INFORME UNIDAD I.pdf

FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
“SERVICIOS AUXILIARES”
Autor:
Lizana Enriquez, Josue Julian
Asesor:
Ing. Siccha Ruiz, Orlando Alex
Chiclayo-Perú
(2020)

JOSUE JULIAN LIZANA ENRIQUEZ 2
Índice
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................3
DESARROLLO .................................................................................................................................4
FENOMENO DE COMPRESIÓN DE AIRE Y SUS EFECTOS...................................................4
Los Principios Básicos De La Compresión ................................................................................4
¿Qué son los compresores de desplazamiento positivo?.............................................................5
Diagrama Del Compresor Para Compresores De Desplazamiento Positivo ...............................5
¿Qué son los compresores dinámicos? .......................................................................................6
Compresión En Varias Etapas ....................................................................................................7
¿Cuál es la diferencia entre un turbocompresor y un compresor de desplazamiento positivo?...7
Selección De Compresoras.........................................................................................................7
EFECTOS DEL INCREMENTO DE LA ALTURA SOBRE EL COMPRESOR .........................9
Diseño De Tubería ...................................................................................................................16
PROCESO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN Y SUS EFECTOS ....................................................18
Cálculo Y Estimación De La Eficiencia Volumétrica ..............................................................19
Compresores Alternativos Sin Espacio Muerto ....................................................................20
Trabajo De Un Compresor Sin Espacio Muerto ...................................................................20
Compresores Alternativos Con Espacio Muerto...................................................................20
CLASES DE COMPRESORAS...................................................................................................25
Por el número de etapas............................................................................................................25
Por el modo de trabajar el pistón ..............................................................................................25
Compresor De Tornillo (Cdp) ..................................................................................................26
Compresor De Paletas Deslizantes (Cdp).................................................................................28
Compresor de anillo liquido (CDP)..........................................................................................28
Compresor de lóbulos (CDP) ...................................................................................................29
Compresor de husillo (CDP) ....................................................................................................29
Compresores centrífugos (TC) .................................................................................................29
Compresores axiales (TCI).......................................................................................................30
CONCLUSIONES ...........................................................................................................................31
BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................32

INTRODUCCIÓN
En este informe explicaré sobre el fenómeno de compresión de aire y sus efectos, como el incremento
de la altura sobre el compresor, el proceso de la caída de presión y, por último, pero no menos
importante describir las diferentes clases de compresoras utilizadas en la industria minera.
Por un lado, el desarrollo de esta investigación tiene como objetivo general: explicar la importancia
de la compresión de aire en la industria minera y como objetivos específicos: definir la compresión
de aire y sus efectos, identificar los efectos del incremento de la altura sobre el compresor, y detallar
el proceso de la caída de presión.
Es importante manifestar que la investigación sobre compresión de aire y sus efectos es parte
fundamental en un estudiante de la carrera de ingeniería de minas, porque es una fuente importante
de energía en casi todas las operaciones mineras desde la exploración y el procesamiento de minerales
hasta la fundición y refinación; todo el proceso de minería requiere alguna forma de aire comprimido
¿Por qué usamos aire comprimido? ¿Por qué es importante el aire comprimido en una mina? ¿Cuáles
son los aportes que brinda el aire comprimido? ¿Qué compresoras se usan en minería? ¿A qué se debe
la caída de presión? ¿Cómo solucionar la caída de presión?
Según LÓPEZ (2013) manifiesta que, el aire comprimido es vital para la planta dado que sin este
sistema no se puede operar. Además, los sistemas de aire comprimido pueden variar ampliamente en
tamaño, desde unidades de menos de 5 hp, hasta sistemas de más de 50.000 hp
Finalmente, cabe destacar que el aire comprimido es la fuente de energía primaria para la percusión
y que a su vez es suministrado por un compresor incorporado en el equipo de perforación. Además,
en medida que se avanza en las operaciones mineras existe la necesidad de mejorar, evaluar y
optimizar, debido a las bajas presiones con las que se cuenta y la deficiente distribución de la red de
tuberías en la mina, y así poder aplicar una solución específica para el mejor desarrollo de las labores
de producción y desarrollo en minería que hacen uso de aire comprimido.

DESARROLLO
FENOMENO DE COMPRESIÓN DE AIRE Y SUS EFECTOS
El aire comprimido es vital para las operaciones mineras como fuente de energía, como medio de
transporte de líquidos y sólidos, como insumo para un proceso o como medio de transmisión de
señales para instrumentación y control. Muchas de las operaciones críticas de una labor minera están
indisolublemente ligadas al suministro adecuado de aire comprimido.
El aire comprimido constituye una fuente de energía que ofrece muchas ventajas como seguridad,
flexibilidad y simplicidad, sin embargo, el aire aspirado por un compresor contiene ciertos
componentes indeseables por razones diversas, tales como: humedad, polvo, entre otros agentes más.
Las desventajas por la presencia de humedad en el aire comprimido originan corrosión en las tuberías
por congelarse, etc. Por tal motivo, los compresores tienen trampa de agua, donde el vapor de agua
se desprende en el momento que se produce el punto de rocío.
La capacidad de compresión del aire atmosférico se explica por las leyes de los gases. Posiblemente
la que mejor define al aire comprimido es la de Boyle - Mariotte, que dice: la presión que se ejerce
por una determinada fuerza es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa (aire
atmosférico), considerando que la temperatura se mantenga constante.
Los Principios Básicos De La Compresión
Figura 1. Principios básicos de compresión, Atlas Copco
Estos dos principios son genéricos los cuales son, compresión de desplazamiento positivo y
compresión dinámica. El primer principio incluye, por ejemplo, los compresores alternativos (pistón),
los compresores orbitales (scroll) y los diferentes tipos de compresores rotativos (tornillo, uña o

