actualización y mejora del sistema de aire comprimido de pastas...

I

Facultad de Ingeniería.

Escuela de Ingeniería Mecánica.

ACTUALIZACIÓN Y MEJORA DEL SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO DE PASTAS CAPRI C.A.

Aldo Vega Blas Brando

Tutor Académico: Ing.Oscar Rodríguez

Tutor Industrial: Ing. Enrique Vasquez

Caracas, 21 de Abril del 2004.

I

DERECHOS DE AUTOR

Quienes Suscriben, en condición de autores del trabajo titulado “Actualización y

mejora del sistema de aire comprimido de Pastas Capri C.A.”, declaramos que:

Cedemos a título gratuito, y en forma pura y simple, ilimitada e irrevocable a la

Universidad Metropolitana, los derechos de autor de contenido patrimonial que

nos corresponden sobre el presente trabajo. Conforme a lo anterior, esta sesión

patrimonial sólo comprenderá el derecho para la Universidad de comunicar

públicamente la obra, divulgarla, publicarla o reproducirla en la oportunidad que

ella así lo estime conveniente, así como, la de salvaguardar nuestros intereses y

derechos que nos corresponden como autores de la obra antes señalada. La

Universidad en todo momento deberá indicar que la autoría o creación del

trabajo corresponde a nuestra persona, salvo los créditos que se deban hacer al

tutor o a cualquier tercero que haya colaborado o fuere hecho posible la

realización de la presente obra.

___________________ ___________________

Blas Brando Aldo Vega

C.I. 14.890.514 C.I. 14.775.266

En la ciudad de Caracas, a los 21 días del mes de Abril del año 2004.

II

APROBACIÓN

Consideramos que el Trabajo Final titulado:


Elaborado por los ciudadanos:

Aldo Vega

Blas Brando

Para optar al título de:

INGENIERO MECÁNICO

Reúne los requisitos exigidos por la Escuela de Ingeniería Mecánica de la

Universidad Metropolitana, y tiene méritos suficientes como para ser sometido a

la presentación y evaluación exhaustiva por parte del jurado examinador que se

designe.

En la ciudad de Caracas, a los 21 días del mes de Abril del año 2004.

__________________

Ing. Oscar Rodríguez

III

ACTA DE VEREDICTO Nosotros, los abajo firmantes, constituidos como jurado examinador y reunidos

en Caracas, el día 21 de Abril del 2004, con el propósito de evaluar el Trabajo

Final titulado


Presentado por los ciudadanos

Aldo Vega

Blas Brando Para optar al título de

INGENIERO MECÁNICO

Emitimos el siguiente veredicto:

Reprobado_____ Aprobado_____ Notable_____ Sobresaliente_____

Observaciones:

________________________________________________________________

________________________________________________________________

______________ _____________ ______________

Oscar Rodríguez Gérman Crespo Enrique Vásquez

IV

RESUMEN


Autores: Aldo Vega

Blas Brando

Tutor Industrial: Ing. Enrique Vasquez

Tutor Académico: Ing. Oscar Rodríguez

Caracas, Abril 2004

El siguiente proyecto tiene como finalidad evaluar el sistema de aire

comprimido de Pastas Capri C.A. con el objeto de conseguir las causas a los

problemas existentes y proponer soluciones.

Grandes cantidades de condensado en las purgas y constantes deterioros

en los dispositivos de accionamiento neumático, grandes períodos de carga del

compresor y ocasionales caídas de presión, además de una red de tuberías

caóticamente distribuida, son algunos de los problemas que se presentan en el

actual sistema de aire comprimido de Pastas Capri C.A.

V

Una vez conocidos los problemas del sistema actual de aire comprimido,

se procedió a realizar la evaluación del mismo y se consiguió que el caudal de

generación no era suficiente para satisfacer una demanda en conjunto de las

tomas de servicio y las tomas de limpieza. Los requerimientos de la planta en

cuanto a humedad no eran cubiertos, además de que la red de tuberías no

cumplía con ninguno de los parámetros de diseño.

Luego de identificar los causas de todos los problemas que presenta el

sistema actual de aire comprimido de Pastas Capri C.A, se procedió con el

desarrollo del nuevo sistema que será presentado a la empresa y que incluye

dos redes independientes, una para servicio y otra para limpieza, ambas

cumpliendo con los parámetros de diseño en cuanto a distribución, disposición y

diámetro de tuberías.

Además se plantea el uso de los equipos generadores de aire comprimido

existentes, adecuadas unidades de almacenamiento y de nuevos equipos para

el tratamiento del aire que permitan cumplir con los requerimientos de la planta

en cuanto a humedad se refiere.

VI

AGRADECIMIENTOS

IX

ÍNDICE HDERECHOS DE AUTOR...................................................................................... ��HI

�HAPROBACIÓN..................................................................................................... ��HII

�HACTA DE VEREDICTO ...................................................................................... ��HIII

�HRESUMEN.......................................................................................................... ��HIV

�HAGRADECIMIENTOS......................................................................................... ��HVI

�HÍNDICE ............................................................................................................... ��HIX

�HLISTA DE TABLAS Y FIGURAS....................................................................... ��HXIII

�HINTRODUCCIÓN............................................................................................... ��H14

�HCAPÍTULO I. TEMA DE INVESTIGACIÓN.......................................................... ��H3

�HIdentificación de la empresa.......................................................................... ��H3

��HReseña histórica ..................................................................................... ��H3

��HOrganigrama........................................................................................... ��H5

��HPolíticas de Calidad ................................................................................ ��H6

��HGeneralidades del proceso de producción.................................................... ��H6

��HComposición de las líneas de producción..................................................... ��H8

��HComposición del sistema de aire comprimido de Pastas Capri C.A............ ��H12

��HGeneradores y almacenadores del aire................................................ ��H12

��HTratamiento del aire.............................................................................. ��H15

��HDistribución del aire .............................................................................. ��H17

��HPlanteamiento del problema........................................................................ ��H18

��HObjetivos de la investigación....................................................................... ��H19

��HObjetivo general.................................................................................... ��H19

��HObjetivos específicos............................................................................ ��H19

��HLimitaciones del trabajo .............................................................................. ��H19

��HCAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO ..................................................................... ��H21

��HConcepto de aire libre ................................................................................. ��H21

��HMagnitudes fundamentales ......................................................................... ��H22

X

��HCompresión................................................................................................. ��H25

��HLeyes de la compresión........................................................................ ��H25

��HLey de Boyle-Mariotte .................................................................... ��H27

��HLey de Gay-Lussac ........................................................................ ��H28

��HLey de Charles ............................................................................... ��H29

��HLey de los gases perfectos............................................................. ��H30

��HConstante R de un gas perfecto..................................................... ��H31

��HCalor específico.............................................................................. ��H31

��HTransformaciones adiabáticas ....................................................... ��H32

��HDistintas evoluciones de un gas..................................................... ��H34

��HMezcla de gases ............................................................................ ��H36

��HLey de Dalton ................................................................................. ��H37

��HRefrigeración.................................................................................. ��H37

��HCiclo teórico de trabajo de un compresor ............................................. ��H38

��HComparación entre los diversos tipos de compresión .................... ��H39

��HCompresores............................................................................................... ��H42

��HCompresores volumétricos ................................................................... ��H43

��HDepósitos de aire ........................................................................................ ��H49

��HHumedad..................................................................................................... ��H51

��HHumedad en el aire atmosférico ........................................................... ��H51

��HHumedad en el aire comprimido ........................................................... ��H51

��HPsicrometría.......................................................................................... ��H52

��HHumedad absoluta o específica ..................................................... ��H53

��HHumedad de saturación ................................................................. ��H54

��HInfluencia de la temperatura en la humedad de saturación, a presión

constante ........................................................................................ ��H55

��HHumedad relativa ........................................................................... ��H56

��HPunto de rocío ................................................................................ ��H57

��HConcepto y cálculo de condensados, separados y arrastres

líquidos ........................................................................................... ��H59

��HTratamiento del aire a la salida del compresor............................................ ��H61

XI

��HDeshumidificación................................................................................. ��H62

��HDeshumidificadores........................................................................ ��H62

��HSeparador de aceite ............................................................................. ��H67

��HTratamiento del aire en los puntos de aplicación ........................................ ��H68

��HFiltro separador con regulador de presión ............................................ ��H69

��HPérdidas de presión .................................................................................... ��H73

��HPérdida de presión = pérdida de potencia ............................................ ��H73

��HCálculo de las pérdidas de presión....................................................... ��H74

��HPérdida de presión en las unidades de mantenimiento ........................ ��H75

��HPérdida de presión en el refrigerador posterior..................................... ��H76

��HPérdidas de presión admisibles por fugas .................................................. ��H77

��HEstudio de una instalación de aire comprimido ........................................... ��H78

��HConsumo instantáneo........................................................................... ��H78

��HConsumo real ....................................................................................... ��H79

��HCoeficiente de utilización................................................................ ��H79

��HCapacidad de los compresores................................................................... ��H80

��HDiseño de una instalación de aire comprimido............................................ ��H80

��HCAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO....................................................... ��H82

��HTipo de investigación .................................................................................. ��H82

��HProcedimiento metodológico ....................................................................... ��H82

��HEvaluación del consumo y la generación del aire comprimido ............. ��H82

��HDeterminación del caudal de consumo .......................................... ��H83

��HDeterminación del caudal del caudal generado ............................. ��H83

��HComparación entre el caudal de consumo y el caudal de

generación...................................................................................... ��H83

��HPérdidas de presión en el sistema actual ............................................. ��H83

��HEvaluación de la red de tuberías .......................................................... ��H83

��HEstudio de la calidad del aire ................................................................ ��H84

��HDesarrollo de la propuesta de mejora................................................... ��H84

��HCAPÍTULO IV. ANÁLISIS Y RESULTADOS...................................................... ��H85

��HAnálisis del sistema actual .......................................................................... ��H85

XII

��HEvaluación del consumo y la generación del aire comprimido ............. ��H85

��HDeterminación de los caudales instantáneos ................................. ��H85

��HDeterminación de los caudales reales.......................................... ��H100

��HDeterminación del caudal generado............................................. ��H104


generación.................................................................................... ��H105

��HEvaluación de la red de tuberías ........................................................ ��H106

��HPérdidas de presión............................................................................ ��H107

��HCálculo de la pérdida de presión en mangueras .......................... ��H107

��HCálculo de la pérdida de presión en acoplamientos rápidos ........ ��H110

��HEstudio de la calidad del aire .............................................................. ��H111

