AIRE COMPRIMIDO INGENIERIA.pdf

Instituto Tecnológico de Culiacán Ingeniería Mecatrónica
• Conceptos básicos del aire comprimido.
• Contaminación del aire.
• Generación del aire.
• Redes de distribución.
• Unidades de mantenimiento.
• Clases de calidad de aire.
• Por que es importante el suministro de aire

¿Quién dijo que el aire es gratis?
• Fuerza
Eléctrica
ENERGÍA
ELÉCTRICA
ENERGÍA
ELÉCTRICA
• Filtros
• Secadores
PREPARACIÓN
PREPARACIÓN
• Sistema de
Tubería / Red
DISTRIBUCIÓN
DISTRIBUCIÓN
GENERACIÓN
GENERACIÓN
•Compresores
•Equipo
neumáticas
USOS
DIVERSOS
USOS
DIVERSOS
G
r
a
n
o
p
o
r
t
u
n
i
d
a
d
d
e
a
h
o
r
r
o

USOS Y GASTOS DEL AIRE COMPRIMIDO
22%
13%
65%
Aire utilizado
Pérdidas en
máquina
Pérdidas en suministro
Distribución promedio del uso del aire
comprimido
Mantenimiento a equipo generador
Depreciación del equipo
Costo de energía
15%
6%
79%
Distribución de gastos en el uso del
aire comprimido

35% desperdicio promedio
Equivalente a
$ 420,000
264,000 pérdidas en la máquina
156,000 pérdidas en suministro
Equipo : Compresor de 150 HP
Operación : Trabaja 24 h/día y 365 días/año
Cálculo :
Total gastos $ 1,200,000
Energía eléctrica (79%) $ 960,000
Mantenimiento (21%) $ 240,000
depreciación
refacciones
servicio
GASTO PROMEDIO DE UN COMPRESOR

La utilización del aire comprimido y de sus propiedades como
medio de energía para producir un movimiento y un trabajo. el
aire
aire se compone principalmente:
• Nitrógeno
• Oxigeno
• Otros gases
• Impurezas

PROBLEMAS AL COMPRIMIR EL AIRE
El aire a presión atmosférica contiene impurezas. al comprimir
el aire también se comprimen todas estas impurezas y
además se suman a ellas las partículas que vienen del propio
compresor .
Suciedad y partículas de polvo
Condensación del agua
Contaminación de aceite

Carbón
negro
Las partículas sólidas se presentan en forma de polvo:
Partículas de
desgaste
La partícula mas pequeña que
podemos ver es de 45 micrones
140.000.000 de partículas
contaminantes en cada m3
80% de esta contaminación
es menor a 2 micrones
Materia
corrosiva
Aire con partículas no mayor a 0.01 µm se considera
limpio para poder respirarlo

PROMEDIO DEL
TAMAÑO DE
PARTICULAS
µm
PARTICULA
MAYOR
µm
En provincia
- tiempo de lluvias 0,05 0,80 4,00
- tiempo de secas 0,15 2,00 25,00
Ciudades grandes
- áreas residenciales 0,40 7,00 60,00
- áreas industriales 0,75 20,00 100,00
Zonas industriales 3,00 60,00 1000,00
- talleres 1 a 10
- fundición 50 a 100
- cementeras 100 a 200
- desechos de hornos 1000 a 15000
CONCENTRACION
PROMEDIO
MG/M3
Promedio de polvo contenido en el aire

TIPOS Y TAMAÑOS DE IMPUREZAS MAS
COMUNES

EFECTOS DE PARTICULAS EN UNA VALVULA

Contaminación de aceite
• También en el caso
de compresores
que trabajen sin
aceite
Aceite en forma de
aerosoles presentes
en el aire
Aceite del
compresor

Condensación de Agua
Agua siempre
presente en el aire...
Se libera agua cuando
el aire comprimido se
enfria
... en forma de
humedad natural
aire a +20°C con
100% de saturation
contiene 17,15 g
de agua por m3

Estos contaminantes son agentes
destructores del equipo neumático
Contaminación

Condensación de agua
• Hinchamiento de
• los empaques
Efectos en los elementos neumáticos:
Congelación del
aire en las válvulas
Congelación de
los empaques
Destrucción de
los empaques
Corrosión

Condensación de agua
• Decrece la
• confiabilidad de
• funcionamiento
Resultados:
Velocidades
más lentas
Disminución del
tiempo de vida