paletas). En la compresión de desplazamiento positivo, el aire se aspira en una o varias cámaras de
compresión, donde queda confinado. El volumen de cada cámara disminuye gradualmente y el aire
se comprime internamente. Cuando la presión ha alcanzado la relación de presiones establecida, se
abre una lumbrera o una válvula y el aire se descarga en el sistema de salida debido a la reducción
continua del volumen de la cámara de compresión.
En la compresión dinámica, el aire se aspira entre los álabes de un rodete que gira con rapidez y
acelera a gran velocidad. A continuación, el gas se descarga a través de un difusor, donde la energía
cinética se convierte en presión estática. La mayoría de los ejemplos de compresión dinámica son
turbocompresores con un patrón de flujo axial o radial.
¿Qué son los compresores de desplazamiento positivo?
La forma más simple de compresión de desplazamiento positivo es una bomba de bicicleta, donde el
aire se aspira en un cilindro y se comprime mediante un pistón móvil. El compresor de pistón tiene
el mismo principio de funcionamiento y utiliza un pistón cuyo movimiento hacia delante y hacia atrás
se logra mediante una biela y un cigüeñal giratorio. Si solo se utiliza un lado del pistón para la
compresión, se denomina "compresor de simple efecto". Si se utilizan tanto la parte superior como la
inferior del pistón, el compresor es de doble efecto.
La relación de presiones es el coeficiente entre la presión absoluta en los lados de entrada y de salida.
Por consiguiente, una máquina que aspira aire a presión atmosférica (1 bar) y lo comprime a 7 bar
trabaja en una relación de presiones de
 
7 1
8
1


Diagrama Del Compresor Para Compresores De Desplazamiento Positivo
Las dos fórmulas siguientes ilustran respectivamente la relación de presión-volumen para un
compresor teórico y un diagrama de compresor más realista para un compresor de pistón. El volumen
de carrera es el volumen del cilindro que recorre el pistón durante la etapa de aspiración. El volumen
de la cámara de compresión es el volumen justo debajo de las válvulas de entrada y salida y por
encima del pistón, que debe permanecer en el punto de retorno superior del pistón por razones
mecánicas.
La diferencia entre el volumen de carrera y el volumen de aspiración se debe a la expansión del aire
restante en el volumen de la cámara de compresión antes de que comience la aspiración. La diferencia
entre el diagrama p V teórico y el diagrama real se debe al diseño práctico de un compresor, por

ejemplo, un compresor de pistón. Las válvulas no están nunca completamente selladas y siempre hay
un cierto grado de fugas entre la superficie lateral del pistón y la pared del cilindro. Además, las
válvulas no pueden abrirse y cerrarse totalmente sin un retardo mínimo, lo que se traduce en una caída
de presión cuando el gas fluye a través de los canales. El gas también se calienta cuando fluye hacia
el cilindro como consecuencia de este diseño.
Trabajo de compresión con compresión isotérmica:
2
1 1
1
P
W p x V x In
P
 
  
 
Trabajo de compresión con compresión isentrópica:
 
2 2 1 1
1
k
W x p V pV
k
 

 
 
 
 
1
2
1
2
exp : 1,3 1,4
w trabajodecompresión J
p presióninicial Pa
V volumeninicial m
p presión final Pa
k onenteisentrópico k




  
Estas relaciones muestran que se requiere más trabajo para la compresión isentrópica que para la
compresión isotérmica.
¿Qué son los compresores dinámicos?
En un compresor dinámico, el aumento de presión tiene lugar mientras fluye el gas. Los álabes de un
rodete giratorio aceleran el gas que fluye a alta velocidad. La velocidad del gas se transforma
posteriormente en presión estática cuando se fuerza su desaceleración bajo la expansión en un difusor.
En función de la dirección principal del flujo de gas utilizado, estos compresores pueden ser radiales
o axiales. En comparación con los compresores de desplazamiento, los compresores dinámicos tienen
una característica según la cual un pequeño cambio en la presión de trabajo se traduce en una gran
variación en el caudal.
La velocidad de cada rodete tiene un límite de caudal superior e inferior. Por lo tanto, el límite superior
significa que la velocidad de flujo del gas alcanza una velocidad sónica. El límite inferior significa

que la contrapresión se hace mayor que la acumulación de presión del compresor, lo que produce un
flujo de retorno dentro del compresor. Esto a su vez se traduce en pulsaciones, ruido y riesgo de daños
mecánicos.
Compresión En Varias Etapas
En teoría, el aire o gas se puede comprimir de manera isentrópica (a entropía constante) o isotérmica
(a temperatura constante). Cualquiera de estos procesos puede ser parte de un ciclo teóricamente
reversible. En el caso de que el gas comprimido se puede utilizar inmediatamente después de la
compresión a su temperatura final, el proceso de compresión isentrópica tendría ciertas ventajas. En
realidad, el aire o gas raramente se utiliza directamente después de la compresión, y normalmente se
enfría a temperatura ambiente antes de su uso. Por consiguiente, se prefiere el proceso de compresión
isotérmica, ya que requiere menos trabajo. Un enfoque práctico y común para ejecutar este proceso
de compresión isotérmica implica la refrigeración del gas durante la compresión. A una presión de
trabajo efectiva de 7 bares, la compresión isentrópica requiere teóricamente un 37 % más de energía
que la compresión isotérmica.
Un método para reducir el calentamiento del gas es dividir la compresión en varias etapas. El gas se
enfría después de cada etapa antes de comprimirse más hasta la presión final. Esto también aumenta
la eficiencia energética, obteniéndose los mejores resultados cuando cada etapa de compresión tiene
la misma relación de presiones. Al aumentar el número de etapas de compresión, todo el proceso se
acerca a la compresión isotérmica. Sin embargo, hay un límite económico del número de etapas que
puede utilizar el diseño de una instalación real.
¿Cuál es la diferencia entre un turbocompresor y un compresor de desplazamiento positivo?
A velocidad de rotación constante, la curva de presión/caudal de un turbocompresor difiere
significativamente de una curva equivalente para un compresor de desplazamiento positivo. El
turbocompresor es una máquina con un caudal variable y presión variable. Por otro lado, un
compresor de desplazamiento es una máquina con un caudal constante y una presión variable. Un
compresor de desplazamiento proporciona una mayor relación de presiones incluso a baja velocidad.
Los turbocompresores están diseñados para grandes caudales de aire.
Selección De Compresoras
Para la selección de compresoras tenemos las siguientes definiciones:
Presión absoluta, es la suma de la presión manométrica y la presión atmosférica.