��HEstudio de la humedad................................................................. ��H111

��HEstudio de las partículas sólidas .................................................. ��H124

��HEstudio del contenido de aceite.................................................... ��H125

��HDesarrollo del nuevo sistema.................................................................... ��H125

��HEvaluación del consumo y la generación del aire comprimido ........... ��H125

��HDeterminación del caudal de consumo ........................................ ��H125

��HDeterminación del caudal de los compresores............................. ��H127


generación.................................................................................... ��H129

��HDeterminación de los pulmones ......................................................... ��H130

��HConsideración de equipos para el tratamiento del aire....................... ��H136

��HConsideración de alternativas para la nueva red................................ ��H137

��HElección de la Alternativa............................................................. ��H138

��HPérdidas de presión en el nuevo sistema........................................... ��H139

��HSelección de diámetros................................................................ ��H139

��HCálculo de la pérdida de presión en el refrigerador posterior....... ��H145

��HCAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................... ��H148

��HConclusiones ............................................................................................ ��H148

��HRecomendaciones .................................................................................... ��H149

��HAPÉNDICES Y ANEXOS ................................................................................ ��H155

XIII

LISTA DE TABLAS Y FIGURAS

��HFigura 1. Organigrama Pastas Capri C.A. ........................................................... ��H5

��HFigura 2. Diagrama de bloques del Proceso ....................................................... ��H8

��HFigura 3. Compresor S – 4 ................................................................................ ��H12

��HFigura 4. Compresor S – 3 ................................................................................ ��H13

��HFigura 5. Pulmón principal N° 1......................................................................... ��H14

��HFigura 6. Pulmón secundario............................................................................. ��H15

��HFigura 7. Refrigerador posterior ........................................................................ ��H16

��HFigura 8. Unidad de mantenimiento .................................................................. ��H17

��HFigura 9. Esquema de presiones....................................................................... ��H24

��HFigura 10. Evoluciones en los gases................................................................. ��H36

��HFigura 11. Ciclo teórico de compresión ............................................................. ��H40

��HFigura 12. Aspiración – Compresión de un compresor alternativo .................... ��H44

��HFigura 13. Compresor de tornillo ....................................................................... ��H46

��HFigura 14. Compresor de paletas ...................................................................... ��H47

��HFigura 15. Compresor roots............................................................................... ��H47

��HFigura 16. Compresor radial.............................................................................. ��H48

��HFigura 17. Compresor axial ............................................................................... ��H49

��HFigura 18. Refrigerador posterior ...................................................................... ��H63

��HFigura 19. Secador por adsorción ..................................................................... ��H64

��HFigura 20. Secador por refrigeración................................................................. ��H66

��HFigura 21. Configuración de una sala de compresores ..................................... ��H67

��HFigura 22. Filtro separador con regulador de presión........................................ ��H69

��HFigura 23. Regulador de presión ....................................................................... ��H70

��HFigura 24. Lubricador ........................................................................................ ��H72

XIV

INTRODUCCIÓN

El hombre siempre ha requerido de la energía en sus diversas

manifestaciones, para poder satisfacer sus exigencias cotidianas de vida. Una

de las fuentes de energía más usadas actualmente es proporcionada por el aire

comprimido cuya técnica de manipulación es otorgada por la neumática. Desde

sencillos sistemas de suministro de aire hasta complejos sistemas

automatizados requieren de esta adaptable, versátil, sencilla y económica

tecnología.

A nivel industrial, el aire comprimido juega un papel fundamental por ser

empleado en muchas aplicaciones. Centrales de generación a base de

compresores que, en conjunto con redes de tuberías, suministran el aire hasta

sus puntos de trabajo son comunes en plantas y fábricas. Pero a pesar de esto

la correcta manipulación de este recurso suele aprenderse por experiencia

propia pues la información técnica referente al aire comprimido es escasa y solo

personas especializadas tienen acceso a ella.

Generalmente los sistemas de aire comprimidos reciben menos atención

de la que realmente requieren. Ya se han mencionado las virtudes de esta

fuente de energía que lejos de despertar interés en su correcta implementación

conllevan a búsquedas incansables de ahorros monetarios por parte del usuario

generando así malas inversiones en equipos y accesorios económicos que

eventualmente producen bajos rendimientos en la producción y rápidos

desgastes de dispositivos neumáticos. Estos hechos a la larga terminan

generando más pérdidas monetarias de lo que se ahorra en adquirir equipos a

bajos costos. Es por esto que no es extraño observar sistemas de este tipo en

mal funcionamiento.

2

En la búsqueda de un mejor aprovechamiento de la energía brindada por

el aire comprimido y de los beneficios económicos que esto puede generar, la

empresa Pastas Capri C.A. ha decidido llevar a cabo este proyecto de

actualización y mejora de su actual sistema de aire comprimido.

3

CAPÍTULO I

TEMA DE INVESTIGACIÓN

Identificación de la empresa Reseña histórica La Historia de “Pastas Capri” tiene su origen en el año 1.953 como fábrica

de Pastas Capri, C.A., ubicada en la Zona Industrial San Martín, Caracas, siendo

sus fundadores los hermanos Di Maio. Dos años más tarde en 1.955, los

señores Andrés Blas Olivo, Juan Pascual Olivo y Emilio Nobile, hasta ese

momento mayoristas de víveres, deciden inducirse en el ramo de las pastas

alimenticias y compran dicha fábrica, pasando a ser Olivo Hnos y Nobile Sucr,

C.A., la cual hoy en día, dirigida por sus sucesores, ha logrado mantenerse a lo

largo de su vida Industrial con una gran variedad de pastas de excelente calidad

en el mercado Venezolano.

La Empresa comienza a funcionar en el año 1.953 con una línea de pasta

larga y corta (Grondona) de capacidad 250 Kg/hora, con secaderos estáticos y

con solo veinte trabajadores.

El volumen de producción para ese año era 50.000 Kg/mes. Del año (54)

cincuenta y cuatro al (56) cincuenta y seis, se introducen (2) dos prensas de

pasta larga y corta (Grondona), aumentando la capacidad a 1.350 Kg/h.

Posteriormente en 1.970-71 se diversifica la producción induciendo una línea de

pasta nido (Pavan) con capacidad de 150 Kg/h. A partir de 1.980 se instalaron

4

dos líneas automáticas (Braibanti), una de pasta larga con capacidad de 200

Kg/h.

Por otra parte, la empresa en el año 1.960 comenzaba la elaboración de

especialidades tales como: Pasticho, Raviolis, y patas de Huevo, la cual se

hacía manualmente. Para 1.967 se comienza la producción de Raviolis y

Pasticho en forma semi-automática con una línea torresani de capacidad 80

Kg/h, para Raviolis y una línea torresani de capacidad 100 Kg/h, para Pasticho la

cual hoy en día produce Pasticho Normal y directo al Horno.

Los directivos han asimilado las necesidades de tecnificación y desarrollo

que imponen las circunstancias Industriales y la economía del país. Por esto, en

primer término, se decide trasladar la sede original de San Martín, Caracas, a los

terrenos que se adquirieron en Carrizal, Edo. Miranda; lo que hoy en día se

conoce como unidad de negocios carrizal y un poco después, la decisión de

construir otra planta en Barquisimeto Edo. Lara, en donde se realizan

actividades similares de manufactura y administración. Recientemente, se

cumplió uno de los mayores deseos, la instalación de un molino en la sede de

Barquisimeto, el cual va a permitir más autonomía en los planes productivos y en

el cumplimiento de la visión definida. Esta planta es denominada Unidad de

Negocios Barquisimeto.

Adicionalmente existen otras tres unidades de negocio: Unidad de

Negocio Don Pedro (Carrizal), Unidad de Negocio Valencia y Unidad de

Negocio Maracaibo.

A esto sumamos la adquisición de nuevas maquinarias que duplicaran la

producción. Por lo cual, se construyó un nuevo almacén, anexo a las

instalaciones principales.

5

Actualmente con (50) cincuenta años de actividades trabajan en la

empresa entre las (2) dos unidades de negocio, más de (300) trescientas

personas, y se manejan maquinarias sofisticadas.

Organigrama En la siguiente figura se representa el organigrama de Pastas Capri C.A.

Figura 1. Organigrama Pastas Capri C.A. Fuente: Pastas Capri C.A.

6

Políticas de Calidad Misión Producir y comercializar Pastas Alimenticias de calidad y variedad para

satisfacción del consumidor. Se esta comprometido con la innovación

tecnológica y Gerencial, la productividad, rentabilidad, el crecimiento y el

desarrollo del personal de la empresa sustentándose en sus valores éticos.

Visión Ser reconocidos en el mercado como los mejores proveedores de Pastas

Alimenticias.

Generalidades del proceso de producción

La distribución de la materia prima (sémola de trigo durum) a lo largo de

la planta, se inicia cuando las gandolas descargan la sémola a los silos o

depósitos.

El proceso de elaboración de la pasta comienza como tal en la prensa,

donde la sémola es amasada con agua agregando un tercio de agua por dos

tercios de sémola. El amasado de la sémola se hace en dos partes: un

empastado, donde se hace la mezcla homogénea de agua y sémola, con el fin

de obtener el gluten y otra donde se amasa en un sistema de vacío, el cual tiene

como objetivo, evitar que se formen burbujas internas que disminuyan la

durabilidad de la pasta además de mejorar su aspecto haciéndola brillante.

7

Una vez amasada la mezcla agua-sémola se pasa al proceso de extrusión

en el cual a través de un tornillo sin fin, se empuja la masa a través de las

terrajas de un molde de bronce donde se da la forma deseada y aquí un cuchillo

rotativo corta la pasta del largo adecuado. Como las pastas tienen ya su forma

pero salen blandas (conteniendo de 40 a 43 % de humedad relativa), deben

pasar a las diferentes etapas de secado, el cual permite reducir la cantidad de

agua que tienen las mismas sin deteriorarlas. Para poder ser conservadas en

buenas condiciones no deben contener más de un 12,5% de humedad relativa.

Al salir de la prensa, la pasta es dirigida por medio de una correa hacia

los secadores; en la primera etapa de presecado, en un equipo llamado trabatto,

se le extrae el primer porcentaje de humedad por medio de un secado rápido de

inversión térmica donde la pasta alcanza la máxima temperatura por un breve

tiempo e inmediatamente después vuelve a perderla, lo que la endurece

exteriormente evitando la deformación en las posteriores etapas del proceso.

