debe ser evacuado con cierta frecuencia lo quesignifica que debe instalarse un drenaje automático tipo flotador o drenaje de válvulasolenoide programado con cierto tiempo y frecuencia de apertura o con sensor electrónicode flujo.


Aire Comprimido contaminado Medio FiltranteAire técnicamente libre de

aceite y aire comprimido limpio

Fig. 3-43: FE Elemento filtrante




Filtro combinado ModeloFFG

Aceite remanente < 0.001 mg/m³ relacionado a 20 °C y 7 bar.

Aceite remanente < 0,003 mg/m³.

CaracterísticasLa primera etapa del microfiltro retiene todos los aerosoles y partículas sólidas y el vapor deaceite es retenido en el filtro de carbón activado de la segunda etapa. Los dos elementosson separados y cada uno tiene su propia carcaza, de manera que la primera etapa deseparación del líquido (1) es aparte de la segunda etapa de adsorción (2). En amboselementos el aire fluye de dentro hacia fuera del elemento.

Diseño y funcionamientoEl aire comprimido fluye a través del elemento de la etapa 1 en donde sólidos y partículas enaerosol de aceite son removidos. Esta etapa esta provista de con drenaje. El aire que hasido limpiado previamente fluye a través del filtro de carbón activado de la segunda etapa.

El diseño especial de este segundo elemento, con la gran superficie de adsorción, seasegura una larga y económica operación y se maximiza la eficiencia minimizando lavelocidad de filtración. El carbón activado adsorbe todos los vapores de hidrocarburos enforma de vapor así como olores en el aire.

El filtro de carbón activado tiene en sí dos etapas de filtración. La primera etapa se presentaen la gran superficie de las finas partículas de carbón y la segunda varias capas de material

fibroso que contiene partículas microfinas de carbón, estas representan un grado fino defiltración de partículas.


Fig. 3-45: Elementos del filtro de dos etapas

Microfiltro FF Filtro de carbón activado




SeguridadEl diseño de filtro asegura que no haya arrastre de partículas de carbón activado en el airecomprimido y que la construcción rugosa en acero inoxidable pueda soportar las fuertes

variaciones de presión.

El resultado Aire filtrado, técnicamente libre de aceite con un nivel de calidad miles de veces mayor queel aire que respiramos a diario. Este aire es adecuado para ser usado en la industriaalimenticia, en laboratorios y en la industria electrónica.

Vida útil Los filtros de carbón activado deben ser solamente instalados aguas abajo del resto deltratamiento con el fin de evitar los efectos negativos de la humedad en la capacidad deadsorción del medio filtrante.

El filtro FFG debe ser instalado en un punto en donde el aire comprimido esté tan frío comose pueda en donde se tiene la mayor precipitación de aceite. Esto asegura la mayordurabilidad posible para el filtro de carbón activado donde el flujo de aire debe estar entre 20y 30°C.

Areas de aplicac ión

· Procesos de alimentos.· Empaque· Industria de bebidas· Aire respirable· Soplado de botellas· Instalaciones médicas


Fig. 3-46: Filtro combinado FFG condrenaje automático



Seminario de Aire Comprimido KAAESER 37

Filtro esteril FST

La eficiencia de la filtración se mantiene constante para cualquier rata de flujo entre 1% y el200% de la capacidad nominal del filtro. La capacidad de retención de bacterias (LRV) es> 7 /cm² para tamaños de partículas de 0.01 µm (relacionado a las pruebas de bacteria coli).

CaracterísticasUsando un medio laminado especial en tres dimensiones, el aire comprimido es filtrado auna calidad estéril del 100%. El medio filtrante no pierde fibras y tiene una alta capacidad deretención de partículas y bacterias.

Diseño y funcionamiento La carcasa del filtro es de acero inoxidable 1.4301 que no ofrece nutrientes a las bacterias yno se corroe. Una carcasa patentada asegura un sello perfecto del elemento y el diseño delfiltro compacto asegura la zona libre de estática. La carcasa tiene una conexión roscada(BSP) y está provisto de roscas en la parte inferior y superior. La carcasa en aceroinoxidable esta aprobada por la TÜV. El elemento está hecho de un microfiltro previoseguido por el medio de microfibras tridimensional, libre de uniones. Un sello en silicona seusa para fijar las tapas del filtro en acero inoxidable. La separación de partículas y bacteriastoma lugar a través de todo el volumen del filtro, el cual es lo suficientemente grande parapermitir altas ratas de flujo y una mínima caída de presión. Hasta 100 ciclos de esterilizaciónaseguran la larga vida del elemento y bajos costos de operación.El filtro puede ser operado a una temperatura máxima de 200°C, la cual es también lamáxima temperatura de esterilización, y la máxima caída de presión permisible es 5 bar,

independientemente de la presión del sistema. Los elementos del filtro son sujetos aexigentes controles de calidad con el fin de garantizar la confiabilidad en su operación.

Áreas de Aplicac ión

· Fabricación de químicos· Fabricación de fármacos· Industria de alimentos· Empaque· Instalaciones médicas


Fig. 3-47: Filtro esteil FST




Eficiencia de filtración η [%] La eficiencia de la filtración es la relación de la concentración de partículas antes de lafiltración [K 1] y la concentración después de la filtración [K 2].

Entre más eficiente el filtro, mayor es la resistencia del mediofiltrante individual. De acuerdo con el diseño, esto incrementala caída de presión Δp a través del filtro (presión diferencial).

Presión diferencial Δp a través del filtro

Las partículas capturadas durante la operación incrementan la presión diferencial a travésdel filtro. La presión diferencial Δp con un elemento nuevo está entre 0.02 y 0.2 bar y elmáximo valor en operación no bebe sobrepasar valores por el orden de 0.3 a 0.4 bar. Elindicador de presión diferencial muestra cuando se alcanza el límite y el elemento debelimpiarse o cambiarse.

Indicador de presión diferencialEl indicador de presión diferencial muestra el grado de saturación del elemento filtrante.

- Zona Verde – ligeramente saturado.- Zona roja – Máximo grado de saturación aceptado. El elemento debe cambiarse para

mantener la eficiencia del filtro.

Monitor del filtro (opción)El monitor del filtro mide la presión diferencial y entrega unaseñal que puede ser procesada de varias formas. La presióndiferencial máxima se puede programar con una precisión de025 bar y de manera que se tendrá una alarma sonora ovisual cuando se exceda el valor programado. El intervalo demantenimiento se puede programar también de acuerdo conel resto de la estación. La sensibilidad de la alarma se puedeprogramar con un tiempo de retardo de 5 segundos.Cuando el tiempo faltante para el uso del filtro es inferior a60 días, la pantalla muestra el tiempo que hace falta para elmantenimiento. El monitor del filtro puede ser conectado aun controlador maestro para una rápida reacción a lasalarmas.


K2 η = 1 - x 100 K1

Fig. 3-48: Indicador de presión diferencial

Fig. 3-49: Monitor del filtro




Carbón activado

Remanente de aceite en el aire inferior a 0.003 mg/m³.

El problemaComo es bien sabido, el aire comprimido es una mezcla de gases que no sólo contienenitrógeno y oxígeno, también se encuentra vapor de agua y otros elementos adicionales.Debido a la contaminación causada por las emisiones de la combustión de las plantas,motores y el uso de aceites refrigerantes y otros materiales de producción. El aire que saledel compresor contiene una alta concentración de hidrocarburos y otras sustanciasolorosas. Los hidrocarburos contenidos en el aire atmosférico pueden exceder fácilmente los10 mg/m3 bajo ciertas condiciones. Dependiendo del tipo de compresor, algunos aceiteslubricantes se vaporizan en la misma máquina, incrementando el arrastre de aceite al airecomprimido. Este factor aplica tanto a los compresores refrigerados por aceite como a losllamados compresores libres de aceite.

En este aspecto, los compresores más eficientes son los de tornillo refrigerados por aceite.Gracias a su sistema de separación de alta eficiencia integrado y bajas temperaturas deoperación el arrastre de aceite a la red de aire comprimido sólo es de 1-3 mg/m3.

En algunos casos el paso de aceite a la línea de aire puede interrumpir la producción oinfluenciar negativamente la calidad del producto. En algunas instalaciones, la calidad deaire comprimido estándar debe ser de por lo menos clase 1 de acuerdo con la norma ISO8573-1 la cual estipula que el paso de aceite a la línea debe ser menor a 0.01 mg/m3.

La solución

Así como en los casos mencionados arriba, si la aplicación requiere no solamenteseparación de gotas de aceite precipitado si no también retención de vapores dehidrocarburos, el tratamiento con un simple filtro de partículas de aceite no es suficiente.Obviamente, estos filtros pueden separar fácilmente el aceite condensado del compresor,pero no la contaminación que se encuentra alrededor del compresor y que ingresa al mismo.La solución aquí es la de un filtro o torre de carbón activado. Estos sistemas retienen lamayor parte de la polución, permitiendo que el aire comprimido se use en áreasextremadamente sensibles.





Función

El aire seco debe ser mecánicamente libre de cualquier remanente de gotas de aceite conun filtro sub-micrónico (1). En la parte adsorbente, el aire fluye a través de un difusor

especial de entrada (2) en un lecho adsorbente (3) el cual esta lleno de carbón altamenteadsorbente activado en donde el aire es distribuido en toda la sección del lecho. Estopermite un tiempo de contacto máximo y óptima adsorción, la cual se asegura por un ajustepreciso de la velocidad del aire, la correcta sección adsorbente y la adecuada profundidaddel lecho.El aire fluye a través del adsorbente de carbón activado desde la parte superior a la parteinferior para incrementar la capacidad de adsorción y la vida operacional del carbónactivado. Después de pasar por la reserva de seguridad el carbón activado el aire sale delequipo por el puerto de salida (4). Cualquier tamaño de partículas de carbón(partículas >1mm) en el aire son removidas por un filtro de partículas (5). Otros adsorbentesson disponibles par aplicaciones especiales.

Asegurando la calidad de aire Una válvula de aguja acoplada a un indicador de aceite provee el monitoreo confiable de lacalidad de aire. Esto asegura que los usuarios siempre trabajarán con el aire comprimidonecesario.

Bajo consume de energía

El sistema KAESER de carbón activado está diseñado para lograr ahorros de energía. Elgran tamaño de la tubería de conexión y la sección transversal dentro del equipo reduce lavelocidad del flujo, incrementando la efectividad del adsorbente y por ende reduciendodespués de todo las caídas de presión al mínimo (debajo de 0.15 bar cuando es nuevo)


Fig. 3-50: Adsorbente de carbon activado

1 4 5

3

2




Fácil mantenimiento

El manómetro de presión externo indica la presión en el lecho adsorbente. El llenado en lacámara de carbón activado es diseñado para lograr una vida de servicio de 10.000 horas o

más. Los tapones de llenado y drenaje facilitan el drenaje y llenado de la cámara.

Diseño

La torre de carbón activado, el prefiltro y el filtro de partículas deben estar diseñados para elmáximo flujo de aire, la máxima temperatura de entrada y la mínima presión del airecomprimido de entrada. Con un dimensionamiento correcto de la torre de carbónnormalmente logra las 10.000 horas de operación. Esto se reduce considerablemente si,como ocurre normalmente, no se tiene en cuenta la temperatura del aire comprimido deentrada como un factor de corrección.


Fig. 3-51: Torre de carbon activado ACT




3.7 Recomendaciones de la VDMA para calidad de airecomprimido para la industria alimenticia

Base ISO 8573-1

Clasificación de caliadd de aire comprimido de acuerdo con ISO 8573-1: 1995

Clase Solidos Agua Aceitemm mg/m³ DTP g/m³ mg/m³

1 0.1 0.1 -70 0.003 0.01

2 1 1 -40 0.12 0.1

3 5 5 -20 0.88 14 15 8 +3 6 5

5 40 10 +7 7.8 25

6 -- -- +10 9.4 --

7 -- -- No especificado --

RecomendacionesEsta recomendación es válida para todo tipo de compresor, independiente del principio decompresión y del tipo.

3.7.1 Industria de empaque y sector farmacéutico

Recomendaciones para el aire comprimido que esta en contacto con material de empaqueteniendo contacto directo con el producto.

Clasificación del aire de acuerdo con la ISO 8573-1

Aceite: Clase 1Solidos: Clase 1

Agua: Clase 4

Para empaque esteril: se requiere filtración esteril adicional

Retención de Bacterias. Especificación de separación: LRV (Log Reduction Value) > 7/cm²filtración efectiva de área relacionada a la prueba de organismos Brevundimonas diminuta(antes Pseudomonas diminuta) ATCC19146





Caso de análisis

A. Red de aire comprimido nueva o l impia con los s iguientes materiales:

1) Acero galvanizado, adecuado para alimentos2) V2A/V4A3) Plásticos permitidos para aire comprimido4) Aluminio

Aire comprimido para remover aceite,solidos y agua.

Centralizado

* Control de sistemas individuales

Al sistema de tratamiento

de condensados

(1) Compresor.(2) Separador centrífugo o tanque acumulador (con drenaje automático de condensados

monitoreado). Si se instala un separador centrífugo, asegúrese que existe suficientevolumen de almacenamiento de aire en la tubería red.

(3) Secador refrigerativo con alarma de punto de rocío (con drenaje automático decondensados monitoreado)

(4) Mocrofiltro con retención de 0.01 µm, 99,999 % (con manómetro de presión y condrenaje automático de condensados monitoreado) (vida útil del elementomonitoreada).

(5) Filtro de carbón activado. Vida útil 4.000 horas o 6 meses.(6) Sistema de carga de la línea principal (arranque en vacío) cierre en caso de falla

(función de alarma).(10) Controlador maestro que coordine, monitoree y supervise los compresores.

Casos especialesSi se usan compresores que generan una contaminación relativamente alta en la red (porejemplo teniendo compresores reciprocantes lubricados o teniendo compresores de paletas

deslizantes), la filtración debe ser más exigente, por ejemplo, un filtro de 3-5 µm para seracondicionado antes del filtro (4). Este filtro debe estar provisto de un manómetro de presióndiferencial y drenaje automático de condensados monitoreado.

Importante! Todo el sistema de tratamiento debe estar acondicionado sin by-pass (línea alterna paramantenimiento).Un sistema de reserva de la misma capacidad debe estar disponible en caso de falla pararequerimientos de servicio.Durante el diseño se deben tener en cuenta las condiciones ambientales y las condicionesde sitio.





B. Red de aire contaminada y difícil de limpiar Materiales de tubería no definidos

Remosión de Agua Centralizado

Remosión de aceite y solidos Local, directamente antes del usuario

* Control of individual systems

Main network

To condensatetreatment



Machine outlet Machine outlet





(5) Filtro de carbón activado. Vida útil 4.000 horas o 6 meses.(6) Sistema de carga de la línea principal (arranque en vacío) cierre en caso de falla

(función de alarma).(10) Controlador maestro que coordine, monitoree y supervise los compresores.

Casos especialesSi se usan compresores que generan una contaminación relativamente alta en la red (porejemplo teniendo compresores reciprocantes lubricados o teniendo compresores de paletasdeslizantes), la filtración debe ser más exigente, por ejemplo, un filtro de 3-5 µm para seracondicionado antes del filtro (4). Este filtro debe estar provisto de un manómetro de presión

diferencial y drenaje automático de condensados monitoreado.

Importante! Todo el sistema de tratamiento debe estar acondicionado sin by-pass (línea alterna paramantenimiento).Un sistema de reserva de la misma capacidad debe estar disponible en caso de falla pararequerimientos de servicio.Durante el diseño se deben tener en cuenta las condiciones ambientales y las condicionesde sitio.





3.7.2 Aire Comprimido en contacto directo con el producto

Si el aire comprimido esta en contacto directo con el producto o se mezcla con el, se

recomienda el siguiente tratamiento con el fin de eliminar olores y sabores.

Clasificación de la calidad de aire de acuerdo con ISO 8573-1

Aceite: Class 1Solidos: Class 1Agua: Class 4

Pare empaque esteril: Filtración esteril adicional.

Retención de Bacterias. Especificación de separación: LRV (Log Reduction Value) > 7/cm²filtración efectiva de área relacionada a la prueba de organismos Brevundimonas diminuta(antes Pseudomonas diminuta) ATCC19146





Caso de análisis

A. Red de aire comprimido nueva o l impia con los s iguientes materiales:1) Acero galvanizado, adecuado para alimentos

2)V2A/V4A3) Plásticos permitidos para aire comprimido4) Aluminio

Aire comprimido para remover aceite,solidos y agua.

Centralizado


To condensate treatment





(4)* Microfiltro (si es necesario, para retener partículas clase 1)(6) Sistema de carga de la línea principal (arranque en vacío) cierre en caso de falla

(función de alarma).(7) Torre de carbón activado. Vida útil 10.000 horas o 8 meses.(8) Filtro de partículas, retención de 3-5 µm con indicador de presión diferencial

(monitoreo de vida útil), drenaje manual, clase 3 de retención de partículas.(10) Controlador maestro que coordine, monitoree y supervise los compresores.

Casos especialesa) Productos que son extremadamente propensos a la humedad y para los cuales clase 4

para humedad no es suficiente. En este caso, se debe usar secador desecante (3) con unpunto de rocío bajo o el secador de membrana con el correspondiente punto de rocío

b) Si se usan compresores que generan una contaminación relativamente alta en la red (porejemplo teniendo compresores reciprocantes lubricados o teniendo compresores de paletasdeslizantes), la filtración debe ser más exigente, por ejemplo, un filtro de 3-5 µm para seracondicionado antes del filtro (4). Este filtro debe estar provisto de un manómetro de presióndiferencial y drenaje automático de condensados monitoreado.

Importante! Todo el sistema de tratamiento debe estar acondicionado sin by-pass (línea alterna paramantenimiento).

Un sistema de reserva de la misma capacidad debe estar disponible en caso de falla pararequerimientos de servicio.Durante el diseño se deben tener en cuenta las condiciones ambientales y las condicionesde sitio.





B. Red de aire contaminada y difícil de limp iar Materiales de tubería no definidos

Remosión de Agua Centralizado

Remosión de aceite y solidos Local, directamente antes del usuario



Main network


Machine outletMachine outlet





(4)* Microfiltro (si es necesario, para retener partículas clase 1)(6) Sistema de carga de la línea principal (arranque en vacío) cierre en caso de falla

(función de alarma).(7) Torre de carbón activado. Vida útil 10.000 horas o 8 meses.(8) Filtro de partículas, retención de 3-5 µm con indicador de presión diferencial

(monitoreo de vida útil), drenaje manual, clase 3 de retención de partículas.(10) Controlador maestro que coordine, monitoree y supervise los compresores.

Casos especialesa) Productos que son extremadamente propensos a la humedad y para los cuales clase 4para humedad no es suficiente. En este caso, se debe usar secador desecante (3) con un

punto de rocío bajo o el secador de membrana con el correspondiente punto de rocío

b) Si se usan compresores que generan una contaminación relativamente alta en la red (porejemplo teniendo compresores reciprocantes lubricados o teniendo compresores de paletasdeslizantes), la filtración debe ser más exigente, por ejemplo, un filtro de 3-5 µm para seracondicionado antes del filtro (4). Este filtro debe estar provisto de un manómetro de presióndiferencial y drenaje automático de condensados monitoreado.

Importante!

Todo el sistema de tratamiento debe estar acondicionado sin by-pass (línea alterna paramantenimiento).Un sistema de reserva de la misma capacidad debe estar disponible en caso de falla para

requerimientos de servicio.Durante el diseño se deben tener en cuenta las condiciones ambientales y las condicionesde sitio.





3.7.3 Aire Comprimido Esteril

Tratamiento siempre inmediatamente antes del usuario

Caso de análisis

A. Operación no continuaLa esterilización del elemento se realiza en los momentos en que para la producción.

Aire Comprimido

* Conexión de vapor

Vaporcondensado

Usuario

(9) Filtro esteril

B. Operación continuaLa esterilización se realiza gracias a la línea alterna de filtración (sistema de filtros doble)

AireComprimido

*Conexión de vapor

Vaporcondensado

Vaporcondensado

reserva

usuario

(9) Sistema de filtros esteriles doble, uno de ellos como reserva.




Seminario de Aire ComprimidoKAESER 1

4. Drenaje condensado y Tratamiento

4.1 Drenaje de Condensado4.1.1 Drenaje controlado por flotadores4.1.2 Válvulas solenoides de drenaje con temporizador4.1.3 Drenajes con control de nivel electrónico4.1.4 Instalando drenajes de condensado

4.2 Tratamiento de Condensado4.2.1 Características de condensado de un compressor de aire4.2.2 Tratamiento de condensado no-emulsionado4.2.3 Tratamiento de condensado emulsionado




4.1 Drenaje de condensado

El condensado es un resultado inevitable de la compresión del aire. La condensación causacorrosión y contiene aceite y partículas de suciedad (herrumbre, por ejemplo) y esparcialmente agresivo. A menos que se realice una correcta remoción en los puntos dealmacenamiento, se pueden producir perturbación en la operación y corrosión.

4.1.1 Drenaje controlado por flotadores

Los modelos más antiguos de alcantarillado automático condensado emplearon un flotador hueco,

mecánicamente se vinculó a una válvula. El nivel creciente de condensado levantaba el flotador, quea su turno abría la válvula para permitir la salida del condensado. Tales dispositivos no requierenninguna fuente de energía y liberan el condensado esporádicamente a medida que acumula.La fuerza de levantamiento del flotador es equivalente al volumen de líquido que este desplazamenos el peso del flotador en sí mismo. El flotador por lo general está vinculado a una palanca paraproducir bastante fuerza que permite abrir una válvula del tamaño adecuado, tal es ilustrado abajo.

Características· El drenaje solo tiene lugar cuando suficiente condensado se ha acumulado.· No hay pérdida de aire comprimido.· Un mantenimiento regular es esencial ya que las partículas pueden causar que el mecanismo se

obstruya.· No hay medio de obtener una señal que confirme que el condensado ha sido agotado o que una

falla ha surgido.

4. Drenaje de Condensado y Tratamiento

Fig. 4-1: Drenaje de condensado y tratamientoen una estación de aire comprimido

Fig. 4-2Función de un desague controlado por flotador condensado




4.1.2 Válvulas solenoides de drenaje con Temporizador

Un temporizador es colocado para abrir una válvula solenoide a intervalos regulares parapermitir la salida del condensado. Una ventaja es la talla relativamente grande de la válvulaque permite un drenaje rápido. Una remota ventaja consiste en que la presión de resorte,contra la cual la solenoide trabaja para abrir la válvula, aplica la fuerza para cerrarlocorrectamente.

Este tipo de dispositivo es también sensible a las partículas de suciedad que puedan entraren el hueco entre la bobina y el núcleo, haciendo que el núcleo se trabe, o se depositensobre el asiento de la válvula previniendo que ésta cierre correctamente, con la consiguientepérdida de aire comprimido. Un filtro malla debe ser instalado en la línea de condensada yun regular mantenimiento de la válvula es esencial.

Otra desventaja de este modelo es que la frecuencia y la duración de la apertura, siendocontrolada por un timer, no está relacionada directamente con la proporción en la cual elcondensado se acumula. Si la frecuencia de apertura de la válvula se fija para evitarrespaldo de condensado bajo las peores condiciones posibles, como por ejemplo un díacaliente y húmedo de verano, entonces la válvula se abrirá con demasiada frecuenciadurante otras condiciones atmosféricas cuando no tanto condensado se ha acumulado, conla subsecuente pérdida de aire comprimido.

La alta velocidad en la cual el condensado se expulsa de la válvula bajo presión tiende aemulsionar el líquido que luego requiere un costoso tratamiento por una unidad que partede la emulsión.

Características

· Drenaje automático y regular· 230 V / 50 Hz· Intervalos de apertura entre los rangos de 1.5 a 30 minutos· Duración de apertura entre los rangos de 0.4 a 10 segundos· Drenaje del condensado recolectado en el contenedor


1 2

3

Componentes

· Válvula esférica (1)· Filtro malla (2)· Válvula solenoide con

temporizador integrado óseparado (3)

Fig 4-3: Drenaje condensado con válvula solenoide




4.1.3 Drenajes con control de nivel electrónico

Estos dispositivos están equipados con un sensor de nivel y están más vinculados a drenaje

de condensado que a drenajes controlados con flotadores. La válvula solenoide se abresolamente cuando se ha acumulado el suficiente condensado y se cierra otra vez sinpérdida de aire comprimido tan pronto como se drene. Partículas de suciedad quedan en elreceptáculo y no se pueden bloquear la válvula, y el receptáculo se debe quitar para unanecesaria limpieza. La cubierta del drenaje es generalmente de aluminio, de aceroinoxidable o de plástico resistente. La calefacción termostática controlada puede serutilizada para proteger contra heladas y algunas versiones están disponibles para el uso enambientes explosivos.


Fig. 4-4: Drenaje automático de condensado ECODrain

Características

· Sensor de nivel capacitivo· Ajuste automático de presión· Autocontrol con contacto auxiliar

disponible para alarma.

Entrada de condensado

Receptáculo

Sensor de nivel

Válvula solenoideLinea de balance

Diafragma de la válvula

Asiento de la válvula

Descarga




Función del ECO-Drain

El condensado acumulado pasa a través de la apertura de entrada (1) al receptáculo (2). E l

sensor de nivel (3) señala cuando el nivel de condensado en el receptáculo alcanza uncierto punto. El control electrónico procesa esta señal y activa la valvula solenoide (4) paraabrir la linea de balance (5) para igualar la presión con la línea de descarga (8). La bajapresión provoca que el diafragma de la válvula (6) se eleva del asiento (7) permitiendo queel condensado sea drenado.

El mecanismo electrónico evalúa el nivel de caída y calcula exactamente el tiempo que laválvula debería estar abierta para que al cerrarse no haya pérdida de aire comprimido.

Si ocurriera una falla en la secuencia de drenaje, el dispositivo pasa a modo de alarmadespués de 60 segundos. El LED rojo parpadea y un mensaje de alarma es enviado a travésdel contacto de flotación de relevo. En el modo de alarma, la válvula solenoide se abre 7.5

segundos cada 4 minutos.Mientras que la válvula solenoide esté libre de fallas el ECO-Drain continuará marcandoalarma cuando se llene sin presión.


1

2

5

4

6

1 Entrada de condensado 3 Sensor nivel2 Receptáculo 4 Válv. Solenoide

3

2

7

8

5 Línea de balance 7 Asiento de la válv.6 Diafragma de válv. 8 Línea descarga

Ni1Ο

Ni2Ο

Ni2

Ο

Fig. 4-5: Sensor de nivel del drenador de condensado Eco Drain.

Ni1Ο




4.1.4 Instalando drenajes de condensado

El drenaje de condensado más confiable no será satisfactorio si no es instaladocorrectamente, y es aquí donde surgen los errores más comunes.Deben seguirse las siguientes reglas básicas:

No una varios puntos de recolección de condensado a un drenaje en común, ya quediferenciales de presión pueden causar un efecto bypass.El condensado sólo puede fluir en el receptáculo cuando se le permite al aire, ya en elreceptáculo, a salir, usualmente de regreso a la fuente de condensado, mediante unalínea de compensación separada (no ilustrada).El condensado sólo puede fluir a una línea de aire comprimido.

Ejemplo de Instalación

1) Tubo de admisión.2) Filtro no instalado.3) Inclinación > 1%.4) Válvula de cierre.5) Conexión: accesorio cilíndrico únicamente (de acuerdo al fabricante).6) Presión mínima. 0.8 a 1.2 bar (presión indicada en la placa).

7) Manguera de descarga corta y transparente (conexión flexible e indicador de flujo visual).8) Cada 1 m de elevación vertical en la descarga incrementa la presión mínima 0.1 bar.Elevación máxima 5 m. La conexión realizada a la línea de recolección sin modo deregreso, ej.: cuello de cisne).

9) Línea de recolección con inclinación > 1%.


1 2 3 4 5 6 7 8 9

Fig 4-6: Ejemplo de instalación




Errores comunes en la instalación de drenajes de condensado

Presión diferencial

Cada recolector decondensado debe tener supropio drenador.

Ventilación

Una línea de equilibrio debeser instalada si la inclinaciónnecesaria no es posible.

Superficie de choque

Una superficie de choque esnecesaria para que elcondensado directo no seaempujado por el flujo de aire.

Inclinación continua

Se debe tener mucho cuidadode no crear una trampa deagua.


Fig. 4-7: Drenaje en comun trabaja como bypass

Fig. 4-8: Inclinación insuficiente sin unalinea de equilibrio dificulta el drenaje

Fig. 4-9:El condensado puede ser arrastrado con el aire si no encuentra unasuperficie de choque.

Fig. 4-10: Una baja inclinación evita trampas deagua.




4.2 Tratamiento de condensado

4.2.1 Características de condensado de aire comprimidoEl condensado es principalmente agua con aceite mezclados en donde el aceite esparcialmente una dispersión microfina y parcialmente una emulsión estable. La inclusión departículas de suciedad, dióxido de sulfuro, cobre, plomo, hierro y otras sustancias hacen deeste condensado una mezcla potente.

Hidrocarburos también son encontrados en el condensado, mayormente en las dos formasindicadas pero también en la tercera forma bajo ciertas circunstancias.

1. Libres; sin disolver y no emulsionados que pueden ser separados por gravedad mientrasque son suficientemente menos densos que el agua® pH: 6-9.

2. Emulsionadas; donde puede hacer una distinción entre emulsificación mecánica(condensado forzado o bombeo) y emulsificación química del efecto de una sustancia enla superficie (solvente o componentes de tensión superficial en la entrada de aire). ® esnecesaria la neutralización.

3. Hidrocarburos disueltos, dependiendo del tipo, solubilidad y temperatura. Estos últimosno son visualmente reconocibles y aparecen como resultado de una limpieza con unagente a base de petróleo ó si dichas sustancias son liberadas en un proceso yencuentran un modo de ingresar en la toma de aire a través del compresor.® pH 3-6.

Todo el condensado debe ser tratado por disposición conforme a regulaciones de protecciónde medio ambiente locales.

Diferencias visibles entre los condensados


Condensado libre Condensado de

hidrocarburos disueltos

Condensado emulsionado

Fig. 4-11:Condensado aceitoso




4.2.2 Tratamiento de condensado no - emulsionados

Separadores de aceite/agua para condensado no emulsionado confian en la gravedad y en

la diferencia de densidad de los dos líquidos. Cualquier partícula dispersa de aceiteremanente son selectivamente absorbidas por el carbón activado.La limpieza del condensado no emulsionado de este modo cumple con las reguslacionesambientales de Alemania y puede ser derramado en un alcantarillado normal. Esto ahorralos costos de disposición de especialistas, que en Alemania alcanza los €300 por metrocúbico, y el costo de tanques de almacenaje convenientes, supervisando disposiciones, etc..