a
m
abs P
P
P 

Aire libre, es el aire que entra en la compresora a presión atmosférica. Los catálogos de los fabricantes
dan la capacidad de sus compresoras en pies cúbicos u otras unidades referidas al aire libre, presión
atmosférica al nivel del mar 14,75 lb/pulg2 y a una temperatura de 60° F.
Eficiencia Volumétrica, es la relación de volumen de aire libre que entra en la compresora y el
volumen teórico resultado del desplazamiento del émbolo del pistón. En las compresoras de calidad,
la eficiencia des del 90% o más y en las compresoras pequeñas la eficiencia es menor.
Factor por compresión de altura. Es el factor por el que se multiplica el volumen de aire a nivel del
mar para obtener la misma cantidad de aire a una determinada altitud.
2
2
2
1 P
x
V
V
x
V 
Haciendo que V1 y V2 sean a nivel del mar, se tiene:
1
2
V
V
P 

EFECTOS DEL INCREMENTO DE LA ALTURA SOBRE EL COMPRESOR
La eficiencia volumétrica es igual en toda altitud, debido a que el desplazamiento del pistón de un
tamaño determinado no cambia. Cuando la eficiencia volumétrica se expresa en términos de aire
comprimido, decrece debido a la altitud.
La presión y la temperatura ambientales disminuyen cuando se incrementa la altitud; estos cambios
afectan a la relación de compresión, por lo tanto, afectan el caudal y potencia de los compresores y
otros equipos con que trabaja; de igual manera afectan a la potencia disponible de los motores
eléctricos y de combustión interna
A medida que aumenta la altura baja la presión y la temperatura, esta variación afecta al rendimiento
de los compresores
Tabla 1. Presión atmosférica para diferentes altitudes
Altitud
ft
Presión
Barométrica
pulg
Presión
Atmosférica
lb/pulg2
Altitud
ft
Presión
Barométrica
pulg
Presión
Atmosférica
lb/pulg2
0 29,92 14,75 5000 24,78 12,18
500 29,40 14,44 6000 23,86 11,72
1000 28,87 14,18 7000 22,96 11,28
1500 28,34 13,91 8000 22,10 10,86
2000 27,80 13,67 9000 21,29 10,45
2500 27,26 13,38 10000 20,47 10,07
3000 26,76 13,16 11000 19,72 9,70
3500 26,26 12,90 12000 18,98 9,34
4000 25,76 12,67 13000 18,27 8,98
4500 25,26 12,41 14000 17,59 8,32
1 WW.Staley, Mine Plant Design, 1949
Ejemplo 01:
Se comprime 100 pies cúbicos de aire libre a 100 lb/pulg2. El mismo volumen es comprimido a 10
000 ft de altitud y se desea saber su eficiencia volumétrica en términos de aire comprimido.
Volumen nivel del mar = 3
8
,
12
75
,
14
100
75
,
14
100 ft
x 


Volumen a 10 000 ft de altitud =
3
1
,
9
07
,
10
100
07
,
10
100 ft
x
x 
Presión barométrica a 10 000 ft =
2
lg
07
,
10 pu
lb

La eficiencia volumétrica en términos de aire comprimido es : %
1
,
71
8
,
12
1
,
9

Aplicando la fórmula anterior, se puede hallar el factor de compresión para una altitud y presión
dadas.
Ejemplo 02:
Factor de compresión para ft
000
10 de altitud:
Factor de compresión = 41
,
1
1
,
9
8
,
12

Para la selección de compresoras de aire comprimido, se deben tener en cuenta los siguientes factores:
Tabla 2. Factores para determinar la capacidad de compresora requerida para operar perforadoras o altitudes en
comparación al nivel del mar.
Existen tablas que muestran la pérdida de presión debido a la fricción en tubos y mangueras dados el
gasto y la presión manométrica del aire comprimido y el diámetro interior del tubo o manguera.
Si no se dispone de tablas se puede utilizar las siguientes fórmulas:
Altitud
ft
Número de perforadoras
1 3 5 7 10 20 40 60 70
Factores
0 1,00 2,70 4,10 5,40 7,10 11,10 21,40 29,40 33,20
1 000 1,03 2,78 4,22 5,56 7,30 12,05 22,00 30,30 34,20
2 000 1,07 2,89 4,39 5,78 7,60 12,52 22,90 31,46 35,52
3 000 1,10 2,97 4,51 5,94 7,81 12,87 23,54 32,34 36,52
4 000 1,14 3,08 4,67 6,15 8,09 13,84 24,40 33,52 37,80
5 000 1,17 3,16 4,80 6,32 8,31 13,69 25,08 34,40 38,84
6 000 1,20 3,24 4,90 6,48 8,52 14,04 25,64 35,40 39,84
7 000 1,23 3,32 5,04 6,64 8,73 14,39 26,32 36,16 40,84
8 000 1,26 3,40 5,17 6,80 8,95 14,71 26,96 37,04 41,83
9 000 1,29 3,48 5,29 6,96 9,16 15,09 27,60 37,92 42,83
10 000 1,32 3,56 5,41 7,13 9,37 15,44 28,25 38,80 43,82
12 000 1,37 3,70 5,62 7,40 9,73 16,03 29,32 40,28 45,48
15 000 1,43 3,86 5,86 7,72 10,15 16,73 30,60 42,04 47,47

 
  2
1
2
2
2
1
5
5
1
2
2
2
1
2
5
2
2
2
2
1
2000
2000
2000







 