La etapa siguiente es la de presecado donde la pasta debe salir con un

20% de humedad relativa, pasando después a la etapa de secado, después a la

etapa de estabilización o enfriamiento que representa el punto de equilibrio de

todo el sistema, ya que da al producto una humedad del 12,5%, el enfriamiento

gradual permite que el producto esté estabilizado y humidificado en la superficie,

apto para soportar el salto térmico causado por la gran reducción de temperatura

y así luego de enfriada pasar a los silos de almacenamiento temporal para su

posterior empaquetado, enfardado y distribución. En la siguiente figura se

representa, mediante un diagrama de bloques, el proceso antes descrito.

8

Figura 2. Diagrama de bloques del Proceso Fuente: Pastas Capri C.A. Composición de las líneas de producción

La planta carrizal de Pastas Capri C.A. posee actualmente en actividad

cinco (5) líneas de producción de pasta y una (1) línea de producción de

pasticho semiautomática, además de una (1) línea de producción de pasticho

automática actualmente inactiva.

A continuación se muestra como están constituidas las diferentes líneas:

Pasta Corta N° 1 (PCN1)

1. Compresor de Sémola.

2. Plansister PCN1.

3. Prensa.

4. Trabatto.

5. Elevador Trabatto – Presecado.

RECEPCIÒN DE LA MATERIA PRIMA

SILO DE SÉMOLA PLANSISTER AMASADO

AMASADO AL VACÍO - 0,8 bar

AGUAAIRE

EXTRUSIÒN40-43% HR

1º PRESECADO

CALOR

HUMEDAD

CALOR

HUMEDAD

PRESECADO20% HR

SECADO

CALOR HUMEDAD

ENFRIAMIENTO

13-11% HR

SILO DE PASTA TERMINADA

EMPAQUETADO ALMACENADO

9

6. Presecado.

7. Elevador Presecado – Secado.

8. Secado.

9. Elevador Secado – Enfriador.

10. Enfriador.

11. Elevador Enfriador – Silos producto terminado.

12. Silos producto terminado.

13. Elevador Silos producto terminado – Empacadoras.

14. Aspirador de Prensa PCN1.

Pasta Larga N° 2 (PLN2)


2. Plansister PLN2.

3. Prensa.

4. Extendedora Cortadora.

5. Aerostato (Presecado).

6. Galería de secado (GPL).

7. Silos GPL.

8. Extendedora Cortadora.

9. Mezclador (Mixer).

10. Elevador Mixer – Empacadoras.

11. Aspirador de Prensa General.



2. Plansister General.

3. Prensa.

4. Hoja 1000.

5. Car 500.

10

6. Trabatto.

7. Primer Rotante.

8. Segundo Rotante.

9. Tercer Rotante.

10. Cuarto Rotante.

11. Elevador Cuarto Rotante – Silos producto terminado.


13. Elevador Silos producto terminado – Empacadora.





3. Prensa.

4. Trabatto.

5. Elevador Trabatto – Presecado.

6. Presecado.


8. Secado.

9. Elevador Secado – Banda Transportadora.

10. Banda Transportadora.


12. Elevador Silos producto terminado – Empacadora.


Pasta Nidos N° 5 (PNN5)



3. Prensa.

11

4. Presecado.


6. Secado.

7. Elevador Secado – Silos producto terminado.


9. Elevador Silos producto terminado – Banda Transportadora.

10. Banda Transportadora.


Pasticho N° 7 (PT7)



3. Laminadora – Cortadora.

4. Dosificador de Harina.

5. Dosificador de Sémola.

6. Amasador.

7. Transportador Elevador.

8. Secaderos Estáticos.

Pasticho Continuo N° 8 (PT8)



3. Prensa.

4. Presecado.

5. Secado.

6. Secaderos Estáticos.

12

Composición del sistema de aire comprimido de Pastas Capri C.A. El sistema de aire comprimido de Pastas Capri C.A. se compone de tres

(3) partes:

Generadores y almacenadores del aire Se encargan de generar y almacenar el aire comprimido. Se compone de:

1) Compresor modelo S – 4, marca BETICO

Figura 3. Compresor S – 4 Fuente: Elaboración propia

Actualmente suministra aire comprimido a la planta y se ubica en la sala

de compresores. Posee las siguientes características:

• Dos Pistones de simple efecto por etapa.

• Dos etapas de compresión.

13

• Un ínter enfriador después de cada etapa para controlar la humedad.

2) Compresor modelo S – 3, marca BETICO

Figura 4. Compresor S – 3 Fuente: Elaboración propia

Actualmente inactivo, se encuentra en perfectas condiciones y se ubica

en la sala de compresores. Posee las siguientes características:

• Dos Pistones de simple efecto por etapa.

• Dos etapas de compresión.

• Un ínter enfriador después de la primera etapa para controlar la humedad.

3) Compresor marca KAESER

Compresor auxiliar para suministrar aire comprimido a las líneas 1, 2, 3 y

8. Actualmente inactivo, se tiene para casos de emergencia y se ubica dentro de

la planta en un extremo del ala norte. Es un compresor de tornillo.

14

4) Pulmón principal N° 1

Figura 5. Pulmón principal N° 1 Fuente: Elaboración propia

Está instalado después del compresor S – 4 y se encuentra en la sala de

compresores.


Está inactivo y se encuentra en la sala de compresores.

15


Está instalado después del compresor auxiliar y se ubica dentro de la

planta en un extremo del ala norte.

7) Nueve (9) pulmones secundarios

Figura 6. Pulmón secundario Fuente: Elaboración propia

Están instalados a lo largo de la red para estabilizar la presión de algunas

tomas de servicio.

Tratamiento del aire

Se encarga de la deshumidificación y el mantenimiento del aire

comprimido.

16

1) Refrigerador posterior

Figura 7. Refrigerador posterior Fuente: Elaboración propia

Es un intercambiador de calor con banco de tubos paralelos y la unidad

principal de deshumidificación. Utiliza agua proveniente de la torre de

enfriamiento como refrigerante. Se ubica en la sala de compresores.

17

2) Unidades de mantenimiento marca FESTO

Figura 8. Unidad de mantenimiento Fuente: Elaboración propia

Están instaladas en la mayoría de las tomas de servicio. Están

constituidas por filtros separadores, reguladores de presión, manómetros y

lubricadores. Los lubricadores solo se utilizan en las tomas que lo requieran.

Distribución del aire

1) La red de tuberías

Es una red común para las tomas de servicio y de limpieza. Distribuye el

aire comprimido a toda la planta. Están identificadas con color azul claro según

las normas COVENIN.

18

Planteamiento del problema

El aire comprimido es una fuente de energía efectiva, versátil y económica

muy usada en la industria. Lamentablemente se presta poca atención a la

correcta instalación y manipulación de estos sistemas, provocando un mal

aprovechamiento de sus características.

En Pastas Capri C.A. el aire comprimido juega un papel fundamental en

la elaboración de la pasta. La empresa ha prestado mucha importancia a la

automatización de los procesos donde la neumática se usa como fuerza

dinámica de trabajo, vinculándola directamente con la calidad del producto y la

productividad.

Como en muchas de las industrias venezolanas, el sistema de aire

comprimido de Pastas Capri C.A. presenta diversos problemas en cada uno de

sus componentes. Grandes cantidades de condensado en las purgas y

constantes deterioros en los dispositivos de accionamiento e instrumentación

neumática, evidencian problemas de humedad. Grandes períodos de carga del

compresor y ocasionales caídas de presión que conllevan a paradas en la

producción, demuestran poca capacidad de generación. Una red de tuberías

caóticamente distribuida, con excesivos accesorios y ramales, genera problemas

en el mantenimiento y hace pensar en pérdidas de presión y acumulación de

condensado.

Por estas razones, además de que la empresa tiene previsto una pronta

ampliación, se decide llevar a cabo este proyecto de mejoramiento y

actualización del sistema de aire comprimido.

19

Objetivos de la investigación

Objetivo general Evaluar el sistema actual de aire comprimido de Pastas Capri C.A. con el

objeto de conseguir las causas de los problemas existentes y proponer

soluciones.

Objetivos específicos

• Verificar si el caudal de generación satisface el caudal que demanda la

planta.

• Verificar si las pérdidas de presión en el sistema actual cumplen con los

valores admisibles.

• Determinar si la distribución y disposición de la red actual es la adecuada.

• Verificar si el sistema de tratamiento del aire es el adecuado.

• Proponer un nuevo sistema que solucione los problemas que se

encuentren.

Limitaciones del trabajo

• La empresa quiere conservar el sistema de limpieza mediante aire

comprimido, al igual que todas sus tomas.

• Se cuenta únicamente con los compresores existentes, pues la empresa

no está interesada en adquirir nuevos equipos salvo circunstancias de

extrema necesidad.

20

• No se va a cambiar la ubicación de la sala de compresores.

21

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Concepto de aire libre

Las cantidades en N lts/min o en N m3/min que se dan generalmente en

los catálogos para el consumo de aire por las herramientas neumáticas o

equipos, se refieren a aire libre por minuto (aire atmosférico a la presión y

temperatura normales). Se debe asegurar de que el dato de la capacidad del

compresor que da el fabricante esté también referido a aire libre, al objeto de

que exista una correspondencia entre consumo y capacidad. Normalmente,

estas dos especificaciones están dadas en aire libre y, por tanto, no hace falta

ninguna conversión. Sin embargo, cuando se trata del consumo de aire de otros

equipos, es posible que no se dé en aire libre; entonces deberá recurrirse a la

fórmula para la conversión de litros de aire comprimido a una presión

determinada en litros de aire libre, y que es:

11,033

1,033pQ Q +⎛ ⎞= ×⎜ ⎟

⎝ ⎠ Ecuación N° 1

Fuente: Carnicer Royo (1991). Aire comprimido. Madrid: Paraninfo

Donde:

Q = litros de aire libre por minuto.

1Q = litros de aire comprimido por minuto.

p =presión manométrica del aire comprimido en Kg/cm2 o bar.

Como sea que el clima es variable y responde a las características

propias de cada lugar, sería dificultoso establecer unas tablas de consumos que

22

correspondieran a los diferentes estados climáticos; por ello, se va imponiendo

el establecimiento de una normativa sobre la base de considerar unas

condiciones normales de temperatura y presión del aire aspirado,

independientemente de las condiciones atmosféricas en las cuales trabaje el

compresor y que sirven de referencia comparativa, aire que se llamará aire

normal o aire normalizado, distinguiéndolo con una N (mayúscula) que se sitúa

después de las cifras y antes del volumen expresado. Por ejemplo: 600 Nm3/h

equivale a un sistema que proporciona 600 m3/h expresados en condiciones

normales.