Unidades de tratamiento AQUAMATEl condensado bajo presión del compresor de aireingresa al AQUAMAT a través del puerto deadmisión y se almacena en la cámara deexpansión/silenciador (2) donde son separados delaire. Posteriormente, los condensados fluyen através del recolector de impurezas (3) y al tanque deasentamiento donde la mezcla de aceite asciende ala superficie.El agua parcialmente limpia pasa a través de un tubo(4) y un prefiltro (5). Un sensor de nivel mide el nivelde contaminación (6). Posteriormente loscondensados fluyen al filtro de absorción (7) donde elremanente de aceite es removido y el agua limpia esevacuada de la unidad por medio del tubo de

evacuación (8). El aceite que ha sido separado esrecolectado en un recipiente especial por medio dewltubo barredor (9). Muestras de calidad de aguapueden ser tomadas del punto de prueba (10).


Fig. 4-13: Funcion AQUAMAT

Entrada de condensados

Cámara de expansion /silenciador

Colector de impurezas TuboSensor de nivelPrefiltro

Filtro de absorción Tubo de agua de descargaBarredor adjustable de aceitePunto de prueba

Fig. 4-12: Unidad de tratamiento AQUAMAT




4.2.3 Tratamiento de condensado emulsionado

Algunos tipos de compresores y condiciones de operación conditions da lugar al

condensado emulsionado, que debe ser tratado por uno de tres métodos de divisiónposibles de separar el agua y el aceite.

División químicaEste proceso está basado en la neutralización química de la carga en agentesemulsionantes no iónicos para desestabilizarlos. Los dos métodos más comunes son laadición de un ácido, usualmente sulfúrico, o una agente precipitador de hidróxido en formade sales metálicas que producen flóculos.

Ultra filtraciónEste proceso de energía intensiva requiere filtros finos y membranas de filtrado a través delas cuales el condensado emulsionado pasa bajo presión (4 – 10 bar) y a una gran velocidad(ca. 5 m/S). Las pequeñas moléculas de agua pasan a través de la membrana y una grancantidad de moléculas de aceite son retenidas, como así también gran consumo de energía,el proceso implica grandes costos de mantenimiento.

AbsorciónEste proceso físico es un Segundo paso después de la separación inicial con la necesidadde agregar ácido o alkali como un medio de reacción. Preferentemente, sustancias neutralesambientales son utilizadas, como ácidos silícico activado, arcilla o Bentonita. La separación

inicial significa que menor cantidad de la sustancia de reacción es necesaria y muy pocaenergía, haciendo al método de absorción particularmente económico para grandesestaciones de aire comprimido.

Unidades ESAEstas unidades autónomas ingresan el condensadoautomáticamente y lo tratan con Bentonita ecológicamenteneutro. Un tanque separador con un dispositivo deseparación integrado realiza la separación inicial de aceite.






5.1 Estructura de la red de tuberías

5.2 Caída de presión

5.3 Medición de fugas5.3.1 Pérdidas por fugas5.3.2 Medición por vaciado del depósito de aire

comprimido5.3.3 Medición por tiempo de marcha del compresor5.3.4 Medición por el consumo de aire comprimido

5.4 Dimensionando de las tuberías de airecomprimido

5.5 Elección de materiales

5.6 Instalación de redes de aire comprimido5.6.1 Red de aire comprimido con/sin secador5.6.2 Redes de aire comprimido instaladas en el

exterior

5.7 Identificación de tuberías




5.1 Estructura de la red de tuberías

Tubería principalLa tubería principal es la que une el depósito de aire comprimido con el centro principal deconsumo. Este sector debe contar siempre con reservas suficientes para posiblesampliaciones.

Tubería de distribuciónLa tubería de distribución reparte el aire comprimido dentro de una red de puntos deconsumo. Puede tratarse de una tubería recta o anular o bien de una anular con tuberíasrectas integradas (Distribución mallada).

Distribución en anillo:Las tuberías anulares tienen la ventaja depermitir secciones pequeñas. Puedendimensionarse para la mitad del flujovolumétrico con la mitad de longitud nominal.

Para su instalación es importante:· Prever posibilidades de corte selectivo· Instalar tramos intermedios paraDp

demasiado altas

Distribución mallada:Son aquellos sistemas anulares en los que seinstalan tuberías transversales o longitudinalesadicionales a la tubería de distribución. Lasventajas son las mismas que las de un sistemaanular. En estos sistemas es fácil cortar el pasode aire a los distintos sectores.

Tubería recta:Este tipo de tuberías tiene la ventaja de que elgasto en materiales es menor.

Para su instalación es importante:

· Mayores Æ de tubería que en los sistemasanulares

· Ampliar a sistema anular en caso deDpdemasiado altas

Tubería de conexiónEstas tuberías forman la conexión entre la tubería de distribución y el punto de consumo. Elempalme de la tubería de conexión a la de distribución deberá realizarse en sentidoascendente, sobre todo si se trata de una red de aire comprimido húmeda, para evitar que el

aire arrastre el condensado.


Ilustración 5-1: Distribución enanillo

Tubería principal

Tubería de conexión

Ilustración 5-2: Tubería recta

Tubería de distribución




5.2 Caída de presión

La experiencia en la práctica demuestra que los sistemas de distribución del 80 % de lasempresas son el punto más débil del sistema de aire comprimido. Por esa razón, ladistribución del aire precisa una cualificación equivalente a la exigida para instalar una redde distribución eléctrica, tarea que siempre se deja en manos de especialistas debido a supotencial de peligrosidad. En el caso de los sistemas de distribución de aire comprimido, porel contrario, se ha venido improvisando en muchos de los casos, sobre todo en el pasado.Los puntos más importantes en la planificación son el flujo volumétrico y la pérdida admisiblede presión.

La caída de presión en medios líquidos y gaseosos en los sistemas de tuberías esconsecuencia del rozamiento interno. La acción dinámica de la fuerza entre las moléculas y

el rozamiento del medio con las paredes internas de la tubería hacen que se produzca unapérdida de energía que se manifiesta como una pérdida de presión. Además del medio queforma la corriente, hay que tener en cuenta otros factores para la caída de presión:

Dimensionado demasiado reducido de las tuberías de aire comprimido Trayectoria no lineal de las tuberíasConexiones y empalmes de las tuberías

Turbulencias (número de Reynolds alto) Tuberías muy largasSuperficie interna de las tuberías rugosa

Caída de presión en la red de tuberíasEn las redes de aire comprimido bien diseñadas se cuenta con una caída de presión de0,1bar en la red de tuberías.

1. Tubería principal 0,03 bar2. Tubería de distrib. 0,03 bar3. Tubería de conex. 0,04 bar4. Secador frigorífico 0,2 bar5. Unidad de mantenimiento

y manguera _0,5 bar_ máx. 0,8 bar

Dif. conmutación (ideal)_0,2 bar_

1,0 bar

Presión máx. en compresor 7,0 bar (s)Presión consumidor __6,0 bar (s)__ Pres. diferencial 1,0 bar

Si la presión de servicio es baja, por ejemplo de 3 bar (s), una caída de presión de 0,1 barsupone una pérdida de energía mucho mayor que en un sistema que funcione a 7 bar (s).Por eso, la regla a tener en cuenta es:

Caída máx. de presión en la red de tuberías < 1,5 % de la presión de servicio


0,1 bar

Ilustración 5-3: Caída de presión en el sistema




Consecuencias de la falta de presión:

La siguiente gráfica muestra el efecto de una presión insuficiente en el rendimiento de una

herramienta:

La presión normal para el funcionamiento de las herramientas neumáticas es de 6 bar(g).Con frecuencia, la presión se eleva en la estación de compresores para compensar caídasde presión posteriores. Esta estrategia cuesta dinero, como demuestra el ejemplo siguiente:

V = 30 m³/min consume a 7 bar (g) 160 kW. A 8 bar (g) el consumo de potencia sube aprox.un 6 %, es decir, unos 9,4 kW adicionales.Coste: 9,4 kW x 0,10 € / kWh x 4.000 h/año =3.760,-- €/año.

Reducción de las pérdidas de presión gracias a la tubería correcta

Cada consumidor de aire comprimido precisa una presión de flujo o de servicio concreta.Debido a las pérdidas, esta presión será menor que la presión estática que se da en elconsumidor cuando está inactivo. Si la presión de flujo es demasiado baja (debido asecciones de tubería demasiado pequeñas, por ejemplo), el rendimiento de la herramientasufre una disminución. Una presión excesiva dispara los costos de energía, además deacortar la vida de las máquinas y herramientas neumáticas.

A = Válvula de cierre (recomendada válvulade bola)B = Filtro (separación de agua y óxido)

C = Reductor de presión (presión deservicio constante)

D = Lubricador (normalmente, lubricadorpor neblina)

E = Acople rápido (flexibilidad)F = Manguera (longitud 3-5 m)G = Contrapeso

(facilita el trabajo)


%

kW

R e n d i m i e n t o

Presión en bar (s)

kW

Ilustración 5-4: Deficiencias del rendimiento de una herramienta por la pérdida de presión

A B

C E

F

G

D

Ilustración 5-5: conexiones correctas




5.3 Medición de fugas

5.3.1 Pérdidas por fugasLas fugas son especialmente perjudiciales en la distribución del aire comprimido. Puedenaparecer en cualquier parte del sistema. Las pérdidas de presión se producen confrecuencia en los puntos de acoplamiento, pero también se sufren pérdidas importantes pormangueras de caucho dañadas o en las válvulas de cierre.

Las pérdidas por fugas hacen subir los costes de producción del aire comprimido o empeoran elrendimiento de los aparatos consumidores.

Es importante recordar que las fugas son “trabajadoras aplicadas”, que no respetan el finalde la jornada, ni los días festivos ni las vacaciones, y “rinden” 8.760 h de servicio al año.

Ejemplo 1:Partiendo de los costes;Suposición: Coste del aire comprimido: 0,02 €/m³

Un agujero de 3 mm de diámetro significa unapérdida de 0,5 m³/min a 6 bar.

0,5 m³/min x 60 min/h = 30 m³/h30 m³/h x 8.760 h/año = 262.800 m³/año

262.800 m³/ año x 0,02 €/m³ = 5.256 €/ año

El aire comprimido debe transportarse desde la estación de compresores hasta el punto deconsumo sin sufrir reducciones de caudal (fugas), originando así el coste más bajo posible.En la siguiente tabla 5-1 se muestra una visión general de los costes y las pérdidas depotencia causadas por las pérdidas debidas a fugas.


Diámetro del agujero

Tamañocorres ondiente

1 mm

2 mm

4 mm

6 mm

Consumo de aire

a 6 bar (s)

m3/min

0,065

0,257

1,03

2,31

Pérdidas

kW 0,47

1,85

7,42

16,66

412.-

1.620.-

6.500.-

14.594.-

*Precio de la electricidad: 0,10 €/kWhTiempo de servicio: 8.760 h/año

Tabla 5-1: Pérdidas por fugas

Ilustración 5-6: Fugas




Ejemplo 2:Para comprimir 1 m³ de aire a 7,5 bar se consumen aprox. 0,1 kWh. Si las horas de servicioanuales se elevan a 8.760 y el precio de la corriente eléctrica es de 0,10 €/kWh, tendremos

el siguiente resultado con una fuga total de 5 m³/min en un sistema de aire comprimido:5 m³/min x (8.760 h x 60 min/h) x 0,1 kWh/m³ x 0,10 €/kWh = 26.280 €/año

Lo importante es descubrir dónde se encuentran las fugas, cuál es su tamaño y cómopueden repararse. Para la cuantificación de fugas se han impuesto sobre todo dosprocedimientos que se aplican con el sistema parado.

5.3.2 Medición por vaciado del depósito de aire comprimido

La condición previa para aplicar este procedimiento es conocer el volumen del depósito de

aire comprimido, que será por ejemplo de 500 l. El volumen de acumulación del depósito(VA) sería 500 l/bar. Se llena el depósito con una presión de 9 bar (presión inicial deldepósito pI). A continuación se mide el tiempo que tarda la presión en bajar hasta 7 bar(presión final del depósito pF) debido a las posibles fugas, que puede ser de 3 minutos (t),por ejemplo. El alcance de la fuga se calcula aplicando la siguiente fórmula:

Ejemplo:VA = 500 l/barpI = 9 bar (s)pF = 7 bar (s)t = 3 minVL = 500 l/bar x (9 bar – 7 bar) / 3 min

= 333 l/min

Pérdidas por fugas en el sistema: 333 l/min


Este procedimiento se aplica ensistemas en los que el volumen de lastuberías es inferior al 10 % delvolumen del depósito de airecomprimido (exactitud de la medición).

V A x (p I – pF)VL =

t

Fig 5-7: Medición de fugas porvaciado del tanque de presión

Entrada cerrada

Fugas

VL = Caudal de fugaVA = Vol. de acumulación depósito

pI = Presión inicial depósitopF = Presión final depósitot = Tiempo

Desconectadas




5.3.3 Medición por tiempo de marcha del compresor

La medición se realiza controlando tramos parciales o el sistema completo. El compresor

trabaja solamente para el tramo o la red a controlar. Si la capacidad de un solo compresorno fuera suficiente habrá que conectar otras unidades a la red y ponerlas en marcha durantela medición.

Un compresor con suficiente caudal llena la red a controlar con una presión de por ejemplo 8bar. Si no existen fugas, esta presión debería mantenerse. Normalmente la red pierde algode presión, de manera que el compresor vuelve a conectarse, ya que estará ajustado parareconectarse cuando la presión caiga por debajo de un mínimo establecido en, por ejemplo,6 bar. Dos cronómetros miden respectivamente el tiempo total de control y el tiempo demarcha del compresor encargado de reponer la presión de red de 8 bar. La medición sellevará a cabo 4 ó 5 veces para minimizar las posibilidades de error.

La relación entre el tiempo total de marcha del compresor (ttot = t1+t2+t3+t4+t5) y el tiempototal de control (T) y en consideración de la potencia del compresor nos informará sobre laspérdidas por fugas. En la ilustración 5-8 se representa esta relación de modo gráfico.


Ilustración 5-8: Medición de fugas por tiempo de marcha del compresor

El caudal de la fuga se calcula entonces con la fórmula:

VL = Caudal de fuga en m³/minVC = Caudal del compresor en m³/minttot= Suma de los tiempos parciales en los

que el compresor marcha en carga

T = Tiempo completo de control

VC x ttot VL =

T

1

2

3

4

6

7

8

P r e s i ó n d e l m a n ó m e t r o ( b a r ( s ) )

Tiempo

5T




Ejemplo:

Caudal del compresor VC = 3 m³/min

Tiempo de carga del compresor t = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 = 120 s Tiempo completo de control T = 600 s

3 x 120VL = = 0,6 m³/min = 20 % del caudal completo del compresor

600

5.3.4 Medición por el consumo de aire comprimido

En aquellas empresas donde hay instalado un gran número de herramientas, máquinas oaparatos neumáticos, las conexiones de las mangueras y las válvulas suelen provocargrandes pérdidas.

Para localizar las fugas con exactitud pueden realizarse los dos procedimientos descritoshasta ahora, una vez con los consumidores conectados y otra vez desconectados. De estamanera puede determinarse la localización de las mayores fugas, es decir, si se encuentranen la red de aire o en los puntos de conexión de los consumidores, que es donde sueledarse el 70 % de las pérdidas.

Procedimiento:

1. Las herramientas y máquinas neumáticas están conectadaspara un funcionamiento normal (medición de las fugastotales)

2. Las válvulas de cierre anteriores a las conexiones de losconsumidores están cerradas (medición de las fugas de lared)

La diferencia entre 1. y 2. corresponde a las pérdidas en los consumidores, sus válvulas yacoples.

Cálculo de fugas por medio de registradores de datos d igitales (medición por ADA)

El fabricante de compresores también puede ofrecerle un cálculo de fugas muy económico.En él se examina el perfil de rendimiento (presiones, cargas, etc.) de los compresoresconectando un moderno registrador de datos digital. Para llegar a resultados fiables esrecomendable analizar el perfil de rendimiento durante al menos una semana, fin de semanaincluido, y dejar después que un experto valore los datos recopilados.


Ilustración 5-10: Red de aire sin consumidores

Ilustración 5-9: Red de aire con consumidores




5.4 Dimensionado de las tuberías de aire comprimido

Antes de empezar con cálculos detallados, el usuario debe tener clara una cosa: La causade las pérdidas de energía en redes viejas de distribución de aire suele ser que se ha idoampliando la longitud, pero no su sección nominal. Cuando las redes ya existentes se vanampliando al tiempo que se les conectan cada vez más consumidores, lo lógico será que lascaídas de presión vayan a más. Las tuberías de aire comprimido deben diseñarse demanera que ofrezcan capacidad suficiente incluso en caso de modificaciones en laestructura de producción.

En lo que se refiere a los costes de inversión, conviene recordar que el gasto de unainstalación que tenga en cuenta las reservas para el futuro no es muy distinto del de otra

que no las prevea si la diferencia en el tamaño de las tuberías es tan sólo de una o dosmedidas. Las posibles mejoras posteriores (que muchas veces no se llevan a cabo)costarían mucho más que la estructura inicial preparada para ampliaciones.

Los siguientes puntos son importantes para diseñar una red de aire comprimidocorrectamente:

Selección de tuberías:- Consumo de aire comprimido- Longitud de la tubería

-Presión de servicio

- Caída de presión- Resistencias al flujo

Tubería y conexiones:- Tipo de salidas- Válvulas de cierre- Purgadores de condensados- Lubricadores de herramientas- Filtros de polvo- Filtros de aceite

-Válvulas reductoras de presión

- Mangueras- Acoplamientos

Elección del material para las tuberíasde aire comprimido:- Condiciones ambientales (humedad,

temperatura, contaminación químicadel aire)

- Calidad del aire comprimido (contenidode humedad y de aceite, temperatura)

- Carga estática- Campo de aplicación (normativas)- Coste- Duración esperada

Trazado de la red:- Sistema anular

-Tubería de conexión

- Tubería recta- Acoplamientos de tuberías- Grifería- Distancia entre suspensiones





Resistencias ofrecidas al flujo por los accesorios y su conversión a longitudes detubería

Todas las conexiones y accesorios que se montan en una red de aire comprimido provocan

una caída de presión en la red de tuberías, por lo que habrá que tenerlos en cuenta a lahora de dimensionar la red. Para simplificar, la caída de presión se traduce a longitudesconcretas de tubería recta que causarían en cada caso la misma pérdida de energía.

La conversión se realiza atendiendo a la siguiente tabla:

Accesor iosLongitud de tubería equivalente en m para DN

25 40 50 80 100 125 150 200 250 300 400

Válvula de cierre abierta,medio cerrada

0,35

0,58

0,610

1,016

1,320

1,625

1,930

2,640

3,250

3,960

5,280

Válvula de membrana 1,5 2,5 3,0 4,5 6 8 10 - - - -

Válvula angular 4 6 7 12 15 18 22 30 36 - -

Válvula de asiento 3-6 5-10 7-15 10-25 15-30 20-50 25-60 30-75 - - -Válvula de retención 2,0 3,2 4,0 6,4 8,0 10 12 16 20 24 32

CodoR =2d

0,3 0,5 0,6 1,0 1,2 1,5 1,8 2,4 3,0 3,6 4,8

CodoR =d

0,4 0,6 0,8 1,3 1,6 2,0 2,4 3,2 4,0 4,8 6,4

Codo articulado 1,5 2,4 3,0 4,8 6,0 7,5 9 12 15 18 24

Pieza en T en ladirección del flujo

0,5 0,8 1,0 1,6 2,0 2,5 3 4 5 6 8

Pieza en T en ladirección de la derivación

1,5 2,4 3,0 4,8 6,0 7,5 9 12 15 18 24

Reductor 0,5 0,7 1,0 2,0 2,5 3,1 3,6 4,8 6,0 7,2 9,6

En el momento de calcular el dimensionado, la longitud final será el resultado de sumar lalongitud de las tuberías rectas más la caída de presión de toda la tubería (traducida alongitud de tubería). Como simplificación puede aplicarse un factor de multiplicación de 1,6 ala longitud de las tuberías rectas, que en la mayoría de los casos cubrirá todas las pérdidaspor elementos de conexión y accesorios en la red.

Longitud total de tuberías:

Ltotal = Lrecta + Lequivalente

o el cálculo aproximado

Ltotal= 1,6 x Lrecta

Ejemplo: Tenemos una red de aire comprimido con 100 m de tuberías y una sección interior detuberías de 100 mm. Además, tiene instalados los siguientes accesorios y conexiones:

Acc esor io o conexión Cantidad Longi tud de tubería equi valente en mPor elemento Suma

Válvula de cierre, abierta 8 1,3 10,4

Codo r = d 12 1,6 19

Pieza en T (derivació n) 2 6 12

Reductor 4 2,5 10

Suma ~52

El resultado es una longitud total de 100 m +52 m =152 m.


Tabla 5-2: Longitudes de tubería equivalentes a cada elemento de tubería o accesorio

Tabla 5-3: Ejemplo de cálculo de longitud de tuberías




Sección mínima de las tuberías de aire comprimido

La sección exigida se calcula a partir del caudal, la presión de servicio y la longitud total de

las tuberías. Para las redes de aire de menos de 200 m de longitud total puede calcularse lasección de las tuberías con ayuda de la tabla siguiente (válida para una caída de presión de~0,1 bar):

Caudalm³/min

Pres. de servici o 7,5 bar Longitud total

hasta 50 m hasta 100 m hasta 200 m más de 200

Pres. de servi cio 10 bar Longitud total

hasta 50 hasta 100 hasta 200 m más de200 m

Pres. de servi cio 13 bar Longitud total

hasta 50 m hasta 100 m hasta 200 m más de. 200 m

hasta 0,5 ¾″ 1″ 1 ¼″ ¾″ 1″ 1 ¼″ ¾″ 1″ 1 ¼″

hasta 1,0 1″ 1″ 1 ¼″ 1″ 1″ 1 ¼″ 1″ 1″ 1 ¼″

hasta 1,5 1″ 1 ¼″ 1 ½″ 1″ 1 ¼″ 1 ½″ 1″ 1 ¼″ 1 ½″

hasta 2,0 1 ¼″ 1 ½″ 2″ 1 ¼″ 1 ½″ 2″ 1 ¼″ 1 ½″ 2″

hasta 3,0 1 ¼″ 1 ½″ 2″ 1 ¼″ 1 ½″ 2″ 1 ¼″ 1 ½″ 2″

hasta 5,0 1 ½″ 2″ 2″ 1 ½″ 2″ 2″ 1 ½″ 1 ½″ 2″ hasta 7,5 2″ 2″ 2″ 2″ 2″ 2″ 1 ½″ 2″ 2″

hasta 10,0 2″ 2 ½″ 2 ½″ 2″ 2 ½″ 2 ½″ 2″ 2 ½″ 2 ½″

hasta 12,5 2 ½″ 2 ½″ 3″ 2 ½″ 2 ½″ 3″ 2 ½″ 2 ½″ 2 ½″

hasta 15,0 2 ½″ 2 ½″ 3″ 2 ½″ 2 ½″ 3″ 2 ½″ 2 ½″ 3″

hasta 17,5 2 ½″ 3″ DN100 2 ½″ 3″ DN100 2 ½″ 3″ DN100

hasta 20,0 3″ 3″ DN100 3″ 3″ DN100 2 ½″ 3″ DN100

hasta 25,0 3″ DN100 DN100 3″ DN100 DN100 3″ DN100 DN100

hasta 30,0 3″ DN100 DN100 3″ DN100 DN100 3″ DN100 DN100

hasta 40,0 DN100 DN100 DN125 DN100 DN100 DN125 DN100 DN100 DN125

Como la sección nominal de las tuberías se indica unas veces en DN (diámetro nominal) yotras en pulgadas, la tabla 5-5 puede ayudar a convertir las secciones indicadas con másfrecuencia.

Sección nominal de tuberías – Equivalencia

mm (DN: diámetro nominal) Pulgadas (Inch)

DN 6 R 1/8DN 8 R 1/4DN 10 R 3/8DN 15 R 1/2DN 20 R 3/4DN 25 R 1DN 32 R 1 1/4DN 40 R 1 1/2DN 50 R 2DN 65 R 2 1/2DN 80 R 3DN 100 R 4DN 125 R 5DN 150 R 6


V e r n o m o g a r a m a p a r a t u b r í a s d e

a i r e c o m p r i m i d o





Tabelle 5-4: Secciones mínimas para tuberías de aire comprimido

Tabla 5-5: Conversión DN – pulgadas




Cálculo de la sección interior de las tuberías

Existe una fórmula general aproximada para calcular la sección de aquellas tuberías que por

su longitud quedan fuera de la tabla 5-4 (cálculo empírico):

Otra posibilidad para calcular la sección interna de las tuberías es usar el nomograma de lailustración 5-12. Proceda del modo siguiente:En primer lugar, marque el punto correcto en los ejes A y B, correspondientes a la longitud

de tuberías y al caudal. Una después ambos puntos trazando una línea recta, cuyaprolongación cortará el eje C. Luego, marque en los ejes E y G la presión mínima delsistema y la pérdida de presión máxima deseada. La línea recta que une esos dos puntoscortará el eje F. Uniendo finalmente los dos puntos de corte de los ejes C y F con otra recta,cortaremos el eje D en el punto que nos indica la sección correcta para la tubería encuestión.® ¡Elija siempre una sección mayor que el valor medio indicado!


1,6 x 10 x V,

x Ld i =

Δp x ps

5

di = Sección interior de la tubería (m)ps = Sobrepresión del sistema (en Pa)L = Longitud nominal (m)V = Flujo volumétrico (m³/s) Δp = Pérdida de presión (Pa) (predefinida)

1

2

3

4

5

67

Longitud de tuberíaen [m]

Caudal

[m³/h] [m³/min]

Sección

libre [mm]

Presiónsistema

[bar (s)]

Pérdida de

presión [bar]

Ilustración 5-11: Nomograma para calcularla sección de tuberías de aire comprimido

8




5.5 Elección de materiales

Todas las redes de aire comprimido tienen que cumplir las siguientes premisas:

HermeticidadProtección anticorrosiónAlta resistencia a las temperaturas de servicioAlta resistencia a la presiónBaja resistencia

En la elección del material para las tuberías se recomienda orientarse por criterios técnicos.Además de la hermeticidad de los empalmes y la protección contra corrosión, la resistenciaa la presión y a las altas temperaturas son aspectos vitales a tener en cuenta.

Influencia de la temperatura en la presión máxima admisibleEl aumento de temperatura reduce el límite de dilatación de los materiales. La hoja DIN2401 informa sobre la relación entre la presión nominal y presión de servicio máximaadmisible para distintos materiales.

Ejemplo:Contamos con una red de aire comprimido diseñada para 6 bar (g) y que está sometida auna presión de prueba de 6 bar (g), y que a temperaturas de más de 120 °C sólo puedefuncionar a 5 bar (g).


Pres. nominal

[bar (s)]

Tubos deacero sin

soldaduras

DIN 2448

Pres. de servicio máx. admisib le [bar (s)]

para aire comprimido hasta 120 °C

para aire comprimido hasta 200 °C

2,5

6

10

16

25

40

64

100

Ac 35

Ac 35

Ac 35

Ac 35

Ac 35

Ac 35.8

Ac 35.8

Ac 35.8

2,5

6

10

16

25

40

64

100

2

5

8

13

20

36

50

80

Tabla 5-6: Presión admisible para tubos de acero sin soldaduras




¿Tuberías de aire comprimido de metal o de plástico?En principio pueden usarse ambos materiales, que presentan diferentes ventajas ydesventajas (tablas 5-7, 5-8). Sin embargo, dentro de la propia estación de compresoresdeberá evitarse el uso del plástico. Las tuberías de ese material tienen la ventaja de ser

resistentes a la corrosión, de pesar poco y ser fáciles de montar, pero en caso de avería enlos componentes de refrigeración del aire comprimido podría darse una sobrecarga térmicade las tuberías.

Material Tuberías de acero sinsoldaduras

Tuberías a rosca Tuberías de aceroinoxidable

Tuberías de cobre parainstalaciones eléctricas

Tipoestirado o galvanizado, sin

soldaduras acorde aEN10220 serie 1

Peso moderado acorde aDIN 2440

Pesadas acorde a DIN 2441estirado o galvanizado

Sin soldaduras o soldadasacorde a

DIN-EN ISO 1127

Blandas en anillosDIN-EN ISO 1057

Duras en longitudes rectasDIN 12449

Material Por ejemplo: Ac. 37.0acorde a EN10216-1

Sin soldaduras o soldadasAc. 33.2 acorde a DIN17100

Por ejemplo, número dematerial 4301, 4541, 4571

Cobre

Dimensiones da 10,2 - 660 mm 1/8“ - 6“ acorde a DIN EN10242

6 - 273 mm6 - 22 mm blanda6 - 54 mm dura

54 - 131 mm dura

Sobrepr. de servicioadmisible

da ≤ 219,1 mm pmáx =64 bar219,1 mm <da ≤ 660 mm

pmáx =25 bar10 bar Hasta 80 bar y a veces más

altaSegún tipo16 - 140 bar

Extremos de lastuberías

Lisos Cónicos, lisos o con rosca Lisos Lisos

Empalme de tuberías Soldadura Rosca, soldadura Soldadura (en atmósferaprotectora)

Atornillada, soldadurablanda (ajustes), soldadura

Ventajas Empalmes herméticos Muchas piezas preformadas(con rosca)

Conexiones de tuberíasherméticas

Libre de corrosión

Libres de corrosiónParedes internas lisas

DesventajasCorrosión

(en parte también congalvanización)

Instalación por personalespecializado

Corrosión(en parte también con

galvanización)Alta resistencia al flujo y por

rozamientoFugas tras un largo periodo

de servicioLa instalación cuesta mucho

tiempo por el corte de lasroscas y el soldado

Instalación por personalespecializado

Instalación sólo porpersonal especializado

Oferta limitada de piezaspreformadas

La instalación requiereconocimientosespecializados

Posible formación devitriolo

Material GIRAIR o similares Poliamida Polietileno Polietileno reticular

Dimensiones 16 - 110 mm 2 - 40 mm 10 - 160 mm 10 - 160 mm

Norma DIN 8061/62 DIN 16982 DIN 8074 DIN 16893

Sobrepr. de servicioadmisible a 20 °C 12,5 bar Hasta 100 bar Hasta 10 bar Hasta 20 bar

Extremos de las tuberías Lisos Lisos Lisos Lisos

Empalme de tuberías Pegado A rosca Soldado A rosca/conexión a presión

Ventajas Sistema hermético Tuberías y piezas prefor-madasdel mismo material, difícilmente

inflamable

Altas presionesAlta resistencia

química

Sistema hermético Tuberías y piezas pre-formadas del mismo ma-

terial, inflamabilidad normal

Alta resistencia térmica, altaresistencia química

Instalación sencilla, bajo peso, resistencia a la corrosión

Desventajas En parte, limitación en dimensionesMayor dilatación longitudinalEn parte, inflamabilidad normal Controlar cada caso concretoEn parte, posible carga estáticaEn parte, sólo garantía legalEn parte, piezas preformadas de metal


Tabla 5-7: Características de distintas tuberías de metal

Tabla 5-8: Características de distintas tuberías de aire comprimido de plástico




Plantilla de comparación de materiales

La plantilla de comparación de materiales que le ofrecemos a continuación le será de granayuda al tomar una decisión sobre los materiales que vaya a utilizar. Hemos tenido en

cuenta el coste de los materiales y el del montaje.