L
P
P
D
V
P
P
L
V
D
D
L
V
P
P
 
2
1
2
2
5
2
1
2
2
2
2
1
5
2000
2000












P
D
L
V
P
V
P
P
D
L
2
1
5
2
2
1
2
2000 









D
L
V
P
P
Donde:
P1= Presión absoluta al inicio (receiver), lb/pulg2.
P2= Presión absoluta al final (perforadoras), lb/pulg2.
V= volumen de aire pasando por el tubo, pies cúbicos por minuto (PCM).
L= longitud de la tubería, pies.
D= diámetro interno de la tubería, pulgadas.
Tabla 3. Pérdidas de fricción por accesorios equivalentes a tubos de acero rectos.
Diámetro
nominal
pulgadas
Tipo de accesorio
Válvulas
Globo
Válvula
Angular
Válvula
Compacta
Válvula
Check
Codo
45°
std
Codo
90°
std
Codo
90°
Largo
T
std
1/2 17,6 7,5 0,67 7,0 0,83 1,55 1,04 1,04
1/4 23,3 9,9 ,89 9,2 1,10 2,06 1,37 1,37
1 29,7 13,6 1,14 11,8 1,40 2,62 1,74 1,74
1 1/4 45,5 19,4 1,74 18,1 2,14 4,02 2,88 2,68
2 59 25,0 2,24 23,2 2,75 5,2 3,44 3,44
2 1/4 70 29,9 2,68 27,8 3,30 6,2 4,12 4,12
3 87 37,1 3,32 34,6 4,10 7,7 5,1 5,1
4 114 48,5 4,5 45,2 5,4 10,1 6,7 6,7
5 143 61 5,5 57 6,7 12,6 8,4 8,4
6 172 73 6,6 68 8,1 15,1 10,1 10,1

8 226 96 8,7 90 10,7 19,9 13,3 13,3
10 284 121 10,9 13 13,4 25,1 16,7 16,7
12 13,0 134 15,9 29,8 19,9 19,9
14 14,3 149 17,7 33,2 22,1 22,1
16 16,5 171 20,3 38,2 25,4 25,4
18 18,6 193 22,8 43.2 28,6 28,6
20 20,8 216 25,6 48,0 32,0 32,0
24 25,2 262 31,0 58 38,8 38,8
Tabla 4. Pérdida de presión con la velocidad de flujo.
Velocidad
del aire
ft por Seg
Presión Manométrica
Presión
Inicial
lb/pulg2
Presión
Final
lb/pulg2
Presión de
presión por
milla, %
25 100 97,5 2,4
50 100 90,5 9,5
100 100 53,8 46,2
Ejemplo 03:
Se requieren 60 perforadoras que según los fabricantes deben funcionar a una presión mínima de 80
lb/pulg2 y tienen un consumo de aire de 114 ft3/ min a esa presión.
El lugar de trabajo está ubicado a 15 000 ft de altitud (4 577 msnm).
Aplicando los valores de la tabla 2.2 se tiene:
min
793
4
04
,
42
114 3
ft
x 
Considerando un factor de seguridad de 30%:
min
230
6
793
4
3
,
1 3
ft
x 
Ejemplo 04:
Se desea saber el diámetro de tubería para conducir 6500 pcm, por una longitud de 5 000 ft y que
además tendrá una válvula globo, un codo de 90° y 2 de 45°. La presión manométrica del receiver es
100 lb/pulg2 y el extremo debe tener 90 lb/pulg2. El lugar está a 15 000 ft de altitud.
Asumiendo que el diámetro será de 10 pulgadas, se tiene:
1. De la tabla 2.3. se tiene las longitudes rectas equivalentes de:
1 válvula globo = 284,0 ft
1 codo de 90° = 25,1 ft

2 codos de 45° = 26,8 ft
Total = 284,0 + 25,1 + 26,8 = 336 ft
2. Longitud total:
5000 + 336 = 5336 ft
3. Diámetro de la tubería:
Aplicando:
 
altitud
de
ft
a
pu
lb
Pa
P
P
L
V
D
000
15
lg
66
,
7
2000
2
5
1
2
2
2
1
2











   
 
 
asumido
el
que
menos
pu
D
x
D
%
10
lg
9
66
,
7
90
66
,
7
100
2000
336
5
500
6
5
1
2
2
2












En la práctica, generalmente se toma un valor promedio de temperatura de 60° F, entonces la fórmula
a aplicarse es:
h
P
P
Log 0000157
,
0
log 1
2 

Donde:
P2 = presión absoluta a la altitud h, lb/pulg2.
h =altitud o diferencia de elevación entre 2 puntos.
P1 = Presión absoluta a nivel del mar, 14,75 lb/pulg2 o de otro punto conocido.
Ejemplo 05:
La casa de compresoras está a una altitud de 15 ft y la sección más profunda de la mina está a una
altitud de 13 000 ft. Se desea saber cuál debe ser la presión del aire comprimido de salida (receiver)
para que la presión manométrica no sea menor a 80 lb/pulg2 en la sección más profunda.
Presión atmosférica a 15, 000 ft de altitud = 7,66 lb/pulg2
Presión atmosférica a 13, 000 ft de altitud = 8,98 lb/pulg2

Aplicando: h
P
P
Log 0000157
,
0
log 1
2 

000
2
000
13
000
15
lg
/
98
,
88
98
,
8
80 2
1






h
pu
lb
P
Donde:
000
2
000
13
000
15
lg
/
98
,
88
98
,
8
80 2
1






h
pu
lb
P
Reemplazando:
absoluto
en
pu
lb
P
h
P
Log
2
2
2
lg
77
,
82
0000157
,
0
98
,
88
log



En el diseño de la red de tuberías, el compresor, el depósito y los enfriadores suelen colocarse en una
zona cercana entre ellos, es necesario e indispensable diseñar la distribución en planta las líneas de
suministro desde el compresor a los puntos de consumo.
Para calcular la fuerza del motor de compresora, hay varias fórmulas para determinar el tamaño del
motor de una compresora. Algunas de las más comunes son:
Para compresora de una etapa:
 
 
E
P
P
n
n
V
P
HP
n
n
1
1
1
33000
144
1
1
2
1
1












Donde:
 