La pureza del aire comprimido esta influenciada por
• La calidad del aire de aspiración
• El filtro de aspiración.
• El tipo de compresor
• Mantenimiento del compresor
• El separador de partículas sólidas
• Secador por refrigerante
• La red de distribución
• La unidad de mantenimiento
• Filtros y sacadores

• Principio por mecánica de fluidos
Características:
Generación del aire comprimido
•Altos caudales
•Bajas presiones
•Sin contaminación por lubricación
mecánica

•Altas presiones
•Relativos bajos caudales
•Contaminación por partes
mecánicas lubricadas
Características:
Generación del aire comprimido
• Principio desplazamiento positivo

Tanque vertical
Tanque horizontal
ACUMULADOR – TANQUE
DEPOSITO DE AIRE
• Reduce las caídas de presión en la línea
• Sirve como respaldo de energía neumática
• Ayuda a eliminar la humedad
• Sistema de seguridad

Termómetro
Manómetro
Válvula limitadora
Válvula de cierre
Grifo
El acumulador se debe
instalar a la sombra
El tamaño acumulador depende de:
 Caudal de compresor.
 Cantidad de aire requerida por el sistema.
 Red de tuberías.
 Regulación del compresor
 Oscilación de la presión en el sistema.

Entre el compresor y nuestro
acumulador es necesario contar
con un secador en frío

x
• Longitud corta
• Pocos elementos
• Caídas de presión
RED DE AIRE COMPRIMIDO
El material de la red de aire debe ser de un material con superficies lisas
preferentemente. Dependiendo de su longitud la red de distribución de aire
comprimido se aplica alguna de las siguientes configuraciones:
• Longitudes largas
• Elementos indefinidos
• Estabiliza la presión

LA DISTRIBUCIÓN DEL AIRE
La instalación área impide que la
humedad “trepe” hacía las máquinas
Cuello de ganso impide
que por gravedad la
humedad vaya hacía la
máquina
Trampa de
condensado para
desfogar la
humedad
Una pendiente 1 al 2 % de
la longitud permite
concentrar los
condensados

UNIDADES DE MANTENIMIENTO
• Filtro. Evita el paso de partículas indeseables y acumula condensados de
agua. Los hay para 40, 5, 1, 0.01 y 0.003 micras.
• Regulador. Mantiene la presión de salida constante independientemente de la
presión de entrada. Presiones de 0 a 15 bar.
• Lubricador. Por medio del aceite se reduce el desgaste, disminuyen las
perdidas por rozamiento y protección contra la corrosión ( 32 mm2 / seg = ISO
VG 32 )

• El tamaño de las unidades de mantenimiento depende del consumo del aire.
Si es demasiado pequeña pueden producirse oscilaciones de la presión y los
filtros quedan obstruidos demasiado pronto.
• Las unidades de mantenimiento montadas al principio de un sistema
neumático deben admitir un caudal mayor, ya que dichas unidades tienen que
encargarse de limpiar una mayor parte del aire.
• Tratándose de aire con aceite, la lubricación no deberá superar los 25 mg/mts3
( de 0.5 a 5 gotas / 1000 litros )
• De ser posible, los lubricadores deberán ser instalados inmediatamente antes
de los cilindros consumidores.

Filtro Lubricador
Regulador
• Unidad de mantenimiento básica
• Filtro de 40 o 5 micras.

Aire lubricado
Aire sin lubricar
Lubricador
Regulador
Filtro
Con un modulo de derivación antes del lubricador. El aire
lubricado es para los elementos de trabajo y el aire sin aceite es
para el mando de los elementos neumáticos o para aplicaciones
en donde no sea necesario la lubricación.

Parte de Mando: 3 a 4 bar
Presión de trabajo: 6 bar
Filtro
Regulador
Lubricador
Con un modulo de derivación antes del lubricador y con presión
de mando regulada para 3 a 4 bar.

Filtro Filtro
Submicrónico
1 Micra
Regulador
Lubricador
Trabajo 6 bar
Mando 3 o 4 bar
5 Micras
Con filtro submicrónico de 1 micra.