Ejemplo:Debemos elegir el material para una red de tuberías de aire comprimido para los siguientescampos, por ejemplo:Aeronáutica, mecánica de precisión / óptica / relojería, carpintería, electrotecnia, industriatextil, imprentas, industria de la alimentación, máquinas de oficina / procesamientoelectrónico de datos, ingeniería industrial, química.Se trata de campos en los que la alta calidad del aire comprimido (sin corrosión) y laspérdidas de energía mínimas (tuberías herméticas y con paredes internas hidráulicamentelisas) son de vital importancia. Además, se esperan facilidad de montaje y una presión deservicio normal de 7 bar (s).

Los distintos materiales se valoran con los siguientes signos:x = criterio cumplido1 = muy bien, 2 = suficiente, 3 = con limitaciones1) Tener en cuenta la DIN 2448 – acorde a la normativa de calidad según la DIN 1692

Criterios deExigencia

Exigenciasparticulares -

Tuberías de acero DIN 2440, 2441, 2448 CobreDIN 1786,

17545

Acero in oxDIN 2462,

2463

Plástico Air line/

Air pip e, ABSestiradoa rosca

estiradosoldado

galvanizadaa rosca

galvanizadasoldada

Dimensioneshasta 50 mmhasta 100 mm

más de 100 mm

*XX

(X)

XX

X

XX

(X)

XX

X

XX

(X)

XX

X

XX

XPresión

hasta 10 barhasta 12,5 barmás de 12,5 bar

*X (DIN2440/41)

X1)

X1)

X (DIN2440/41)X

1)

X1)

X (DIN2440/41)X

1)

X1)

X (DIN2440/41)X

1)

X1)

XXX

XXX

X(X)(X)

Corrosión/Calidad del aire * 3 3 2 2 2 1 1

Temperaturahasta 20 °Chasta 50 °Chasta 80 °Cmás de 80 °C

*XXXX

XXXX

XXXX

XXXX

XXXX

XXXX

X(X) bis 8 bar

--

Comportamiento delflujo * 2 2 2 2 1 1 1

Comportamientotoxicológico 3 3 3 3 3 1 1

Antiestática 1 1 1 1 1 1 3

Trabajo de instalaciónPersonalOtros

3X-

2X-

3X-

2X-

2X-

2X-

1-X

Peso 3 3 3 3 3 3 1

Mantenimiento 3 2 3 2 1 1 1

Hermeticidad * 3 1 3 1 1 1 1

SumaPuntos de loscriterios *

8 6 7 5 4 3 3

* = Marca de los criterios relevantes para la elección individual técnicamente conveniente

En este ejemplo, tanto el cobre, como el acero inoxidable y el plástico son convenientesdesde el punto de vista técnico para la red de aire comprimido. Habría que comprobar otrosaspectos para tomar la decisión.


Tabla 5-9: Plantilla de comparación de materiales




5.6 Instalación de redes de aire comprimido

5.6.1 Red de aire comprimido con / sin secador

Red de aire comprimido sin secador

En las redes de aire comprimido sin secador, una buena parte del condensado se forma enla red de tuberías. Para evacuarlo, habrá que montar las tuberías en pendiente (al menosdel 2 %) y adecuarlas con un drenaje de condensados en su punto más bajo. Las salidasque partan de la tubería deberán tener forma de cuello de cisne ascendente para que elcondensado se quede en la tubería principal.

Red de aire comprimido con secador

Si la red de aire comprimido está equipada con un secador no será necesario instalar lastuberías con pendiente, y será posible que las salidas sean en horizontal.


Compresor Depósito de presióncon purgador

Unidad de manteni-miento: filtro,separador de aguareductor de presión,lubricador

FiltroReguladorde presión

Drenaje decondensados

Tubería con pendienteal menos del 2 ‰

Ilustración 5-12: Red de aire sin secador

Compresor Depósito de presióncon purgador

Secador con purga-dor de condensados

Reductor de pre-sión,engrasador

Reductor depresión

Ilustración 5-13: Red de aire con secador




5.6.2 Redes de aire comprimido instaladas en el exterior

Posible instalación de las tuberías

Las tuberías de aire comprimido pueden instalarse en canales o en socavonesVentaja: no representan un obstáculoDesventaja: instalación costosa y difícil acceso,

el separador de agua debe instalarse protegido contra congelación

Las tuberías de aire comprimido se entierranVentaja: bajos costesDesventaja: reparaciones y mantenimiento difíciles,

el peligro de corrosión exige materiales resistentes a la corrosión

Instalación de las tuberías de aire comprimido por encima de la tierra con soportes ysostenesVentaja: coste relativamente bajoDesventaja: representan un obstáculo, peligro de congelación, deformación estética

En invierno: Si la tubería superficial es corta también será posible un punto de rocío de+ 3 °C (gracias al secador frigorífico) con:

Grandes secciones de tubería (evita congelación)

Recalentamiento del aire comprimido al volver a entrar a la nave, instalando porprecaución un purgador de condensados / filtro.

Ventilación de la tubería durante las fases de parada

Calentamiento del tramo correspondiente de tubería


Tubería deairecom r im ido

Separador

de agua

Válvula de salida

Tubería de

condensado

Carcasa protector aOrificio deinspección

Elementos de hormigón

Ilustración 5-14: Separador de agua instalado en el exterior protegido contra congelación




5.7 Identi ficación de tuberías

Acorde a la norma DIN 2403, es imprescindible identificar claramente las tuberías según elmedio que transportan por razones de seguridad, para facilitar una instalación correcta y unaextinción eficaz de posibles incendios. Esta identificación debe informar sobre los peligroscon el fin de evitar accidentes y daños a la salud.La identificación en los colores que estipula la norma DIN 2403 informa claramente in situsobre el medio transportado por la tubería.

La identificación por colores deberá estar presente:al principioal finalen las derivacionesen los puntos donde se atraviesan paredes

en los elementos de griferíay a todo lo largo de la tubería por medio de anillos de colores

Medio Grupo Color delgrupo

Número delcolor

Color adicional

Color de lasletras

Agua 1 verde RAL 6018 - blancoVapor de agua 2 rojo RAL 3003 - blanco

Aire 3 gris RAL 7001 - negroGases inflamables 4 amarillo RAL 1012 rojo negro

Gases noinflamables

5 amarillo RAL 1012 negro negro

Ác idos 6 naranja RAL 2000 - negro

Sosa cáustica 7 violeta RAL 4001 - blancoLíquidos

inflamables8 marrón RAL 8001 rojo blanco

Líquidos noinflamables

9 marrón RAL 8001 negro blanco

Oxígeno 0 marrón RAL 5015 - blanco

Carteles

El texto de los carteles pueden ser

números identificativos o palabras

5. Distribución del aire compr imido

Aire compr imido8 bar 3.1 8 bar

N.º del subgrupo

N.º del grupo

GRIS = Color del g rupo 3 ” Aire” RAL 7001

Género de material para airecomprimido

Dirección del flujo

Tabla 5-10: Identificación de medios




6. Sistemas de control

6.1 Introducción

6.2 Control interno del compresor 6.2.1 Modo de control simple6.2.2 Modo de control Dual6.2.3 Modo de control Quadro6.2.4 Modo de control Vario6.2.5 Modio de control por Modulación6.2.6 Variación de velocidad6.2.7 Accionamiento (drive) controlado por frecuencia (SFC)6.2.7.1 Accionamiento (drive) de corriente directa6.2.7.2 Control con motor de dos velocidades6.2.7.3 Control con acople hidráulico

6.2.8 Control SIGMA

6.3 Controladores Maestros6.3.1 Distribución de carga

6.3.2 Relación de tamaño de los compresores6.3.3 Control por banda de presión, control en cascada6.3.3.1 Control en cascada6.3.3.2 Control por banda de presión6.3.3.3 Ejemplos de secuenciamiento de compresores de tonillo y

compresores de pistón

6.3.4 Secuenciamiento basado en MAC 416.3.5 Controlador maestro MVS 80006.3.6 Tecnología de centro de control VESIS6.3.7 SIGMA AIR MANAGER

6.3.8 Tele servicio

6.4 Resumen




6.1 Introducción

En el comercio y en la industria el aire comprimido es la forma de energía más utilizadaseguido de la energía eléctrica. Nos familiarizamos con el equipo eléctrico durante nuestraniñez pero la importancia, la aplicación y las ventajas de la energía del aire comprimido seencuentran raramente. Es un hecho que la tecnología de aire comprimido no es cubierta porel programa escolar normal y que es un tópico raro en conferencias dadas en universidadestécnicas y facultades. Este capitulo pretende contrarrestar esta omisión y compartir algo deconocimiento de potenciales ahorros energéticos de controladores modernos y sistemassecuenciadores.

Todavía hay muchos compresores sin coordinar en incontables instalaciones a través de laindustria. En estas instalaciones, hay una pobre relación entre el aire comprimido generadoy la demanda de aire verdadera. La demanda de aire puede ser extremadamente variable,

dependiendo del turno de trabajo y de la tarea requerida y, si la producción de aire no estáen función de la demanda, el resultado es el uso ineficiente de la energía, especialmentebajo condiciones de carga parcial, e innecesarios costos para el usuario. Los costosenergéticos pueden representar hasta un 87% del total de los costos de generación,dependiendo del número de horas en operación anuales.

En el pasado, muchos usuarios trataron de ajustar el suministro de aire con la demandainstalando un número de compresores más pequeños en lugar de un compresor grande, yencendiéndolos en fases para cumplir con el incremento de demanda. La desventaja deesto era que el encendido de los equipos disponibles en ese tiempo, requería un incrementode 1 a 2 bar(g) en la presión final, para hacer posible esas secuencias, con resultado deincremento de potencia a un ritmo de 6% por cada bar(g) adicional de presión. Los

transductores de presión electrónicos y los PLC o controladores basados en PC ofrecengran ayuda al respecto.

Los fabricantes modernos ofrecen muchas posibilidades de variar la salida de una estaciónde aire comprimido para ajustarse a la demanda de aire del usuario, desde controladorespara compresores individuales hasta sistemas de control maestros o “administradores deaire” como son conocidos algunos de los más avanzados. Este capítulo explica lo quepueden hacer estos los sistemas, sus fortalezas y debilidades y en que áreas de aplicaciónestos pueden ofrecer la solución más económica.

El interrogante de que tipo de controlador y que dimensión de compresor es la correcto parauna aplicación particular, puede ser solucionado adecuadamente, cuando el volumen de aire

comprimido requerido durante un período específico es conocido. Es recomendable nobasarse en estimaciones sino medir y calcular la demanda tan exactamente como seaposible durante todo el período de trabajo.





6.2 Control Interno del Compresor

6.2.1 Modo Simple de Control

La forma mas simple de control de un compresor es encendido/apagado, como el que seencuentra normalmente en compresores de pistón. El compresor es controlado al arrancar elsu motor cuando la presión cae a un valor fijado y deteniéndolo cuando un valor máximo sealcanza. La diferencia de entre estos dos valores fijados, el diferencial ( Δp) de maniobra,debe ser algo alto, alrededor de 2 bar(g), para evitar arranques muy frecuentes del motor.

6.2.2 Modo de control Dual

Uno de los tipos más económicos de control simple es modo de carga-vacío-encendido-apagado conocido como control Dual. Dual indica que el controlador incorpora dostemporizadores: uno determina el tiempo durante el cual el motor trabaja en estrella antesde cambiar a delta, y el otro controla el tiempo durante el cual el motor corre en vacío antesde apagarse. Este tiempo en vacío es esencial para prevenir que el motor exceda el numeromáximo de arranques por hora especificados por el fabricante.

El compresor trabaja bajo carga, llenando el tanque de aire y la red. Cuando el valor fijadocomo presión máxima pmax es alcanzado, el compresor detiene la acción de entregar airepero el motor continúa en vacío por el tiempo predeterminado. Si el aire es evacuado delsistema de tal manera que la presión mínima pmin es alcanzada antes que el tiempo de vacíotranscurra, el compresor entra para entregar aire y el motor continúa funcionando bajo cargay cuando pmax es alcanzada de nuevo, el compresor sale de nuevo y el tiempo de vacío

empieza a correr de nuevo. Si el tiempo de vacío del motor transcurre antes que la presióncaiga da pmin el motor se detiene y arranca de nuevo cuando se alcance pmin.

El modo de control Dual es utilizado normalmente por el compresor de carga de picos paraevitar arranques de motor muy frecuentes.


Fig.6-1: modo de control Dual

pmax

pmin

carga

vacío

paro % P

o t e n c i a d e l M o t o r

Tiempo

20

10

t2

presión

t2 =tiempo en vacío




6.2.3 Modo de control Dual

Para optimizar el costo de energía, se recomienda un tipo de modo de control que puedeseleccionar automaticamente entre operacion carga-vacío-paro-arranque (Dual) y simple

operacion carga-paro-arranque según la demanda de aire, y este se llama modo de controlQuadro. Todos los controladores de los compresores de tornillo KAESER son capaces detrabajar en modo Quadro y, al minimizar tiempo en vacio, pueden alcanzar un ciclo detrabajo de alrededor del 90%. El modo de control Quadro es normalmente seleccionado paramaquinas de cargas base y carga media.

El modo Quadro usa cuatro temporizadores:1. tiempo estrella-delta (t1)2. tiempo en vacío (t2)3. tiempo en carga (t3)4. tiempo de venteo (t4)

El motor arranca en estrella y despues que t1 ha transcurrido , cambia a delta, en cuyo puntoel tiempo de carga t3 empieza. Si este tiempo acaba antes que se alcance pmax la maquina alalcanzar pmax puede apagarse antes que el corto tiempo de venteo t4 haya transcurrido sincorrer en vacio (1). Si el motor ya esta corriendo en vacio este puede apagarseinmediatamente (2).El Segundo temporizador arranca cuando la maquina cambia a vacío. Si la maquina correen vacío mas prolongadamente que el periodo temporizado, esta puede cambiardirectamente de carga a paro en su siguiente periodo sin necesidad de ir a vacío exceptopor el corto periodo de venteo (t4)) (3).Si los tiempos restrictivos no se activan, la maquina corre por el tiempo normal de vacío (t2)después de alcanzar pmax como en control Dual, mas el tiempo de venteo (t4) (4).


Fig.6-2: modo de control Quadro

Fig.6-3: ahorro de Quadro sobre Dual

paro

vacío

carga

Tiempo

% d

e p o t e n c i a d e l m o t o r

20

100

Presión

pmin

t3

t2

t2 t3

t2

t3

pmax

paro

vacío

carga

% d e

p o t e n c i a d e l m o t o r

20

100

Tiempo

tL tL tL tL tL tL tL tL

tL = tiempo en vacío (modo Dual)

0

0

1 432




Ejemplos de modo de contro l QuadroEjemplo 1 la maquina esta en paro y el tiempo de paro a expirado. Cuando el compresor

corre de nuevo y alcanza la presión de desconexión (cut-out) pmax este puede ir

directamente a paro sin ir a vacío, excepto por el corto tiempo para venteo.

Ejemplo 2 el motor del compresor corre y el periodo de correr temporizado esta acabando.Cuando el periodo ha terminado, la maquina puede parar inmediatamente deque se alcance la presión de salida o, si ya esta en vacío, este puede pararinmediatamente.

6.2.4 Modo de control Vario

En modo de control vario, el tiempo de vacío varia dependiendo del ciclo de carga previo ynumero de arranques del motor, por ejemplo cada tiempo de vacío es calculadoindividualmente basado en que ha pasado antes y el numero permisible de arranques porhora del motor.

En modo de control vario, el compresor siempre cambia primero a vacío cuando la presiónmaxima es alcanzada. Entonces el control Sigma asume sobre el desarrolo de la demandade aire y, tomando en consideracion datos actuales de operacion, calcula que tanto tiempodebe correr el compresor en vacio, de tal manera que no exceda el numero maximo dearranques por hora del motor. La maquina pasa a paro cuando el periodo calculado devacío ha expirado. Si la demanda de aire real es diferente de la esperada por el controladory los arranques del motor mas frecuentes de lo pretendido, el controlador simplementeextiende el tiempo de corrido en vacío de tal manera que la maquina cambie después de

vacío a paro. Esto produce un compromiso económico entre tiempo mínimo en vacío yoptima disponibilidad del compresor.El modo Vario es particularmente adecuado para compresores de carga base y maquinas demedia carga.


Presión

1 horaNúmero máximo de arranques del motor 6 /h

tiempo

pmax

pmin

carga

vacío

paro % c

a r g a d e l m o t o r

20

10

Fig. 6-4: modo de control Vario

0




6.2.5 Modo de control de modulación

Control de modulación significa variar la entrega del compresor al variar proporcionalmente

la válvula de admisión para regular el volumen de aire que el compresor admite. Este modode control no tiene perdidas únicamente a plena carga, también en cargas parciales, sinembargo, cuando la válvula de admisión esta parcialmente cargada para regular el volumende entrada, el consumo de potencia del motor no es reducido proporcionalmente. Al 50% dela entrega máxima, de hecho, el motor esta requiriendo el 84% del la potencia necesaria deoperación a plena carga.Este tipo de control es más adecuado en donde se ha instalado un tanque dealmacenamiento de aire muy pequeño o ninguno, como el caso de compresores en lugaresde construcción.

Delivery [%] Motor consumode potencia [%]

100 10080 92-9360 84-8740 77-81

20 69-75

6. Sistemas de Control

Fig. 6-4: curva de potencia de modulaciónpresión

pmin

regulatingpressure

100

20

C o n s u m o d e

p o t e n c i a

e n %

Time

aro

vacío

1 t2

t2

pmax

car a

t2 =tiempo vacío

Fig. 6-5 :control de modulación

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

C o n s u m o d e P o t e n c i a

d e l m o t r e n %

Presión en

Presión encarga

100%

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Delivery in %




6.2.6 Velocidad Variable

Variar la velocidad del compresor da una variacion proporcional en la velocidad de la unidad

compresora.Los accionamientos de velocidad variable pueden entregar aire de manera económicacuando estan conectados a compresores de tornillo con caracteristicas bien consideradas,de otra manera, estos pueden resultar en mayores costos energeticos.La diferencia en la calidad de diseño se puede discernir cuando se considera un desempeñoa máxima carga. Una máquina bien diseñada con un tamaño adecuado de unidadcompresora puede tener máximo desempeño continuamente, en donde una máquinainferior, con un rango de regulación mayor y una unidad compresora mas pequeña,rápidamente muestra su inferioridad cuando se le requiere toda la carga a cualquierduracion de tiempo. La unidad compresora debe correr a mayor velocidad, perdiendoeficiencia, haciendo mas ruido y requiriendo mas mantenimiento.Estos puntos aplican a todos los compresores de velociad variable.

Requerimientos de Potencia específica en el rango de regulación de entrega

Curva de arribacompresores con un rango de regulación del 90% muestran unmínimo de requeriminto de potencia especifica a 9 m³/min.

Curva de abajocompresor con un rango de regulación del 60% muestra unmínimo de requerimiento de potencia especifica a 14 m³/min.

Area rayadaenergía ahorrada por la maquina con la unidad compresoramas grande.

Las siguientes páginas describen varios modos de control internos usando variación develocidad.


R e q u e r i m i e n t o d e p o t e n c i a

e s p e c i f i c a ( k W x m i n ) / m

³

Entrega en m³/min

Unidad pequeña

Unidad grande

Fig. 6-6: requerimiento de potenciaespecifica diferentes unidades




6.2.6.1 Accionamientos controlados por frecuencia

Bajo control de frecuencia, el compresor llena el tanque de aire y la red en carga hasta lapresión de regulación sea alcanzada. En este punto la unidad con control de frecuenciaajusta la velocidad del motor para tratar de mantener presión al valor de regulación. Si no sesaca aire del sistema, la presión se incrementa, a pesar de disminuir la velocidad del motor,hasta que se alcance pmax, en donde en compresor cambia a vacío por un tiempoprogramado (t2), como en el modo de control Dual. Si este tiempo expira antes que lapresión caiga a pmin el motor pasa a apagado.

Como se ilustra en la figura 6-8, elrango óptimo de trabajo de uncompresor controlado por frecuenciano es principalmente en 100% de sucapacidad.Estos están usualmente diseñadospara tener su punto óptimo al 65%

del consumo energético y más alláde esto, para su mejor requerimientode potencia específica. Un factorcontribuyente para esto es elrequerimiento de potencia delconvertidor de frecuencia mismoque permanece constante en 3-5 %de la potencia de todo el rango deentrega.

El accionamiento de velocidad variable es, sin embargo, una solución económica en ciertascircunstancias, particularmente en donde un compresor grande conmuta frecuentemente a

vacío o en donde la aplicación requiere una presión muy estable.


pmax

pmin

Presión deregulación

100

P o t e n c i a d e l m o t o r

%

20

carga

vacío

arol

tiempo

Presión

t2 t2

t2 =tiempo vacío

Fig. 6-7:Motor controlado por frecuencia

0

Fig. 6-8: Power curve of a screw compressor

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Load pressure

Idling pressure

Delivery in %

E l e c t r i c p o w e r

c o n s u m p t i o n i n %

Ideal

line

Actual powerrelationship

100 0




Función del cont rolador de frecuenciaEl variador de frecuencia es alimentado por una fuente principal normal de 50Hz (60Hz) en

donde la corriente primero es rectificada y filtrada antes de ser convertida por switcheoelectrónico en corriente alterna trifásica. La frecuencia de esta salida puede ser variadaentre 15 y 50 Hz (60Hz), por ejemplo, y con ello variar la velocidad del motor queconsecuentemente suministra el volumen de entrega del compresor.

Bajo carga parcial, digamos 50% de la máxima entrega, el consumo de corriente,

dependiendo de la unidad compresora, está entre el 50 al 55% del máximo.

Los compresores controlados por frecuencia son usados en conjunto con compresores develocidad fija para operar continuamente y regulado para mantener el ritmo con la demandapico.

Un análisis detallado de perfil de demanda, usando las herramientas de ADA y KESSdesarrolladas por KAESER, pueden determinar si una máquina controlada por frecuencia omúltiples compresores (splitting) es la mejor solución para una aplicación específica.


Fig. 6-9: Motor controlado por frecuencia

V rectificadoV principal V filtrado

V convertidor I motor




6.2.6.2 Control de corr iente di recta

El comportamiento del control de DC, bajo condiciones de carga parcial, es el mismo que

con el de controladores de frecuencia, la curva de potencia en 6.2.6.1 también aplica.

Función

Motores paso a paso modernos tienen los devanados en la carcaza (estator) y los imanespermanentes montados asimétricamente en el eje para asegurar encendido en la direccióncorrecta. Los devanados producen campos magnéticos secuenciados en la dirección derotación y al variar la frecuencia de secuencia varia la velocidad de rotación del motor.


Fig. 6-10: variación de velocidad, motor stepper DC

devanados

Eje con imanespermanentes

pmax

pmin

Regulatingressure

100

P o t e n c i a m o t o r %

20

car a

vacío

aro

tiem

Presión

t2 t2

t2 =tiempo vacío

Fig. 6-11: Regulación DC

0




6.2.6.3 Control con motor de dos velocidades

En una aplicación donde, por ejemplo, solo la demanda del primer turno se aproxima al

100% de la capacidad del compresor y en el segundo turno es mucho menor, digamos 50%,las diferncias en los niveles de demanda pueden ser ajustados con un compresor con motorde dos velocidades. El motor puede operar entre unas 1500 rpm y 750 rpm para reducir elvolumen de entrega del compresor por la mitad.El modo de conrtol Dual es utilizado en ambos casos de tal manera que, cuando cae lademanda, el compresor pasa a vacío por un tiempo específico y entonces, si la demanda noincrementa, el motor se detiene.

6.2.6.4 Control de acople hidráulico

El uso de acople hidráulico es la forma menos adecuada de regulación de la entrega de loscompresores de desplazamiento. Estos dispositivos incrementan el costo de inversión de lamáquina y no dan ahorros en consumo de potencia en cargas parciales.


pmax

pmin

car a

vacío

aro

tiempo

M o t o r p o w e r i n %

20

100

t2

t2

1st. shift 2nd. shift

Presión

t2 =tiempo vacío

Fig. 6-12: motor de 2 velocidades

Alta velociad baja veloc idad

0




6.2.7 Control SIGMA

Con varias posibilidades de operación, como la interfase Standard Profibus, el CONTROLSIGMA es la elección perfecta para comunicar en red los compresores con el administradorde sistema de aire comprimido SIGMA AIR MANAGER.

Los previamente programados modos de control Dual, Quadro, Vario y Control Continuohabilitan al SIGMA CONTROL a ajustar con precisión el consumo de potencia del compresorcon la demanda de aire actual. Programas para control por modulación y control porfrecuencia están incluidos en la memoria para ser activados cuando se requieran. Elresultado es aun mayores ahorros energéticos, ya que fases costosas en vacío delcompresor son reducidas a un mínimo absoluto.


Fig. 6-13: panel de operador Sigma Control

HAUPTANTRIEBSTEHT, BREMSEISTAKTIVIERTWERKZEUGWECHSELVORBEREITEN

BS61PROFIL BS61PROFILBS61PROF ILBS61PROFIL

Hardware:

· Computadora Industrial(SICOMP) con

microprocesador Intel· Pantalla completamente

grafica· Alimentación 24 V

completamenteestabilizada

· Relés de 250 V, salidas atransistor en 24 V

· Standard industrialdemostrado

Software:

· 5 modos diferentes decontrol

· Temporizadoresprogramables

· Memoria de eventos· Textos de información· Actualizable· Compatible con Simatic· Un software para todos los

modelos de compresores

comunicacion:

· Todos los compresoresconectados pueden ser

monitoreados· 3 puertos seriales:

- Modem RS 232- RS 485 para control

esclavo maestro- Profibus

· Salidas analógicas de4-20 mA

· Contactos a relé· Conexión compatible

globalmente




Luces indicadoras fácilmente entendibles, similares al semáforo:

Rojo: alarma Amari llo: mantenimiento/advertenciaVerde: operacional

El controlador SIGMA es sencillo y fácil de operar y ofrecefunciones intu itivas:

· Pantalla grande, en 30 idiomas· Temporizadores con 4 programaciones por dia, semana y año· Cambio carga base entre dos compresores· Modos de control Dual, Quadro, Vario y Continuo· Señal de entrada para encendido y apagado remoto· Señal de entrada para carga/vacío remoto· Alarma externa por ejemplo para secador refrigerativo· Alarma externa para mantenimiento por ejemplo para ECO

DRAIN· Relé libres de potencial con contactos para: Controlador

encendido, alarma de grupo, y motor encendido; relé de

contacto de conmutación libre de potencial definido por elusuario para: compresor encendido, advertencia en grupo,operación remota, vacío, cargando, temporizador activo,contacto del temporizador, paro de emergencia, alarma del busu comunicación, presión muy baja.

· Contacto de conmutación de “motor encendido” para sistemasde ventilación con relé libre de potencial, máximo 3 A, 230 V±10%

· Contadores de intervalos de mantenimiento, datos medidos eindicadores de estado.

· Puerto RS 232 para modem o impresora, puerto RS 485 para

compresor esclavo, Profibus DP· Circuito de protección para compresor· Transductor electrónico de presión· Entradas y salidas configurables para funcionalidades adicionales.


Fig. 6-14: Luces de indicacion del Sigma Control

Erweiterte Funktionen

Displaybereich mit Klartextanzeige

Grundfunktion:

EIN/AUS

Ampelfunktionen

Funciones extendidas

Pantalla de despliege de texto

Función básica:ON/OFF

Funciones desemáforo



Semianrio de Aire Comprimido KAESER 14

6.3 Controladores Maestros

6.3.1 Distribución de carga

El uso de controladores internos del compresor y controladores maestros o “Administradoresde Aire” permiten producción económica de aire comprimido incluso bajo condiciones decarga parcial con distribución de carga sobre un número de compresores. Las diferentesopciones se dan de la siguiente manera:

Por ejemplo: repartir la carga

Una fábrica trabaja tres turnos con las siguientes demandas de aire:

Primer turno: 15 m³/min

Segundo turno: 12 m³/min Tercer turno: 6 m³/min


1 x 15 m³/min

1 x 15 m³/min1 x 15 m³/min

3 x 7.5 m³/min

1 x 9 m³/min 2 x 6 m³/minFig. 6-15: ejemplo derepartición de carga



Seminario ed Aire Comprimido KAESER 15

Existen numerosas posibilidades de configuración de maquinas y una decisión debetomarse según sea lo mas adecuado.

1. Un único compresor entregando 15 m³/minLas condiciones para cada turno son:

Primer turno: buena eficiencia, no hay respaldo.Segundo turno: el compresor esta cargado parcialmente, la eficiencia es reducida, no

hay respaldoTercer turno: el compresor esta cargado al 30% de carga, la eficiencia se reduce

aun más, no hay respaldo.

2. Dos compresores, cada uno entregando 15 m³/min

Primer turno: buena eficiencia, respaldo completo.Segundo turno: solo uno de los compresores esta parcialmente cargado, la eficiencia

se reduce, respaldo completo.Tercer turno: solo un compresor esta cargado 30%, la eficiencia se reduce aún mas,

respaldo completo.

3. Tres compresores. Cada uno entregando 7.5 m³/min

Primer turno: buena eficiencia, respaldo completoSegundo turno: el compresor de punta esta cargado parcialmente, se reduce

levemente la eficiencia, respaldo completo.Tercer turno: buena eficiencia, el compresor punta es capaz de cubrir toda la

demanda, respaldo completo.

4. Un compresor, entregando 9 m³/min y dos entregando 6 m³/min

Primer turno: buena eficiencia, casi respaldo completo con la maquina en reservaSegundo turno: el compresor para carga punta esta cargado parcialmente, unicamente

se encuentra una leve reduccion de la eficiencia, respaldo completo

con la maquina en reserva.Tercer turno: buena eficiencia, el compresor para carga punta cubre la demanda,respaldo completo.





6.3.2 Relación de tamaño de los compresores

La relacion de las capacidades de los compresores (entrega) uno con otro es importante

para la correcta regulacion de multiples conpresores cuando se divide la carga.