%
85
%,
93
85
exp
lg
,
min
lg
,
,
2
2
2
1
1
toma
se
practica
la
en
a
de
compresora
la
de
eficiencia
E
compresión
de
adiabático
onente
n
pu
lb
deseada
al
ter
presión
P
pu
lb
inicial
absoluta
presión
P
pcm
comprimida
ser
a
libre
aire
de
volumen
V





Para compresora de dos etapas:

 
 
E
P
P
n
n
V
P
HP
n
n
a
a
a 1
1
1
000
33
144
2
2
1
2












Donde:
2
1
lg
,
,
pu
lb
presión
baja
de
cilindro
al
entrante
a
atmosféric
presión
P
pcm
presión
baja
de
cilindro
al
entrante
libre
aire
de
volumen
V
a 

%.
85
cos
406
,
1
exp
lg
, 2
2





prácti
efectos
para
E
compresión
de
adiabático
onente
n
pu
lb
presión
alta
de
cilindro
el
en
deseada
final
absoluta
presión
P
Ejemplo 06:
Se requiere comprimir 4 200 pcm de aire libre a 90 lb/pulg2. La casa de compresoras está a una altitud
de 5 000 ft.
Presión atmosférica a 5 000 ft de altitud = 12,2 lb/pulg2
Presión absoluta deseada = 90 + 12,2 = 102,2 lb/pulg2
Reemplazando valores en la fórmula de compresora de dos etapas:
 
  
HP
x
x
x
x
HP
x
643
85
,
0
1
1
2
,
12
2
,
102
1
406
,
1
000
33
406
,
1
200
4
2
,
12
144
2
406
,
1
2
1
406
,
1











Considerando una eficiencia del motor de 90%, se tiene:
HP
726
90
,
0
653

Se seleccionará el motor estándar más cercano.

Diseño De Tubería
Se debe tener en cuenta, cuando diseñemos la instalación del aire comprimido:
a. Minimizar las longitudes de las tuberías desde el compresor al punto mas lejano.
b. Pretender que la tubería sea lo mas recto posible, para disminuir el número de tees, codos y
cambios de sección que aumentan la pérdida de presión en el sistema.
c. La tubería no debe entrar en contacto con los cables eléctricos para evitar accidentes.
d. Los puntos de drenaje se deben colocar con la ayuda de Tees, dado que el cambio brusco en
la dirección del flujo facilita la separación de las gotas de agua de la corriente de aire.
e. Las tuberías deben ir descendiendo levemente en la dirección del flujo, para que pueda fijarse
aproximadamente en un 1%.
f. Las conexiones de las ramificaciones se hacen desde arriba (para obstaculizar al máximo
posible entrada de agua).
g. El número de juntas y codos se debe reducir lo máximo posible, de esta manera serán menores
las pérdidas de la red.
h. En todos los puntos bajos es recomendable colocar puntos de drenaje. Así mismo, en la línea
principal (de distribución) se puede colocar aproximadamente 30 a 40 metros.
i. Un buen diámetro de la tubería principal evitará problemas ante una ampliación de esta red.
j. Las conexiones de tuberías de servicio o bajante se deben hacer desde la parte superior de la
tubería secundaria para así evitar el descenso de agua por gravedad hasta los equipos
neumáticos y su deterioro asociado.
k. Antes de implementar extensiones o nuevas demandas de aire en la red debe verificarse que
la tubería sea del diámetro correcto para que soporte el nuevo caudal.
La red de tuberías estará conformada por:
a. Tubería principal, es aquella línea que sale del conjunto de compresores y conduce todo el
aire que consume la planta. Esta tubería debe tener la mayor sección posible para evitar
pérdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la red con su consecuente aumento de
caudal.

b. Tuberías secundarias, son aquellas derivadas de la tubería principal para luego conectarse a
las tuberías de servicio. El caudal que por allí circula es el asociado a los elementos
alimentados exclusivamente por esta tubería. También en su diseño se debe tener en cuenta
posibles ampliaciones.
c. Tuberías de servicios e instrumentación, brotan en sí los equipos neumáticos. En sus extremos
tienen conectores rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento. Con el único
fin de evitar obstrucciones se recomiendan diámetros entorno a ½” en la tubería. Dado que
generalmente son segmentos cortos las pérdidas son bajas y por lo tanto la velocidad del aire
en las tuberías de servicios puede llegar hasta 5 m/s.

PROCESO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN Y SUS EFECTOS
Al establecer la presión de operación del sistema hay que tomar en consideración la caída de presión
que se produce desde la presión de aire a la descarga de los compresores hasta los puntos de uso final.
Se considera que un sistema bien diseñado debe tener una caída de presión inferior al 10% de la
presión de descarga de los compresores, medida entre la salida del tanque recibidor y los puntos de
uso del aire.
La caída de presión en la red de distribución se produce por fricción en tuberías y por la resistencia
al paso del aire en accesorios, válvulas reguladoras, conexiones, etc. Para reducir la caída que se
produce en las tuberías hay que tratar de reducir al mínimo la distancia que debe recorrer el aire desde
los recibidores hasta los puntos de uso y dimensionar adecuadamente los diámetros de las líneas.
Cuando los caudales son grandes, al igual que las longitudes de las tuberías, se puede aceptar una
pérdida de presión de hasta 0,5 bar, para el compresor trabajando a 7 bares. Las tuberías de aire
comprimido deben dimensionarse con holgura. Desde el punto de vista de la explotación, no existe
ningún riesgo en que una tubería quede sobredimensionada; la caída de presión será menor y la tubería
funcionará como depósito de aire. El costo adicional como consecuencia de cierto aumento de la
dimensión es insignificante comparado con los gastos que pueden originarse si la red de tuberías ha
de renovarse al cabo de algún tiempo.
La caída de presión dependerá de las siguientes magnitudes:
 El caudal de aire.
 La longitud de las tuberías.
 El diámetro de las tuberías.
 La presión de trabajo en los consumidores.
 La cantidad de estrangulamientos en la red.
2
. .
.
v
p L p
RT D