Aire de
mando
sin lubricar
Aire de
trabajo
lubricado
Regulador
Lubricador
Válvula
de
corredera
Filtro
submicrónico
1 micra
Filtro
regulador
5 micras

SECADORES
a 100%
saturación
p = 1 bara
Contenido humedad
g/m
3
Temperatura en
¦ C
-10 0 +10 20 30 40 50 60 70 80
1000
500
100
50
20
10
1
0.1
5
0.5
a 100 %
saturación
p=6 bara
Punto de roció. Es la
temperatura a la que el
vapor se condensa.
Comprimir el aire
significa reducir su
volumen
El aire comprimido no
puede contener tanta
agua como el aire
atmosférico
Cuanta mas alta la temperatura del
aire, mayor es su concentración de
humedad.

SECADORES REFRIGERANTES
Principio:
Aire comprimido con una
temperatura aprox. 30°C
Intercambiador de calor
Unidad refrigerante
Purga de condensados
A
B
C
D

SECADORES DE MEMBRANA
Están compuestos por un haz de de fibras huecas permeables al
vapor y que está circundando de aire seco que no está sometido a
presión. El secado se produce a raíz de la diferencia parcial de
presión entre el aire húmedo en el interior de las fibras huecas y el
flujo en sentido contrario del aire seco. El sistema procura crear
un equilibrio entre la concentración de vapor de agua en ambos
lados de la membrana.

Principio de funcionamiento en detalle:
1 Aire sucio y húmedo entra por el filtro coalesente
2 Aceite y agua es retenida por el filtro y evacuada por la purga automática
3 Aire comprimido limpio y saturado entra al secador
4 El aire pasa por un paquete de membranas con fibras huecas
5 El vapor de agua se dispersa a través de las paredes de las membranas
6 Aire de purga (aire seco de la salida del secador)
7 El aire de purga en sentido contrario pasa sobre la superficie de las membranas
eliminando las moléculas de agua
8 Aire limpio y seco es suministrado por la salida del secador

1 aire húmedo
filtro de entrada
2 humedad es adsorbida
en la superficie del
desecante
3 regeneración del
desecante por el
aire de purga
4 expansión de la línea
de presión a la presión
atmosférica
5 aire seco
filtro de salida
6 humedad es
evacuada del
sistema
SECADORES DE ADSORCIÓN

Punto de rocío
de la presión
Flujos
Categorías
aire limpio
Tamaño
Montaje?
Secadores
Refrigerantes
Secadores de
Adsorción
Secadores de
Membrana
+2°C -70°C -20°C
Alto Medio/Alto Bajo
(500-20000 l/min) (55-1820 l/min) (50-340 l/min)
4 1 3
Grande Mediano Pequeño
Cuarto de A pie de máquina A pie de máquina
compresores
COMPARACION DE LOS
SECADORES

SECADORES DE ADSORCIÓN
Beneficios
Secadores
Refrigerantes
Secadores de
Adsorción
Secadores de
Membrana
-punto de rocío
de la presión
constante
-alta eficiecia
-listo para conectar
-PDP -70°C posible
-no requiere
conexión
eléctrica
-seguro en
ambientes
explosivos
-no requiere
desecante
-confiable
-no requiere
desecante
-económico
-no requiere
aire de purga
-Altos flujos

CLASES DE AIRE COMPRIMIDO
La calidad del aire comprimido es expresada en clases de acuerdo
a la norma ISO 8573-1. En dicha norma se establece el grado de
impurezas máximo en cada clase de calidad de aire.
No especificado
+10
No especificado
6
5
+3
15
4
25
+7
40
5
0.1
-40
1
2
1.0
-20
5
3
0.01
-70
0.1
1
No especificado
No definido
No especificado
7
Máximo contenido de
aceite
Punto de roció bajo
presión
Tamaño de
partículas µm
Clase
El aire recomendado para cilindros es 3.3.5

AIRE RECOMENDADO POR ISO
Aplicación Sólidos Agua Aceite
Aire para ventilación
Chumaceras con suspensión de aire
Aire para instrumentos
Motores de aire pesados
Turbinas de aire
3
2
2
4
2
5
2
3
4-1
2
3
3
3
5
3
Máquinas para zapatos y botas
Máquinas para piedras y vidrio
4
4
4
4
5
5
Limpieza de partes de máquinas
Edificación y construcción
Transporte de sustancias granuladas
Transporte de sustancias en polvo
4
4
3
2
4
5
4
3
4
5
3
2
Circuitos de potencia en fluídica
Sensores en fluídica
Máquinas de fundición
4
2
4
4
2-1
4
4
2
5
Transporte de comida y bebidas 2 3 1
Equipo manual en la industria 4 4-5 5-4