Agujeros en el controlSi se utilizan diferentes tamaños de compresores para suministrar la carga base, media y depuntas y estas capacidades no se sobreponen, ocurre lo que se llama agujero de control.Los agujeros de control tambien ocurren cuando un compresor de velocidad variable esusado para cubrir las cargas punta y el rango de control de la entrega de esta maquina esmenor que la entrega de la próxima máquina que se arranca. Como lo ilustra la figura 6-16,un agujero de control ocurre en el momento en que la demanda de aire supera la entregadel compresor de regulación (en este caso el compresor de velocidad variable). Elcontrolador enciende una maquina base que es demasiado grande y el compresor develocidad variable no puede disminuir la velocidad suficientemente para ajustarse a lademanda. Esto provoca que la maquina de carga base entre y salga muy frecuentementepor operación económica. La presión de la red se altera fuertemente y no se puede lograrpresión estable, esta es una situación ineconómica.

El dimensionamiento incorrecto de compresores de carga base, media y puntas es el errormas común en la planificación de estaciones de compresores y no lo puede aliviar elcontrolador maestro.


Fig. 6-16: compresores para carga punta muy pequeños crean agujeros de control

Compresores en linea

E n t r e g a / d e m a n d a

Carga base 1 Demada

punta -

-

-

Rango de control

- Carga base 3

Carga base 2 Carga base 2

Carga base 1 Carga base 1

Agujero decontrol

Anlagenspl it tung Repartición de carga usando compresor de entrega variable – Agujero de Contro l

Carga

punta

Carga

punta

Carga punta

agujero decontrol

Agujero de

control

Rango de control

Rango de control




Usando un compresor de entrega variable en combinación de máquinas de entregafijas.

El rango de entrega de las máquinas de entrega variable debe ser mayor que el volumen deentrega de las maquinas de carga media y base.

La figura 6-17 indica el arreglo con un compresor de entrega variable para carga puntacorrectamente dimensionado. Cuando la demanda excede la entrega de la máquina decarga media, el compresor de entrega variable puede sobre pasar el suministro.


Fig. 6-17: dimensionamiento correcto de un compresor deentrega variable para cargas punta

A i r d e l i v e r y / d e m

a n d

Carga

media 1

Carga base 1

Cargaunta

Carga

punta

Gap decontrol

Rango de regulación


Cargamedia 1

Carga base 1

Cargapunta



División de carga con un compresor de

entrega variable para carga punta

Entrada de



Seminario Aire Comprimido KAESER 18

Agujeros de control también pueden ocurrir cuando se divide la carga utilizando múltiplescompresores pequeños para el pico de carga (ver figura 6-19). Su volumen de entrega debeser tan grande o preferiblemente mayor que las correspondientes maquinas para carga

media y base, si no ninguna regulación final ni ahorro de tiempo en vacío será posible.Esto ilustra la importancia del dimensionamiento correcto de compresores parafuncionamiento correcto de control y la necesidad de planeamiento detallado del sistema deaire comprimido.


Fig. 6-18: compresores en linea en la zona de carga pico

Compresores en línea

E n t r e g a / d e m a n d a

Carga

base 1

Carga

pico 1 Carga

base 1 Carga

media 1

División de la carga con compresores convencionales

Carga

media 1 Carga pico 1

Cargapico 1

Cargapico 1

Cargapico 1

Cargapico 1

Cargapico 2

Cargapico 2

Cargapico 2




6.3.3 Control de banda de Presión, control en cascada

6.3.3.1 Control en cascada

El método clásico de controlar un grupo de compresores es el control en cascada. A cadacompresor individual se le asigna valores de presión máximos y mínimos (pu, po) para quesumen o resten capacidad de compresores para suplir la demanda del sistema. Cuando lademanda de aire es baja, solo un compresor entra y la presión asciende y fluctúa en elrango superior entre los valores mínimo (pmin= pu) y máximo (pmax= po) de este compresor, lapresión cae cuando la demanda de aire es mayor y varios encienden para satisfacerla (Fig.6-19). De esto resulta una relativamente alta fluctuación general de presión con valoresmáximos muy por arriba de la presión de trabajo nominal, incrementando significativamentefugas y sus consecuentes perdidas de energía. Por otro lado, si el consumo es alto, lapresión cae bien por debajo de valor de presión nominal y se tiene una reducción de la

reserva de presión en el sistema.

Control en cascada con interrupto r de presión de diafragmaSi se utiliza un interruptor de presión o manómetros para el control en cascada entonesgeneralmente el valor mínimo de diferencial entre presión de entrada y salida debe ser fijadoa 0.5 bar por cada compresor individual, y cada punto de conexión debe traslaparse en porlo menos 0.3 bar. El numero máximo de de compresores que deberían ser controlados deesta manera es cuatro, y esto generalmente resulta en una variación acumulada de presiónde 1.4 bar para el grupo.

Control en cascada utilizando interruptores de presión electrón icosEl uso de transductores de presión electrónicos reduce el diferencial de conmutación depresión en los compresores individuales a 0.2 bar y también permite la reducción en elescalonado entre puntos de conmutación de los compresores. Esto puede producir una

reducción de la presión acumulada del grupo a 0.7 bar.Como ya se ha mencionado, no se deberían de controlar mas de cuatro compresores concontrol de cascada, de otra manera existe el peligro de que la potencia requerida y lasperdidas por fugas sean extremadamente altas por la gran fluctuación de presión


Fig. 6-19: cascada de 4 compresores

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

C 2

C 3

C 4

tiempo

Presión [bar]

p muy baja (alarma)

Compresor 1




6.3.3.2 Control por Banda de Presión

Sin duda, el método más moderno y eficientemente energético para coordinar compresores

múltiples es el control por banda de presión. La operación de cualquier número decompresores puede ser coordinada para mantener presión del sistema en un rango llamadobanda de presión. Una condición vital, sin embargo, es el uso de un PLC secuenciador, omejor si es una computadora industrial con inteligencia de control.

DescripciónSi la presión del sistema cae por debajo del valor consigna de presión wp menos dpu1 o dp2como diferencial de conmutación, el controlador revisa primero los compresores por operaren el grupo actual que no estén encendidos bajo carga y que son seleccionados. Entoncesel selecciona de estos el compresor con menos horas acumuladas de operación y lo poneen carga. Si la presión del sistema no exceda pu1 después un periodo especifico tu1, elsiguiente compresor es puesto en carga.Si la presión del sistema sube al valor consigna dp 1, el compresor con mayor cantidad dehoras de operación es conmutado a vacío. Si la presión del sistema se mantiene arriba depo1 durante el periodo especificado to1, el siguiente compresor es puesto en vacío.

El control por banda de presión trabaja con un diferencial de conmutación mucho menor queel control por cascada, permitiendo una reducción en la presión máxima que loscompresores tienen que alcanzar, con un consecuente ahorro en energía (tomando encuenta fugas).


Control por banda de presión de compresores múltiples (MVS / SAM / VESIS)

o2 = w + d o2po1 = wp + dpo1

wp (set pressure)

pu1 = wp - dpu1

pu2 = wp - dpu2

p low

p/bar

t/s Fig. 6-20: control por banda de presión

dpu1

dpo1

dpu2

dpo2

tu1 to1




6.3.3.3 Ejemplos de secuencias de compresores de tornillo y compresores depistón.

Ejemplo 1Naturalmente, es posible operar compresores de pistón y compresores de tornillo juntos y esmás común encontrarlos en empresas pequeñas en donde los compresores de pistón hansido parcialmente sustituidos por compresores de tornillo. En esas aplicaciones, loscompresores de tornillo deben siempre trabajar como compresores de carga base y en masventajoso si el compresor de pistón tiene capacidad de irse a vacío. Si el compresor depistón tiene el control mas común que es el de encendido/apagado, se deben esperarfuertes fluctuaciones de presión (figura. 6-21), cuando el compresor de tornillo es forzado aoperar con el mismo diferencial de conmutación que el del compresor de pistón (control encascada).

Explicación de la figura 6-22 con mínimo de 6.5 bar y control con vacío

Las presiones de trabajo mínimas y máximas requeridas en la red son 6.5 bar y 7.5 barrespectivamente. El compresor de tornillo entra primero a 7 bar para suministrar la cargabase con el compresor de pistón entrando a 6.5 bar para manejar la carga punta.Si la demanda cae y la presión aumenta, el compresor de pistón pasa a vacío cuando sealcanzan 7.3 bar, seguido por el compresor de tornillo a 7.5 bar. Si la demanda de aire seincrementa de nuevo y la presión cae a 7.0 bar, el compresor de tornillo entra de nuevo y

trata de cubrir la demanda. Solo si esto no es posible y la presión continua cayendoentonces enciende nuevamente el compresor de pistón 6.5 bar.


9

Compresor de tornillo

Control de vacío Δp=0.5 bar

ON: 7,0

Vacío: 7.5

ON: 8.0

vacío: 10

ON: 11vacío: 13

ON: 12,2Vacío: 13

10

12

7,5

6,5 7.5

10

10

13

13

M a x .

c o m p r e s s o r

p r e s s u r e i n b a

r

R e q u i r e d

m i n i m u m w

o r k i

n g

p r e s s u r e p i n b a r

Pistón compresor + tanque

Con contr ol stop/start- vacíoΔ = 2 bar Δ = 0.8 bar

ON: 9.3Vacío: 10

ON: 6.5Vacío: 7.3

ON: 7.5OFF: 9.5

ON: 9.0Vacío: 9.8

ON: 10OFF: 12

ON: 12Vacío: 12.8

Fig. 6-22: Ejemplo 1. Secuenciamiento de compresores de tornillo y pistón

Fig. 6-21: ejemplo de secuencias 1

red “ ptrabajo"

Compressor de tornillo/ carga

base

Compressor de Piston/

carga punta




Ejemplo 2En este ejemplo, el compresor de pistón tiene únicamente control encendido/apagado, porsu amplio rango de presión este no tiene influencia directa en el diferencial de conmutación

del compresor de tornillo (figura 6-23). La válvula permite la entrega de aire del compresorde pistón al tanque de almacenamiento y a la red únicamente cuando la presión de la red esmas baja que el seteo de la válvula. Esto significa que el tanque almacenador propio delcompresor de pistón esta siempre a mas alta presión que la red.

Explicación de la figura 6-25 con presión mínima de 7 bar y controlencendido/apagado

Las presiones de trabajo requeridas mínimas y máximas son 7 bar y 7.5 barrespectivamente.El compresor de pistón trabaja autónomamente como máquina para carga punta,manteniendo la presión en su propio tanque entre 8 y 10 bar.El compresor de tornillo trabaja para suministrar la presión base, entrando a 7.1 bar yllenando el tanque y la red a su presión máxima de 7.5 bar. Este compresor entra cuando la

presión cae más allá de 7.1 bar pero si su rango de suministro es insuficiente para satisfacerla demanda y la presión cae mas allá de 7 bar, la válvula reductora abre permitiendo pasaraire del tanque del compresor de pistón para llenar la red y establecer diferencia.


Compresor de tornil lo

Con control de vacío Δp=0.5 bar H i g h e s t

m a c h i n e

p r e s s u r e i n b a r

compresor de piston + tanque

control st art/stop

Δp = 2 bar H i g h e s t p r e s s u r e

o f e x i s t i n g

m a c h i n e i n b a r

R e d u c t i o n v a l v e

s e t t i n g i n b a r

7

9

12

7.5

10

13

10 7

12 9

15 12

ON: 7.1Vacío: 7.5

ON: 9.2Vacío: 10

ON: 12.2

Vacío: 13

ON: 8OFF: 10

ON: 10OFF: 12

ON: 13

OFF: 15

R e q u i r e d m i n .

w o r k i n g

p r e s s u r e p i n b a r

Fig 6-24: Ejemplo 2. Secuenciamiento de compressor de tornillo y pistón.

Fig. 6-23: ejempo 2

redp trabajo

Válvula

Compresor de pistón/ carga punta

Compresor de tornillo/carga base

Tan ue de aire




6.3.4 Secuenciador de carga base MAC 41

El MAC 41 combina una unidad de display, una unidad de control digital, un reloj de 7 días y

un transductor de presión en una carcaza compacta. El MAC 41 secuencia 2, 3 o 4compresores (incluyendo compresores de diferente capacidad) según la demanda de aireactual con control en cascada. El uso de un único sensor de presión común asegura que lapresión de red sea mantenida en una banda estrecha.

Funciones

· Seteo simple y preciso de la presión de entrada y salida de los compresores, con undiferencial de 0.1 bar.

· Cambio automático al switch de presión interno de los compresores en el caso defalla, y señalamiento de la falla con un contacto con un relé libre de potencial.

· Progamación llevada por menú con 3 teclas.· Control en respuesta de la demanda.· Conexión directa y simple a los compresores a través de una sola línea.· Seteo por grupos o número de compresores (incluso maquinas de diferentes

tamaños).· Display de los compresores en línea y condiciones importantes de operación.· Selección manual de los compresores para carga base.· Cambio automático de los compresores de carga base en varios grupos y periodos

ajustables de secuencias.· Reloj de 7 días para cambios de carga base y encendido/apagado de toda la

estación.· Carga de la red principal con encendido del compresor mas pequeño.· Re encendido de compresores después de falla


PROG MAC 41

Fig. 6-25: Secuencia con MAC 41




6.3.5 Controlador maestro MVS 8000 (1985)

El MVS 8000 es capaz controlar hasta 8 compresores. Los compresores conectados son

switchados en línea en secuencia dependiendo del número de horas que han trabajado bajocarga para asegurar utilización homogénea. El uso de control por banda de presión reduceel máximo de presión que los compresores tienen que lograr.

Funciones

· Se asegura presión de red constante y optima a ±0.1 con control por banda depresión.

· Todos los tipos de compresores pueden ser controlados solo con cambios mínimosen las maquinas existentes.

· Adquisición de datos de presión máxima y mínima, monitoreo de límites de presiónmínimos y alarma si se excede.

· Parametrización para tres turnos por DIA.· Control que responde con la demanda· Secuenciamiento equanime de los compresores en un grupo· Adquisición de datos por compresor: tiempo de uso total, tiempo en carga, fallas e

intervalo de mantenimiento.· Parametrización de indicaciones de mantenimiento individuales.· Arranque de compresores escalonado después de caída del sistema.· Concepto de continuidad con compresores capaces de funcionar

independientemente si fuera necesario.


Fig. 6-26: controlador maestro MVS 8000

MVS8000 F6F5F4S h

F3F2F1

RE SETTES T

S TOPOF F

SER VICE

STA RT

ON A U TO




6.3.6 VESIS, tecnologia de centro de control (1990)

VESIS es un sistema de administración de aire comprimido. Utiliza la

lógica de control de presión del Sigma Air Manager (SAM) y puedealmacenar todas las alarmas y mensajes de mantenimiento de unsistema de suministro de aire comprimido, no solo se dispone deinformación de compresores sino que también datos del tratamiento deaire y drenado de condensado.

VESIS es también capaz de controlar y coordinar diferentes sistemasde aire comprimido para satisfacer con exactitud las necesidades delusuario.

Conectando toda la estación de aire comprimido al VESISLos compresores se conectan al VESIS con Sinec L2 (Profibus). En elcaso de compresores viejos que no se le pueden adaptar un controlador Simatic, estos sepueden conectar de manera convencional.


Fig. 6-27: terminal VESIS

User’s- Computadorcontrol level

nivel de produccióny control deproceso

nivel supervisorio y deautomatización

SINEC L2 (Profibus)Nivel de control

Prozeß Proceso

Fig. 6-28: VESIS




Características especiales de VESIS

VESIS representa el nivel supervisorio y de automatización. Puede ser conectado vía L2 alos niveles de control de producción y proceso, e integrado a un sistema de mantenimiento

preventivo y de control unitario de compresores.

Dividir la carga total entre varios compresorespequeños tenia antes la desventaja que la entradaprogresiva de los compresores requería unincremento de la presión de 1 o 2 bar paraasegurar el correcto switcheo de cada compresor(control en cascada).Sin embargo, un incremento en la presión de solo1 bar representa un incremento del consumo depotencia de 6%. Es en este campo que el VESIS,basado en Simatic, ofrece una solución económicay practica, que permite según demanda, control debanda de presión de hasta 16 compresores paramantener la presión de la red entre una toleranciade ±0.1 bar.

La tecnología VESIS asegura utilización equivalente de todos loscompresores, mantenimiento preventivo altamente simplificadopara ahorro de costos. Un sistema integrado para medición yproceso permite detección temprana de anomalías y ayuda con elmantenimiento preventivo.


Fig. 6-29: Linking to VESIS

Fig. 6-30: fluctaciones reducidad depresincon control or banda de resion con VESIS

Fig. 6-31: mantemimientoreventivo coordiando




6.3.7 SIGMA AIR MANAGER (SAM)

Para ser capaces de controlar sistemas de aire fiablemente, se requiere un intercambio dedatos práctico entre el controlador maestro y los controladores internos de los compresores.Alto rendimeinto y gran capacidad de memoria son las más importantes características de lacomputadora industrial que es el corazón del SIGMA AIR MANAGER. El interfase maestroProfibus DP requiere de un único cable para intercambio rápido y seguro de gran volumende datos con SIGMA CONTROL, el controlador interno en los compresores, el cual tiene uninterfase de esclavo Profibus DP. Los componentes de este sistema de automatización

permiten un suministro de aire comprimido mucho mas fino, seguro y ahorrador de energíaque los secuenciadores de carga base con sus limitantes de transferencia y procesamientode datos.El Sigma Air Manager puede controlar 4, 8 o 16 compresores paradar al sistema, como se despliega en la lista de funciones yventajas, que puede almacenar, visualizarse y reaccionar amensajes de alarmas y presión en la red.Este controlador interno maestro puede ser supervisadoremotamente vía Internet y, con la opción Sigma TeleCare, sepueden incluso transmitir alarmas y mensajes de mantenimiento ateléfonos celulares predeterminados.


Fig. 6-32: Estación de aire comprimido con Sigma Air Manager

Fig. 6-33: mensajes del SAMtransmitidos a telefono celular




Ventajas decis ivas del SIGMA AIR MANAGER

Instalación e interconexión simple

El SIGMA AIR MANAGER y el SIGMA CONTROL tienen, los dos,interfases integrados Pofibus DP. Esto reduce el esfuerzo necesario decableado para el control de los compresores con el SAM hasta un únicocable con conectores standard Profibus DP. Ambos SAM 4/4 y SAM 8/4están preparados para montaje en pared para ahorrar espacio.

Estructura de menú claraCon su estructura clara y lógica el usuario es guiadofácilmente a los menús de opciones requeridos. Lacombinación de cuatro teclas de cursor y seis teclasmultifuncionales logra una selección rápida de menús de

opciones, con Iconos fáciles de entender y graficas de ayudapara la navegación. Una resolución de 240 x 128 píxeles hace del display serfácilmente leíble y una selección de 30 lenguajes hace la vidamás fácil a operadores en cualquier parte del mundo.

Únicamente unos pocos parámetros son necesariosEl ingreso de valores de banda de presión, valores consigna de presión,agrupamiento de compresores y el tipo de conexión del compresor,únicamente son suficientes para habilitar al SAM para controlar en formasegura y secuenciar la estación de compresores.Algunos parámetros adicionales pueden ser seteados individualmente paraadaptar la estación de compresores a cualquier condición de operación.

Control por banda de presión ahorrador de energíaManteniendo los compresores trabajando entre una banda depresión estrecha y siendo capaces de reconocer y acomodarse ala tendencia de la demanda, es la forma ideal de evitarinnecesaria presión final alta.Inversión se retorna rápidamente porque disminuir el máximo depresión por un bar únicamente significa 6 por ciento menos de la

potencia consumida por los compresores y 25 por ciento menosaire que se pierde en fugas.

Computadora industrial RobustaEl SIGMA AIR MANAGER es seguro porque esta basado encomponentes de hardware probado y testeado, de calidadindustrial.Su computadora especialmente desarrollada tiene alta capacidadde procesamiento (tecnología de 32 bits) y una gran memoria detrabajo. La capacidad de actualización simplifica la integración dedesarrollo de software mas avanzado. El sistema puede trabajar entemperaturas desde 0 a +40 °C sin ningún problema.

Gabinete con protección IP 54 garantiza la operación segura yfiable incluso en ambientes sucios y su estructura de acero protejesu electrónica de interferencias electromagnéticas.

6 Sistemas de Control

Fig. 6-37: presion final adecuada

Fig. 6-34:SAM montado en pared

Fig. 6-35: guia por menu del SAM

Fig. 6-36: Configuracion

Fig. 6-38: SAM con computadoraindustrial




SIGMA AIR CONTROL presentación visual básica (standard)Cada SIGMA AIR MANAGER contiene un servidor deinternet que puede desplegar el estado actual de la

estación de compresores visualmente como una paginaHTML. Esta pagina HTML contiene datos del sistema deaire, así como el estado actual operacional de loscompresores y el estado momentáneo del panel de controldel Sigma Air Manager, un perfil de la presión de la red dela ultima fase de operación y servicio y mensajes y alarmas. Toda esta información – protegida por pass Word – puedeser revisada desde cualquier PC con ayuda de un buscadorde Internet, sin necesidad de software caro.

Presentación visual SIGMA AIR CONTROL plus (opción)Paginas HTML generadas por el SAM plus visualizandatos almacenados en la memoria de bitácora delargo plazo. El acceso protegido por pass Word vía unbrowser de Internet, despliega perfiles de graficas dela presión de la red, FAD, rango de carga/vacío de loscompresores, ciclo de trabajo y consumo de potenciasobe un periodo de largo plazo y facilita auditoriaseficientes de aire comprimido. Los especialistas deKAESER evalúan la información como se requiera,para mantener el sistema de suministro de airecontinuamente ajustado a la demanda de aire en elmomento. El SIGMA AIR CONTROL plus estadisponible como una opción de suministro integradacon el equipo o como un adicional después, en paramontar en el slot PCMCIA. Es suficiente un PC conbrowser de Internet y no es necesario softwareseparado.

Versiones de SAM


Fig. 6-39: Visualisation

Fig. 6-40: Visualisation plus

SAM 4/4maestroProfibusRS232 / RS4854 Di 24VDC5 DO relés deconmutación1 AI 0-20mA (presión)1 AO 0-20mA

PCMCIA, Ethernet

SAM 8/4Maestro ProfibusRS232 / RS4854 DI 24VDC5 DO relé deconmutación1 AI 0-20mA(presión)1 AO 0-20mAPCMCIAEthernet

SAM 8/8Maestro ProfibusRS232 / RS48524 DI 24VDC16 DO relés deconmutación8 DO 24VDC4 AI 2x0-20mA, 2xPT1001 AO 0-20mAPCMCIAEthernet

SAM 16/8Maestro ProfibusRS232 / RS48548 DI 24VDC16 DO relés deconmutación16 DO 24VDC8 AI 4x0-20mA, 4xPT1002 AO 0-20mAPCMCIAEthernet

Fig. 6-41: versiones de SAM




Presión de red constante y óptima utilizando control diferencial óptimo de switcheo , evitando compresiónpor banda de presión , diferencial mínimo de 0.1 bar. alta innecesaria =ahorros energéticos

Requerimientos de alambrado muy bajos entre el costos de i nstalación bajos porque los compresoresSIGMA CONTROL y su periferia vía interfaces existentes y periféricos son fáciles de integrarProfibus-DB.

Medición de máximo y mínimo de presión vía entrada Información práctica de las condiciones de la red,analógica de 0...20mA, monitoreo de presión mínima, presión actual de red, monitoreo remoto =alarma de presión baja, salida de presión, señal 0...20mA. incrementa la fiabilidad operacional

Parametrización individual de 32 turnos por semana operación automática, adaptable fácilmente acondiciones de operación –

Alta f lex ib il idad.

Control según demanda. La selección correcta del tamaño del compresorrelacionada al consumo actual ahorra energía.

Selección uniforme de compresores en un grupo carga ecuánime de los compresores –permite servicio coordinado.

Adquisición de datos operacionales de cada compresor rápida comprensión del estado actual del sistema de aire–tiempo de trabajo, tiempo en carga, alarmas incremento de la fiabilidad operacional.

Y mantenimiento.

Mensajes automáticos predeterminados individualmente, indicación de mantenimiento –por máquina. Permite servicio coordinado

Arranque escalonado de los compresores después de un sin picos de corriente – sin sobrecarga del sistema paro. De alimentación de potencia

Concepto sencillo y práctico de emergencia, el sistema esta asegurado incluso si falla ellos compresores pueden funcionar independientes controlador –

fiabilidad operacional incrementada

Panel de control con display gráfico (240x128 pixels) operación simple, intuitiva con menús de textoy teclas, hasta 30 idiomas, menús textuales protección de acceso no autorizado – puede ser

cambiado en cualquier momento.

Con el SIGMA AIR CONTROL basic, los datos pueden ser el método más fácil de informarse del estado del sistemavisualizados con un browser de internet de aire comprimido desde cualquier lugar es el Internet, (RS 232, RS 485 Ethernet). Ejemplo el estado operación de los compresores

La integración de todo el sistema de aire comprimido: Selección de compresores y componentes de tratamientocompresores controlados por velocidad y proporcionalmente con relés con contactos o convertidor Profibuscon/sin SIGMA CONTROL, componentes de tratamiento. ->indicación del estado operativo.

Funciones y beneficios del SIGMA AIR MANAGER





6.3.8 Tele servicio

Todos los Sigma Air Manager pueden ser fácilmente integrables en

SIGMA TELECARE, una parte de Tele servicio de KAESER. Estaequipado con interfaces de modem vía los cuales todos los datosrelevantes pueden ser transferidos instantáneamente al centro deservicio de KAESER por SMS o vía la red telefónica. Las medidas de mantenimiento, preventivas y orientadas segúndemanda, tomadas después del diagnostico remoto puedenincrementar grandemente la disponibilidad y asegurar el suministrode aire comprimido.

Ventajas

Þ Diagnóstico remoto

Conocimiento inmediato del estado de la estación y encontrar fallas rápidamente

Þ Ajus te de parámetrosProducción económica de aire comprimido

Þ Mantenimiento preventivoReconocimiento de tendencias, advertencias tempranas, preventivas

Þ Mantenimiento relacionado con la demandaMáxima vida de los consumibles

Þ Monitoreo de máquina y sistemaAdquisición y visualización de datos de operación, un especialista de KAESER en ellugar

6. Sitemas de Control

Fig. 6-43: mensajes deteleservicio con un teléfono

Fig. 6-44: mensajes de Teleservicio desde una estación de compresores

RS 232




6.4 Sumario

El desempeño de los diferentes métodos de control y regulación de compresores de tornillodebe ser juzgado con una base económica. El prerrequisito más importante para laproducción económica del aire comprimido es básicamente un compresor eficiente. Sinembargo puede ser un buen controlador de carga parcial, pero este no puede mejorar laeficiencia básica de un compresor, más de lo que un gran rango de control puedeincrementar la economía de una maquina ineconómica. Esto se ve claramente en la figura6-45 que ilustra los diferentes métodos de producción de aire.Es importante en todos los casos que solo maquinas de buena eficiencia básica seanutilizadas. La ineficiencia no puede ser compensada por ningún rango de controlsobreproporcionalmente grande. Esto aplica a rango de control del 90%. Si la eficienciabásica de un compresor es baja, entonces tratar de igualar el suministro con la demandacon la variación de frecuencia (variación de velocidad) no lo mejorara. Esta opción cara es

muy desfavorable comparada con la combinación de una maquina de 9 m³/min y otra de 6m³/min con un controlador standard, con un sistema de control maestro usando control porbanda de presión.

Requerimiento de po tencia especifica para un suministro entre 3 y 15 m³/min:

Curva superiorMaquina controlada por frecuenciacon requerimiento alto de energíabásica.

Curva inferiorDos compresores eficientes de

entrega de 9 y 6 m³/minrespectivamente bajo control porbanda de presión de Kaeser.

Área sombreada: ahorros depotencia logrados con dosmaquinas pequeñas bajo control decarga parcial.

Área 1:El compresor con entrega de 6m³/min está suministrando la cargabase y la otra máquina es detenida.

Área 2:El compresor con entrega de 9m³/min está suministrando la cargabase y la otra maquina está enstand by.

Área 3:El compresor con entrega de 9m³/min está suministrando la cargabase y la otra máquina estásuministrando la carga pico.


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 5 10 15 20

Liefermenge m /min3

SpezifischerLeist.A auf kWmin/m

3

1 2 3

S p. -Leist. A a uf FU g ereg elt

kWmin /m3

S p. -Leist. A auf VES IS

kWmin /m3

Requerimiento específico de potencia kW/(m³/min)

Requerimiento de potenciaespecífica de una maquinacontrolada por frecuencia

Requerimiento de potenciaespecífica, compartida

Delivery [m³/min]

Fig. 6-45: Specific power consumption of a frequency-controlled machine comparedwith load splitting and pressure band control




Cuando se hace una comparación económica de varios sistemas de control, usualmentesolo las características del motor eléctrico son tomadas en cuenta, ignorando aquellas delcompresor como un todo. Una de estas características es el desempeño no lineal de la

unidad compresora de velocidad variable. No es posible controlar una unidad compresoraeficientemente en todo su rango de velocidad. Para lograr un rango de control que cubramás del 60% en un compresor de tornillo, su rango de velocidad en los dos lados de loóptimo, debe ser utilizado a su máximo.Esto disminuye, sin embargo, la eficiencia general de la máquina, como lo ilustra la figura6-46. Con el fin de lograr el mejor desempeño, una unidad compresora relativamentepequeña debe ser usada, girando a una alta velocidad. Una unidad compresoraespecialmente diseñada para máxima entrega va a tener una mejor eficiencia básica perono puede ser controlada en un rango grande de velocidad sin un efecto decremental de laeficiencia de la maquina como un todo. Su rango de control es preferible, sin embargo,comparado con una unidad compresora pequeña con alta velocidad.

Curva de arribaRequerimiento de potenciaespecífica del compresor como untodo considerando pérdidaseléctricas.

Curva de abajoRequerimiento de potenciaespecífica de una unidadcompresora solo relacionada consu arrastre en el eje en su entregay rango de velocidad


0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Liefermenge m/min3

Sp.-Leist. kWmin/m

3

S p. -Leist. A auf kWmin/m3

S p.-Leist. M a b . kWmin/m3

potencia específica kWmin/ m³

Delivery [m³/min]

Maquina como un todo

Solo unidad compresora

Fig. 6-46: Higher specific power requirement due to the electrical losses in the frequency controller




Dada la tecnología moderna disponible, se puede decir que un compresor controlado porfrecuencia ofrece ventajas económicas cuando se trabaja bajo condiciones de carga parcialhasta el 65% del máximo de la capacidad.

En un rango de regulación entre 65% y 100%, compresores standard con controlcarga/vacío/apagado son mas económicos que las maquinas controladas por frecuencia conunidades compresoras de baja eficiencia y, en el rango de 90 a 100%, son mas económicosque aquellos con unidades compresoras tomando en cuenta la alta demanda y el costo deinversión del motor variador de velocidad.Los sistemas de administración de hoy ofrecen mejores posibilidades que lossecuenciadores de carga base tradicionales incluso en condiciones de carga parcial menorque el 65% como máximo. Como esta ilustrado en 6.3.1, una carga pico de 15 m³/min puedeser suministrada por un numero de pequeñas maquinas, y con esto mejorando la economíabajo carga parcial y también haciendo posible el lograr mejores resultados de ciclos detrabajo.

