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AIRE COMPRIMIDO.

El aire comprimido se refiere a una tecnología o aplicación técnica que hace uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor. En la mayoría de aplicaciones, el aire no sólo se comprime sino que también se deshumifica y se filtra. El uso del aire comprimido es muy común en la industria, su uso tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más rápido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite fuerzas grandes.

Utilización.

Se utiliza en:

• Elevadores neumáticos.

• Destornilladores automáticos.

• Tornos dentales.

• Armas de aire comprimido

• Equipos de minería (taladros rotopercutores, martillos picadores, lámparas, ventiladores y muchos otros).

• Arranque de motores de avión.

• Coches de aire comprimido y motores de aire comprimido

• Atracciones, para conseguir grandes velocidades en poco tiempo.

Historia.

La primera vez que se usó el aire comprimido sería en el soplado de metales para su enfriamiento. El invento del fuelle favoreció la creación de nuevos metales al alcanzarse temperaturas más altas en los hornos. Sería sin embargo a partir del siglo XIX donde empezaría a estudiarse el aire como sistema de transporte en energía.

Compresor.

La producción de aire comprimido se realiza mediante el compresor. Existen varias clasificaciones, si los clasificamos por la forma de producción sería:

• Compresores dinámicos: Incorporan elementos giratorios que aportan energía cinética al aire. Aumentando la velocidad se consigue mayor presión estática. Se caracterizan por producir un movimiento del aire continuo. Estos a su vez se dividen en:

o Radial

o Axial

o Radiaxial

• De desplazamiento positivo: Aumentan la presión al reducir el volumen, a veces con pistones, tornillos o compartimentos plásticos:

o Alternativas

o Rotativas

Dispositivos y accesorios.

El compresor por sí mismo no sirve para hacer funcionar una instalación si no viene acompañado de una serie de dispositivos

Dispositivos de arranque: Tratan de evitar que el motor en el encendido demande más energía de la que normalmente consume, para ese fin se disponen en los motores eléctricos de variadores de frecuencia y en los motores de explosión con el arranque en vacío o el embrague

Dispositivos de regulación: Las válvulas que facilitan o impiden el paso del aire a los pistones. Este sistema se utiliza para que el motor no trabaje de forma continuada cuando no se le requiere.

Dispositivos de refrigeración: Son dispositivos necesarios para la refrigeración del aire de admisión ya que así se reduce el trabajo realizado en la compresión y se condensa el agua de entrada al circuito que nos oxida la maquinaria. Existen diversos tipos de refrigeración:

o Por agua

o Por aceite

o Por aire: Ventilador

Los accesorios necesarios son:

Accesorios de acumulación: El más importante es el calderín que es un depósito destinado a almacenar aire comprimido situado a la salida del compresor. Su finalidad es regular la salida de aire comprimido, condensar el agua y regular el rendimiento compensando las variaciones en la toma del aire. Generalmente se estima su volumen en la producción del compresor en metros cúbicos por minutos

Accesorios de filtro: Es muy importante que los compresores tengan un filtro para que no se introduzcan impurezas.

LEYES DE LA COMPRESION.

Ley básica, principios del caudal de aire, caída de presión, rendimiento del caudal

Ley básica.

Una de las leyes del gas más importantes (la ley de Marriott y Gay-Lussac) afirma lo siguiente:

P.V = a. T.

P: presión absoluta (Pa)

V: volumen (ft3 m3)

T: temperatura absoluta (K)

a: constante

Esta relación se utiliza dentro del compresor: se bombea un volumen de aire constante desde la cámara del compresor y el volumen disminuye. Esta disminución provoca un aumento tanto de la presión como de la temperatura del aire.

Cálculo del caudal de aire.

• Ver la animación Flash

El caudal es equivalente a la cantidad de aire comprimido transportado en una sección dada por unidad de tiempo.

Q = A1.V1 = A2.V2

Q: caudal (cfm)

A: sección de caudal (ft²)

V: velocidad (ft/min)

La unidad de caudal del sistema internacional es el metro cúbico/segundo (m3/s), pero normalmente utilizamos l/s, m3/h o cfm. Esto varía dependiendo de varios factores y, en concreto, de la presión del aire y de la longitud/el DI del tubo que transporta el aire comprimido. .

Cálculo de la caída de presión

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Cuando fluye aire comprimido en un tubo recto, el caudal puede depender de dos factores: la tasa laminar o la tasa de turbulencia, dependiendo del valor del número de Reynolds (R).