 
,
,
tan de , 29,27
,( )
, /
p caída de presión atmobar
p presiónabsoluta bar oatm
R unacons tedel tipo gas que parael airevale
T latemperatura del aireen grados absolutos kelvin
V eslavelocidad del aire m s
 





   
3
int
, ,
var
min ; 1,3. min .60
D diámetro erior comercial delatubería
L longitud total delatubería longitud del tramomáslongitud equivalente m
esunafunción iableconG
G lacantidad deaire su istrado G Q Nm kg m




 
En la siguiente tabla se expone el valor de β en función del valor de G:
G 10 15 25 40 65 100 150 250 400 650
β 2,03 1,92 1,78 1,66 1,54 1,54 1,36 1,26 1,18 1,10
Cuando un fluido se desplaza uniformemente por una tubería recta, larga y de diámetro constante, la
configuración del flujo indicada por la distribución de la velocidad sobre el diámetro de la tubería
adopta una forma característica. Cualquier obstáculo en la tubería cambia la dirección de la corriente
en forma total o parcial, altera dicha configuración y ocasiona turbulencia, causando una pérdida de
energía mayor de la que normalmente se produce en un flujo por una tubería recta. Ya que las válvulas
y accesorios en una línea de tuberías alteran la configuración del flujo, producen una pérdida de
presión adicional.
La pérdida de presión total producida por una válvula o accesorio consiste en:
a. La pérdida de presión dentro de la válvula.
b. La pérdida de presión en la tubería de entrada es mayor de la que se produce normalmente si
no existe válvula en la línea. Este efecto es pequeño.
c. La pérdida de presión en la tubería de salida es superior a la que se produce normalmente si
no hubiera válvula en la línea. Este efecto puede ser muy grande.
Cálculo Y Estimación De La Eficiencia Volumétrica
Calcular v
n es una tarea sencilla, aunque laboriosa. La práctica habitual en la actualidad consiste en
determinar v
n directamente a partir de su definición dada por la formula llenando un recipiente de
capacidad conocida (usualmente
3
1m a la vez que se calcula el volumen barrido por los émbolos
mediante la fórmula.
d e
V NV

Por otra parte, al ser N un numero entero, la precisión de las medidas se ve afectada cuando su valor
es pequeño (por ejemplo, para N-5, una embolada representa un 20% de la medida) En resumen, este
método presenta dos problemas

De que se extrapola una medida puntual de n v a todo el proceso
De la baja resolución para valores pequeños de N, con la consiguiente incidencia sobre la precisión
de las medidas Llidns et al, 2000 a, 2000 b
Compresores Alternativos Sin Espacio Muerto
Todos los compresores de movimiento Alternativo tienen un volumen o espacio muerto entre la parte
superior del embolo y la parte correspondiente del cilindro, y en tal localización se encuentran las
válvulas de succión y descarga. Muchos compresores son de doble acción, lo cual significa que
realizan compresión en uno y otro sentido de su carrera.
Si consideremos que el compresor actúa en una sola dirección, también que es nulo el volumen del
espacio muerto, lo que significará que el gas del cilindro es expulsado totalmente cuando el embolo
se encuentra en el punto muerto superior de su carrera.
Trabajo De Un Compresor Sin Espacio Muerto
Para un proceso isotérmico se tiene:
2
1 1
1
1
P
n
w PV Ln
n P
 
  
  
Compresores Alternativos Con Espacio Muerto
A continuación, se aplicará lo expuesto acerca de los compresores de movimiento alternativo sin
espacio muerto a los compresores reales, en que los que existe dicho espacio. En estos últimos, el
embolo no se desplaza hasta tocar la parte superior del cilindro, por lo cual queda cierto espacio libre
alrededor de las válvulas, que es conocido como volumen de espacio muerto y que generalmente se
expresa como una fracción (o porcentaje) del volumen de desplazamiento total: tal fracción recibe el
nombre de coeficiente de espacio muerto, c, y se define como
3
d
V
volumenespaciomuerto
C
volumendedesplazamiento V
 

Diagrama 1. P-V de compresor alternativo de simple acción con espacio muerto
Empezando en el estado 1 de la imagen, el gas es comprimido politrópicamente hasta el estado 2; en
éste la válvula de descarga se abre. El gas es expulsado a presión constante desde 2 hasta 3.
En el estado 3, el embolo se encuentra en el límite superior de su carrera, y conforme retrocede, la
válvula de descarga se cierra y el gas atrapado se expande hasta alcanzar el estado 4.
En este ultimo la presión del cilindro es lo suficientemente baja para admitir nuevamente gas a través
de la válvula de succión hasta llegar al estado 1 y completar así el ciclo.
Trabajo de un compresor con espacio muerto
 
 
1
2
1 1 4
1
1
1
n
n
P
n
w P V V
n P

 
 
 
    
 
  
 
 
Esta ecuación representa el trabajo cíclico que corresponde a un compresor con espacio muerto. El
termino  
1 4
V V
 representa la cantidad de gas que entra al cilindro a T1 y P1. Cuanto más pequeño
sea el volumen de espacio muerto, tanto mayor será el volumen de gas que puede entrar en el
compresor.
Ejemplo 01:
Un compresor ideal tiene un volumen de desplazamiento de 14 litros y un volumen de espacio muerto
igual a 0,7 litros. Toma aire a 100 kPa y lo descarga a 500 kPa. La compresión es politrópica con n =
1,3, y la expansión es del tipo isentrópico con m=1,4. Determinar el trabajo neto del ciclo y calcular
el error implícito si m=n.