Los ejemplos dados ilustran varias posibilidades de controlar una estación de compresores yasegurando suministro de aire fiable y económico pero de ninguno se puede en generaldecir que es ideal sin referencia de la aplicación específica y características de loscompresores. Es posible estandarizar controladores maestros con capacidad de conectarcompresores de varios tamaños pero una estandarización así no es posible para otrosmodos de control como el de variación por frecuencia.


0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 50 60 70 80 90 100

entrega %

Potencia de FC tipo 1 con unidad compresora pequeña

Potencia de modo Dual DSD 171 Potencia de división de carga, modelos CSD 102 – BSD 62

Potencia de FC tipo 2 (DSD 171)Linea ideal

100 % = 15 m³/min

100 % = 90 kW

p o t e n c i a %

40

Fig. 6-47: utilización de potencia relacionada con entrega en carga parcial




Cada aplicación debe ser analizada cuidadosamente para establecer si el rango de controlde un compresor, que no indica una característica de carga constante, es adecuada o no.Esto aplica a compresores de entrega variable, con excepción del control con rueda giratoria

de fluido, que es un método no adecuado para compresores de tornillo.

Soluciones predeterminadas no son recomendables, ya que pueden ser no solo más caras,sino pueden resultar más onerosas energéticamente y de alto costo desde el punto de vistadel mantenimiento. Obviamente hay casos en donde las soluciones de control de frecuenciaofrecen la mejor utilización de energía, pero estos deben ser ajustados a la aplicaciónespecífica. El control de velocidad variable puede ser realmente económico únicamentecuando el rango de control permanece entre el limite de lo que es razonable para la unidadcompresora en cuestión. Esto también aplica a maquinas con motores de 2 velocidades, Si,por querer incrementar el rango de control, se escoge una unidad compresora que es muypequeña, el propósito de usar control por frecuencia y motores de 2 velocidades, porejemplo para ahorrar energía, se forzan y el efecto es el opuesto, con pérdidas de energía y

costos de inversión mas altos. En muchos casos, ajustar la entrega de aire a la demandacon el uso de múltiples compresores bajo el control de un sistema moderno deadministración de aire, es la solución mas razonable.

El análisis de demanda de aire desarrollado por KAESER y las herramientas hacer modelos,conocidas como ADA y KESS, pueden indicar el camino a la respuesta mas económica.





7. Utilización de sistemas de recuperación decalor

7.1 Aplicación

7.2 Recuperación de Calor de Compresores deTornillo

7.3 Utilización de aire de enfriamiento de escapepara calefacción de espacios

7.3.1 Calor utilizable en el escape de aire de enfriamiento

7.3.2 Posibles ahorros mediante calefacción de espacios7.3.3 Ejemplo de demanda de energía calórica

7.4 Calefacción con agua caliente7.4.1 Recuperación de calor en agua caliente7.4.2 Ejemplo de instalación7.4.3 Ahorros totales posibles

7.5 Intercambiadores de calor

7.5.1 Agua caliente disponible mediante la recuperación de calordel aceite de compresor

7.5.2 Intercambiador de calor con placas7.5.3 Intercambiador de calor a prueba de fallas



Seminario sobre Aire Comprimido de KAESER 2

7.1 Aplicación

Teniendo en cuenta el creciente costo de la energía, su conservación no es sólo una medidaeconómica drástica sino también una necesidad ecológica. El calor que se recupera de loscompresores de tornillo, en forma de aire o agua caliente, puede ser útil en las siguientesaplicaciones:

Calefacción de espacios con airecálidoProtección contra el congelamientoProcesos de secadoAlimentación a sistemas decalefacción centralCalefacción de piletas de natación

Recintos de lavado y duchasCantinas y cocinas grandesCalefacción previa con aire dequemadorLimpieza de componentesAgua para lavado en la industriaalimenticia

Aplicaciones para el agua cal iente

Ilustración 2: Sistema de recuperación de calor que utiliza un intercambiador de calor con placas para calentar agua a 70º C

7 Utilización de Sistemas de Recuperación de Calor

30 °C

40 °C

50 °C

60 °C

70 °C

80 °C

14 %

29 %

51 %Temperatura inicial para

calefacción del edificio

Temperatura inic ial del agua

de radiador

Calefacción previa con agua, agua paraprocesos, aire de suministro, calefacción

bajo el suelo




7.2 Recuperación de Calor de Compresores de Tornillo

Los compresores principalmente generan calor. Aunque esta afirmación pueda parecer inverosímil, locierto es que el 100 por ciento del ingreso de energía eléctrica a un compresor se convierte en calor.La acción de compresión carga el aire del compresor con energía potencial. Esta energía es emitida,en el momento de la utilización, por el aire comprimido que se expande y extrae calor de lascercanías.La mayor proporción de la energía recuperable en forma de calor, un 72%, se encuentra en el aceitede enfriamiento inyectado del compresor, un 13% en el aire comprimido mismo y hasta un 9% esemitida por el motor de accionamiento hacia el aire de enfriamiento. En un compresor de tornillorotativo enfriado con aceite completamente encapsulado, se pueden recuperar inclusive las pérdidasdel motor eléctrico en forma de aire caliente. Esto eleva la proporción total de energía de entradadisponible en forma de calor hasta un sorprendente 94%. De la energía restante, 2 por ciento irradiadel compresor y 4 por ciento permanece en el aire comprimido (ver diagrama de flujo de calor).

El aire de enfriamiento de escape que se lleva el calor del compresor se puede utilizar en inviernopara calefacción directa de espacios o el aceite de enfriamiento del compresor, que pasa a través delintercambiador de calor, puede calentar agua (sistema de recuperación de calor PTG de KAESER).Este sistema también contribuye a ahorrar energía en verano. La ilustración de un compresor detornillo con sistema de recuperación de calor muestra el principio.Con ayuda del diagrama, la tabla y el ejemplo de cálculo, usted puede comprobar cuánta energía se

puede ahorrar en su aplicación mediante la recuperación de calor del compresor y que el costo delequipo se puede recuperar en una o dos temporadas de calefacción.


Fig. 7-2: Diagrama de flujo de calor

Calor irradiado delmotor de accionamiento(disipado en aire deenfriamiento) 9%

Calor recuperable delenfriador de aceite 72%

Calor recuperable delpost-enfriador de aire comp. 13%

Calor total disponible pararecuperación 94%

Energía eléctrica totalconsumida 100%

Calor irradiado delcompresor a las

cercanías

Calor quepermanece en el

airecomprimido4%




7.3 Utilización de Aire de Enfriamiento de Escape para Calefacciónde Espacios

El método más simple y directo de recuperación de calor generado en un compresor de tornillorotativo enfriado con aceite se realiza mediante la utilización directa del aire de enfriamiento que selleva el calor del módulo de compresión, el enfriador de aceite, el motor, etc. Este aire calentado sepuede conducir por tubos para ser utilizado en calefacción de espacios en depósitos y talleres, etc. (7-3).

El aire caliente también se puede utilizar para otras aplicaciones tales como secado, cortinas de airecaliente y aire de combustión de calefacción previa. Cuando no se necesita el aire calentado, unaaleta o rejilla manual o automática lo descarga fuera del edificio. Las rejillas se pueden regulartermostáticamente para mantener una temperatura constante y fija.El método de calefacción de espacios permite que se recupere el 94% de consumo de energíaeléctrica de un compresor de tornillo. Y se justifica su utilización, aun en pequeñas unidades, ya que

un compresor de 18.5 kW fácilmente puede generar suficiente energía para la calefacción de unacasa de familia típica.

Fig. 7-3: Aire de enfriamiento de escape utilizado para calefacción de espacios

Descarga enverano

Calefacción

en invierno





7.3.1 Calor Utilizable en Escape de Aire de Enfr iamiento

Modelo Calor utilizableVolumenutilizable

Aumento detemp ∆t

Costo de calefacciónahorrado** [€/a] en

kW MJ / h kcal / h M³ / h K 2,000 h 4,000 h

SX 3 2.5 9 2.147 1,100 7 282 563

SX 4 3.5 13 3.006 1,500 7 394 789

SX 6 4.6 17 3.951 1,500 9 518 1037

SM 8 6.2 22 5.326 1,500 12 699 1397

SM 11 8.4 30 7.216 1,500 17 946 1893

SK 21 12.2 44 10.480 2,500 15 1375 2749

SK 24 14.9 54 12.799 2,700 17 1679 3358

ASD 32 21.5 77 18.468 3,800 17 2423 4845

ASD 3725.4 91 21.818 3,800 20 2862 5724ASD 47 31.1 112 26.715 4,500 21 3504 7009

ASD 57 35.9 129 30.838 5,400 20 4045 8090

BSD 62 35.5 128 30.494 5,700 19 4000 8000

BSD 72 43.2 155 37.108 5,700 23 4868 9735

BSD 81 53 191 45.527 5,700 28 5972 11944

CSD 82 53 191 45.527 8,000 20 5972 11944

CSD 102 64 230 54.976 8,000 24 7211 14423

CSD 122 79 284 67.860 9,000 26 8902 17803

CSDX 137 94 338 80.745 13,000 22 10592 21183

CSDX 162 106 381 91.053 13,000 24 11944 23888DSD 141 82 295 70.437 9,000 27 9240 18479

DSD 171 98 353 84.181 14,000 21 11042 22085

DSD 201 118 424 101.361 16,000 22 13296 26592

DSD 241 142 511 121.977 21,000 20 16000 32000

DSD 281 171 615 146.888 21,000 24 19268 38536

ESD 251 137 493 117.682 21,000 20 15437 30874

ESD 301 187 673 160.632 28,000 20 21071 42141

ESD 351 227 817 194.991 28,000 24 25578 51156

ESD 361 210 755 180.388 27,000 23 23662 47324

ESD 441 244 878 209.594 34,000 22 27493 54987FS 440 269 968 231.069 40,000 20 30310 60620

GS 580 29.7 107 25.512 10,000 9 3347 6693

GS 590 29.7 107 25.512 10,000 9 3347 6693

GS 640 33.5 121 28.776 10,000 10 3775 7549

GS 650 33.5 121 28.776 10,000 10 3775 7549

HS 690 37.7 136 32.384 12,000 9 4248 8496

HS 760 42.4 153 36.421 12,000 11 4778 9555

Valores para compresores KAESER con carga máxima

** Valor de calefacción de aceite: 35.5 MJ /l; eficiencia de calefacción: 90 %; precio de aceite: €0.50 / l


Tab. 7-1: Ahorro de costos de calefacción por recuperación de calor de escape de aire de enfriamiento




7.3.2 Ahorros posibles de calefacción de espacios con calor recuperado

El aire de enfriamiento de escape que se lleva el calor del enfriador de aceite y el post-enfriador de aire comprimido del compresor de tornillo se conduce por tubo hacia un recintoadyacente (por ejemplo, un depósito). Esta fuente de calor alivia la carga al sistema decalefacción del depósito y así se ahorra aceite.

Ejemplo de cálculo: compresor de tornillo enfr iado con aire, modelo CSD 82

Potencia de eje de módulo de compresión (8 bar): 50.4 kWEficiencia de motor: 0.944

Período de calefacción: 125 díasPeríodo de carga del módulo de compresión: 8 horas/díaPrecio del aceite de calefacción: €0.50 /litroValor de calefacción específico del aceite: 35.5 MJ /l = 9.87 kWh/l (1 MJ =

0.278 kWh)Eficiencia de calefacción: 0.9

Consumo total de energía: = Potencia de eje de módulo de compresiónEficiencia de motor

= 50.4 kW = 53.4 kW0.944

Energía utilizable en aire caliente

= 94 % del consumo total de energía (ver diagrama de flujo)= 0.94 x 53.4 kW = 50.2 kW

Ahor ro:

Energía utilizable x tiempo con carga x precio del aceite de calefacciónValor de calor del aceite x eficiencia de calefacción

= 50.2 kW x 1000 h x €0.50 /l_

9.87 kWh/l x 0.9

= €2,825 por 1000 horas de carga





7.3.3 Ejemplo de Demanda de Energía Calórica

Calefacción de un edificio con 500 m² de área de superficie (Fig. 7-6)

Ejemplo de cálculo: compresor de tornillo enfriado con aire, modelo CSD 82

Consumo anual de energía según WSVO’95: 100 kWh / (m² a) Temporada de calefacción: 125 díasPeríodo de carga del módulo de compresión: 8 horas / día

Consumo total anual de energía:500 m² x 100 kWh / (m² y) =50,000 kWh / a

Período de calefacción por día: 50,000 kWh / a = 400 kWh / día125 días / a

Energía utilizable del CSD 82: 50.2 kW (ver página 6)

Energía utilizable para calefacción por día: 50.2 kW x 8 horas / día =401.6 kWh / día

Esto significa que los requerimientos anuales de calefacción de un edificio de 500 m² se puedencubrir mediante el calor recuperado de un compresor de tornillo CSD 82 simple.Esto depende del funcionamiento del compresor durante un tiempo determinado y se debe consideraruna reserva.


Fig. 7-6: Calefacción de un edificio con un área de superficie de 500 m² utilizando calor recuperado de un compresorde tornillo CSD 82

10 m

3 m50 m

Volumen = 1,500 m³~~~




7.4 Calefacción con Agua Caliente

7.4.1 Recuperación de Calor en Agua Caliente

Se puede recuperar el agua caliente para usos diversos desde un compresor enfriado ya sea con aireo agua mediante un intercambiador de calor (7-4) instalado en el circuito de aceite de enfriamiento delmódulo de compresión. Se utilizan intercambiadores de calor con placas o a prueba de fallas,dependiendo de que el agua se utilice para calefacción, lavado o duchas, o con fines de limpiezacomercial o de producción. Se pueden alcanzar temperaturas de agua de hasta un máximo de 70º C.La experiencia muestra que para compresores con capacidad mayor a 18.5 kW, los costosadicionales para estos sistemas de recuperación de calor se amortizan en dos años, siempre ycuando, desde luego, se haga una planificación correcta.

El calor de compresión que se lleva el aceite de enfriamiento del compresor se emite en elintercambiador de calor con aceite/agua. La válvula termostática 1 asegura que el aceite no emitademasiado calor y el compresor se mantenga a una temperatura operativa óptima.Si la demanda de agua caliente disminuye, el aceite de enfriamiento se desvía a través del enfriadorestándar integrado en el compresor, donde su calor se puede conducir por tubos para la calefacciónde espacios.

Aire comprimido

Aceite

enfriado

Acei te calient e

Intercambiador de calor

de aceite/agua

Agua caliente

Agua fría Aceite que se l leva el

calor de compresión

Válvulatermostática 1 Mezcla deaire/aceite

Válvula termostática2

Fig. 7-4: Recuperación de calor con un intercambiador de calor con aceite/agua





7.4.2 Ejemplo de instalación

Ahor ros por recuperación de calor para agua cal ienteEjemplo de cálculo: compresor de tornillo enfriado con aire, modelo CSD 82

Potencia de eje de módulo de compresión (8 bar): 50.4 kWEficiencia de motor: 0.944Período de calefacción: 125 díasPeríodo de carga del módulo de compresión: 8 horas/díaPrecio del aceite de calefacción: €0.50 /litroValor de calor específico del aceite: 35.4 MJ /l = 9.87 kWh/l (1 MJ = 0.278 kWh)Eficiencia de calefacción: 0.9

Consumo total de energía: =Potencia de eje de módulo de compresión Eficiencia de motor=50.4 kW =53.4 kW

0.944

Energía utilizable para calefacción de agua industr ial:= 72 % del consumo total de energía (ver diagrama de flujo)= 0.72 x 53.3 kW = 38.3 kW

Ahor ro:Energía utilizable x tiempo con carga x precio del aceite de calefacciónValor de calor del aceite x eficiencia de calefacción

= 38.3 kW x 1000 h x 0.50 €/l9.87 kWh/l x 0.9

= €2,155 por 1000 horas de carga

Fig. 7-5: Ejemplo de un sistema de agua caliente que utiliza calor recuperado

Compresor de tornillo

enfriado con aire

Tanque de agua

caliente

7 Util ización de Sistemas de Recuperación de Calor

Interruptor depresión paraválvula desolenoide

Agu a cal iente

para usuarios

Agua caliente Colchón deaire

A g u

a f r í a

Válvula termostática

Aceite fr ío Enfriador deaceite

Acei te

caliente

Acei te cal iente

Separador deaceite

Filtro de entrada

Post-enfriador de

aire comprimido

A c e i t e f r í o

V á l v u l a t e r m o s t á t i c a 1

Suminis tro de agua fría (tratada)

Válvula de solenoide

Sistema de

recuperación de calor




7.4.3 Ahorros totales posibles

Cálculo del volumen por hora de agua industrial que se puede calentar de 20 °C a 50 °Cutilizando la ecuación calorífica: Q =m x c x Δt donde: Q = Capacidad de calor (energía utilizable)m = Caudal de masacagua = Capacidad de calor específica Δ t = Diferencial de temperatura

Tomando, por ejemplo:

Q = 38.3 kWCagua = 4.18 kJ /(kg K) Δ t = 30 K 1 kW = 3600 kJ /h

If Q = m x c x Δ t

Así m = Q 38.3 kW x 3600 kJ /Hc x Δ t 4.18 kJ /(kg k) x 30 K kW

= 1099 kg/h = 1.1 m³/h agua caliente industrial

Cálculo de los ahorros de la energía restante que se encuentra disponible para calefacciónde espacios.El calor disponible del motor de accionamiento y el post-enfriador de aire comprimido =22 %

del consumo total de energía (ver diagrama de flujo de calor). Energía restante para calefacción de espacios:0.22 x 53.3 kW = 11.7 kW

Ahor ro:

Energía utilizable x tiempo con carga x precio del aceite de calefacciónValor de calor del aceite x eficiencia de calefacción

= 11.7 kW x 1000 h x €0.50 /l9.87 kWh/l x 0.9

= €658 por 1000 horas de carga Cálculo de ahorro con calefacción de agua industrial y calefacción de espacios: Ahor ros totales

€2155 (agua caliente industrial) €658 (calefacción de espacios)

€2,813 por 1000 horas de carga





7.5 Intercambiadores de Calor

7.5.1 Agua caliente disponible mediante recuperación de calor del aceite

del compresor

Modelo Potencia demotor Calor máximo disponib le

Volumen deagua

t Aus = 70 °C ∆t = 55K

Ahorros *** [€/y] kW kW MJ / h kcal / h m³ / h En 2,000 h

ASD 32 18.5 16.4 59 14,087 0.26 1848 ASD 37 22 19.3 69 16,579 0.30 2175 ASD 47 25 23.9 86 20,530 0.37 2693 ASD 57 30 27.6 99 23,708 0.43 3110 BSD 62

30

27.0

97

23,193

0.42

3042

BSD 72 37 33.3 120 28,604 0.52 3752 BSD 81 45 40.8 147 35,047 0.64 4597 CSD 82 45 40.8 147 35,047 0.64 4597 CSD 102 55 49.4 178 42,434 0.77 5566 CSD 122 75 62 223 53,258 0.97 6986 CSDX 137 75 73 263 62,706 1.14 8225 CSDX 162 90 84 302 72,155 1.32 9465 DSD 141 75 65 234 55,835 1.02 7324 DSD 171 90 78 281 67,001 1.22 8789 DSD 201 110 93 335 79,886 1.46 10479 DSD 241

132

114

410

97,925

1.79

12845

DSD 281 160 138 496 118,541 2.16 15549 ESD 251 132 110 396 94,489 1.72 12395 ESD 301 160 146 525 125,413 2.29 16451 ESD 351 200 180 647 154,619 2.82 20282 ESD 361 200 169 608 145,170 2.65 19042 ESD 441 250 197 709 169,222 3.08 22197 FS 440 250 209 752 179,529 3.27 23550 GS 580 315 263 946 225,915 4.12 29634 GS 590 315 263 946 225,915 4.12 29634 GS 640 355 296 1,065 254,262 4.64 33352 GS 650

355

296

1,065

254,262

4.64

33352

HS 690 400 334 1,201 286,904 5.23 37634 HS 760 450 376 1,353 322,981 5.89 42367

Valores para compresores KAESER con carga completa.*** Valor de guía calculado, desviaciones debidas a condiciones de instalaciones posibles.Valor de calefacción de aceite de calefacción: 35.5 MJ /l; eficiencia de calefacción: 90 %;precio del aceite de calefacción: €0.50 /l

Tabla 7-2: Costos de calefacción ahorrados or recu eración de calor del aceite de com resor en forma de a ua caliente





7.5.2 Intercambiador de calor con placas

El intercambiador de calor con placas está hecho con placas prensadas de acero inoxidableresistentes al ácido (hasta 200 según el modelo) soldadas en un horno de vacío con 99.9 %de soldadura de cobre puro. La turbulencia que se crea por la forma de las placas da comoresultado una excelente transferencia de calor. Cada placa está ubicada a 180 grados de lasiguiente, creando puntos máximos de contacto en toda la superficie de transferencia.

Las placas pueden alcanzar 80º C, por lo tanto se aísla el intercambiador para evitarlesiones por quemaduras. Se puede calentar el agua a 70º C para fines industriales y elintercambiador se puede instalar en una planta existente.

Aplicac iones

Planta de lavado

Industria química y farmacéuticaGalvanización Limpieza de materiales

è No apto para agua potable.

Entrada deaceite

Salida de agua

Salida de

aceite Entrada de agua

Fig. 7-7: Intercambiador de calor con placas





7.5.3 Intercambiador de calor a prueba de fallas

El intercambiador de calor a prueba de fallas es una variante del intercambiador de tubosmúltiples. El tubo que lleva el agua que se ha de calentar se ubica dentro de otro tubo y elespacio entre ellos está cubierto por un fluido inocuo de transferencia de calor. Los tubosestán rodeados por la envoltura, a través de la cual fluye el aceite caliente de compresor. Sialguno de los tubos se rompiera, por corrosión o daño mecánico, no existe posibilidadalguna de que el aceite y el agua se mezclen. En cambio, la presión del fluido detransferencia de calor aumentará y será detectada por el monitor de presión, que puedeenviar una señal de alarma o desactivar el compresor.Con este dispositivo, el agua se puede calentar a unos 70º C.Si no hay demanda de agua caliente, el aceite de compresor se desvía hacia el enfriadorinterno de la máquina de modo que siempre se asegure la temperatura máxima de lamáquina. El intercambiador a prueba de fallas resulta esencial donde el agua caliente debe

retener su calidad de potable y se debe descartar cualquier posibilidad de contaminacióncon aceite.

Aplicac iones

Procesamiento de alimentosCalentamiento de agua potableIndustria química y farmacéuticaCantinas y cocinas grandesBaños y duchas

Fig. 7-8 Intercambiador de calor a prueba defallas serie SWT

Monitor de presión

Fluido de transferencia de calor

Tanque de cabecera

Entrada de aceite decompresor

Salida de compresorde aceite

Salida deagua

Entrada deagua






8.1 Reparto de costos8.1.1 Amortización de la deuda8.1.2 Costo del consumo eléctrico.8.1.3 Costo de mantenimiento.

8.2 Configuración eficiente del compresor8.2.1 Reparto de la potencia en el compresor.8.2.2 Caudal entregado y estandarización.

8.2.3 Comparación entre compresores de tornillo yturbocompresores.

8.2.4 Comparación entre compresores lubricados por aceite ylibres de aceite.

8.2.5 Comparación entre costes de refrigeración por agua y poraire.

8.2.6 Impulsión optimizada.

8.3 Cálculos económicos8.3.1 Costos energéticos.8.3.2 Cálculo económico total.




8.1 Reparto de costos

Costo energético: € 0.08 /kWh Presión de trabajo: 7.5 bar

Periodo: 5 años Refrigeración por aire

% Interés: 6 % Calidad del aire comprimido (ISO 8573-1): Aceite 1

4,000 horas/año, caudal: 20 m³/min Partículas 1Agua 4

Fig. 8-1: Reparto de costos de una estación de aire comprimido eficiente

8.1.1 Amortización de la deuda

Definición

La deuda es amortizada por pagos regulares de interés más una parte de la suma principal,

y una deuda en la que los pagos regulares no cambian, por la disminución del interés de lasuma que queda por pagar y siendo igualada por un incremento de la suma principal, sellama anualidad

Es muy útil calcular el desembolso sobre el periodo normal de liquidación, de cinco años,usando el interés actual. Los costos de inversión juegan un papel secundario en el total delos costos de producción de aire comprimido, tal y como se muestra en el recuadro fig. 8-1.Es recomendable el volcarse en una estación de aire comprimido de alta calidad, incluso sila inversión es más alta, ya que cualquier ahorro en la inversión de la estación essobrepasada con creces por los costos de mantenimiento y, sobre todo, de consumo.

C o m m i s

s i o n i n g a n d t r a i n i n g

T r a t a m i e

n t o d e c o n d e n s a d o s

I n s t a l a c i ó n y s i s t e m a s d e

c o n t r o l .

I n v e r s

i ó n e n u n a p l a n t a d e

t r a t a m

i e n t o

I n

v e r s i ó n e n c o m p r e s o r e s

M a n t e n i m i e n t o d e l a p l a n t a d e

t r a t a m i e

n t o

M a n t e n

i m i e n t o d e c o m p r e s o r e s

C o n s

u m o d e l a p l a n t a d e

t r a t a m i e n t o

C o n s u m m

o d e l o s c o m p r e s o r e s

Reparto de costos de una estación de aire comprimido eficiente




Seminario de Aire comprimido KAESER 3

8.1.2 Costo del consumo eléctr ico

Al contrario que la inversión inicial, el costo energético representa una parte sustancial (70-90%) de los costos totales de la producción de aire comprimido, dependiendo del periodo de

funcionamiento de la estación. Es el factor más alto en el costo de producción de airecomprimido (ver fig. 8-2).

Gran consumidor Consumidor medio

Pequeñoconsumidor

1) Nivel de uso 5 5 7

2) Pico de carga 1,872 kW 467.2 kW 105.3 kW

3) Consumo anual 10,784,236 kWh 2,177,136 kWh 174,052 kWh

4) Horas de funcionamiento al

año

5,761 4,660 1,653

5) Precio del consumo (kWh) €0.057 €0.0586 €0.0683

6) Pago nivel de uso (kWh) €0.0184 €0.0216 €0.0761

7) EEG (kWh) €0.0062 €0.0062 €0.0062

8) KWKG (kWh) €0.0005 €0.0006 €0.0021

9) Impuestos (kWh) €0.0123 €0.0124 €0.0135

10) Pago concesión (kWh) €0.0011 €0.0011 €0.0011

11) Precio total / kWh €0.0955 €0.1005 €0.1673

Explicación1) Nivel 5 = Consumidor de media tensión.

Nivel 7 = Consumidor de baja tensión.2) La más alta de las cargas medias medidas en un periodo de 15 minutos en un año

fiscal.3) Consumo total anual.4) Horas de funcionamiento al año = consumo total anual / pico de carga

5) El precio depende de la curva de consumo específico del cliente, basado en el preciode mercado de 23. 06. 2005: Base Cal06 = €43.14 /kWh, Pico Cal06 = €60.70 /kWh.

6) Calculado según la compañía suministradora y el nivel de uso.7) Ley de energías renovables; precio basado en el segundo trimestre de 2005.8) Extra por el mantenimiento, modernización y ampliación de la potencia; precio base de

01.01.2005: hasta 100,000 kWh = €0.00334, por encima de 100,000 kWh = €0.0005.9) El impuesto reducido por uso industrial es: hasta 25,000 kWh = €0.0205; por encima de

25,000 kWh = €0.0123 per kWh.10) El pago de los derechos de establecimiento de la compañía sumistradora a las

autoridades.11) Total más el IVA (16 %, hasta final de 2006)


Fig. 8-1: Detalle del costo eléctrico en 10/2005 (en Alemania)




8.1.3 Costo de Mantenimiento

En la Fig. 8-3 se muestra el costo de mantenimiento de los diferentes tipos de compresordependiendo de su capacidad y por un periodo de funcionamiento de 10 años. Los datosestán basados en la experiencia de cada fabricante.


Base

Precio electricidad: €0.08 – €0.12 /kWhPeriodo de depreciación: 5 añosInterés: 6 %

Fig. 8-2: Resumen de los costosde aire comprimido para 1, 2 y 3turnos de trabajo.

300

250

200

150

100

50

0

C o s t e d e m a

n t e n i m i e n t o m e d i o p o r

1 m ³ / m i n p r o d

u c i d o e n E u r o s .

10 50 90

Caudal en m³/minFig. 8-3: Comparación de los costos medios de mantenimiento anual de los diferentes tipos decompresor basada en 2.000 h de trabajo al año, en 10 años.

Compresor de tornillo no lubricadopor aceite.

Compresor de tornillo lubricado poraceite.

Turbo

65-73 %

76-84 % 78-87 %

25-33 %

13,5-21 %

10,3-18 % 2 %

2,5 % 2,7 %

%

Costo energético

Inversión

Costos de mantenimiento




Mantenimiento llevado a cabo por técnicos entrenados por el fabricante.

Ventajas

Costos energéticos bajo control.

Seguridad jurídica en toda ladocumentación del servicio.

Los técnicos oficiales Kaeser estánplenamente cualificados y autorizados.

Protección del medio ambiente segúnISO 14001.

Introducción de los avancestecnológicos.

Explicación

Eliminación de fugas, pérdidas de presión yuna innecesaria operación en vacío.

Los costos energéticos suponen más del75 % del total de aire comprimido producido.

Controles de seguridad llevados a caboregularmente para asegurar que las cláusulasdel seguro no están comprometidas.

La estación de aire comprimido debe de ser

inspeccionada cada año por un expertoautorizado.Cambios en las leyes de seguridad e

higiene en el trabajo, acarrean másresponsabilidad para el usuario.

El personal de Kaeser está autorizado parainspeccionar depósitos de presión ycomprobar posibles pérdidas en los circuitosde refrigeración.

Reducción de las emisiones de CO².Se desecha correctamente el aceite usado,

materiales en contacto con el aceite y loscondensados.

Las innovaciones son rápidamente dadas aconocer a nuestro departamento de serviciotécnico, asegurando una planta optimizadapara el usuario.

Una estación de aire comprimido, no es un

conjunto de dispositivos individuales sino launión de energía, seguridad y calidad.

Fig. 8-4: Servicio técnicoKaeser


Tabla 8-2: Ventajas de nuestroservicio técnico




8.2 Configuración eficiente del compresor

8.2.1 Reparto de la potencia en el compresor

El rendimiento de un compresor no recae únicamente en el caudal entregado, la potencianecesitada para producir ese caudal es muy importante. La falta de unificación y claridad enla terminología respecto a la medición de la potencia dificulta la realización de comparativas.En la Fig. 8-5 se muestran algunas definiciones.