AIRE RECOMENDADO POR ISO
Máquinas herramientas
Minería
4
4
3
5
5
5
Máquinas empacadoras
Procesamientos fotográficos
Cilindros de aire comprimido
Reguladores de presión de precisión
Equipo para procesos
4
1
3
3
2
3
1
3
2
2
3
1
5
3
3
Martillos neumáticos 4 5-2 5
Equipo Sandblast
Pistolas de aspersión
-
3
3
3-2
3
3
Máquinas para soldar
Plantas generales de aire
4
4
4
4
5
5
Aplicación Sólidos Agua Aceite

Fugas de Aire Comprimido
• Estanquidad equivale a fuga admisible 1x10-10mbar litro/seg.
• Prácticamente estanquidad entre 10-2 a 10-5 mbar litro/seg. Los
racores FESTO cumplen con dicho valor.
• Fuga se entiende como la pérdida de aire comprimido en zonas
no estancas a lo largo de un año pueden ser considerable
8.3
31.0
5
3.1
11.1
3
0.3
1.3
1
Perdida de energía en
KW
Perdida del aire
comprimido(6 bar) en l/s
Diámetro del orificio de
la fuga en mm

Fugas de Aire Comprimido
10
Herramientas neumáticas
18
Aparatos conectados a la red
12
Válvula de vías
8
Tubería
25
Otros
1
Actuadores
26
Racores
Fugas de aire %
Equipo

Sugerencias para ahorrar
La perdida de presión debe ser:
1. Tubería principal
2. Tubería de distribución
3. Derivaciones
4. Secador
5. Filtro
6. Unidad de mantenimiento
Perdida total
0.03
0.03
0.04
0.30
0.40
0.60
1.40

• La red de tubería debe ser lo más corta posible y el diámetro de la
tubería debe ser el mas pequeño posible.
• Las tuberías que se instalen adicionalmente deben de provenir de
la fuente de aire comprimido y no de alguna derivación.

• Las unidades de mantenimiento deben montarse de modo
descentralizado y los mas cercano a los consumidores
• Utilizar cilindros de diámetro apropiado.
55 % gasto de aire en mal elección
DNG-40-250-PPV-A
Consumo por ciclo = 4.05 litros
DNG-50-250-PPV-A
Consumo por ciclo = 6.30 litros
Relación de aire = 6.30 / 4.05 = 1.55

• Hasta donde sea posible trabajar con la presión mínima posible.
DNG-50-250-PPV-A
Ejemplo: Se tiene un carga de 85 Kg a levantar. Que presión es
recomendable utilizar ?
DNG-50-250-PPV-A a 5 Bar  90 Kg
DNG-50-250-PPV-A a 6 Bar  108 Kg
P1V1 = P2V2
El volumen de un DNG-50-250-PPV-A  0.9 litros a presión atmosférica por ciclo.
Para 5 Bar tenemos = 0.9 x 6 = 5.4 litros Para 6 Bar tenemos = 0.9 x 7 = 6.3 litros
Relación de aire = 6.3/5.4 = 1.16
16 % gasto de aire por mala regulación

• Las pistolas de chorro de aire para limpiar, soplar, eliminar
virutas, etc., aplicar solo una presión máxima de 2 bar.
• Es mas recomendable utilizar bloques de distribución que utilizar
varias conexiones en T a la vez por la perdida de presión además de
tener menos puntos posibles de fuga

• Siempre que sea posible utilizar solo cilindros de simple efecto ya
que estos cilindros solo consumen aire en el avance o retroceso.

• En la medida que sea posible utilizar el regreso de los cilindros de
doble efecto utilizando un fuelle neumático.
Los cilindros de carrera larga (más de 150 mm) no funcionan no
funcionan en modalidad de simple efecto.
2 Bar

• Si para el retroceso de un cilindro de doble efecto no se necesita
toda la fuerza, utilizar una presión de 4 en vez 6 Bar.
40 % gasto de aire por mala regulación
Para 6 Bar tenemos = 0.4107 x 7 = 2.875 litros
Para 4 Bar tenemos = 0.4107 x 5 = 2.0535 litros
Relación de aire = 2.875/2.0535 = 1.40
El volumen de un DNG-50-250-PPV-A  0.4107 litros a
presión atmosférica en su retroceso

• Las válvulas deben montarse lo mas cerca posible de los cilindros
• Utilizar el mando neumático solo si es indispensable

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