 
3
1 2
3
3
3
1
1
1 1,4
3
4 3
4
3
0,014
0.0007
0,0147
0,0007 5
0,0022
D
m
V V V m
V m
V m
P
V V
P
m
  


 
 
 
 

Luego reemplazamos en la ecuación:
   
    
 
    
 
1 1
3
2
1 1 4 4
1 4
1,3 1 1,4 1
1,3 1,4
1 1
1 1
1,3 1,4
100 0,147 1 5 100 0,0022 1 5
1,3 1 1,4 1
2,40
n m
n m
P
P
n m
w PV PV
n P m P
w
w KJ
 
 
   
   
   
   
   
   
 
   
   
   
   
   
   
 
   
 
Si m=n, entonces
 
1
1 1,3 3
3
4 3
4
3
1 4
0,0007 5 0,0024
0,0123
n
P
V V m
P
V V m
 
  
 
 
 
Luego reemplazamos en la ecuación
 
 
    
 
1
2
1 1 4
1
1,3 1
1,3
1
1
1,3
100 0,123 1 5
1,3 1
2,39
n
n
P
n
w P V V
n P
w
w KJ


 
 
 
    
 
  
 
 
 
 
 
  
 
El error porcentual es
  
2,40 2,39 100
0,41%
2,40
error

 
El error es mínimo por lo que es aceptable suponer que m=n

Ejemplo 02:
Un compresor de doble acción, con un desplazamiento volumétrico del embolo de 3
0,05m por
carrera, opera a  
500 min
rev . El espacio muerto es de 5%, toma aire a 100 kPa y lo descarga a
600 kPa. La compresión es politropica, 𝑃𝑣1,35=𝐶. Determinar la potencia requerida, así como la
descarga de aire  
3
m s
Es necesario determinar v1y v4
  
 
1 3
3
1
1
1 1,35 3
3
4 3
4
3
1 4
0,05 0,05 0,05
0,0525
0,0025 6 0,0094
0,0431
D D D
n
V V V V cV
V m
P
V V m
P
V V m
     

 
  
 
 
 
Luego en
 
 
    
 
1
2
1 1 4
1
1,35 1
1,35
1
1
1,35
100 0,0431 1 6
1,35 1
9,829
n
n
P
n
w P V V
n P
w
w KJ


 
 
 
    
 
  
 
 
 
 
 
  
 
Trabajo con doble acción
  
2 9,829 19,658
500 1min
19,658 163,81
min 60
w kj ciclo
rev
w KJ x x KW
seg
   
   
Volumen de descarga
1 1 1,35
3
1
2 1
2
1
0,0525 0,0139
6
n
P
V V m
P
   
  
   
 
 

  
  
3
2 3
2 3
3
3
0,0114
500 1min
2
min 60
500 1min
0,0114 2
min 60
0,19
desc
desc
desc
V V m
rev
V V V x
seg
rev
V m x
seg
V m s
 
 



CLASES DE COMPRESORAS
Los compresores son máquinas que comprimen el aire ambiente (a presión atmosférica) y lo
comprimen hasta lograr una presión superior.
Por el número de etapas
 Compresores de una etapa.
Estos compresores disponen de una simple etapa de compresión. Se componen, en esencia,
de un cárter con cigüeñal, pistón y cilindro. Para su refrigeración lleva, en la parte exterior,
aletas que evacuan el calor por radicación son utilizados para aplicaciones en donde el caudal
sea limitado y en condiciones de servicio intermitente, pues son compresores de pequeñas
potencias. En este tipo de compresores, la temperatura de salida del aire comprimido se sitúa
alrededor de los 180ºC con una posible variación de ±20ºC.
 Compresores de dos etapas.
Son compresores que tienen como característica principal que el aire es comprimido en dos
etapas, en la primera etapa (de baja presión) se comprime hasta una Pi =2 a 3 bar, y en la
segunda etapa (de alta presión), se comprime hasta una presión de 8 bar. Estos compresores
son los más empleados en la industria cubriendo sus caudales una extensísima gama de
necesidades. Pueden ser refrigerados por aire o por agua. Es decir, el refrigerador intermedio
(entre etapas) puede actuar a base de un ventilador o en virtud de una corriente: de agua a
través del mismo. En este modelo de compresores, la temperatura de salida del aire
comprimido gira alrededor de los 130ºC con una posible variación de ±20ºC.
Por el modo de trabajar el pistón
Se dice que un pistón es de simple efecto cuando trabaja sobre una sola cara del mismo (ver figura a)
y precisamente aquella dirigida hacia la cabeza del cilindro. La cantidad de aire desplazado es igual
a la carrera por la sección del pistón.
El pistón es de doble efecto (ver figura b) cuando trabaja sobre sus dos caras y delimita dos cámaras
de compresión en el cilindro. Así, el volumen engendrado es igual a dos veces el producto de la
sección del pistón por la carrera. Hay que tener en cuenta el vástago, que ocupa un espacio obviamente
no disponible para el aire, y, como consecuencia, los volúmenes creados por las dos caras del pistón
no son iguales.

Se dice que el pistón es de etapas múltiples o tándem si tiene elemento superpuestos de diámetros
diferentes, que se desplazan en cilindros concéntricos (ver figura c). El pistón de mayor diámetro
puede trabajar en simple o doble efecto, no así los otros pistones, que lo harán en simple efecto. Esta
disposición es muy utilizada por los compresores de alta presión.
Y, finalmente, al pistón se le llama diferencial (ver figura d) si trabaja a doble efecto, pero con
diámetros diferentes para conseguir la compresión en dos etapas. Tiene limitada la utilidad, y dicha
posición de los pistones está cayendo en desuso. Página 4 de 35
Figura 2. Por el modo de trabajar el pistón
Básicamente hay siete tipos de compresores de aire que se utilizan en la industria, que se agrupan a
su vez en dos grandes familias: compresores de desplazamiento positivo (CDP); los cuales encierran
un volumen de gas o aire y después incrementan la presión reduciendo dicho volumen mediante el
desplazamiento de uno o más miembros en movimiento; y los compresores rota-dinámicos o
turbocompresores (TC); los cuales funcionan a presión constante.
Compresor De Tornillo (Cdp)
Este tipo de compresores son alternativos de desplazamiento positivo y ofrecen un caudal elevado y
estable en condiciones de presión variables; estas características lo hacen ideal para las instalaciones
de aire comprimido.
Las principales piezas del compresor de tornillo son los rotores macho y hembra, que giran en
direcciones opuestas mientras disminuye el volumen entre ellos y la carcasa. Cada elemento de
tornillo tiene una relación de presiones integrada fija que depende de su longitud, del paso del tornillo
y de la forma de la lumbrera de descarga. Para lograr la máxima eficacia la relación de presiones
integrada debe adaptarse a la presión de trabajo requerida.