Las condiciones normales varían según el área de influencia tecnológica.

Los que siguen las indicaciones del "Compressed Air Gas Institute" de U.

S. A., 1 N m3/h es un m3 de aire por hora a la temperatura de 20 °C a la presión

de 1,033 Kg/cm2 y con una humedad relativa del 36 %.

Magnitudes fundamentales

El caudal con la presión son las dos magnitudes fundamentales de la

neumática.

El caudal es el volumen de fluido que pasa por una determinada sección

transversal de una tubería o conducto por cada unidad de tiempo. Es una

magnitud compuesta que relaciona el cociente entre unidades de volumen y

unidades de tiempo.

La presión es, por definición, el cociente de dividir una fuerza por la

superficie que recibe su acción, p = F/S.

Se distinguen tres tipos de presión: atmosférica, efectiva o relativa y

absoluta.

23

La presión atmosférica viene dada por el peso del aire que se encuentra

sobre la superficie de la tierra. A nivel del mar es de 760 mm de columna de

mercurio o de 10,33 m de volumen de agua. El volumen de esta columna de

agua, teniendo por base 1 cm2 es de 0,01 dm2 x 103 dm = 1,033 dm3, y su peso

vale 1,033 Kg. Por consiguiente, la presión ejercida por la presión atmosférica

será de 1,033 Kg/cm2.

Esta presión disminuye con la altitud. Al ir subiendo sobre el nivel del mar,

la presión disminuye hasta anularse en la estratosfera, donde no hay aire. En el

Anexo N° 1, se indica la presión atmosférica a diferentes alturas.

El concepto de presión absoluta se reserva para las presiones referidas al

cero absoluto, definiéndose como depresión la diferencia entre el valor de la

presión atmosférica y la presión cero absoluto o presión en el vacío (que es

nula).

Se conoce por presión efectiva o relativa en la práctica corriente a la

diferencia entre la presión absoluta menos la presión atmosférica. Los instru-

mentos que la miden se llaman manómetros. La figura 9, aclara estos

conceptos:

24

Figura 9. Esquema de presiones Fuente: Carnicer Royo (1991). Aire comprimido. Madrid: Paraninfo

Entonces para encontrar la presión absoluta habremos de añadir la

presión relativa a la presión atmosférica que corresponda al lugar que se

considere bajo esta fórmula:

Presión Absoluta = Presión Relativa + Presión Manométrica

Las unidades de presión, comúnmente adoptadas en neumática, son el

Kg/cm2, el bar y la atmósfera técnica, pudiéndose llegar en la práctica a las

siguientes identidades:

1 bar = 1 Kg/cm2 = 1 atm

Otro patrón a considerar es la temperatura absoluta, que se representa

por T, y su unidad es el Kelvin, simbolizado por K. En la escala Kelvin la

temperatura del punto de hielo es 273,15 K, y la del punto de vapor es 373,15 K;

existe, por tanto, una diferencia de 100 K entre ambos estados.

25

Su relación con los grados centígrados o grados Celsius (°C), en cuya

escala las temperaturas del punto de hielo y del punto de vapor son 0 °C y 100

°C, respectivamente, puede establecerse:

0 °C = 273 K

Compresión

Entendemos por compresión el proceso mediante el cual se eleva la

presión de un fluido gaseoso por una disminución de su volumen específico. Por

consiguiente, un compresor es una máquina destinada a elevar la presión de un

fluido gaseoso.

Leyes de la compresión

Los procesos de compresión son procedimientos con flujo, es decir,

aquellos en los que el fluido se comprime y se desplaza. Los fluidos que se

comprimen en un compresor pueden ser de naturaleza diversa: gas puro,

mezcla de gases, vapor recalentado o saturado y otros. En determinadas

ocasiones, el fluido que se comprime puede equipararse a un gas perfecto; la

certeza de esta asimilación está supeditada no sólo a la naturaleza del fluido,

sino igualmente del margen de las presiones abordadas. Por ejemplo, en el caso

de un compresor que aspira aire atmosférico (1,033 bar) y eleva su presión

hasta una presión de salida de 10 bar, las propiedades del fluido no se

diferencian esencialmente de las de un gas perfecto; bien entendido que cuando

la presión del aire alcance presiones muy superiores es obligado efectuar otras

apreciaciones, pues en modo alguno sucede lo mismo.

El aire, si lo definiéramos severamente, no es un gas perfecto, pero dadas

las pequeñas variaciones que en él ocurren, y para un estudio de los principios

de funcionamiento de los compresores, podemos considerarlo como un gas que

26

satisface las condiciones de un gas perfecto.

Las leyes de los gases perfectos enlazan últimamente las tres

magnitudes: presión (P), volumen (V) y temperatura (T), que están implicadas en

la compresión y expansión del aire, debiendo comprender las propiedades del

estado gaseoso para poder interpretar los fenómenos que se originan cuando se

alteran algunos de los parámetros que toman parte activa en el desarrollo de sus

propiedades, pudiendo decir que en los gases el volumen V es función de la

presión P y de la temperatura T, lo cual nos lleva a escribir implícitamente F

(P,V,T) = 0.

Para una masa dada, o sistema de un gas, la presión, la temperatura y el

volumen que ocupa se relacionan por medio de la ley de los gases, o dicho de

otra manera, por la ecuación apropiada para el estado del gas.

Cada una de estas tres magnitudes puede cambiar, habiendo estudiado los físi-

cos la evolución de dos de ellas cuando la otra se mantiene en un valor

constante.

Así, se ha llevado a estudio:

• La evolución a temperatura constante (ley de Boyle-Mariotte). Es el

estudio de la comprensibilidad a temperatura constante.

• La evolución a presión constante (ley de Gay-Lussac). Es el estudio de la

dilatación a presión constante.

• La evolución a volumen constante (ley de Charles). Es el estudio de la

variación de presión a volumen constante.

27

Existe un cuarto tipo muy importante de evolución, el cual se obtiene

admitiendo que el sistema se desenvuelve en un recinto impermeable al calor,

de modo que Q = Cte (a calor constante o cuando la entropía es

constante).Estas evoluciones son adiabáticas cuya ecuación finita recibe el

nombre de ecuación de Poisson o de Laplace.

Para la aplicación de las fórmulas que encontraremos en lo sucesivo, los

volúmenes se toman en metros cúbicos, y las temperaturas y presiones en

valores absolutos.

Ley de Boyle-Mariotte

A temperatura constante, el volumen ocupado por una masa gaseosa

invariable está en razón inversa de su presión, es decir, que en tales

circunstancias se verifica:

p V cte× = Ecuación N° 2


Asimismo puede escribirse:

1 1 2 2p V p V cte× = × = Ecuación N° 3


1 2

2 1

p Vp V

= Ecuación N° 4


28

Si la temperatura T = Cte.

Las líneas que unen los estados-puntos que se hallan a la misma

temperatura se denominan isotérmicas o isotérmicas del gas, siendo su curva

representativa la de una hipérbola equilátera sobre el plano pV.

Ley de Gay-Lussac

A presión constante, el volumen ocupado por una masa dada de gas es

directamente proporcional a su temperatura absoluta.

V cteT= Ecuación N° 5


O también, 2 2

1 1

V TV T

= , con p cte= Ecuación N° 6


Dichas transformaciones se denominan isobáricas o isobáricas del gas,

siendo su línea representativa, sobre el plano pV, una paralela a V.

Esto se comprende fácilmente, pues tanto más se dilata un gas cuanto

más aumenta su temperatura.

El coeficiente de dilatación de un gas viene dado por la fórmula:

( )00

0

1V V V V tV t

α α−= → = + ×

× Ecuación N° 7


29

Esto permite calcular el volumen V ocupado por un gas de volumen inicial

Vo cuando su temperatura se ha elevado T.

Recordemos que el coeficiente de dilatación de un gas a presión

constante es independiente de:

• La naturaleza del gas

• Su presión

• Su temperatura

3 13,66 10 0,003660273

α = × = =

Todos los gases tienen, pues, a presión constante, el mismo coeficiente

de dilatación, al contrario de los sólidos y los líquidos, que tienen cada uno su

valor propio.

Ley de Charles

A volumen constante, la presión absoluta de una masa de gas dada, es

directamente proporcional a las temperaturas absolutas, esto es:

1 2

1 2

..... n

n

pp p pcteT T T T= → = = = Ecuación N° 8


Con V cte=

Las curvas que unen los estados-puntos que tienen el mismo volumen

específico se denominan isocóricas. En un gas perfecto, las isocóricas son

líneas rectas verticales sobre el plano pV.

30

Esta variación de presión viene dada por β , que es el impropiamente

llamado coeficiente de dilatación a volumen constante. Otros autores le dicen

coeficiente de tensión. Al calentar un gas a volumen constante, no pudiendo

dilatarse, aumenta su presión.

De este modo se puede obtener la presión del aire contenido en un

depósito cuando la temperatura ambiente aumenta T° (se desprecia entonces el

aumento de volumen del depósito para ésa variación de temperatura), al situar:

0 (1 )p p Tβ= × + Ecuación N° 9


El coeficiente de variación de presión a volumen constante β sale muy

parecido al coeficiente de dilatación a presión constante α .

Como él, es igualmente independiente de:

• La naturaleza del gas

• Su presión inicial

• Su temperatura.

Prácticamente se puede escribir:1 0,003660

273α β= = =

Ley de los gases perfectos Se llama gas perfecto a un fluido que sigue exactamente las leyes de

Mariotte, de Gay-Lussac y de Charles. En realidad, no hay ningún gas perfecto;

sin embargo, el aire, el oxígeno, el nitrógeno, helio y otros varios gases se

comportan, con bastante aproximación, como si fuesen gases perfectos. Todo

gas se acerca a este estado ideal conforme su temperatura crece y su presión

31

disminuye, esto es, a medida que se recalienta o se aleja de aquel estado en el

cual puede condensarse convirtiéndose en líquido. Los gases próximos a la fase

líquida se denominan vapores.

op V RT×

= Ecuación N° 10


Constante R de un gas perfecto Con la ecuación característica de los gases perfectos se obtiene la

constante R, que es la constante de los gases perfectos. Esta constante para el

aire a temperatura 0 °C y presión de 1 atm es:

0,287 /R KJ Kg K= ×

29,26 /R Kgf m Kg K= × ×

Calor específico

Si una sustancia absorbe calor, se produce un cambio de temperatura en

la misma. La relación entre el calor absorbido y la variación de temperatura se

denomina capacidad calorífica. La cantidad de calor necesaria para elevar en 1

°C la temperatura de 1 Kg de esa sustancia, se conoce con el nombre de calor

específico de esa sustancia, la cual puede muy bien ser un gas.