Si además se incluye en la máquina un motor ventilador y una bomba de aceite, tambiéndeben de considerarse a la hora de calcular la potencia. Para el usuario es, además,interesante el comparar la potencia del motor con la potencia nominal, para identificarposibles sobrecargas.


Consumo eléctrico del moto-ventilador, sise encuentra separado.

Potencia del motor:La potencia mecánica en el eje del motor ,en kW, que el motor es capaz de dar al

100% de la carga sin problemas. Seencuentra en la placa de característicasdel motor.

Potencia en el eje delbloque compresor; la

potencia requerida para

mover el bloque.

+ Pérdidas en la transmisión por

el uso de correas o

engranajes.

+

Pérdida por el ventilador de

refrigeración, si está montado = Potencia del motor: Lapotencia mecánica,en kW, que el motorpuede entregar en eleje.

Pérdidas internas

producidas por el

rendimiento del

motor.

Motores con IP-54 sonmás eficientes que

motores con IP-23. La potencia entregada por el

motor no debe sobrepasar

mucho la potencia nominal,

ya que se perdería la reserva

que poseen los motores conaislamiento clase F.

Una buena

refrigeración significa

una baja temperatura

de salida del aire

comprimido.

Las pérdidas en la transmisión por

correas y engranajes, son

prácticamente las mismas. No hay

pérdidas en acoplamiento directo..

Consumo Eléctricototal

Fig. 8-5: Reparto de potencias en el compresor

Valor puramente teórico.




8.2.2 Caudal entregado y estandarización

El caudal efectivo (V1) no es el caudal entregado por el compresor, es el caudal efectivomedido respecto a las condiciones de entrada.

Usando esta conversión es más fácil contrastar el consumo total de la red de airecomprimido a varias presiones con el caudal entregado por el compresor.

En la máquina que está sometida a medición, es de gran importancia conocer la presión desalida del bloque compresor, así como las condiciones a las que el caudal es referido ydiversas condiciones de la medición.

Presión de

salida p2 Caudalentregado V2

Temperatura desalida T2

Temperatura de entrada T1

Presión a la entrada p1

Humedad Relativa Frel 1

V2 x p2 x T1 V1 =

T2 x p1


Rendimiento

del motor

DIN

kWh

Potencia del

motor

ISO ...

Caudal

Fig 8-6: Schwieriger Vergleich von Angaben der Kompressorenhersteller

Fig. 8-7: Medición caudal




8.2.3 Comparación entre compresores de tornillo yturbocompresores.

Normalmente es complicado comparar compresores grandes, capaces de entregar más de50 m³/min, pero un método es comparar su potencia específica, como muestra el siguientegráfico.

ComparaciónEl caudal puede estar expresado respecto a las condiciones estándar o al flujo de masa. Lapotencia específica está referida al caudal en condiciones estándar a diferentestemperaturas de entrada. La temperatura media anual en Europa es algo menor de 10 ºC,en cuyo caso, el compresor de tornillo presenta una mejor potencia específica.


Compresor de torn illo kW /(m³/min)

Turbocompresor kW /(m³/min)

Caudal estándar m³/min

Flujo de masa kg/min

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10- 0 8 15 25 35

Ansaugtemperatur °C

kW /(m³/min)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

kg/min

m³/min

-10

Temperatura de entrada °C




8.2.4 Comparación entre compresores lubr icados por aceite y libresde aceite.

A la hora de elegir un compresor, suele plantearse la disyuntiva entre un compresorlubricado por aceite y un compresor libre de aceite, el siguiente gráfico muestra lacomparativa entre la potencia específica de los dos tipos de compresores, usando motoresen el rango de potencias entre 2,2 y 355 kW. El mantenimiento y los costes energéticostambién tienen que tenerse en cuenta cuando se deba tomarse la decisión.


P o t e n c i a e s p e c í f i c a e n

k W

/ ( m ³ / m i n )

Compresoreslibres de aceite

Compresores lubricados por aceite

2.2 4 7.5 11 18,5 30 45 75 110 160 250 355

Potencia del motor en kW

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Fig. 8-11: Potencia específica de compresores lubricados por aceite y libres de aceite a 7 bar.




8.2.5 Comparación entre costos de refrigeración por agua y por aire.

El método de refrigeración del compresor juega un papel muy importante en la economía della producción del aire comprimido. Como se puede observar en el siguiente gráfico, larefrigeración por aire acarrea un menor costo.

Valores tomados

Costos del agua: €0,20 /m³ 1)

Costos energéticos: €0,08 /kW 2)

Horas de marcha: 4,000 p.a.

InstalaciónRefrigerada por aire con canalizaciones para la entrada y salida del aire o refrigerada poragua con conexión al circuito de refrigeración. Las máquinas refrigeradas por agua tambiénnecesitan refrigeración por aire.1) Incluyendo costos de funcionamiento de las bombas de agua, torre de refrigeración,tratamiento de agua, y rellenado de agua.2) Para el/los motor ventilador(es)

Compresores refrigerados por aire

Es muy importante que el motor ventiladorsea lo suficientemente potente para laextracción y con suficiente empuje paravencer la resistencia de una posiblecanalización de salida.

Compresores refrigerados por agua

Los radiadores para el aceite y el airecomprimido son refrigerados por agua. Enalgunos casos un motor ventilador esinstalado para evacuar el calor del interiorde la máquina.


110 132 160

200 250

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

€ p.a.

Potencia del motor (kW)

Costos de refrigeración

Aire

Agua

Fig. 8-12: Costes de refrigeración por agua y aire.




power

Insulation class F

Insulation class B

t e m p e r a t u r e

8.2.6 Impulsión optimizada

Motores EPACT

Un reciente desarrollo en la reducción de los costos energéticos, en los modernoscompresores de tornillo, ha sido la incorporación de motores EPACT. Todo empezó enEstados Unidos, en los años 70, para reducir el consumo de los motores asíncronostrifásicos; con la estipulación, en 1975, de unos mínimos requerimientos de eficiencia, queculminaron en la Política de la Conservación Energética, “Energy Conservation Policy Act“(EPACT) en 1992. Esto se hizo efectivo a partir de 1997 y los estrictos requerimientos queimpuso fueron adoptados por Kaeser como especificaciones estándar el siguiente año.Mientras tanto, la clasificación de motores EPACT respecto al rendimiento y el consumo hasido adoptada en Europa bajo la etiqueta EFF1, dando muchas ventajas al funcionamientode los compresores.

1. Funcionamiento a más bajas temperaturas El motor del compresor entrega potencia a través de su eje y es tomada por el bloquecompresor para comprimir aire, en este proceso se produce un calentamiento de ciertoscomponentes y fricción en losrodamientos del motor,representando perdidas internas.Estas pérdidas pueden ser dehasta el 20 % en pequeñosmotores y del 4-5 % en motores demás de 160 kW. La nueva gama demotores EPACT y EFF1 producenmucho menos calor y por lo tanto

menores pérdidas. Un motorconvencional con aislamiento claseF funciona a una temperatura deunos 80 ºC, con una reserva de 25K. Sin embargo, los nuevosmotores de alto rendimientotrabajando en las mismascondiciones trabajaría a unatemperatura de unos 65 ºC,aumentando la reserva a 40 K. (Fig. 8-13).

2. Una vida más larga Menores temperaturas de funcionamiento, implican menos estrés térmico en el motor, con loque los rodamientos y los terminales ven alargada su vida operativa

Ejemplo dereducción de costosenergéticos

Motor Estandar Motor EPACT

Potencia 15 kW 15 kW

Rendimiento 85 % 89 %

Pérdidas de potencia 2.25 kW 1.65 kW

Ahorro 600 W

Ahorro energético anual(8,670 h; €0.08 /kWh) €416.16


Fig. 8-13: Calentamiento de los bobinados

Tabla. 8-4: Ahorro energético con motores EPACT




Operación del bloque compresor de un compresor de tornillo.

La potencia específica de un compresor de tornillo viene dada por la relación entre el caudaly la potencia consumida. La figura Fig. 8-15 ilustra que la utilización óptima de un bloquecompresor se alcanza a una determinada presión y velocidad.

Curva de la potencia específica de un bloque compresor a 7 bar según velocidad y caudal.


500 0

5.5

6.0

6.5

Bloque compresor

7.0

1000 1500 2000 2500 3000

kW min m³

Potencia específica

Punto de operación optimo

Velocidad rpm -1

m³/min Caudal (FAD) 9 14 19 24

Fig. 8-15: Potencia específica de un bloque compresor

Potencia del motor en %

0

100 105 - 110

R e n d i m i e n t o %

Anteriores

Nuevos

Fig. 8-14: Desarrollo de los motores eléctricos hasta los EPACT



Seminario de Aire Compresores KAESER 14

Acop lamiento di recto entre motor y bloque compresor .

En la fabricación actual de compresores de más de

18,5 kW y en el rango de presión entre 5,5 y 15 barse utiliza el acoplamiento directo entre el motor y elbloque compresor, con el objetivo de trabajar en lazona de mejor potencia específica.

Esto significa que el bloque y el motor giran a lamisma velocidad sin perdidas en la transmisión.

Es más, los bloques compresor que trabajan a relativamente bajas velocidades, como 3000,1500 o 1000 rpm tienen un duración más larga, así como los motores a los que están

acoplados


Uso de los bloques en el punto óptimo de operación

14

5.5

6.0

6.5 Bloque 1

Bloque 2 Bloque 3 Bloque 4

7.0

18 23 30

kW min m³

Potencia específica

m³/min Caudal (FAD)

Puntos de operación de cada bloque

Fig. 8-17: Potencia específica de diferentes bloques compresor a 7 bar y 1500 rpm.

Fig. 8-16: Acoplamiento directo




Los más avanzados fabricantes de compresores son capaces de hacer bloques de bajavelocidad para cada gama de compresor, y hacerlos trabajar en sus zonas de operaciónoptima. Estos tienen grandes ventajas sobre la mayoría de los compresores del mercado

que usan bloques de alta velocidad y transmisión por correas o engranajes (Fig. 8-18).Como el consumo de energía representa entre 70-80 % del total de los costos de producciónde aire comprimido, esto conlleva a un ahorro considerable por parte del usuario.Bloque de pequeño tamaño => mayor velocidad => mayor potencia específica => menorduración => menor inversión => mayor costo en el total de la producción de aire comprimido.

La tecnología disponible puede reducir los costos energéticos considerablemente.(ver Fig. 8-19).


6.0

6.,5

7.0

kW min m³

Potencia

específica

Zonas de uso de los bloques

Bloque más pequeño Bloque más grandeBloque 2

Punto de operación óptimo 5.5

rea de uso másfrecuente*

Zona óptima de uso*

Bloque 1

Fig. 8-18 Zona de uso de los compresores de tornillo Caudal m³/min

Costo energético (%)

80

70

90

60

100 ca. 6%

ca. 4,5%

ca. 10%

ca. 10%

Ahorro potencial

Minimizar el consumo de aire minimizandolas fugas reduciendo la presión. Se puedereducir la presión hasta 1 bar con el uso deun controlador.

Mejor utilización mediante el uso deun controlador moderno basado enun PC industrial.

Por el uso de modernosbloques, transmisióneficiente y motores EPACT.

Ahorro energéticopotencial por el uso deun controlador delcompresor moderno

Fig. 8-19: Ahorro energético mediante un sistema óptimo.




8.3 Cálculos económicos

8.3.1 Costos energéticos

Para un cálculo simple de los costes energéticos a plena carga se puede usar lasiguiente fórmula.

ENTRADA FORMULA CÁLCULOS

En estos cáculos no se ha tenido en cuenta el consumo de los compresores en el caso de trabajar en

vacío.

Potencia consumida total

FAD de la unidad completa

= Potencia específica

Motor.Potencia nominal:A la máxima presión (g)

Rendimiento:

Motor v entilador (si está instalado)

No. unidades:

Potencia nominal:

Rendimiento:

kW

0.

kW

0.

Potencia nominal

Rendimiento

+Pot. Nomin. Motor ventilador x No. unidades

Rendimiento motor ventilador

= Potencia cons umida total

kW

+ =

kW kW x

0.

=

Consumo eléctrico total

¿Que caudal conocemos ?FAD del bloque compresorSegún ISO 1217: 1996 Anexo B

FAD de la máquina comp leta?Según: ISO 1217: 1996 Anexo Ca la máxima presión (g)

Teórico m³/min

Practico m³/min

0.

=

Potencia específica a lamáxima presión (g)

kW

m³/min

Consumo de aire:

Horas de trabajo anuales:(1, 2 o 3 turnos)

Precio del kWh.

m³/min

h/a

€/kWh

x xkW/(m³/min) m³/min

xh/a €/kWh

=

Costo energético

€/año

kW/(m³/min)

Potencia Consumo deEspecífica x aire x

Horas de Trabajo x CostoAnuales Eléctrico

= Costo energético anual





8.3.2 Cálculo económico total

Consumo de aire 1,000 m³/año 1,800 Días de trabajo: 250

Horas de trabajo Horas / año 6,000

Interés % 6 Caudal: 5.00 m³/minPeriodo de depreciación años 5

Costo energía eléctrica Euro / kWh 0.08

Costos agua de refrigeración Euro / m³ 0.25

Costos de aceite Euro / litre 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Cálculo de costos de mantenimiento Si / No No

Cálculo de costos de aceite Si / No No

Compresor 1 Compresor 2 Compresor 3 Compresor 4 Compresor 5

Modelo de compresor BSD 72 A B C D

Fabricante KAESER Competidor A Competidor B Competidor C Competidor D

Fabricante del bloque KAESER Competidor A Competidor B Competidor C Competidor D

Modelo de bloque SIGMA

Tipo de bloqueLubricado poraceite

Lubricado poraceite

Lubricado poraceite

Lubricado poraceite

Lubricado poraceite

" "=Lubricado por aceite; 1=Libre de aceite;2=pistón;3=Turbo; 4=Rotativo; 5=DkBNº máquinas trabajando de base 0 0 0 0 0

Nº máquinas cubriendo los picos 1 1 1 1 1" "=refrig. por aire; 1=refrig. por agua 1 1

Refrigerante Aire Agua Agua Aire AireExtractor separado Si / No Si Si Si Si Si

Presión máxima de trabajo bar 8 8 8 8 8Presión mínima de trabajo bar 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Caudal a la máxima presión m³ / min 6.98 6.60 6.00 5.76 5.70Velocidad del bloque, 1º etapa rpm 2,960 3,467 6,270 6,101 2,965

Velocidad del bloque, 2º etapa rpm-1 0 0 0 0 0Potencia del motor kW 37 37 37 37 37

Velocidad del motor rpm 2,960 2,960 3,000 3,000 2,965Carga del motor a la máxima presión % 111.76 114.32 103.35 100.81 91.35

Potencia entregada del motor a máxima presión kW 41.35 42.30 38.24 37.30 33.80Rendimiento del motor % 94.00 92.50 92.50 90.00 92.20

Empuje residual del extractor kW 0.70 0.08 0.12 1.10 1.10

Rendimiento del motor del extractor % 71.0 77.00 76.00 70.00 70.00

Consumo eléctrico a máxima presión kW 44.98 45.83 41.50 43.02 38.23

Potencia específica kW / m³ / min 6,443 6,944 6,916 7,468 6,707

Potencia del motor en vacío kW 8.70 8.20 8.80 8.60 8.00Rendimiento del motor % 89.00 89.00 88.00 80.00 88.00

Consumo eléctrico en vacío kW 10.76 9.31 10.16 12.32 10.66Proporción tiempo en paro respecto a vacío % 90 90 90 90 90

Agua de refrigeración m³ / h 0.0 2.3 2.0 0.0 0.0

Carga de aceite l 26.0 17.9 25 25 25Intervalo cambio de aceite h 0 0 0 0 0

Tiempo de la máquina trabajando de base h 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Tiempo de la máquina cubriendo picos h 4,298.0 4,545.5 5,000.0 5,208.3 5,263.2

Tiempo en vacío h 170.2 145.5 100.0 79.2 73.7

Tiempo en paro h 1,531.8 1,309.1 900.0 712.5 663.2

Precio de compra Euro 22,510 23,250 23,180 27,200 23,040

Costo del capital Euro / Año 5,312 5,487 5,470 6,419 5,437

Costo del aceite Euro / Año 0 0 0 0 0Costos de mantenimiento Euro / Año 0 0 0 0 0

Costos del agua de refrigeración Euro / Año 0 2,744 2,563 0 0Costos energéticos a plena carga Euro / Año 15,464 16,664 16,599 17,923 16,097

Costos energéticos en vacío Euro / Año 147 108 81 78 63

Costos totales Euro / Año 20,923 25,004 24,714 24,421 21,597Costo de la unidad de aire comprimido Cent / m³ 1.162 1.389 1.373 1.357 1.200Costo extra comparando el Compresor 1 Euro / Año 0 4.081 3.791 3.497 674


Tabla. 8-5: Ejemplo de cálculo económico (Extraído de un programa de cálculo Kaeser)



Seminario de Aire Comrpimido KAESER 18

Puntualizaciones en el cálculo económico.

Formulas y tablas de los costes de amortización

Amortización [€/año] = Precio de la máquina x Factor de la anualidad

i (1 + i) n Factor de la anualidad =

(1 + i) n - 1

n = Tiempo de depreciación en añosi = interés en %

Tabla de factores de la anualidad

(Equivalente a la amortización por Euro del precio de la máquina)

Interes / años 5 6 7 8 9 10 11 12 13

7% 0,244 0,210 0,186 0,167 0,153 0,142 0,133 0,126 0,1208% 0,250 0,216 0,192 0,174 0,160 0,149 0,140 0,133 0,1279% 0,257 0,223 0,199 0,181 0,167 0,156 0,147 0,140 0,134

10% 0,264 0,230 0,205 0,187 0,174 0,163 0,154 0,147 0,14111% 0,271 0,236 0,212 0,194 0,181 0,170 0,161 0,154 0,14812% 0,277 0,243 0,219 0,201 0,188 0,177 0,168 0,161 0,15613% 0,284 0,250 0,226 0,208 0,195 0,184 0,176 0,169 0,163

14% 0,291 0,257 0,233 0,216 0,202 0,192 0,183 0,177 0,171

Guía de valores de costos de mantenimiento anuales como % del costo energético


Tipo compresor

Valor porcentual

Tornillolubricado por

aceite

Tornillo libre

de aceitePistón Turbo Paletas

3 6 10 5 6

Tabla 8-6: Factores anualidad

Tabla 8-7: Guía costos de mantenimiento




9. Planificando una Estación de

Compresores

9.1 Estableciendo la Presión de trabajo

9.2 Determinando la Demanda de Aire9.2.1 Consumo de aire de chorros libres con boquillas9.2.2 Consumo de herramientas Neumáticas9.2.3 Consumo de aire de cilindros neumáticos9.2.4 Volumen de aire en tuberías de aire comprimido9.2.5 Determinando la demanda con utilización y concurrencia9.2.6 Planificando una Estación de Compresores Pequeña9.2.7 Seleccionando tipo y tamaño de compresor 9.2.8 Tiempo del compresor funcionando y en paro9.2.9 Dimensionando tanques de almacenamiento

9.3 Planificando una estación de compresoresGrande

9.3.1 ADA y KESS9.3.2 Diagramas de disposición de la estación de compresores9.3.3 Ventilando el cuarto de compresores9.3.4 Ejemplos de diagramas de disposición de estaciones de

Compresores

9.4 SIGMA AIR UTILITY




El análisis cuidadoso de la demanda de aire comprimido debería ser la base para planificar una estación de compresores. El punto de i nicio puede s er un análisis detallado deldesempeño de la planta o, si se empieza de cero, listar cuidadosamente por un especialista

de componentes de todas las demandas a ser requeridas por la nueva estación. Un planode el lugar en donde se instalará la estación es necesario y un diagrama general de flujo detal manera que los datos básicos pueden ser establecidos y la ubicación de puntos demedición para diagnosis subsecuentes sea determinada. Un diagrama general dedisposición del sistema de suministro de aire y cualquier información relevante decondiciones de operación también serán necesarios.

9.1 Estableciendo la Presión de Trabajo

La presión de trabajo requerida de cada uno de los consumidores puede ser establecidausualmente según las especificaciones del fabricante marcadas en los equipos. De mayor significado es la presión de trabajo mínima especificada y a esta deben ser sumadas lasperdidas de presión que se esperan en el sistema por la tubería de distribución y losdispositivos de tratamiento de aire como secadores y filtros. Esta presión debe ser garantizada en l a salida del tanque de almacenamiento para asegurar, incluso bajocircunstancias desfavorables, los consumidores de aire siempre reciban el suministro quenecesitan. La presión máxima del compresor es determinada entonces sumando eldiferencial de control.

La grafica da alguna idea de las presiones de trabajo requerida por varios consumidores.


Cabina deintura

Herramientas

de aire

Apilador y

llantas decamión

Equipo de montaje de llantas

Plataforma elevadora

Pistolas selladoras

bar

Fig. 9-1: presiones de trabajo de consumidores de aire




Ejemplo para determinar la presion máxima

La tabla de abajo da la máxima y mínima caída de presión que se puede dar por variosítems en la estación de compresores.

Componenente Δpmin [bar] Δpmax [bar]

Tuberia de distribucion deaire

0.1 0.3

Secador refrigerativo 0.2 0.5

Secador desecante,incluyendo prefiltro y filtrode particuas

0.3 1.0

Prefiltro 0.1 0.6

Microfiltro 0.1 0.6

Filtro de carbon activado 0.1 0.3 Adsorcion con carbonactivado

0.1 0.3

Control maestro (diferencialde coneixon)

0.2 3

El ejemplo de abajo muestra como la presión máxima en la estación de compresores sedetermina con la suma de la presión mínima de trabajo de los consumidores y la suma delas caídas de presión que suceden en medio, incluyendo la variación por control necesariapara regular los compresores.

Máximapresión en

compresores

Diferencial depresión por

control

Presiónmínima en el

tanque

Caída depresión en el

secador desecante yfiltro

tubería conexiones Mínima presiónen el consumo

7.4 bar = 0.2 bar + 7.2 bar = 1.0 bar + 0.1 bar + 0.1 bar + 6 bar


Tab. 9-1:Caída de presión en varios componentes

Fig. 9-2: Ejemplo de cálculo de presión máxima en el compresor




9.2 Determinado la demanda de aire

9.2.1 Consumo de aire de boquillas con chorro libre

Diametro dela boquilla en

mm

Seccion de laboquilla en

mm²

Presión de trabajo en bar

1 2 4 6 8 10 12 15

0.1 0.0079 0.0002 0.0003 0.0005 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.00150.2 0.0314 0.0007 0.0011 0.0018 0.0026 0.0033 0.004 0.0048 0.00590.3 0.0707 0.0017 0.0025 0.0041 0.0058 0.0074 0.0091 0.0107 0.01320.5 0.1963 0.0046 0.0069 0.0115 0.0161 0.0206 0.0252 0.0298 0.03671 0.7854 0.0184 0.0276 0.0459 0.0643 0.0826 0.1009 0.1192 0.1467

1.5 1.767 0.041 0.062 0.103 0.145 0.186 0.227 0.268 0.3302 3.142 0.074 0.110 0.184 0.257 0.330 0.404 0.477 0.5873 7.069 0.166 0.248 0.413 0.578 0.743 0.908 1.073 1.3204 12.566 0.295 0.442 0.735 1.028 1.321 1.614 1.908 2.3475 19.635 0.461 0.690 1.148 1.606 2.064 2.523 2.981 3.6686 28.274 0.664 0.994 1.653 2.313 2.973 3.632 4.292 5.2828 50.265 1.180 1.767 2.939 4.112 5.285 6.458 7.630 9.390

10 78.54 1.844 2.761 4.593 6.425 8.258 10.09 11.92 14.6712 113.10 2.656 3.975 6.614 9.252 11.89 14.53 17.17 21.1315 176.71 4.150 6.211 10.33 14.46 18.58 22.70 26.83 33.01

20 314.16 7.377 11.04 18.37 25.70 33.03 40.36 47.69 58.6825 490.87 11.53 17.25 28.71 40.16 51.61 63.06 74.52 91.6930 706.86 16.60 24.84 41.34 57.83 74.32 90.81 107.30 132.04

Presion atmosferica: 1.013 bar Rango de flujo en boquillas con esquinasredondeadas en ³/minTemperature ambiente: 15 °C

Tab. 9-2: Consumo de aire en chorros libres con boquilla relacionados con el 100 % de eficiencia

Fig. 9-3: consumo sobre proporcional para cada incremento en diámetro de boquilla.


consumo de chorros libres con boquilla

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

presion de trabajo en bar in bar

v o l u m e n d e a i r e e n m ³ / h

8 mm ø boquilla

7 mm ø boquilla

6 mm ø boquilla

5 mm ø boquilla

4 mm ø boquilla

3 mm ø boquilla

2 mm ø boquilla




9.2.2 Consumo de herramientas neumaticas

14230

11180

710

110160

Equipo Tipo, tamaño

Pistolas de spray /pintura

Colores de agua ylaqueadoras de celulosa

delgada,boquilla- Æ 0.5 mm

Celulosa y laqueadoras delgadasintéticas 1.5 mm/1.8mm

Celulosa gruesa y lacassintéticas normales 2.0 mm

Color adhesivo, filtro3.0 mm

Pistolas de soplado1-1.5-2.0 mm

Pistolas de aspersión

Cilindros engrapadores(simple acción) 70x100

100x100

Taladros acero 4-8 mm

Barreno de impacto

Discos lijadores 20-100

Lijadores de superficieTamaño del papel

300x100

MartillosMartillos remachadoresDiámetro de remache

Al 3-5 mm Acero 2-3 mm

Remachadora y formonesDiámetro del remache

caliente 10-19 mmfrio 6-8 mm

Martillo perforador

Picks

Rompedores de concreto

Engrapadoras

clavadoras

Presión de Trabajo

1.0

2.53.5

4.5

5.0

6.0

3.0

6.06.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

l/min m³/hbo uil la

Plana redonda plana redonda

35 2345

150215

913

270 16

320 19

60,135,240 4,8,14

65 4

2.0 por glpe 0.124.5 por golpe 0.27

300 - 400 18 - 24

250 - 500 15 - 30

300 - 1200 18 - 72

250 15

150 - 400 9 - 24

429 - 550 26 - 33

250 15

100 - 200 6 - 12

1200 - 1600 72 - 96

30 2

350 21

Consume de aire


Tab. 9-3: Requerimiento de Presión y volumen de herramientas neumáticas




9.2.3 Consumo de aire de Cilindros Neumáticos

El Consumo de aire de cilindros neumáticos instalados en máquinas y otros dispositivos

puede ser establecido según la tabla de abajo. Los valores son dados para cilindros de unasola acción y debe ser duplicado para cilindros de doble acción.

Piston Æ mm

Presion de trabajo en bar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Consumo de aire en litros por cm de golpe del pistón

6 0.0005 0.0008 0.0011 0.0014 0.0016 0.0019 0.0022 0.0025 0.0027 0.0030 0.0033 0.0036 0.0038 0.0041 0.0044

12 0.002 0.003 0.004 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.018

16 0.004 0.006 0.008 0.010 0.011 0.014 0.016 0.018 0.020 0.022 0.024 0.026 0.028 0.029 0.032

25 0.010 0.014 0.019 0.024 0.029 0.033 0.038 0.043 0.048 0.052 0.057 0.062 0.067 0.071 0.076

35 0.019 0.028 0.038 0.047 0.056 0.066 0.075 0.084 0.093 0.103 0.112 0.121 0.131 0.140 0.149

40 0.025 0.037 0.049 0.061 0.073 0.085 0.097 0.110 0.122 0.135 0.146 0.157 0.171 0.183 0.19550 0.039 0.058 0.077 0.096 0.115 0.134 0.153 0.172 0.191 0.210 0.229 0.248 0.267 0.286 0.305

70 0.076 0.113 0.150 0.187 0.225 0.262 0.299 0.335 0.374 0.411 0.448 0.485 0.523 0.560 0.597

100 0.155 0.231 0.307 0.383 0.459 0.535 0.611 0.687 0.763 0.839 0.915 0.991 1.067 1.143 1.219

140 0.303 0.452 0.601 0.750 0.899 1.048 1.197 1.346 1.495 1.644 1.793 1.942 2.091 2.240 2.389

200 0.618 0.923 1.227 1.531 1.835 2.139 2.443 2.747 3.052 3.356 3.660 3.964 4.268 4.572 4.876

250 0.966 1.441 1.916 2.392 2.867 3.342 3.817 4.292 4.768 5.243 5.718 6.193 6.668 7.144 7.619

Ejemplo

Un cilindro de doble acción tiene un diámetro de 40 mm en su pistón con un golpe concarrera de 12 cm trabajando a bar.

El consumo de aire para un solo golpe (pistón desde el principio al final de la carrera y deregreso)q = 0.085 x 12 x 2 = 2.04 litros.

Si la razón de accionamientos es de 15 por minuto, el rango de consumo es deQ = 2.04 x 15 = 30.6 litros por minuto.


Tab. 9-4: consume de aire de cilindros neumáticos




9.2.4 Volumen de aire en tuberías de aire comprimido

Uno puede considerar la tubería de aire comprimido como almacenamiento de aire; estas

pueden ser llenadas y servir con función de almacenamiento. Cuando estén dimensionadasincorrectamente estas pueden representar una resistencia significante al flujo y perdida depresión.

Usando el monograma Para poder determinar el volumen de aire del nomograma, se deben saber la distancia, eldiámetro y la presión de trabajo.Una línea tomada verticalmente de la presión de trabajo en el eje x a el diámetro nominal ydespués horizontalmente al eje Y da el volumen especifico en litros por minuto. Estemultiplicado por el largo de la tubería, da el volumen máximo utilizable.

EjemploUna tubería de 13 mmnominales, 5 m de largocon una presión de trabajode 6 bar se llena con unvolumen:0.8 l/m x 5 m = 4 litros.

Usando la formula

Ejemplo:Una tuberia de 40 mm de diametro, 50 m de largo a 10 bar de presion requiere:V = (40² / 4,000) x π x 10 x 50 = 628 litros


Fig. 9-4: Nomograma paradeterminar el volumenrequerido para llenar unatuberia de aire comprimido

DN²Volumen = x π x p x L [litros]

4,000

DN = diámetro nominal. [mm]p = presión de trabajo [bar]L = largo de la tubería [m]

10

0.8

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.21.4

1.6

1.8

2.0

2.1

2.2

2.4

2.6

2 3 4 5 6 7 8 9

DN 19

DN 13

DN 9

DN 6

DN 4

l/m

bar




9.2.5 Determinado la demanda según utilización y concurrencia

Requerimiento de cálculo para una nueva estación de compresoresSon difíciles los cálculos de requerimiento sin datos comparables de una instalaciónexistente, simplemente sumar los requerimientos de los dispositivos de aire comprimidoindividuales lleva a resultados incorrectos, ya que no t odos se utilizan el 100% del t iempo.Es mas, no todos se utilizan en el mismo momento. El tiempo de uso efectivo de algunosconsumidores, como pistolas neumáticas para limpieza de piezas, no puede ser determinado exactamente y debe ser sumado al cálculo como un simple factor. Las fugas nopueden ser ignoradas, incluso en nuevas instalaciones, y estas deben ser calculadas con unfactor de hasta 10%. También hay que incluir un factor para ampliaciones o crecimientosfuturos.El volumen de aire total requerido debe ser entregado por los compresores a la presión detrabajo requerida en todo momento, por esta razón el escoger compresores y su operaciónarmoniosa es de primera importancia.