El aire comprimido en el sistema se determina por la tasa de turbulencia

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La caída de presión en un sistema de aire comprimido es un factor muy importante.

Está provocada por la fricción del aire comprimido que fluye contra el interior del tubo y a través de las válvulas, tes, codos y otros componentes que constituyen un sistema completo de canalización de aire comprimido. El tamaño y el tipo de los tubos empleados, el número y el tipo de válvulas, racores y curvas del sistema pueden afectar a la caída de presión.

Las turbulencias provocadas por fricción reducen el volumen de aire comprimido transportado a través del tubo. Además, la superficie de las paredes internas del tubo se vuelve irregular.

Estos factores, combinados con el caudal, crean una caída de presión como resultado de la fricción provocada por la dinámica del flujo de aire dentro del tubo.

Los valores de caída de presión se muestran como dP y se expresan en PSI o bar.

Rendimiento del caudal para una caída de presión definida

Valores para un metro de sistema de tubos de aire.

Para convertir Nm3/h en CFM, utilice el coeficiente de 0,588

Para convertir CFM en Nm3/h, utilice el coeficiente de 1,7

Conviene saber:

Dependiendo de la aplicación, el gráfico empleado para calcular el flujo/la caída de presión es un nomograma. Muestra los rendimientos para todos los diámetros a todas las presiones.

Nomograma con valores en cfm y PSI/ft

Ejemplo: caudal 100 Nm3/h, Diámetro 25 mm.

Presión: 8 bar D p/m = 0,003.

Por tanto, para un sistema de tubos de aire de 30 m

D p = 0.003 x 30 = 0.09 bar y a la inversa.

COMPRESORES ALTERNATIVOS.

Compresores a pistón.

Son los de uso más difundido, en donde la compresión se efectúa por el movimiento alternativo de un pistón accionado por un mecanismo biela-manivela. En la carrera descendente se abre la válvula de admisión automática y el cilindro se llena de aire para luego en la carrera ascendente comprimirlo, saliendo así por la válvula de descarga. Una simple etapa de compresión como la descrita no permitirá obtener presiones elevadas, para ello será necesario recurrir a dos más etapas de compresión, en donde el aire comprimido a baja presión de una primera etapa (3 a 4 bar) llamada de baja, es vuelto a comprimir en otro cilindro en una segunda etapa llamada de alta, hasta la presión final de utilización. Puesto que la compresión produce una cierta cantidad de calor, será necesario refrigerar el aire entre las etapas para obtener una temperatura final de compresión más baja.

El cilindro de alta es de diámetro más reducido que el de baja, puesto que este toma el aire ya comprimido por la primera etapa y por lo tanto ocupara menos volumen. Para presiones superiores será necesario recurrir a varias etapas de compresión. Una buena rentabilidad del equipo compresor se obtendrá trabajando en los siguientes rangos de presión, de acuerdo al número de etapas:

Hasta 3-4 bar: 1 etapa

Hasta 8-10 bar: 2 etapas

Más de 10 bar: 3 etapas o más

Donde se requiere aire sin vestigios de aceite puede recurrirse al compresor de pistón seco en donde los aros son de material antifricción tipo teflón o de grafito.

El campo de utilización de estos compresores va desde 50 a 25.000m/h de capacidad y presiones desde 2 a 1.000 o 2.000 bar. (Ver anexo, fig. 1)

Compresores a membrana.

Son de construcción sencilla y consisten en una membrana accionada por una biela montada sobre un eje motor excéntrico; de este modo se obtendrá un movimiento de vaivén de la membrana con la consiguiente variación de volumen de la cámara de compresión en donde se encuentran alojadas las válvulas de admisión y descarga, accionadas automáticamente por la acción del aire.

Permiten la producción de aire comprimido absolutamente exento de aceite, puesto que el mismo no entra en contacto con el mecanismo de accionamiento, y en consecuencia el aire presenta gran pureza.

Utilizados e medicina y ciertos procesos químicos donde se requiera aire sin vestigios de aceite y de gran pureza. No utilizados en general para uso industrial. (Ver anexo, fig. 2)

Actualmente el máximo número de pistones es de 8 (9 en algún caso). Antiguamente, estos compresores tenían hasta 16 pistones pero dejaron de fabricarse con la entrada del compresor de tornillo del cual se pensó erróneamente,

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