Estos compresores son fáciles de conservar, la salida de aire en estos compresores es lisa y libre de
los impulsos que se pueden hallar en otros modelos de compresor de aire, tienen un gran volumen de
aire a una gran presión. Son de larga duración y de rápido funcionamiento.
Figura 3. Compresor de tornillo
El ciclo de trabajo de este tipo de compresores se divide en cuatro etapas:
 Comienzo de la compresión. El cilindro se encuentra lleno de aire
 Etapa de compresión. El pistón actúa sobre la masa de aire reduciendo su volumen original
con un aumento paralelo de la presión del mismo. Las válvulas del cilindro permanecen
cerradas.
 Etapa de expulsión. Justo antes de completar la carrera de compresión la válvula de descarga
se abre. El aire comprimido sale del cilindro, debido a su propia presión, a través de la válvula
de descarga. Antes de alcanzar el final de carrera la válvula de descarga se cierra dejando el
espacio libre del cilindro lleno de aire a la presión de descarga.
 Etapa de expansión. Durante esta etapa tanto la válvula de descarga como la de entrada
permanecen cerradas. El pistón comienza la carrera de retroceso, el aire contenido dentro del
cilindro sufre un aumento de volumen con lo que la presión interior del sistema se reduce.
 Etapa de admisión. El pistón durante esta etapa retrocede provocando una depresión en la
interior del cilindro que es compensada por la entrada de aire a través de la línea de admisión.
Justo antes de llegar al punto inferior de la carrera la válvula de admisión se cerrará,
volviendo al estado inicial con lo que comienza un nuevo ciclo.

Compresor De Paletas Deslizantes (Cdp)
Utiliza unas paletas colocadas excéntricamente dentro del rotor de la máquina. Al ir girando, el
espacio existente entre las paletas se va reduciendo, con lo que el aire atrapado es esas cavidades se
comprime. Este tipo de compresores se suele utilizar cuando normalmente cuando las exigencias de
caudal son bajas.
Figura 4. Compresor De Paletas Deslizantes
Compresor de anillo liquido (CDP)
Son compresores de desplazamiento positivo que emplean un rotor de álabes fijos dentro de una
envolvente elíptica, que está parcialmente llena de líquido.
Al girar el rotor, los alabes ponen el líquido en movimiento, penetran dentro de la película de líquido
y comprimen el aire que queda atrapado. Son compresores libres de aceite.
Figura 5. Compresor de anillo

Compresor de lóbulos (CDP)
Funcionan de manera similar a una bomba de engranajes. Al girar, el aire atrapado entre los lóbulos
del rodete y la carcasa de la máquina es impulsado hacia la salida. Estas máquinas aportan poca
compresión, que está asociada básicamente al movimiento de los lóbulos.
Figura 6. Compresor de lóbulos
Compresor de husillo (CDP)
Utilizan un par de tornillos sin fin que al girar van comprimiendo el aire que queda atrapado entre
ellos. Consiguen alcanzar grandes presiones gracias a lo reducido de los huelgos existentes entre los
tornillos.
Figura 7. Compresor de husillos
Compresores centrífugos (TC)
Son de tipo rota-dinámico. La velocidad del aire aumenta al paso por al rodete mientras que, a la
descarga, una sección difusiva (la voluta) decelera el aire y aumenta la presión de descarga.
Normalmente se emplean cuando se necesitan importantes caudales de aire a presiones relativamente
moderadas.

Se pueden conseguir mayores presiones colocando varios compresores en línea.
Figura 8. Compresor centrifugo
Compresores axiales (TCI)
Son compresores dinámicos con flujo axial. El aire circula paralelo al eje del compresor a través de
hileras de álabes giratorios y estacionarios. De esta forma, la velocidad del aire aumenta gradualmente
al mismo tiempo que los álabes estacionarios convierten la energía cinética en presión. Normalmente
para contrarrestar el empuje axial el compresor lleva incorporado un tambor de equilibrio.
Los compresores axiales suelen ser más pequeños y ligeros que sus equivalentes centrífugos y
funcionan por lo general a velocidades mayores.
Figura 9. Compresor axial

CONCLUSIONES
 El aire comprimido es importante porque es una fuente de energía en casi todas las
operaciones mineras desde la exploración y el procesamiento de minerales hasta la fundición
y refinación, todo el proceso de minería requiere alguna forma de aire comprimido para
herramientas neumáticas (taladros, llaves, cargadores neumáticos, etc.)
 La compresión de aire es la presión que se ejerce por una determinada fuerza y es
inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, considerando que la temperatura
se mantenga constante.
 Los efectos producidos por el incremento de altura sobre el compresor son: la deficiencia
volumétrica, cuando se expresa en términos de aire comprimido ésta decrece; disminución
de la presión y temperatura ambiental a la relación de compresión; variación en el
rendimiento de los compresores.
 El proceso de la caída de presión depende de: la fricción en tuberías, el caudal de aire, la
longitud de las tuberías, el diámetro de las tuberías, la presión de trabajo en los consumidores,
la cantidad de estrangulamientos en la red.

BIBLIOGRAFÍA
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BERNAOLA, José. Sistemas de Perforación. Fundamentos y campo de aplicación. España:
Universidad Politécnica de Madrid, 2004. pp.
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minería. Madrid ,2013. 264 Pp.
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ISBN: 84-252-0662-6
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Disponible en: https://ctveonline.exsa.net/p/descarga-de-manual
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Disponible en:
http://repositorio.uncp.edu.pe/bitstream/handle/UNCP/2174/Lopez%20Seiko.pdf?sequence=1&isAl
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disponible en:
https://www.academia.edu/35360103/FACULTAD_DE_INGENIERIA_DE_MINAS_SERVICIOS
_AUXIALIARES_MINEROS
Páginas web
https://europe.sullair.com/en
https://www.atlascopco.com/es-pe

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