Si se admite que el calor específico de un gas es independiente de la

temperatura y de la presión, la evolución no será la misma si ésta se efectúa a

presión constante o a volumen constante.

32

A volumen constante, el calor suministrado aumentará la energía interna

del gas, pero, además, se realizará un trabajo exterior que permite el aumento

de volumen del gas. Ahora bien, para efectuar este trabajo será preciso

suministrar cierta cantidad de energía que se añadirá a la energía calorífica

necesaria para la evolución de la temperatura.

Se designa por:

Cv = Calor específico a volumen constante, siendo 0,171 para el aire.

Cp = Calor específico a presión constante, que vale 0,24 para el aire.

Se toma, para los gases perfectos, una relación entre los calores

específicos a presión constante y a volumen constante, que es:

p

v

cc

γ = Ecuación N° 11


1,4γ =

Transformaciones adiabáticas Hasta ahora se ha estudiado las evoluciones isotérmicas, isobáricas e

isocóricas; tiene también extraordinario interés las transformaciones adiabáticas

o a calor constante, es decir, aquellas en las cuales el medio de trabajo no

absorbe ni cede calor, cuya ecuación es la expresión analítica de la ley de

Poisson.

Dice así: si comprimimos o dejamos expansionar una masa de un gas

perfecto encerrada en un recipiente térmicamente aislado, para que durante la

33

evolución no existan cambios de calor con el exterior, los volúmenes del gas son

inversamente proporcionales a las raíces de grado y de las presiones

respectivas, siendo:

1,4p

v

cc

γ = = Ecuación N° 12


Analíticamente viene expresada dicha ley por:

2 1

1 2

V pV p

γ= Ecuación N° 13


De donde 1 1 2 2p V p Vγ γ× = × Ecuación N° 14


Siendo 1V y 2V los volúmenes correspondientes a dos estados de la masa

cambiante, y 1p y 2p las presiones respectivas.

De un modo general, p V Cteγ× = Ecuación N° 15


De la ley de Poisson y la ecuación de los gases perfectos se deducen

fácilmente, según los cálculos que siguen:

1 1 1V p R T× = × Ecuación N° 16


34

2 2 2V P R T× = × Ecuación N° 17


Dividiendo ambas ecuaciones se obtienen las siguientes relaciones:

1

1 1

2 2

T pT p

γγ−

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

Ecuación N° 18


1

2 1

1 2

V pV p

γγ−

⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎝ ⎠

Ecuación N° 19


Todas ellas nos permiten relacionar los volúmenes o las presiones

absolutas de la masa gaseosa con las temperaturas absolutas correspondientes.

Las adiabáticas vienen representadas en el plano PV por hipérbolas, que

descienden más rápidamente que las isotérmicas hacia el eje de los volúmenes.

Distintas evoluciones de un gas

AL comprimir un gas se produce una elevación de temperatura. La

experiencia demuestra que la compresión exige trabajo y produce calor.

En los gases, las tres magnitudes, presión, volumen y temperatura, están

relacionadas entre sí como hemos visto.

Tendremos, lógicamente, diferentes tipos de evolución según que el calor

producido se evacue completamente, o se conserve total o parcialmente, y que

inciden en el estudio de los compresores.

35

• La evolución isotérmica, que es una evolución a temperatura constante.

Todo el calor producido se disipa y la transformación sigue la ley de

Mariotte: p V Cte× =

• La evolución adiabática, que se efectúa sin ningún cambio de calor con el

exterior. El calor originado por la compresión permanece en el gas y la

transformación sigue la ley de Poisson o de Laplace: p V Cteγ× = , según

se ha dicho 1,4γ = para el aire.

• La evolución politrópica, que corresponde mucho más a la realidad y en la

que se intercambia únicamente una parte del calor producido. Esta

transformación se sitúa entre una transformación isotérmica y una

adiabática.

Responde a la ley np V Cte× = , con 1 n γ< < ; más, como 1,4γ = para el

aire, n está comprendida entre 1 y 1,4.

Se admite, como valor medio, 1,30 a 1,35.

El proceso politrópico es una expresión generalizada de todos los

procesos posibles, donde n es el exponente politrópico, pudiendo tomar un valor

cualquiera (dependiente del proceso), pero que no varía una vez fijado.

El gráfico de la figura N° 10 personifica las curvas sobre el plano PV que

nos interesarán más adelante. Corresponden a los tres tipos de

transformaciones para una misma masa de gas y partiendo de las mismas

condiciones iniciales.

36

Las relaciones matemáticas y las variaciones de energía que intervienen

durante el proceso politrópico pueden determinarse de una manera similar a las

evoluciones adiabáticas reversibles.

Las formas particulares de la expresión general np V Cte× = son:

Si 00, n pV Cte o p Cte= = = ; evolución isobárica.

Si 01, n pV Cte o T Cte= = = ; evolución isotérmica.

Si , n pV Cte o dQ Cteγγ= = = ; evolución adiabática.

Si , n pV Cte o V Cte∞= ∞ = = ; evolución isocórica.

Figura 10. Evoluciones en los gases Fuente: Carnicer Royo (1991). Aire comprimido. Madrid: Paraninfo

Mezcla de gases La ley de los gases perfectos se aplica a las mezclas de gases reales

cuando cada uno de los constituyentes puede ser considerado como un gas

perfecto. Esto nos interesa particularmente para el aire, cuyos principales

componentes (nitrógeno, oxígeno, argón) están en condiciones normales de

utilización, bastante lejos de su punto de licuación, lo que nos permite tratarlos

37

como gases perfectos.

Ley de Dalton En una mezcla de gases perfectos, cada gas ejerce una presión parcial

que es independiente-de la de los otros componentes, siendo la presión total de

una mezcla de gases, igual a la suma de las presiones parciales.

1 2 3 .....T np p p p p= + + + Ecuación N° 20


Por otra parte, cada componente, a su presión parcial, ocupará el

volumen total.

1 2 3.....T nV V V V V= + + Ecuación N° 21


Refrigeración

Durante la compresión se engendra calor, y si no se elimina, se elevará la

temperatura del aire a medida que se vaya comprimiendo. En la mayoría de las

aplicaciones, la elevación de la temperatura que sufre el fluido al ser comprimido

(T2 > T1) es perjudicial para su utilización.

Para evitar este efecto se refrigeran los compresores, además de reducir

el trabajo absorbido por la compresión. Siendo poco práctico que el aire retenga

todo su calor, se recurre a eliminarlo a medida que se comprime mediante

procedimientos apropiados. En los compresores pequeños, de una etapa, por

circulación forzada o simplemente por la temperatura ambiente. Para los de dos

38

etapas, en compresores alternativos de pistón, refrigeración por agua,

refrigeración por aire o una combinación de ambas, como lo es enfriar los

cilindros por aire mientras la refrigeración entre etapas y final es por agua.

En los rotativos, el aire es enfriado durante la compresión por inyección

de aceite. El aceite, a su vez, se rebaja su calor por medio del aire proveniente

de un ventilador o por un circuito de agua.

En el campo industrial es imposible conseguir una refrigeración tan eficaz

como para evitar que el aire aumente de temperatura durante su compresión. Es

por esto que, para mejorar el rendimiento de los compresores, se recurre a

efectuar la compresión lo más cerca posible de la isoterma mediante la

refrigeración, o sea elevar la presión sin que se produzca un aumento de

temperatura, consiguiendo la evacuación completa de las calorías debidas al

trabajo de compresión.

El agua que refrigera el ciclo de compresión extrae, aproximadamente,

entre un 15 y 40% del calor total de compresión. Los refrigeradores intermedios

en los compresores de dos etapas sacan alrededor de un 30 al 40% del calor.

Se recomienda una temperatura para el agua de refrigeración sobre los 50 a

10°C superior a la entrada de aire, saliendo del compresor con unos 40 a 50°C.

Ciclo teórico de trabajo de un compresor El ciclo teórico de trabajo de un compresor ideal se entenderá fácilmente

con el estudio de un compresor monofásico de pistón funcionando sin pérdidas y

que el gas comprimido sea perfecto. Con esto se da por hecho que el pistón se

mueve ajustado herméticamente al cilindro e incluso se considera que el paso

del aire hacia y desde el cilindro tiene lugar sin resistencias en válvulas y

conductos, es decir, sin cambio de presión. También se considera que no tiene

espacio muerto, esto es, sin volumen residual entre el punto muerto superior (P.

39

M. S.) y las válvulas de aspiración y escape. Se hace esta salvedad en virtud de

que la compresión del aire no se puede llevar, por razones físicas, hasta un

volumen nulo, existiendo al extremo de la carrera del compresor un espacio

llamado espacio muerto, y que es el menor volumen ocupado por el gas en el

proceso de compresión.

Comparación entre los diversos tipos de compresión Es manifiesta la necesidad de conocer el rendimiento de los compresores

y, para ello, reflejar de una manera matemática o gráfica el trabajo de la

compresión, Esta se verifica de acuerdo con la fórmula np V Cte× = , pudiendo

variar el exponente n según sea la evolución del gas.

Tengamos el diagrama P-V de un compresor ideal. El compresor aspira

aire a la presión atmosférica (4 – 1). Al principio de la compresión (1), el pistón

comienza a moverse en el cilindro aumentando su presión (ciclo de compresión).

Luego alcanza la presión final que se supone existe en la tubería de distribución

o en el pulmón cuando el pistón llega al punto 2. El aire se descarga en los

citados medios mediante el movimiento del pistón de 2 a 3 (presión constante).

Al retomar el pistón, la presión baja a presión atmosférica (4) y el aire

atmosférico vuelve a entrar por la aspiración (4 – 1), dando comienzo a un nuevo

ciclo, todo ello conforme a la siguiente figura:

40

Figura 11. Ciclo teórico de compresión Fuente: Carnicer Royo (1991). Aire comprimido. Madrid: Paraninfo

• De 4 a 1, aumento de volumen a presión constante.

• De 1 a 2, aumento de presión por reducción de volumen.

• De 2 a 3, disminución de volumen a presión constante.

• De 3 a 4, disminución de presión a volumen constante.