UtilizaciónEn general, las herramientas neumáticas no se usan en forma continua y la proporción deltiempo de uso con respecto a una base de tiempo, debe ser tomada en cuenta en laplanificación de una estación de compresores.

Ejemplo: Pistola de aspersión.

ð Utilizacion de la pistola de aspersión cada hora 40 %


Tiempo de uso en una

hora

Tiempo de no utilizaciónen una hora

Tiempo total de uso en 1 hora: 25min

Tiempo de uso 25 minUtilización = =

Tiempo total 60 min

Fig. 9-5: Uso proporcional de unaherramienta neumática




Resumen de procedimientos para determinar la demanda de aire

1. Número de consumidores

2. Requerimientos por consumidor

3. Utilización: Proporción del tiempo en el cual un consumidor esta en uso en cualquier periodo de tiempo dado.

Ejemplos de utilización:Taladro: 30% Rectificadora: 40%

Martillo percutor: 30% Apisonadora: 15% Moldeadora: 20% Pistola de aire: 10%

4. Factor de simultaneidad: La tabla muestra valores basados en la experiencia para elnúmero de consumidores simultáneamente utilizados en la misma red de aire.

Factor de simultaneidadNumero de

consumidores

Factor de

simultaneidad2 0.964 0.96 0.858 o mas 0.8

5. Margen para fugas (dependiendo del tipo de industria) 10, 15, 20 %

6. Margen para expansión sobre 5-10 años:

25 % - 50 % - 75 % - 100 % (de acuerdo a una operación dada de la fábrica)

9. Planificacion de la Estación de Compresores




9.3 Planificación de una Estación de CompresoresPequeña

9.3.1 Selección del tamaño y tipo de compresor

Características de compresores de pistón y de tornillo (p.ej. máquinas pequeñas)En muchos casos, tanto compresores de tornillo como de pistón pueden ser utilizados parauna aplicación particular, por lo tanto las características de ambos deberían ser evaluadas altomar la decisión.

Compresor de Pistón Compresor de Tornillo

Régimen de carga: 70 %.Buen requerimiento de potenciaespecífica pero creciente en el tiempo.Fuertes pulsaciones.Pobre calidad de aire, necesitatratamiento extensivo Alta rata de desgaste. Altos costos de mantenimiento.Corta vida.Ruidoso.Compacto, fácil de trasportar.

Económico para cargas mayores al 30 %Intervalos de mantenimiento más largos.Régimen de carga de 100 % posible. Amortiguamiento de la vibración.Efectivo post-enfriador de aire integrado(Δt £ 10 K).Control ventajoso.

Ejemplo de dimensionamiento del compresor Un pequeño taller de pintura tiene los siguientes requerimientos de aire

Pistola depintura,1.5 mm

Chorro amplio

Pistola depintura,3.0 mm

Chorro amplio

Pistola de aire,2 mm

Destornillador neumático

Requerimiento 150 l/min 320 l/min 240 l/min 400 l/minPresión 2.5 bar 5 bar 6 bar 6 bar Número 2 1 1 1

Factor utilización 50 % 25 % 10 % 20 %Requerimientoefectivo de aire

2 x 150 x 0.5150 l/min

320 x 0.2580 l/min

240 x 0.124 l/min

400 x 0.280 l/min

Requerimiento total = 150 + 80 + 24 + 80 = 334 l/min

Se deben sumar los siguientes márgenes: Fugas + 10 % = 33 l/minError de calculo + 15 % = 50 l/minReserva + 20 % = 66 l/min

Compresor de Pistón:Régimen de carga óptimo: 70 %Requerimiento de entrega:(334 + 33 + 50 + 66) l/min / 0.7 = 690 l/min.El compresor de pistón debe suministrar

una entrega efectiva de 690 l/min a 8 bar.Maquina seleccionadaModelo EPC 1100 – 500; 715 l/min efectivoentrega a 8 bar.; potencia motor 5.5 kW.

Compresor de Tornillo: Régimen de carga óptimo: 100 %Requerimiento de entrega:(334 + 33 + 50 + 66) l/min = 483 l/min.El compresor de tornillo de tener una

entrega efectiva de 483 l/min a 7.5 bar.Maquina seleccionadaModelo SX 6-150; 583 l/min efectivoentrega a 7.5 bar; potencia motor 4 kW.

Tab. 9-5: Establecimiento del requerimiento total de aire





9.3.2 Tiempos de carga y receso del compresor

Ejemplo: Compresor de Pistón EPC 1100-500

Entrega efectiva: 715 l/minVolumen del tanque: 500 lLímites conmutación: On: 7 bar

Off: 9 bar Requerimiento Aire: 334 l/min

Tiempo de carga:

El tiempo de carga para aumentar la presión en el tanque de 7 a 9 bar es 2.6 minutos.

(Por cada 500 l de volumen almacenado adicional, la presión del tanque se incrementa 1bar)

Tiempo de receso:

Por cada 500 l tomados del tanque, la presión cae 1 bar.Tiempo de receso en el tanque para que la presión caiga de 9 a 7 bar = 3 min.El volumen almacenado de 1000 l puede suministrar aire a los consumidores durante 3minutos sin que el compresor se encienda nuevamente.

Frecuencia de arranque del motor:

Volumen del tanque = tamaño del tanque x diferencial conmutación = 500 l x 2 = 1000l

Tiempo de carga = volumen del tanque / entrega adicional = 1000 l / 381 l/min = 2.62 min

Tiempo de receso = volumen del tanque / consumo = 1000 l / 334 l/min = 2.99 min

Tiempo de carga (on) = 2.6 minTiempo de receso (off) = 3.0 min

Intervalo de conmutación = 5.6 minFrecuencia de arranque = 60 min / 5.6 min = 11 arranques /hora

Diferencial de conmutación = 2 bar

Entrega adicional 381 l/min Presión en el acumulador

715 l/min

334 l/minFig. 9-6: Calculo del tiempo decarga

7 9

334 l/min

Presión en el acumulador

Fig. 9-7: Calculo del tiempo de receso

7 9





9.3.3 Dimensionando el tanque de aire

El tanque de aire es uno de los componentes más vitales en un sistema de aire comprimido.

Este sirve como refrigerador del aire, separador de condensados, amortiguador depulsaciones y como reserva. Así como un tanque de aire grande puede mejorar lascondiciones económicas del sistema de aire comprimido, uno demasiado pequeño puedeimpedir el funcionamiento correcto del mismo. En una gran red de distribución de aire, lamisma tubería ejerce funciones de almacenamiento de tal forma que un tanque de menor tamaño puede ser utilizado

Ejemplo de cálculo

Con el fin de limpiar los filtros en una planta de generación eléctrica apartir de residuos, se requiere una ráfaga de aire comprimido a razónde 50 m³/m por un minuto cada 4 horas. (Presión mínima de trabajo 4bar)La demanda total (volumen almacenado) es:V = demanda x tiempo = 50 m³/min x 1 min = 50 m³

Existen tres posibles arreglos del tanque de aire como amortiguador de reserva:

Diferencial de conmutación de 1 bar, tanque de almacenamiento de 50 m³ (grande ycostoso)

Diferencial de conmutación de 5 bar, tanque de almacenamiento de 10 m³ (mejor solución)

Diferencial de conmutación de 25 bar, tanque de almacenamiento de 2 m³ (alta presión ycostoso)

La entrega requerida del compresor para llenar el tanque de almacenamiento esta dada por:

V = 50 m³ / 4 h (= 240 min) = 0.2 m³/min

Un compresor de tornillo relativamente pequeño – modelo SX 3 con una entrega efectiva de0.233 m³/min a 10 bar – sería adecuado.

Fig. 9-8: Planta de generacióneléctrica

0.1

1

10

100

Tiempo en horas

m ³ / m i n l o g a r í t m i c o

Entrega Demanda

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Fig. 9-9: Entrega ydemanda





Calculo del tanque de aire como acumulador Con frecuencia se requiere que un sistema de emergencia sea suministrado con airecomprimido durante una falla del suministro eléctrico, en t al caso se necesita un t anque

almacenador, aislado de l a red principal por una válvula cheque, para proporcionar estesuministro. Adicionalmente, algunas operaciones requieren cada cierto tiempo de ráfagas dealto volumen de aire. Con el fin de ahorrar energía no es aconsejable proporcionar una grancapacidad de al macenamiento en f orma de diferencial de c onmutación, es mejor y máseconómico proporcionar un tanque acumulador dimensionado correctamente, el tamaño delcual puede ser calculado como sigue:

VB = Volumen del tanque acumulador en [m³]V x t = Volumen a ser almacenado, donde:V = Flujot = Tiempo en el que V es requerido en [min]p A - pE = Caida de presion en el tanque acumulador, donde:

p A = Presion inicial en el tanque en [bar]pE = Presion final en el tanque en [bar]

Ejemplo de cálculo:V = 4 m³/mint = 5 minp A = 10 bar pE = 8 bar

Tanque de aire: VB = 4 x 5 / (10 – 8) = 10 m³

Calculo dependiendo de la frecuencia permisible de entrada en carga del compresor Un adecuado tanque acumulador puede servir para reducir la frecuencia de ar ranque(entradas en carga) del compresor. El diferencial de conmutación de un sistema debe ser mantenido tan bajo como sea posible, sin embargo no se debe ignorar la máxima frecuenciade arranque del compresor. El volumen del tanque requerido para tal efecto se calcula comosigue:

VB = Volumen del tanque acumulador en [m³]Δp = Diferencial de conmutación del controlador del compresor

en [bar]Z = La máxima frecuencia permisible de entrada en carga del

compresor en operación continua o el numero máximo dearranques del motor para el caso de control on/off. A = V2 / V1 = factor de utilización (si V2 no es conocido o fluctuante, escoja, A = 0.5)V1 = Entrega del compresor en in [m³/h]V2 = Demanda de aire de la operación en [m³/h]

Ejemplo de cálculo:V1 = 5.0 m³/min, V2 = 4.0 m³/min, Δp = 0.5 bar Z = 60 entradas en carga por hora (compresor de tornillo en operación continua)

Factor de utilización: A = 4.0 / 5.0 = 0.80Tamaño del tanque: VB = (5.0 x 60) x (0.80 – 0.80²) / (60 x 0.5) = 1.60 m³

Tamaño del tanque: 2 m³

V x (A - A²)VB =

Z x Δp

V x tVB =

pA - pE





9.4 Planificando una Estación de Compresores Grande

Primero se debe calcular la máxima presion de diseño de los compresores. A la presionrequerida mínima, se le suma la caída de presion a través de la red de distribución, loscomponentes del sistema de aire, la misma estación y el diferencial de conmutación. (Ver 9-10).

Los siguientes valores pueden ser tomados como guía al calcular la caída de presión

1 £ 0.1 bar

2 Secador refrigerativo £ 0.2 bar

2 Secador desecante £ 0.8 bar (Incluye filtros)

2 Filtros FE/FF £ 0.6 bar 2 Filtros FB/FC/FD £ 0.6 bar 2 Filtros FG £ 0.2 bar 2 Filtros FST £ 0.2 bar

3 < 0.05 bar

4 < 0.2 hasta 2 bar dependiendo del tipo

Fig. 9-10: Determinación de la presión de diseño máxima del compresor

Consumidor

1

2

3

+

+

+

+

Caída de presión delsistema de

tratamiento nuevo

Caída de presión de

red de distribución

Mínima del

consumidor

Máx. Caída permisiblea través del sistema

de tratamiento

Caída depresión internaen la estación

Presión de diseñomáxima del

compresor

Diferencial de

conmutación

9. Planificando una Estacion de Compresores




Determinando la demanda de total de aire

1. Cuando se planea una estación de compresores nueva sin contar con

valores comparables de una estación ya existente de los requerimientos deherramientas neumáticas y maquinas.

Cuando se planea una nueva instalación sin contar con valores comparables de unaestación ya existente, los consumidores deberán ser listados con sus requerimientosindividuales. Se pueden agrupar los dispositivos similares y el requerimiento total del grupose tomara considerando los factores de utilización y simultaneidad.

Herramienta / Grupodemaquinas

Requerimientosindividuales demaquina oherramienta

VW1 (m³/min)

Numero deherramientasW

UtilizaciónAL (%)

SimultaneidadGZ (%)

Consumo del grupoVW1 x W x AL x GZ

100 100= VWG (m³/min)

123456789

101112

Demanda total de aire de maquinas / herramientas VWges =m³/min

El total de los requerimientos se encontrará al sumar los grupos. Deben ser sumadosadicionalmente consumidores varios y fugas.

Total de la demanda de aire de la operación Consumidores varios Vsonst = ..........m³/min

Fugas en la red VLeck = ..........m³/minTotal demanda de aire Vges = VWges + Vsons + VLeck Vges = ..........+ ........+ ......... = ..........m³/min





2. Planificando la capacidad de un compresor de reserva o una instalación paralela ala planta existente

Si ya existe una estación de compresores bien mantenida, hay dos formas por las cuales sepuede determinar la demanda de aire a la cual esta sometida dicha estación:

- Medición digital por medio de un registrador de datos ADA (analizador dedemanda de aire) y una opto acoplador, tomando medidas en intervalos cortos yregulares con el fin de determinar el tiempo en marcha del compresor, tanto aplena carga como en cargas parciales, y el tiempo de receso.

- Es posible, con la ayuda de equipos especiales, medir compresores confrecuencia variable o con control modulante.

- Adicionalmente, el registrador de datos adquiere, registra y almacena los valoresmáximos, mínimos y promedios por un periodo determinado de tiempo.

- Mediciones directas de flujo, cuando la evaluación a partir de la utilización no esposible. Esto aplica especialmente para compresores mantenidos pobremente,donde el desgaste y filtros de ad misión saturados conducen a menor FAD y agastos de potencia mas altos de los dados en la información técnica de loscompresores. Adicionalmente, con este método se pueden medir acertadamenteflujos parciales de aire comprimido

Fig. 9-11: Registrador de datos ADA

Fig. 9-12:Flujometro





9.4.1 ADA y KESS

Medición de una estación existente de compresores con ADA (Air Demand Analysis).

El data logger del ADA determina la utilización de compresores individuales para determinar la continua demanda de aire. Puede medir compresores con control on/off como así tambiénaquellos con control de modulación y frecuencia.El gráfico muestra la demanda de aire relacionada a varios turnos y períodos de inactividadcomo así también los rangos de fugas, es decir, demanda en fines de semana cuando nohay producción.

Después del análisis de los datos recolectados con KESS (Kaeser Energy Saving System),emergen dos alternativas que podría suplir la demanda:

Alternativa sin standby2 x BSD 62 / 7 bar 2 x ASD 32 / 7 bar 1 x SAM 4/4

Alternativa con standby3 x BSD 62 / 7 bar 2 x ASD 32 / 7 bar 1 x SAM 8/4


Fig. 9-13: Analisis de Demanda de Aire

Demanda en fines de semana

Demanda en días de semana

Inactivo

Turno inicial

Turno final

Turno noche




ADA y KESS en detalleMediante ADA, se puede establecer la demanda de aire por un período extenso comotambién para un solo día, tal como se ilustra en 9-15. Los colores designan a los

compresores como carga base, carga media y carga pico así como también para la máquinaauxiliar. KESS puede simular la coordinación de los compresores para cumplir con lademanda y también simular diversas alternativas para establecer la solución máseconómica.

Además, se pueden grabar y analizar los cambios de presión en toda la red o puntosselectos. (9-16).


0 0 : 0 0

0 1 : 0 0

0 2 : 0 0

0 3 : 0 0

0 4 : 0 0

0 5 : 0 0

0 6 : 0 0

0 7 : 0 0

0 8 : 0 0

0 9 : 0 0

1 0 : 0 0

1 1 : 0 0

1 2 : 0 0

1 3 : 0 0

1 4 : 0 0

1 5 : 0 0

1 6 : 0 0

1 7 : 0 0

1 8 : 0 0

1 9 : 0 0

2 0 : 0 0

2 1 : 0 0

2 2 : 0 0

2 3 : 0 0

0

10

20

30

40

50

60

70

BSD 62

BSD 62

BSD 62

DSD 171

DSD 171

DSD 171

DSD 171

benötigte

Liefermenge

Fig. 9-15: Utilización ycoordinación de los

compresores

Demanda aire

Baja rápida de la presióna 5.25 bar al comienzode la producción

Ecualización de la presiónen la tubería al final de laproducción

Promedio

Carga total para un día miércoles

Entregarequerida




Verificación del consumo de energíaLos números exactos muestran el consumo de energía y la eficiencia de energía de cadasistema simulado (9-17) y brindan una base para seleccionar el más ahorrativo.

Fig. 9-17: Análisis de consumo de energía

Predicción realista de ahorro de energía

Las herramientas de análisis y simulación ADA y KESS, desarrolladas por Kaeser, permitenrealizar una predicción de ahorros de energía que se lograrán empleando las soluciones quese brindan (9-18).





9.4.2 Diagrama de una Estación de Compresores

Escoger los componentes correctos para una nueva instalación o modernizar una existente

es sólo el primer paso; deben ser combinados de manera que hagan más productivo suempleo y más económico su funcionamiento. Esto hará una diferencia considerable, por ejemplo, si el secador es instalado corriente arriba o abajo del receptor de aire.

Secador corriente arriba del receptor de aire

Ventajas Aire seco en el receptor.Ningún condensado surgiendo en el receptor.La entrega de compresor es el índice de flujo máximo con el que el secador tiene quetratar

Desventajas La capacidad del secador debe emparejar la entrega de compresor.La sequedad del flujo de aire parcial no es posible.La temperatura de entrada de aire comprimido es más alta que lo sería río abajo delreceptor.Todo el condensado debe ser quitado por el secador.(se recomienda un separador ciclónico corriente arriba)


Medidas especiales deben ser tomadas usando compresoresde pistón para amortiguar pulsaciones fuertes.

Fig. 9-20: Secador corriente arriba

Fig. 9-19 Diagrama de unaestación de compresores

Compresor a Tornillo

Secador refrigerativo con bypass (nonecesario con función standby).

Separador de Agua - Aceite(Trat. de

condensado)

Microfiltro(filtración deacuerdo a lacalidad de airerequerida).

La presión que mantiene oairea el sistema principal,la sobrecarga previene elequipo de tratamiento deaire cobrando un airevacío principal.

Tanque concondensador.




Secador aguas abajo del receptor de aire

Ventajas

Se puede diseñar el secador para flujo parcial.La temperatura de entrada de aire es más baja de lo que sería si

estuviera aguas arriba del receptor.70 % del condensado ya se precipita fuera del receptor.

DesventajasCondensado en el receptor.El secador se puede sobrecargar por una demanda de aire repentina y elevada del

receptor.

Disposición del secador con y sin auxiliar


En los casos en que sea posible, instale elsecador de refrigeración con una bifurcación.

Secador

Si se quiere asegurar la calidad del aire, no admitabifurcación.

Fig. 9-22: Disposición delsecador con auxiliar.

Desde el compresor

Secador auxiliar

Hacia la red

Fig. 9-23: Disposición sinauxiliar.

Desde el compresor

Secador

Hacia la red

Fig. 9-21: Secador aguas abajodel receptor de aire




Instalación de compresores pequeños enfriados con aire

Compresores integrados

Los compresores que incorporan un receptor deaire, tal como se ilustra, no necesitan base. Seprovee un montaje flexible mediante una capade goma simple de 5 mm de espesor, de durezamedia, bajo las patas y bajo las tuercas de lospernos de apoyo. Los elementos contra lavibración y de amortiguación completan lasmedidas necesarias contra la vibración.

Cuando se conecta a la tubería de distribuciónde aire, conviene colocar una manguera flexiblede aproximadamente 0,5 m de longitud entre laválvula de cierre del receptor de aire y el tubo deaire. (9-24).

Compresores con receptores autoestablesEn estas instalaciones, la unidad compresora estámontada sobre un plinto de aproximadamente 10 cm dealtura. Esto facilita el mantenimiento. Se aplican losmismos principios de montaje flexible para las máquinasintegradas que se describen anteriormente (9-25).

Los compresores de tamaño mediano o grande se deben

instalar en un recinto especial que sea limpio, sin polvo,seco y fresco. De ser posible, seleccione la orientaciónnorte del edificio y evite o aísle la tubería y el equipo quedisipan calor.

La temperatura del recinto del compresor no debe bajar de los 3º C para evitar daño por congelamiento y corrosión por excesiva condensación. Por esta razón, se deben colocar rejillas ajustables para las aberturas de entrada de aire deenfriamiento para compensar las fluctuaciones estacionarias de la temperatura exterior. Sedebe contar con fácil acceso y buena iluminación para el trabajo de mantenimiento y lasinspecciones del receptor de aire.

Los compresores enfriados con aire evidentemente requieren un flujo adecuado de aire deenfriamiento. La temperatura del recinto del compresor no debe sobrepasar los + 40º C.Normalmente bastará la ventilación natural para máquinas con motores de hasta 22 kW,pero se hace necesaria la ventilación artificial para instalaciones más grandes o recintospequeños con compresores. El compresor debe estar ubicado cerca de la abertura deentrada de aire de enfriamiento de modo que su ventilador extraiga el aire frío directamentea través de él. Debido a que el aire caliente se eleva, la abertura de escape debe estar ubicada en el cielorraso o en la pared inmediatamente debajo del cielorraso y debe estar ubicada de tal manera que el aire cálido del compresor fluya hacia ella. Una puerta abiertano siempre aumenta el enfriamiento para el compresor si el aire que entra por la puerta tomael camino más corto hacia la abertura de aire de escape sin rodear al compresor.


Manguera

Fig. 9-24: Manguera conectora

compensador

Fig. 9-25: Compresor sobre base




9.4.3 Ventilación del recinto del compresor

General

Si hay más de un c ompresor instalado en el recinto, es esencial asegurarse de que todos tengan laventilación adecuada. Sume la potencia de accionamiento de los compresores y entonces procedacomo si en el recinto estuviera instalado un solo compresor de ese tamaño.Cuide que el flujo de a ire que genera el ventilador del primer compresor no f luya al compresor contiguo, tal como se muestra en la siguiente ilustración, ya que esto crea un enfriamiento incorrecto.

La solución, de ser posible, es una abertura de entrada de aire de enfriamiento para cada compresor (9-27). El tamaño de la abertura de aire de escape debe ser igual en área al total de las aberturas deaire de entrada individuales. Para calcular el tamaño de las aberturas de aire de entrada individuales,se suman las potencias de accionamiento de los compresores individuales para obtener el flujo deaire de enfriamiento y la abertura de aire de entrada requerida para la potencia nominal total (igual ala abertura de es cape también). El total entonces se distribuye al compresor individual según sus

necesidades, de modo que cada uno tenga una abertura de aire de entrada que corresponda a sutamaño.


Fig. 9-26: Disposición incorrecta

Entrada de airede enfriamiento

Escape de aire deenfriamiento

Incorrecto

Correcto

Aberturas deentrada

Abertura de escape,equipada con unextractor si es necesario

Fig. 9-27: Disposicióncorrecta




Ventilación natural

El aire que el ventilador del compresor atrae al recinto recibe el calor del compresor y se

eleva por convección a una presión un tanto elevada para salir del recinto por la abertura deescape. Este tipo de ventilación se recomienda sólo para la utilización con compresores conuna potencia de motor de menos de 7.5 kW, ya que se puede ver afectada negativamentepor el sol o el viento que inciden en la abertura de escape.

El caudal de aire de enfriamiento requerido se especifica en el cuadro 9-7 de la páginasiguiente. Éste es un cálculo simplificado, en el cual el cielorraso, el piso, las puertas y lasventanas se tratan de igual manera.Temperatura ambiente 35 °CDiferencial de temperatura entre el interior y el exterior: 15 KGrosor de la pared: 25 cm

El cuadro 9-8 (pág. 25) indica el tamaño necesario de la abertura de aire de escape para elvolumen de aire de enf riamiento y se muestran varias diferencias de al tura entre lasaberturas de e ntrada y de escape. La ab ertura de entrada es más grande, comocorresponde, para considerar la utilización de rejillas, parrillas, etc.

Ejemplo de cálculo

Tamaño del recinto: 25 m³Diferencial de altura h: 2.5 mPotencia de motor de compresor: 7.5 kWSupuesto muro de ladrillos.

Flujo de aire de enfriamiento requerido: 1,300 m³/h (del cuadro 9-7)

Abertura de escape: 0.7 m² (promediado del cuadro 9-8)

Abertura de entrada: 0.7 m², como abertura de escape


Fig. 9-28: Ventilación natural

Altura de abertura de escape

Entrada de aire

f ab

f zu

h




Tab. 9-7: Flujo de aire de enfriamiento por ventilación natural

Tamaño delcuarto en m³

Potencia delCompresor

(Motor) en kW

Flujo de aire requerido en m³/h con paredes hechas de:

Concreto B160 Ladrillo Concreto ligero

25 (2.5 m alto)

3 50 150 2504 200 370 400

5.5 700 870 1,0007.5 1,100 1,300 1,50011 1,800 2,000 2,20015 2,700 3,000 3,100

18.5 3,300 3,600 3,70022 4,000 4,200 4,300

50 (2.5 m alto)

3 30 125 2004 100 180 350

5.5 400 650 9007.5 800 1,100 1,35011 1,400 1,800 2,10015 2,400 2,700 3,000

18.5 3,000 3,300 3,600

22 3,700 4,000 4,250

100 (3 m alto)

3 1004 130 250

5.5 100 400 7507.5 200 800 1,20011 900 1,500 1,90015 1800 2,400 2,800

18.5 2,400 3,000 3,40022 3,200 3,700 4,100

150 (3.5 m alto)

34 170

5.5 50 6007.5 200 500 1,00011 400 1,250 1,80015 1,800 2,100 2,600

18.5 1,900 2,700 3,20022 2,600 3,400 3,900

200 (4 m alto)

34 50

5.5 4007.5 200 90011 300 1,000 1,60015 900 1,800 2,500

18.5 1,500 2,500 3,10022 2,200 3,200 3,800

Tab. 9-8: Abertura de escape

Flujo de aireen m³/h

Diferencia enla altura en m

Abertura deescape en m²

Flujo de aireen m³/h

Diferencia en laaltura en m

Abertura deescape en m²

2,500

2 1.4

3 0.25 3 1.2

4 0.2 4 1.2

5 0.15 5 0.9

1,000

2 0.6

3,000

2 1.7

3 0.5 3 1.4

4 0.4 4 1.2

5 0.3 5 1.1

1,500

2 0.9

3,500

2 2

3 0.7 3 1.7

4 0.6 4 1.4

5 0.5 5 1.3

2,000

2 1.2

4,000

2 2.3

3 0.9 3 1.9

4 0.8 4 1.7

5 0.7 5 1.5





Ventilación Forzada

La ventilación mas común para sala de compresores es la ventilación forzada en la que elflujo de aire es controlado. Este tipo de ventilación controlada es recomendada para prevenir

temperaturas inferiores a +3 °C en la sala en periodos de invierno, lo que podría afectar negativamente el funcionamiento del compresor, de los desagües de condensados y lasunidades de tratamiento.El control de f lujo es necesario, como se crea un vacío en la habitación y el aire que esllevado fuera, no se debe permitir que el flujo de calor ingrese nuevamente en la habitación.

Ventilación forzada permite un gr adiente de t emperatura más baja, de manera que u namayor reserva en condiciones de alta temperatura exterior sea obtenida. Gradiente detemperatura desde el exterior hacia el interior = 10 K. En cuanto al cálculo, se aplican lasmismas condiciones que para la ventilación natural.

El tamaño de la abertura de entrada es mostrada en la figura 9-9. Es preferible asumir unflujo de aire de enfriamiento Czu = 3 m/s a través de la abertura de entrada de aire. Sinembargo, si es necesario 5 m/s es debido a los problemas de construcción, entonces estose debe tener en cuenta a la hora de calcular el flujo necesario un extractor. Para aberturassimples de difícil realización, se puede tomar 10 mm (98 Pa).

Ejemplo de calculo

Tamaño sala: 100 m³ Altura de la sala: 3 mPotencia compressor (motor):22 kW

Pared de concreto livianoCaudal requerido: 6,500 m³/h (de tabla9-10, p. 27)

Apertura de entreda: 0.6 m²(promediada de 9-9 a 3 m/s flujo de entrada).

Estimación aproximada de lasnecesidades de caudal de aire de refrigeración

Vk = Flujo de aire de refrigeración [m³/h]Q = Calor a ser extraído en kW (Simplificado para las máquinas enfriadas por airerefrigerado)3,600 = Factor de conversión segundos/hora

1.2 = Capacidad especifica de calor del aire en [kJ / m³ K]Dt = Aumento de la temperatura del aire de refrigeración en [K] (aprox. valor 5 –10 K referido a la máxima temperatura exterior esperada en verano).