El trayecto 1 – 2, corresponde a una compresión isotérmica y el trayecto 1

– 5, corresponde a una compresión adiabática. Un trayecto intermedio entre las

líneas antes mencionadas corresponde a la línea de compresión politrópica.

El trabajo efectuado durante el ciclo es la suma algebraica de los trabajos

realizados en este ciclo. Por lo tanto, el trabajo total será igual al trabajo de

aspiración + trabajo de compresión + trabajo de descarga.

Un trabajo realizado sobre un sistema es un trabajo negativo. Como

únicamente interesa el valor del trabajo se tomará el módulo.

Se obviara el análisis de la compresión isotérmica y el análisis de la

compresión adiabática presentándose solamente la compresión politrópica por

ser el caso más cercano a la realidad.

41

Compresión politrópica La compresión politrópica sigue la ley de Poisson-Laplace para un valor n

que está comprendido entre 1<n<1,4. En cada caso, el valor de n dependerá del

sistema de refrigeración empleado y de la perfección constructiva y de diseño

lograda por cada fabricante de compresores.

Ordinariamente, en la industria se admite un exponente n = 1,35 para

compresores pequeños refrigerados por aire, y n = 1,2 a 1,3 para los de

capacidad superior refrigerados por agua o por alguna otra combinación técnica.

La expresión para el trabajo de compresión se muestra en la siguiente

ecuación:

2

1

V

V

W p dV= ×∫ Ecuación N° 22


Siendo 1 1 2 2p V p V× = × Ecuación N° 23


2

1

2 2

1

V

V

p VW dVV×

= ×∫ Ecuación N° 24


Operando y haciendo los oportunos cambios, se llega al procedimiento

usual de cálculo:

42

1

21 1

1

11

nnn pW p V

n p

−⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥= × × × −⎜ ⎟⎢ ⎥− ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

Ecuación N° 25


Y dividiendo ambos lados de la ecuación entre tiempo se tiene la

expresión de potencia:

1

21

1

11

nnn pP p Q

n p

−⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥= × × × −⎜ ⎟⎢ ⎥− ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

Ecuación N° 26


Compresores

Los compresores son máquinas que aspiran el aire ambiente (a presión

atmosférica) y lo comprimen hasta lograr una presión superior. La presión del

aire se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a

través del compresor.

Los compresores se clasifican en:

A) Compresores volumétricos

A.1) Alternativos

• Pistón

43

A.2) Rotativos

• Tornillo

• Paletas

• Roots

B) Compresores dinámicos o turbocompresores

• Radiales

• Axiales

En un compresor volumétrico es la reducción de un volumen por el

desplazamiento de un pistón alternativo o por la acción de un elemento rotativo

quien provoca un aumento de la presión.

En un compresor dinámico el fluido recibe una aceleración mediante los

rotores imprimiéndole una gran velocidad, siendo esta última convertida en

presión en los difusores y volutas. Es decir, se fundamentan en la

transformación de la velocidad en presión.

El campo de utilización de los compresores viene estipulado por su

caudal, habitualmente medido en condiciones de admisión y su relación de

compresión.

Compresores volumétricos Compresores alternativos o reciprocantes Son los más antiguos y conocidos, esto significa que, en ciertas

circunstancias, no presentan dificultades al personal encargado del

mantenimiento.

44

En estos equipos el elemento principal de compresión es un pistón que se

mueve alternativamente dentro de un cilindro, lográndose así la reducción del

volumen del gas a comprimir.

En la siguiente figura se muestra un compresor de pistón.

Figura 12. Aspiración – Compresión de un compresor alternativo Fuente: FESTO. Curso de iniciación a la neumática.

Los compresores alternativos de pistón pueden clasificarse según el

número de etapas y por el modo de trabajar del pistón.

Por el número de etapas De una etapa Estos compresores disponen de una simple etapa de compresión. Para

su refrigeración llevan, en la parte exterior, aletas que evacuan el calor por

radiación. Son utilizados para aplicaciones en donde el caudal sea limitado y en

condiciones de servicio intermitentes, pues son compresores de pequeñas

potencias.

45

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 presión entre 2 y 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 extensa gama de

necesidades.

Por el modo de trabajar del pistón De simple efecto Se dice que un pistón es de simple efecto cuando trabaja sobre una sola

cara del mismo y precisamente aquella dirigida hacia la cabeza del cilindro. La

cantidad de aire desplazado es igual a la carrera por la sección del pistón.

De doble efecto El pistón es de doble efecto cuando trabaja sobre sus dos caras y delimita

dos cámaras de compresión en el cilindro. Así, la cantidad de aire desplazado 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.

Compresores rotativos Reciben el nombre de compresores rotativos las máquinas que producen

aire comprimido por un movimiento rotatorio y continuo.

46

De tornillo Esencialmente se compone de un par de rotores que tienen lóbulos

helicoidales de engrane constante.

En la siguiente figura se muestra un compresor de tornillo.

Figura 13. Compresor de tornillo Fuente: Aire comprimido. Disponible en: http://www.elprisma.com

De paletas El rotor es excéntrico en relación al estator y lleva una serie de paletas

que se ajustan contra la pared interior del estator por la acción de la fuerza

centrífuga.

47

Figura 14. Compresor de paletas Fuente: FESTO. Curso de iniciación a la neumática.

Roots Consisten en una envolvente elíptica con una rueda de paletas giratoria.

En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen

sea modificado.

Figura 15. Compresor roots Fuente: Aire comprimido. Disponible en: http://www.elprisma.com

48

Compresores dinámicos o turbocompresores Radiales

Aceleración progresiva de cámara a cámara en sentido radial hacia

afuera; el aire en circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se vuelve a

acelerar hacia afuera.

Figura 16. Compresor radial Fuente: Aire comprimido. Disponible en: http://www.elprisma.com

Axiales

La rotación de los álabes acelera el flujo de aire en sentido axial.

En la siguiente figura se muestra un compresor axial.

49

Figura 17. Compresor axial Fuente: Aire comprimido. Disponible en: http://www.elprisma.com

Depósitos de aire Los depósitos o pulmones de aire comprimido son acumuladores que

aseguran una presión de aire constante en una instalación neumática,

independientemente de un consumo fluctuante. De esta forma se pueden

compensar picos de consumo (o caídas de presión) que surgen por breve

tiempo y que el compresor no puede cubrir.

El depósito se ubica directamente a continuación del compresor y debe

estabilizar las pulsaciones de presión procedentes del compresor. También se

emplean como pulmones secundarios en lugares que requieren grandes

cantidades de aire comprimido, donde existen elementos neumáticos de trabajo

con gran consumo periódico y repentino, ya que sin el acumulador podría

desaparecer momentáneamente la presión de la red cada vez que se conectara

un gran consumidor de aire, debido al fuerte y repentino consumo.

En la mayoría de los casos debe servir también para contribuir a la

separación del condensado producido de modo que deberá preverse una purga.

50

No se debe confundir un depósito con una fuente de energía, pues

cuando el depósito actúa de acumulador, es para atender a una demanda de

aire instantánea y nunca para suministrar aire continuamente. Tampoco es

recomendable conectar varios compresores a un solo depósito. Lo que si es

conveniente en muchas circunstancias, es instalar uno o más recipientes

adicionales después del depósito principal.

La capacidad del pulmón principal en Nlts debe ser 1,2 veces mayor que

el caudal del compresor en N lts/min y se puede determinar mediante la

siguiente fórmula:

1,2 cV Q= × Ecuación N° 27

Fuente: FESTO. Iniciación a la neumática

V =Volumen del depósito (N lts)

Q =Caudal del compresor (N lts/min)

Para la determinación de la capacidad de los pulmones secundarios se

utiliza la siguiente fórmula:

Q sVp×

=Δ

Ecuación N° 28

Fuente: FESTO. Iniciación a la neumática

V =Volumen del depósito (N lts)

Q =Consumo de aire (N lts/min)

pΔ =Caída admisible de presión (bar)

s =Coeficiente de seguridad, aprox. 1.2 (bar x min)

51

Sólo el dimensionamiento correcto ofrece la garantía de un

funcionamiento rentable y sin perturbaciones.

Humedad

El agua proviene del hecho de que el aire comprimido no puede contener

todo el vapor de agua que fácilmente absorbe a presión atmosférica. Parte de

este vapor de agua se licua a medida que el aire va enfriándose por las tuberías,

ocasionando daños en los elementos neumáticos, como desgaste y oxidación.

Humedad en el aire atmosférico

Se conoce que el aire atmosférico contiene cierta proporción de

humedad. Esta proporción es mayor o menor según el país, la localidad, las

condiciones climatológicas y de acuerdo con las estaciones del año.

La aptitud del aire para retener agua vaporizada está relacionada con la

temperatura y presión, pero principalmente con la primera, admitiendo más

vapor de agua cuando aumenta su temperatura. Un aire saturado (100 % de

humedad) puede retener más humedad si aumenta la temperatura o desciende

la presión, y, por el contrario, desprende parte de su contenido de humedad si

baja la temperatura o sube la presión.

Humedad en el aire comprimido

En los sistemas de aire comprimido, el aire aspirado por el compresor

entra a la presión y temperatura ambientes, con su consiguiente humedad re-

lativa y luego se le comprime a una presión más alta que la atmosférica. Este ci-

clo de compresión lleva consigo una elevación de temperatura y, como

consecuencia, un calentamiento del aire hasta un grado tal que toda la humedad

contenida en el mismo pasará por el compresor al ser aspirado.

52

Se comprende entonces, que este aire comprimido caliente que descarga

el compresor (que lleva vapor de agua), al irse enfriando por radiación y

convección en el depósito y en las tuberías de distribución, desciende su

temperatura hasta igualar la temperatura ambiente que exista en la nave o zona

industrial, condensando la mayor parte de este vapor en forma de gotas de

agua, que finalmente serán arrastradas por el mismo flujo de aire hacia los

lugares de utilización.

Psicrometría

Por psicrometría se entiende todos aquellos procedimientos relacionados

con la medida del contenido de vapor que porta cualquier gas, sea comprimido o

no. Para este tema solo se hará alusión a la mezcla de agua/aire.

Ahora bien, en el presente estudio se van a relacionar insistentemente los

conceptos de vapor y de líquido, por lo que es conveniente proceder a su

aclaración cuando ambos puedan coexistir en un medio de aire comprimido.

El vapor de agua está configurado por moléculas independientes de agua

y las distancias entre molécula y molécula son considerables, variando sin cesar

debido al libre movimiento de las mismas. Al tratarse de moléculas unitarias no

es posible pensar en medios mecánicos para su separación.

El agua líquida, tanto en su modo habitual como cuando se presenta en

forma de gotas, micro gotas o nieblas, está constituida por agrupaciones de

moléculas que han perdido la mayor parte de su energía. En el agua líquida las

moléculas están a muy corta distancia entre sí y poseen un movimiento propio

bastante restringido. El agua líquida es estable si no hay aporte externo de

energía y cuando ello ocurre, esta energía se emplea para activar las moléculas

que entonces se escapan libres y pasan a vapor.

53

La condensación se refiere al paso de vapor a líquido, implicando con ello

una pérdida de energía denominada calor de condensación.

A lo largo del presente tema habrá que distinguir entre el agua líquida,

constituyente de las gotas, nieblas o núcleos de condensación, y el vapor de

agua. Por tanto, el término humedad se referirá exclusivamente a la presencia

de vapor de agua; cuando se trate de agua líquida se utilizarán conceptos tales

como condensados, arrastres, nieblas o micro gotas, según lo que se pretenda

cornentar.

Humedad absoluta o específica ( )ω

El vocablo humedad expresa la condición del aire con respecto a la

cantidad de vapor de agua que contiene; luego, la humedad absoluta (densidad

del vapor) se refiere a la cantidad de vapor de agua contenido en una

determinada cantidad de aire seco.

De acuerdo con la definición, se describe la humedad absoluta como la

cantidad de vapor de agua expresada en kg, contenida en un kg de aire seco.

( / ) v

a

m Kg vapor de agua Kg aire secom

ω =

Ecuación N° 29 Fuente: Dr. Yunus A. Cengel y Dr. Michael A. Boles (1994). Termodynamics an

engineering approac. McGraw – Hill, inc.

0,4615 / , 0,287 /v aR Kj Kg K R Kj Kg K= × = ×

/ / 0,622/ /

v v v v v v

a a a a a

m p V R T p R pm p V R T p R p

ω × ×= = = =

× ×

54

0.622 ( / )v

v

p Kg vapor de agua Kg aire secop p

ω ×=

−


engineering approac. McGraw – Hill , inc.

ω = Humedad absoluta en kg de vapor de agua por kg de aire seco.

vp = Presión parcial del vapor de agua.

p = Presión total del sistema.

ap = Presión parcial del aire seco.

Humedad de saturación ( )gω

La humedad de saturación podría plantearse como la máxima cantidad de

vapor de agua que puede caber en una concreta cantidad de aire. Ello significa

que un volumen determinado de aire seco puede contener, a una presión y

temperatura dadas, cualquier cantidad de vapor de agua siempre que no supere

un valor máximo, el valor de saturación. Como consecuencia, el peso del vapor

de agua contenido en el aire a una temperatura y presión referidas, podrá variar,

partiendo desde cero para el aire seco, hasta el máximo admisible.

0.622

( / )gg

g

pKg vapor de agua Kg aire seco

p pω

×=

−



gω = Humedad de saturación en kg de vapor de agua por kg de aire seco.

gp = Presión de vapor saturado.

p = Presión total del sistema.

55

Si en un ambiente de aire saturado se agrega más agua líquida, la

humedad de saturación permanecería constante y la totalidad del agua añadida

se mantendría en su estado líquido sin evaporarse.

Influencia de la temperatura en la humedad de saturación, a presión constante

Se comprende sin dificultad que un aumento de la temperatura en un

sistema de aire húmedo implica un aumento del contenido energético de las

moléculas de vapor de agua constituyentes de la humedad del aire. Es decir,

aumentando la temperatura, se aumenta la presión de vapor vp , y aumentando

vp , aumentará la humedad de saturación. Disminuyendo la temperatura del aire,

también disminuirá la presión de vapor vp y por lo tanto disminuirá la humedad

de saturación.

En un ambiente saturado, bien sea de aire comprimido o de aire a la

presión atmosférica, la humedad absoluta llega a ser el valor de la humedad de

saturación, verificándose que gω ω= .

Si en este ambiente se realiza un aumento de la temperatura, la humedad

absoluta continuará siendo la misma pero la de saturación se incrementará

según lo dicho anteriormente, y se confirmará que gω ω> , con lo cual el

ambiente considerado dejará de ser saturado.

Por el contrario, si en el aire comprimido saturado se produce una

disminución de la temperatura, se comprobará que la humedad de saturación

disminuye, pero como ya existe una determinada humedad inicial absoluta, no

habrá otra posibilidad que la de proceder a una continua disminución de la

misma. Esta disminución se materializará en condensación, es decir, por paso

de fase vapor a fase líquida. Esto significa que todo descenso de temperatura en

56

un sistema de aire comprimido saturado implicará un desprendimiento de agua

líquida.

Humedad relativa ( )φ

Es una relación entre la humedad absoluta y la humedad de saturación de

un vapor a unas condiciones determinadas de humedad y temperatura. Se

representa como un porcentaje que determina cual es el grado de humedad

presente en el aire. Se puede representar con las siguientes fórmulas:

100g

ωφω

= × Ecuación N° 32

Fuente: Dr. Yunus A. Cengel y Dr. Michael A. Boles (1994). Termodynamics an


100v

g

mm

φ = × Ecuación N° 33



100v

g

pp

φ = × Ecuación N° 34



Una humedad relativa del 100 % denota que se trata de un ambiente

saturado, es decir cuando gω ω=

Una humedad relativa del 0 % testimonia que concurre un ambiente de

aire totalmente libre de humedad.

57

Punto de rocío

Uno de los conceptos clásicos para señalar el grado de humedad de un

aire comprimido o de un aire ambiente, es el punto de rocío.

Cuando un ambiente de aire atmosférico o de aire comprimido seco se

somete a un proceso de enfriamiento, la humedad de saturación del vapor va

disminuyendo. Como la humedad absoluta permanece constante, la humedad

relativa aumentará hasta que la misma alcance el 100 %. La temperatura T

evidenciada en ese momento corresponderá con el valor del punto del rocío.

No se producirán condensaciones si la temperatura del vapor en el aire se

mantiene por encima del punto de rocío. El enfriamiento de un vapor que ha

alcanzado su punto de saturación es sinónimo de condensación.

El punto de rocío se usa a nivel industrial para determinar la calidad de un

aire comprimido. Puntos de rocío muy bajos reflejan aire muy seco y por lo tanto,

de gran calidad; puntos de rocío elevados suponen aire con altas humedades

relativas.

Para un aire con cierto grado de humedad relativa:

• Inferior al 100 %, el punto de rocío será siempre inferior a la temperatura

real del ambiente considerado.

• Igual al 100 % (aire saturado), el punto de rocío coincidirá con el de la

temperatura real del ambiente considerado.

• Igual al 100 %, pero conteniendo fase líquida en suspensión (nieblas), el

punto de rocío será superior al de la temperatura real del ambiente

considerado.

58

Para un proceso de enfriamiento adiabático se observa el siguiente

comportamiento en las condiciones termodinámicas del vapor:

a) Antes de alcanzar la saturación:

• La humedad absoluta permanece constante.

• La humedad de saturación disminuye.

• La humedad relativa aumenta.

• El punto de rocío permanece constante.

b) Una vez alcanzada la saturación:

• La humedad absoluta disminuye.

• La humedad de saturación disminuye

• La humedad relativa permanece al 100 %.

• El punto de rocío disminuye.

• Se produce eliminación de agua líquida.

Para un proceso de calentamiento adiabático se observa el siguiente

comportamiento en las condiciones termodinámicas del vapor:

• La humedad absoluta permanece constante.

• La humedad de saturación aumenta.

• La humedad relativa disminuye.

• El punto de rocío permanece constante.

59

Concepto y cálculo de condensados, separados y arrastres líquidos 1) Condensados (C):

Se refiere a la formación de fase líquida generada en un proceso

concreto. En el caso presente se originarán condensados por enfriamiento en el

refrigerador. Se entiende que Condensados = separados + arrastres.

C L A= + Ecuación N° 35 Fuente: Carnicer Royo (1991). Aire comprimido. Madrid: Paraninfo

47,2 10 ( )c i fC Q X ω ω−= × × × − Ecuación N° 36


' i fC ω ω= − Ecuación N° 37


C =Caudal de condensados formados en /lts h

G =Caudal de aire comprimido producido en el compresor en 3 /N m min

X =Porcentaje de servicio en carga del compresor, en %

´C =Caudal de condensados formados en /v ag Kg

iω =Humedad inicial

fω =Humedad final

2) Separado (L):

Se alude a la fracción de condensado que es eliminada al exterior del

sistema de aire comprimido motivado por la acción separadora de los distintos

equipos.

60

Si existe condensación (refrigeradores, secadores frigoríficos):

100C EL ×

= Ecuación N° 38


´100

C EL ×= Ecuación N° 39


Si no existe condensación (depósitos, separadores):

100A EL ×

= Ecuación N° 40


´100A EL ×

= Ecuación N° 41


L =Caudal de separados en /lts h

´L =Caudal de separados en /g Kg

E =Eficacia de separación del separador en %

3) Arrastres (A):

Se trata de la porción de condensados que no es separada al exterior y

en consecuencia es transportada en fase líquida, niebla o micro gotas, con el

aire comprimido.

61

Si existe condensación (refrigeradores, secadores frigoríficos):

A C L= − Ecuación N° 42 Fuente: Carnicer Royo (1991). Aire comprimido. Madrid: Paraninfo

´ ´ ´A C L= − Ecuación N° 43 Fuente: Carnicer Royo (1991). Aire comprimido. Madrid: Paraninfo

Si no existe condensación (depósitos, separadores):

100E

SA EA ×

= Ecuación N° 44


´´100

ES

A EA ×= Ecuación N° 45


A =Caudal de arrastres en /lts h

SA =Caudal de arrastres a la salida en /lts h

EA =Caudal de arrastres a la entrada /lts h

A =Caudal de arrastres en /g Kg

´SA =Caudal de arrastres a la salida en /g Kg

´EA =Caudal de arrastres a la entrada /g Kg

Tratamiento del aire a la salida del compresor

El aire atmosférico aspirado por el compresor contiene siempre una

cantidad de humedad en forma de vapor de agua. En la aspiración y compresión

del aire atmosférico llega el agua, en forma de vapor, a la red de aire

62

comprimido, así como aceite residual proveniente de la lubricación del

compresor.