Flujo del aireen m³/h

Apertura deentrada

de czu = 3 m/sm²

Apertura deentrada de czu

= 5 m/sm²

500 0.05 0.031,000 0.1 0.06

2,000 0.2 0.12

3,000 0.3 0.17

4,000 0.4 0.235,000 0.5 0.3

10,000 0.9 0.6

15,000 1.4 0.9

20,000 1.9 1.1

25,000 2.3 1.4

30,000 2.8 1.7

35,000 3.2 2.0

40,000 3.7 2.2

45,000 4.2 2.5

50,000 4.6 2.8


Tab. 9-9: Determinacion de apertura de entrada

Q x 3,600Vk =

1.2 x Dt




Tab. 9-10: Flujo de aire de enfriamiento con ventilación forzada

Tamaño delcuarto en m³

Potencia delcompresor

(motor) en kW

Flujo de aire de enfriamiento requerido en m³/h conparedes hechas de:

Concreto B160 Ladrillo Concreto liviano

25(2.5 m alto)

5.5 1,600 1,700 1,8007.5 2,200 2,300 2,40011 3,200 3,300 3,40015 4,300 4,500 4,700

18.5 5,500 5,800 6,00022 6,700 7,000 7,30030 9,600 10,000 10,20037 11,900 12,300 12,50045 14,400 15,000 15,20055 18,100 18,500 18,70075 25,100 25,500 25,70090 30,200 30,500 30,700

50(2.5 m alto)

5.5 950 1,050 1,1507.5 1,300 1,400 1,50011 2,300 2,450 2,600

15 4,000 4,250 4,50018.5 5,000 5,300 5,60022 6,100 6,400 6,70030 8,600 9,000 9,20037 10,800 11,200 11,40045 13,400 13,700 14,00055 16,500 16,900 17,10075 22,800 23,200 23,40090 27,600 28,000 28,200110 33,900 34,300 34,500132 40,800 41,200 41,500

100(3 m alto)

5.5 750 950 1,0507.5 1,150 1,250 1,35011 2,000 2,200 2,40015 3,500 3,900 4,300

18.5 4,400 4,400 5,400

22 5,500 6,100 6,50030 8,000 8,600 9,00037 10,300 10,800 11,20045 12,800 13,400 13,80055 15,900 16,500 16,90075 22,300 22,850 23,20090 27,000 27,600 28,000110 33,300 34,000 34,300132 40,300 40,800 41,300

200

(4 m alto)

5.5 700 850 9507.5 950 1,100 1,30011 1,600 2,000 2,25015 2,900 3,500 3,900

18.5 3,600 4,500 5,10022 4,600 5,600 6,20030 7,200 8,100 8,80037 9,400 10,300 11,00045 12,000 12,900 13,50055 15,100 16,000 16,70075 21,400 22,300 23,00090 26,200 27,100 27,700110 32,500 33,500 34,100132 39,500 40,300 41,000

500(5 m alto)

5.5 250 600 9007.5 350 800 1,10011 600 1,400 1,90015 1,100 2,500 3,400

18.5 1,300 3,100 4,30022 2,400 4,200 5,50030 4,900 6,700 8,00037 7,100 8,900 10,20045 9,600 11,500 12,80055 12,800 14,600 15,900

75 19,900 20,900 22,20090 23,900 25,600 27,000110 30,200 32,000 33,300132 37,200 39,000 40,200





Sin ductos de ventilación

Compresores con motor por debajo de 5,5 kW de potencia por lo general no necesitan más

de la ventilación natural (9-29), pero ventilación forzada por medio de un ventilador extractor (9-30) se recomienda para máquinas superiores.

Ventilación con Ducto

Todos los compresores, incluyendo máquinas de refrigeración por agua, necesitan unvolumen suficiente de aire de refrigeración a fin de no afectar su funcionamiento o acortar suvida operacional.El ventilador de enfriamiento de las máquinas enfriadas por aire sólo está diseñado parasuperar una cierta resistencia del aire en l a entrada y salida de la maquina. Ésta esespecificada por el fabricante y no debe superarse, ya sea en la entrada o salida.

La instalación de cualquier elemento en el flujo de aire que modifique su dirección, comocurvas y T o filtros aumenta la resistencia al flujo de aire.

La dimensión de cualquier sección transversal a través del cual fluye el aire, influye en lavelocidad de la corriente y su resistencia.

Tip:

Los ductos deben ser lo más breve posible. La velocidad del flujo se debe elegir lo más bajoposible. El dimensionamiento de ductos siempre debe tener un margen amplio


Fig. 9-29: Ventilacion Natural Fig. 9-30: Ventilacion forzada




Valores recomendados de ventilación para compresores enfriados por aire

La tabla abajo nos da las dimensiones de la apertura de extracción por ventilación natural y

de los dimensiones de los ductos de la ventilación forzada dependiendo de la potencia delmotor compresor. Valores exactos se puede obtener de la especificación en los datostécnicos de los compresores.

1) ventilación natural, apertura de entrada y salidadel mismo tamaño2) ventilación forzada, static thrust 10 mm WS (98 Pa)

Potencia delMotor

Compresor

Aperturade

Entrada

Aperturade

Salida1)

Capacidadde Ventilador

requerida2)

Ducto deExtracciónAn. x Al.

Diferencialde Presiónpermitible

en el ducto.

Volumen deAire caliente

utilizable

[kW] [m²] [m²] [m³/h] [mm] [Pa] [m³/h]

2.2

0.1 0.4

1,000

150x350

40 1,100

3 1,300 20 1,5004 1,500 20 1,500

5.50.2 0.9

2,000200x355

30 1,5007.5 2,500 20 1,50011 0.3

1.54,000

350x60030 2,500

15 0.35 5,000 30 2,70018.5 0.5 - 6,500 650x650 60 3,80022 0.5 - 7,500

650x65060 3,800

25 0.6 - 9,000 60 4,50030 0.7 - 10,000 60 5,40037 0.8 - 11,000

700x700

60 8,000

45 1.0 - 13,500 60 8,00055 1.4 - 20,000 80 9,40075 1.7 - 24,000 60 10,70090 2.2 - 30,000 1,000x1,000 60 13,000110 2.4 - 34,000

975x975150 14,000

1323.0

- 41,000 150 21,000160 - 41,000 80 21,000200 4.2 - 60,000

1,200x1,200100 27,000

250 5.2 - 75,000 80 34,000

Tab. 9-11: Datos de ventilación para compresores enfriados por aire





9.4.4 Ejemplos de dibujos de una estación de aire comprimido

Ejemplo 1

Ejemplo 1

Fig. 9-33: diagrama P&I ejemplo 1

Fig. 9-34: Dibujo ejemplo 1






Fig. 9-35: Dibujo 3D, ejemplo 1




Ejemplo 2


Fig. 9-36: P+I del ejemplo 2

Fig. 9-37: Plano de planta ejemplo 2




Fig. 9-38: Ilustración 3D del Ejemplo 2

9. Planificando una sala de compresores




Ejemplo 3

Fig. 9-39: Diagrama P+I del Ejemplo 3

Fig. 9-40: Disposición Ejemplo 3





Fig. 9-41: Ilustración 3D del ejemplo 3





Ejemplo 4

Fig. 9-42: Diagrama P+I del ejemplo 4

1 Compresor de tornillo CSD 8 Microfiltro de carbón activo filtro FFG con Monitor 2 Compresor de tornillo BSD 9 Purgador electrónico automático ECO-Drain3 Manguera 10 Unidad de tratamiento de condensados Aquamat.4 Separador ciclónico 11 Controlador general Sigma Air Manager 5 Llave de bola 12 Transductor de presión para el SAM6 Depósito 13 Unidad mantenedora de presión7 Secador frigorífico 14 Monitor

Línea de condensados

Línea de control

Tuberíacolectora delaire comprimidoDN 100

A la reddetrabajo

Aceite

Agua





Ejemplo 4

Fig. 9-43: Disposición Ejemplo 4





Fig. 9-44: Ilustración 3D del Ejemplo 4





9.5 SIGMA AIR UTILITY

Decisión: ¿Instalar su propia estación de aire comprimido osimplemente comprar el aire que necesita?

El precio del Kilovatio-hora de la energía consumida, cada metro cúbico de agua y cadakilómetro que los bienes y materiales son transportados son factores fundamentales querepercuten en los costos de funcionamiento. En el caso del aire comprimido, una de lasfuentes de energía más importantes de la industria, solo uno de cada diez responsables escapaz de constatar el precio de cada metro cúbico de aire. Este no es un hechosorprendente, ya que el costo del aire comprimido en estaciones propias depende mucho delas circunstancias y suele ser muy difícil de calcular. Sin embargo, si el aire comprimido es

suministrado como una utilidad, en el producto ofrecido por Kaeser con el nombre SigmaAir Utility, los costos se ven con una mayor claridad, así como las ventajas.

Los usuarios que rechazan la idea de adquirir un sistema de aire comprimido en favor de lacompra de la cantidad y calidad del aire comprimido que necesitan, mejoranconsiderablemente la transparencia de sus costos de operación; en lugar de complicadosproyectos de costos, al cliente se le presenta un contrato, con un precio fijado en un plazolargo por el metro cúbico, lo que supone una base fiable a la hora del cálculo de costesdentro de la empresa. El precio base es fijado para la duración del contrato y cubre loscostos de operación y la aceptación de un caudal de aire comprimido. También se refleja enel contrato el precio en c aso de exceso de consumo. Precisos aparatos de medicióngarantizan que solo se factura el aire que es utilizado por la red. El usuario tiene queproporcionar una sala en la que pueda ubicar el sistema de aire comprimido y el suministro

eléctrico, pero los detalles del sistema, desde el cálculo de las necesidades, planificación,diseño e instalación, corren de la cuenta de los expertos del fabricante


Fig. 9-45: Utilidades




Así como la oferta de transparencia en el cálculo de costos el concepto de aire como utilidadtambién acarrea un factor de disminución del coste unitario. Como el sistema de airecomprimido es controlado y mantenido por Kaeser la iniciativa es la de a segurar que l a

instalación se ajuste lo más posible a la demanda incluyendo los equipos más económicos ylos recursos de mantenimiento más avanzados. Por ejemplo, todos los Sigma Air Utilityestán conectados vía Teleservice (Tele-mantenimiento) con el Kaeser Service Centre(centro de mantenimiento Kaeser); esto asegura la máxima eficiencia y disponibilidadutilizando la más avanzada tecnología en ahorros energéticos, diagnosis remota de costosefectivos y mantenimiento preventivo englobado en un solo paquete. El cliente también gozade los beneficios de la eliminación de los costes de inversión y de personal mejorando deeste modo la liquidez y libreando recursos para concentrarse en el núcleo del negocio ygenerar beneficios.

Ventajas del Sigma Air Utility:

Incremento de la flexibilidad y disponibilidad de aire comprimido,Transparencia en los costos,Costes asociados al aire comprimido más bajos,Sin inversión,No necesita personal de mantenimiento.

Fig. 9-46: Precio fijo por el aire comprimido






10.1 Símbolos gráficos

10.2 Símbolos del Diagrama P + I

10.3 La marca CE

10.4 Normas Generales de Seguridad

10.5 Lista de normas10.5.1 Estándares10.5.2 Directivas10.5.3 Recomendaciones (Pneurop)10.5.4 Normas10.5.5 Asociaciones

10.6 Estaciones Compresoras que cumplen con laDirectiva de Equipos a Presión 97/23/EC

10.7 Decreto sobre Salud y Seguridad Industrial




10.1 Símbolos gráficos

Extracto de la norma ISO 1219

Conversión de energía

Compresor Bomba de vacío Motor neumáticode un solo sentido

de giro

Motor neumático dedos sentidos de giro

Motor oscilanteneumático

Cilindro de simpleefecto con retornopor fuerza externa

Cilindro de simpleefecto con retorno

por fuelle

Cilindro de dobleefecto

Cilindro de dobleefecto con doble

vástago

Cilindrodiferencial

Cilindro de dobleefecto con muelle

simple fijo

Cilindro de dobleefecto con doble

muelle ajustable

Cilindromultiposicional, p.

ej. 3 posiciones

Cilindro telescópicode doble efecto

Intensificador depresión

(transformador)

Control y regulación de la energía

Válvula de controldireccional de 2

vías, 2 posiciones,cerrada


vías, 2 posiciones,en posición depaso de flujo


vías, 2 posiciones,cerrada


vías, 2 posiciones,en posición de paso

de flujo


vías, 2posiciones, concentro cerrado


vías, 2 posiciones


vías, 3 posiciones,con centro cerrado


vías, 2 posiciones


vías, 3 posiciones,con línea de

funcionamiento concentro ventilado


vías, 3posiciones, concentro cerrado





Válvula de retención,automática

Válvula deretención

accionada pormuelle

Válvula de retenciónpilotada

Válvula de retencióndoble

Válvula de retención,de escape rápido

Válvula de control deflujo fijo

Válvula de controlde flujo variable

Válvula de control deflujo, válvula de

retención de mariposa

Válvula de presión,válvula de retención

de diafragma

Válvula de presión,válvula de admisióncon ajuste manual

Válvula de presión,válvula de admisión

ajustablemecánicamente que

trabaja contra la cargadel muelle.

Válvula de presión,válvula de alivio de

presión ajustable conmando pilotado

Válvula de presión,válvula de alivio de

presión ajustable conescape

Válvula de presión,

regulador de presiónajustable sin puertode alivio

Válvula de presión,

regulador depresión ajustablecon puerto de alivio

Transmisión de energía

Fuente de presión Línea defuncionamiento

Línea de pilotaje Línea de drenaje,purga o ventilación

Tubo flexible

Conductor eléctrico Unión deconductos (fija)

Cruzamiento deconductos (no

conectado)

Purga de aire Orificio de escape noprovisto para conexión

Orificio de escaperoscado para

conexión

Punto de despeguepropulsado(conectado)

Punto de despeguepropulsado (sin línea de

despegue)

Acoplamiento rápido(conectado)

Acoplamiento rápidocon válvulas de

retención automáticas(conectado)

Acoplamiento rápido(desacoplado conextremo cerrado)

Acoplamientorápido

(desacoplado conextremo abierto)

Unión giratoria de unavía

Unión giratoria de dosvías

Silenciador





Depósito de aire Filtro o depurador Trampa de aguacon drenaje manual

Trampa de agua condrenaje automático

Filtro con drenajeautomático

Secador por chorrode aire

Lubricador Unidad deacondicionado

(símbolosimplificado)

Enfriador

Mecanismos de control

Eje rotativo, en unadirección

Eje rotativo, envarias direcciones

Bloqueador Dispositivo debloqueo (* =símbolo

de control de

desbloqueo)

Dispositivo decentrado (evita queel mecanismo se

detenga en elcentro)

Dispositivo derotación simple

Dispositivo derotación con

palanca transversal

Dispositivo derotación con punto

de apoyo fijo

Métodos de contro l

Control manual(símbolo general)

por botón por palanca por pedal

Control mecánicopor pistón

por muelle por rodillo por rodillo en unúnico sentido

Control eléctrico, porsolenoide con un

bobinado

por solenoide condos bobinados que

funcionan ensentido contrario

por motor eléctrico por motor eléctricopaso a paso

Control de accióndirecta, por

aplicación de presión

por alivio depresión

Control indirecto,servopilotado, por

aplicación depresión

por alivio de presión por presióndiferencial

Control de presióncon presión de

centrado

Control de presióncon muelle de

centrado





Control combinadopor solenoide y

válvula direccionalpilotada

por solenoide oválvula direccional

por solenoide omuelle de

recuperaciónaccionado

manualmente

Control combinado,símbolo general (* =símbolo explicativo)

Control especial,por presión

aplicada desde un

amplificador

Control especialpor presión

aplicada mediante

la creación decaracterísticas de

conmutación

Dispositivos auxiliares

Manómetro Manómetrodiferencial

Indicador detemperatura

Caudalímetro Caudalímetrointegrado(volumen)

Presostato Sensor de presión Sensor detemperatura

Sensor de flujo

Símbolos especiales

Sensor deproximidad de

fluidos

Toberatransmisora para

cámara de aire

Tobera receptorapara cámara de

aire

Tubo de Pitot

Abreviaturas uti lizadas para las conex iones: A, B, C: líneas de funcionamiento

P: conexiones de presión

R, S, T: drenajes, escapes, purgas, ventilaciones

X, Y, Z: líneas de control





10.2 Símbolos del d iagrama P + I

Compresor de tornillo Compresor de pistón

Tubería flexible Válvula principal de cargade aire

Separador ciclónico Controlador

Válvula de bola Drenaje del condensado(símbolo general)

Drenaje del condensado Compensador axial

Microfiltro con indicador diferencialde presión electrónico

Válvula de retención demariposa

Microfiltro con indicador diferencialde presión

Separador de aceite yagua

Filtro estéril Intercambiador de calor

Adsorbedor de carbón activado Caudalímetro

Secador de membrana con prefiltro Secador refrigerativo

Secador desecante Línea de aire comprimido

Depósito de aire Línea de condensado

Válvula de alivio de presión Red eléctrica

Brida de prueba Manómetro de airecomprimido

Presostato Sensor de presión





10.3 La marca CE

CE = Comunidad EuropeaLos productos que tengan esta marca cumplen con los requisitos de lasDirectivas de la Unión Europea.Vigente a partir del primero de enero de 2005.

Aplicac iónLa marca se puede aplicar a todas las maquinarias sujetas a las Normas Europeas (artículo1, 97/37/EC) que se introduzcan o utilicen en el mercado de la Unión Europea.

Utilización de acuerdo con el manual de servicioSe deben seguir las instrucciones del manual de servicio para aplicar y utilizar el productode manera segura (98/37/EEC, anexo I, sección 1.7.4. Manual de servicio). El idioma del

manual de servicio debe ser el del país donde se va a utilizar el producto. Dicho manualdebe contener las instrucciones sobre la puesta en marcha, el mantenimiento, lasinspecciones, las revisiones de las funciones y las reparaciones, si fuera necesario.

Aplicac ión de la marcaLa marca CE debe estar visible y ser indeleble según la Directiva sobre maquinarias98/37/EC, anexo 1, número 1.7.3.

10.4 Normas generales de seguridad

Siempre se debe garantizar una refrigeración adecuada. Se debe cumplir con los requisitosde instalación del fabricante. No se debe utilizar la maquinaria si hay concentraciones degas peligrosas, como venenosas o explosivas, si hay polvo u otras sustancias perjudiciales osi el equipo produce llamas o chispas. Se debe cumplir con los requisitos de operación,mantenimiento y servicio del fabricante. Además, cualquier trabajo con la maquinaria debellevarlo a cabo el personal capacitado y calificado.

Medidas de prevención contra incendios Se recomienda que las máquinas superiores a 40 kW o las máquinas múltiples se coloquenen una sala de compresores especial. El piso, las paredes, el techo y las aberturas de eselugar deben ser ignífugas, al menos de clase F30. No se deben instalar materialescombustibles, como cables eléctricos, debajo del compresor. Se deben reparar las fugas de

combustible. No se deben colocar materiales inflamables a menos de tres metros delcompresor. El conducto de escape del sistema de aire refrigerante que se utiliza paraproporcionar aire caliente para el calentamiento de espacios debe estar recubierto con unasolapa protectora contra incendios automática (DIN 4102, parte 6).





10.5 Lista de Normas

10.5.1 Estándares

Normas europeas

EN 1012 Requisitos de seguridad para compresores y bombas de vacío

EN 12076 Medición de la emisión de ruidos de los compresores

EN 286 -1 Recipientes a presión simples calentados a fuego diseñados para almacenar aire o nitrógeno.Parte 1: diseño, fabricación y prueba

EN 292 Seguridad de la maquinaria: conceptos básicos, principios generales de diseño.Parte 1: terminología y metodología básica

Parte 2: principios y especificaciones técnicos

EN 294 Seguridad de la maquinaria: distancias de seguridad para evitar que las extremidadessuperiores estén en contacto con zonas peligrosas

EN 349 Seguridad de la maquinaria: distancias mínimas para evitar que se lastimen las extremidadesdel cuerpo humano

EN 378 Requisitos de seguridad y ambientales para los sistemas de refrigeración y bombas de calor.

EN 418 Seguridad de la maquinaria: equipo de detención de emergencia, aspectos funcionales;principios de diseño

EN 563 Seguridad de la maquinaria: temperaturas de las superficies accesibles, especificacionesergonómicas para la determinación de los límites de temperatura de las superficies calientes

EN 626 Seguridad de la maquinaria: principios para que los fabricantes de maquinarias reduzcan losriesgos para la salud provocado por las sustancias peligrosas que emanan de las máquinas

EN 837 -1 Manómetros. Parte 1: Manómetros de Bourdon, dimensiones, técnicas de medición, requisitosy pruebas

EN 1127 Seguridad de la maquinaria: fuego y explosión. Parte 1: prevención y protección contraexplosivos

EN 31688 Práctica recomendada en diseño. Maquinaria de bajo ruido

EN 50014 Componentes eléctricos para atmósferas potencialmente explosivas, reglas generales

EN 50082 -2 Compatibilidad electromagnética, inmunidad genérica. Parte 2: entorno industrial

EN 50099 -1 Seguridad de la maquinaria: principios básicos de los indicadores, controles (ajuste) eidentificación. Parte 1: señales visuales, auditivas y táctiles

ENV 1070 Seguridad de la maquinaria: terminología

EN 953 Seguridad de la maquinaria: requisitos generales de diseño y construcción de dispositivos deaislamiento

EN 60204 -1 Seguridad de la maquinaria: equipo eléctrico de las maquinarias. Parte 1: requisitosgenerales.





Normas internacionales

ISO 1217:1999 Pruebas de aceptación para compresores de desplazamiento positivoanexo B: libre entrega de aire en la unidad de aireanexo C: libre entrega de aire de toda la máquina

ISO 7183 Secadores de aire comprimido: especificación y medición

ISO 8573 Utilización general del aire comprimido (clases de contaminación y calidad)

ISO 3266 Pernos de argolla para levantamientos generales intencionados

ISO 3457 Maquinaria para movimientos de tierra: dispositivos de seguridad y cubiertaprotectora, definiciones y especificaciones

ISO 3864 Colores y signos de seguridad

ISO 3857 Compresores, herramientas neumáticas y máquinas: vocabulario. Parte 1:general. Parte 2: compresores

ISO 4126 Válvulas de alivio de presión. Parte 1: requisitos generales

ISO 6743-3 Lubricantes, aceites industriales y productos relacionados (clase L), clasificaciónparte 3A: familia D (compresores)parte 3B: familia D (compresores de gas y de refrigerante)

ISO 7000 Símbolos gráficos para la utilización en equipos, índices y sinopsis

IEC 417 Símbolos gráficos para la utilización en equipos, lista de términos,esquema y resumen de hojas individuales





Normas nacionales alemanas

DIN 1945 Pruebas de aceptación para compresores de desplazamiento positivo

DIN 1952 Normas de medición del flujo

DIN 45635 Medición del ruido

DIN 2481 Planta de generación térmica

DIN 43903 Humedad del aire comprimido

DIN 51506 Aceites lubricantes para compresores

DIN 3188 Aire comprimido para aparato de respiración

DIN 13260 Sistema de abastecimiento de gases medicinales

DIN 43668 Llaves para celdas o puertas de gabinetes de equipos eléctricos

DIN 2403 Identificación de tubos de aire comprimido

VDE 0100 Reglamentación para la construcción de centrales de energía contensiones nominales superiores a los 1.000 voltios.

VDE 0105 Normas para la operación de una central eléctrica

10.5.2 Instrucciones

VDI 2040/41 Normas básicas para las mediciones de flujos

VDI 2045 Pruebas de aceptación y funcionamiento

VDMA 4362 Definición de la entrega (caudal de volumen) de compresores de pistónpequeños de hasta 2 m³/min.

VDMA Recomendación para la calidad del aire comprimido en la industriaalimenticia, clases generales

97/23/EG Directiva sobre equipos a presión

89/392/EEC Directiva sobre maquinariaAnexo II A: declaración de conformidadAnexo II B: declaración del fabricante

73/23/EWG Directiva sobre baja tensión

84/404/EWG Directiva para recipientes a presión simples calentados a fuego

89/336/EWG Directiva para compatibilidad electromagnética

84/533/EWG Niveles sonoros permitidos para los compresores accionados por motoresde combustión interna





10.5.3 Recomendaciones (Pneurop)

PN 8 NT C 2.3 Medición de la emisión de ruidos de los compresores y bombas de vacío.

10.5.4 Normas

BGV A3 Normas de seguridad de las asociaciones comerciales de dispositivoseléctricos y materiales de trabajo.

BGR 500 Utilización de materiales de trabajo, parte 2.11, compresores y bombas devacío.

VBG 20 Sistemas de refrigeración, bombas de calor y sistemas de enfriamiento.

BSV Decreto sobre la seguridad operacional.

TRB Normas técnicas para recipientes a presión (producto de más de 1.000presión/volumen y tanques especiales)

GSG(V) Leyes y decretos sobre la seguridad de los dispositivos.

BlmSchV Regulaciones de las leyes federales de protección contra emisiones.

WHG Normas del organismo de obras hidráulicas

10.5.5 Asociaciones

PNEUROP Comité Europeo de Fabricantes de Compresores, Bombas de Vacío yHerramientas Neumáticas (European Commitee of Manufacturers of Compressors, Vacuum Pumps and Pneumatic Tools)

CAGI Instituto de Gas y Aire Comprimido de los Estados Unidos (Compressed Air andGas Institute USA)

VDMA Federación Alemana de Ingeniería (German Engineering Federation)





10.6 Estaciones compresoras que cumplen con la Directivade Equipos a Presión 97/23/EC

¿Qué es lo que reglamenta la directiva?La DEP (Directiva de Equipos a Presión) reglamenta la introducción en el mercado deequipos a presión y ha estado en vigencia desde el 29/05/2002.

La nueva DEP se aplica a dispositivos que poseen una presión operativa máxima admisiblemayor que 0,5 bar. Los elementos de un equipo a presión incluyen receptores de aire,tuberías, componentes con funciones de seguridad, accesorios de presión y compresoresque están contemplados por la aplicación de la DEP. En los casos en que se apliquen los“fundamentos para la exclusión”, los dispositivos no estarán cubiertos por la DEP sino por laDirectiva de Máquinas o las Reglamentaciones para Depósitos de Presión.

La directiva solamente determina requisitos de calidad y composición para equipos a

presión; los requisitos operativos están cubiertos por las reglamentaciones de cada país.

Los productos KAESER que no están cubiertos por la DEP serán entregados juntocon la Declaración del Fabricante relativa a la aplicación de la DEP y la Declaraciónde Conformidad CE según lo estipulado por la Directiva de Máquinas EC 98/37/EC,anexo II B.Los productos KAESER para los cuales sí se aplica la DEP serán entregados juntocon la Declaración de Conformidad CE según lo estipulado por la DEP y la Directivade máquinas.

Se considera que la estación compresora es un montaje contemplado por la DEP cuandolleva por lo menos dos componentes que se clasifican como equipo de presión de categoría1 y que se conectan de tal manera que forman una unidad de funcionamiento.

Cuando un sistema de suministro de aire constituye un montaje de ese tipo (contempladopor la DEP), el fabricante debe emitir una Declaración de Conformidad CE.El fabricante es la entidad que conectó los componentes para formar el montaje. Según estadefinición, al comerciante que instala componentes para formar un sistema se lo conocecomo fabricante.¡Atención! Esto no se aplica a un usuario que instala componentes él mismo paraformar su propio sistema. Los usuarios que realizan sus propios montajes no sonfabricantes según lo estipulado por la DEP, por lo tanto no se aplica. (Hacer un montajeo instalar significa conectar componentes para formar una unidad de funcionamiento)

Los siguientes son factores de especial consideración en el momento de planear un sistemade aire:

Presión máxima posible.Equipo de presión y categoría.¿Se incluyen más de dos equipos de presión? Si es así, se considera que el sistemaes un montaje contemplado por la DEP y debe tener certificado CE.





10.7 Ordenanza sobre Seguridad y Salud Industrial

La ordenanza se aplica a todos los depósi tos de presión que entraron enfuncionamiento desde el 01.01.03.

La ordenanza (BSV) reemplaza a la Ordenanza para Depósitos de Presión.

Alcance de validez: comisión, operación e inspecciones reiteradas.

El usuario debe llevar a cabo una evaluación de riesgos y una evaluación dereglamentaciones de seguridad de sus depósitos de presión. Antecedentes: BSV es parte dela Ley de Protección en el Trabajo.

Procedimiento práctico: el usuario deposita la responsabilidad en su funcionario de

seguridad, quien conoce la Ley de Protección en el Trabajo. El funcionario de seguridadrealiza un cuadro (ver anexo, página 4) en la cual se incluyen el tanque separador de aceitey el receptor de aire junto con una sugerencia de inspecciones reiteradas. Se obtieneinformación de los documentos (declaración de conformidad, instrucciones operativas) queacompañan a estos depósitos (calidad documentada). Los máximos intervalos son:inspección interna cada 5 años e inspección de resistencia cada 10 años. Son de decisivaimportancia los niveles de seguridad con los cuales se fabricaron los depósitos y la magnitudde las influencias operativas (condiciones, instalación, etc.). Según el producto de la presióny el volumen, el usuario debe contratar una entidad aprobada o una persona calificada quelleve a cabo la inspección de comisión y que determine los intervalos de inspeccionesreiteradas.

Quién puede hacer cada cosa:Antes de comisionar:PS x V £200 – persona calificada (con antelación, un técnico especialista).PS x V > 200 – entidad autorizada (ej. TÜV) con la excepción de los depósitos de presióncon aceptación ZUA (listos para usar equipo).PS x V £1000 – no hay inspección de comisión (ver excepciones en 3.)

Inspecciones reiteradas:PS x V £1000 – persona calificadaPS x V > 1000 – entidad autorizada

El espectro de BSV no abarca las líneas de aire comprimido. El usuario debe registrar losdepósitos de alta presión con la autoridad responsable dentro de los 6 meses pasada lacomisión. Hay formularios para este propósito.

10. Anexos y Reglamentaciones de Seguridad




Los intervalos máximos de 5 años para la inspección interna y 10 años para la inspección deresistencia sólo se aplican si los niveles de seguridad para el diseño del depósito, lafabricación y la realización de pruebas son equivalentes a las reglamentaciones alemanasAD 2000. Se debe confirmar este nivel de calidad mediante la documentación del depósito.

Los proveedores de Kaeser están sujetos a estas normas de calidad y, por lo tanto, losdepósitos de presión de Kaeser pueden ser sometidos a intervalos máximos de inspección,siempre y cuando las circunstancias de operación no exijan que se acorten.

Inspección de Depósitos de Presión según la Ordenanza sobreSeguridad y Salud Industrial

Inspección previa a la comisión §14

1. Equipo de presión según el diagrama 2:

- Entidad supervisora aprobadaPS > 1 bar: Cat. II, III

Cat. IV- Persona capacitada

Cat. IPS < 1 bar: Cat. II, III

2. Depósitos de presión simples según 87/404/EEC

- Entidad supervisora aprobadaPS x V > 200 bar x l

- Persona capacitada

PS x V £ 200 bar x l

- Sin inspección previa a la comisión

PS x V £ 50 bar x l

PS = presión máxima admisible





3. Excepción

- Persona capacitada

PS x V < 1000 bar x l, si el compresor es aprobado por tipo (número de ZUA)

- No es necesaria la inspección previa a la comisión en el caso de los compresores portátilesaprobados por tipo para los cuales no se aplican requerimientos especiales.

Inspección reiterada §15

1. Determinación de los in tervalos de inspección

Dentro de los 6 meses de la inspección de comisión, el usuario debe informar a la autoridadsupervisora comercial acerca del intervalo de inspección que ha sido confirmado por laentidad supervisora aprobada junto con datos específicos del equipo.

- El usuario determina el intervalo de inspección en base a una evaluación de seguridadrespaldada por la documentación provista por el fabricante.

- Los intervalos máximos de inspección son de 5 años para la inspección interna y de 10años para la inspección de resistencia.

2. Equipo de presión según el diagrama 2:

- Entidad supervisora aprobada- PS > 1 bar: Cat. III- Cat. IV

- Persona capacitada - Cat. I, II

- PS £1 bar: Cat. III

PS = presión máxima admisible





3. Depósitos de presión simples según 87 /404 /EWG

- Punto de monitoreo autorizado PS x V > 1000 bar x l

- Persona capacitada PS x V < 1000 bar x l

Diagrama 2




10. Anexos y Regulaciones de Seguridad

manual de aire comprimido kaeser

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