Las condensaciones de vapores de agua y el contenido de aceite causan

una serie de inconvenientes tales como:

• Corrosión en tuberías metálicas, cilindros neumáticos y otros

componentes. Con ésta, el desgaste aumenta y el mantenimiento resulta

costoso.

• Degradación del poder lubricante de los aceites de engrase.

• Contaminación y daños en lugares de contacto directo del aire

comprimido con bienes delicados (instalaciones de pintado, industria de

productos alimenticios, etc.).

Deshumidificación Deshumidificadores

Para el secado o deshumidificación del aire comprimido, industrialmente

se disponen de diversos métodos, dependiendo el empleo de cada uno de ellos

de la calidad que se desea lograr en el aire comprimido. A continuación se

describen los diferentes sistemas:

Refrigerador posterior

Una primera posibilidad para reducir el porcentaje de agua contenida en

el aire consiste en emplear un refrigerador posterior. Este se basa en el principio

de la refrigeración del aire por agua o aire frío. En la siguiente figura se observa

un refrigerador posterior de agua.

63

Figura 18. Refrigerador posterior Fuente: FESTO. Curso de iniciación a la neumática.

El aire calentado por el compresor se enfría en aletas de refrigeración

bañadas por aire o agua. Al disminuir la temperatura del aire a un valor inferior al

del punto de saturación (punto de condensación), se separa agua condensada.

Secador por absorción

El secado por absorción es un proceso puramente químico. La humedad

del aire comprimido se combina con el agente secante que se encuentra en un

recipiente. El desecante se disuelve y sale en estado líquido por el fondo del

recipiente.

El procedimiento de absorción se caracteriza por:

• Simple montaje de la instalación.

• Reducido desgaste mecánico (no hay piezas móviles).

64

• No se requiere de energía externa de aportación.

Sin embargo, el secado por absorción tiene hoy en día poca importancia

en la práctica, debido a que son equipos costosos y de bajo rendimiento.

Secador por adsorción

Los más altos puntos de condensación (hasta -70°C) se alcanzan

mediante el secado por adsorción. En este proceso se conduce el aire

comprimido a través de un gel, en cuya superficie va depositándose el agua,

siendo adsorbida. En la siguiente figura se observa un refrigerador posterior de

agua.

Figura 19. Secador por adsorción Fuente: FESTO. Curso de iniciación a la neumática.

65

En la práctica se trabaja con dos depósitos. Cuando se satura el gel en

uno de los recipientes, se conduce el caudal de aire al segundo recipiente y se

regenera el primero. El material de secado se regenera de forma simple; se

sopla aire caliente a través del secador, el cual condensará la humedad.

La capacidad de almacenado del material de secado es limitada. Bajo las

condiciones normales se debe cambiar el material de secado cada 2-3 años.

Secador por refrigeración

Los más usados son, hoy en día, los secadores por refrigeración.

Trabajan con economía, seguridad y requieren poco mantenimiento. Si se enfría

el aire comprimido a una temperatura más baja que el punto de rocío, aparece

condensación y se separa el agua. Para el secado por frío, se conduce el aire

comprimido a través de un sistema de intercambio térmico, bañado por un

agente frigorífico. En la siguiente figura se observa un refrigerador posterior de

agua.

El aire a secar pasa por el intercambiador de calor en la primera parte de

la instalación. Allí se enfría el aire comprimido caliente y debido a esto, se

separa parte del agua y el aceite. La refrigeración se realiza en el serpentín del

aparato de refrigeración. En la siguiente figura se observa un secador por

refrigeración.

66

Figura 20. Secador por refrigeración Fuente: FESTO. Curso de iniciación a la neumática.

El aire pre-enfriado, en una primera etapa, pasa a través del serpentín por

donde circula el líquido de refrigeración y nuevamente se separa el agua y las

impurezas de aceite restantes. El aire comprimido limpio y seco vuelve

nuevamente a la primera etapa del secador, sale por el secundario, y efectúa la

pre-refrigeración del aire comprimido caliente que entra por el primario.

Las paredes interiores sucias, pueden influir en el funcionamiento de este

secador. Por este motivo, se debe colocar un filtro previo para separar grandes

gotas de aceite y partículas de suciedad.

Con este sistema se pueden alcanzar puntos de condensación de 2 °C a

5 °C.

67

Separador de aceite

Hasta hace pocos años se solía opinar que el aceite proporcionado por el

compresor se podía emplear como lubricante para los elementos de trabajo. Hoy

en día se sabe que no es así; por el calor que reina en el compresor, el aceite

pierde sus propiedades lubricantes y es coquizado, lo que lleva a que tenga un

efecto abrasivo en cilindros y válvulas, cuya duración puede disminuir

considerablemente. El aceite se deposita, además, en las paredes interiores de

las tuberías, desde donde será arrastrado incontroladamente por el flujo de aire

después de algún tiempo. Una tubería en este estado no se puede limpiar sin

desmontar.

Entonces una exigencia fundamental debería ser: eliminar el aceite

proporcionado por el compresor empleando un separador de aceite.

En la siguiente figura se muestra una instalación completa de producción

y acondicionamiento de aire comprimido.

Figura 21. Configuración de una sala de compresores Fuente: FESTO. Curso de iniciación a la neumática.

68

Tratamiento del aire en los puntos de aplicación Además del tratamiento del aire a la salida del compresor, es conveniente

la colocación de filtros en los puntos de aplicación, para eliminar residuos de

aceite, vapor de agua y pequeñas impurezas procedentes de la atmósfera, y que

no han sido eliminadas (partículas sólidas).

Por otro lado, la condición de que los elementos neumáticos reciban una

presión de aire constante, sin fluctuaciones, es muy ventajosa para que no

sufran esfuerzos inadmisibles que provoquen un acortamiento en su vida, así

como para que no tengan un funcionamiento irregular.

Igualmente, los elementos neumáticos deben lubricarse para que

mantengan una duración y un rendimiento razonable, pues, como cualquier

mecanismo con partes móviles, el engrase evita un envejecimiento prematuro.

Por ello, se debe incorporar al sistema:

• Filtros separadores.

• Reguladores de presión.

• Lubricadores (en algunos casos).

No debiendo olvidar que estas unidades de mantenimiento se montarán lo

más contiguo que se pueda del punto de aplicación.

Sin embargo, hoy en día muchos de los elementos neumáticos trabajan

sin lubricación. La lubricación es usada solo en los casos donde:

• El émbolo es de gran diámetro.

• Las frecuencias de trabajo son altas.

• Los recorridos (carrera) son grandes.

69

Filtro separador con regulador de presión

En la siguiente figura se muestra un filtro separador con regulador de

presión.

Figura 22. Filtro separador con regulador de presión Fuente: Aire comprimido. Disponible en: http://www.elprisma.com

Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido tiene que atravesar la

chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices. Como consecuencia se

somete a un movimiento de rotación. Los componentes líquidos y las partículas

grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrífuga y son

arrojadas contra la pared interior, acumulándose en la parte inferior del

recipiente.

El aire pasa entonces por el filtro (4), donde quedan retenidas las

partículas mayores que el tamaño de los poros del cartucho filtrante. Los

70

cartuchos se clasifican por su cifra en micrones, y esta cifra indica la medida de

la partícula más pequeña que puede detener un filtro.

El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador de presión y de

aquí a los consumidores.

La condensación acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se

deberá vaciar antes de que alcance la altura máxima admisible, a través del

tornillo de purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar

una purga automática de agua.

Regulador de presión

El regulador de presión tiene la misión de mantener la presión de trabajo

lo más constante posible, independientemente de las variaciones de la presión

en la red y del consumo de aire. La presión de entrada siempre debe ser mayor

que la presión de trabajo.

Figura 23. Regulador de presión Fuente: Aire comprimido. Disponible en: http://www.elprisma.com

71

Es regulada por la membrana (1), que es sometida, por un lado, a la

presión de trabajo, y por el otro a la fuerza de un resorte (2), ajustable por medio

de un tornillo (3).

A medida que la presión de trabajo aumenta, la membrana actúa contra la

fuerza del muelle. La sección de paso en el asiento de válvula (4) disminuye

hasta que la válvula cierra el paso por completo. En otros términos, la presión es

regulada por el caudal de aire que circula.

Al tomar aire, la presión de trabajo disminuye y el muelle abre la válvula.

La regulación de la presión de salida consiste, pues, en la apertura y cierre

constante de la válvula. Al objeto de evitar oscilaciones, encima del platillo de

válvula (6) hay dispuesto un amortiguador neumático o de muelle (5). La presión

de trabajo se visualiza en un manómetro.

Cuando la presión de trabajo aumenta demasiado, la membrana es

empujada contra el muelle, abriéndose el orificio de escape en la parte central

de la membrana y el aire puede salir a la atmósfera por los orificios de escape

existentes en la caja.

Lubricador

En la siguiente figura se muestra un lubricador de aire comprimido.

72

Figura 24. Lubricador Fuente: Aire comprimido. Disponible en: http://www.elprisma.com

El lubricador que se muestra trabaja según el principio Venturi.

El aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1) hasta la

salida (2). Por el estrechamiento de sección en la válvula (5), se produce una

caída de presión. En el canal (8) y en la cámara de goteo (7) se produce una

depresión (efecto de succión). A través del canal (6) y del tubo elevador (4) se

aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a través de la cámara de goteo (7) y del

canal (8) hasta el aire comprimido, que afluye hacia la salida (2). Las gotas de

aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este estado hasta el

consumidor.

Al variar el estrechamiento en la válvula (5), varía la cantidad de aire que

pasa, la caída de presión y con esto la cantidad de aceite. En la parte superior

del tubo elevador (4) se puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por

medio de un tornillo.

73

Una determinada cantidad de aceite ejerce presión sobre el aceite que se

encuentra en el depósito, a través de la válvula de retención (3).

Pérdidas de presión

Aunque el aire existe en todo nuestro alrededor, industrialmente carece

de aprovechamiento si no se le comprime a una presión mucho más alta que la

atmosférica. Este proceso de compresión cuesta dinero. En primer lugar, hace

falta un capital a invertir en la adquisición del compresor, red de tuberías y

equipos neumáticos; en segundo lugar, hay que considerar los gastos de

mantenimiento y conservación. Por lo tanto, es preciso lograr, por todos los

medios, rentabilidad a esta inversión, y la única forma de conseguirla es

mantener continuamente la presión de trabajo desde que sale del compresor

hasta el último punto de empleo.

Pérdida de presión = pérdida de potencia

En condiciones normales de funcionamiento, la mayor parte de las

herramientas y equipos neumáticos están construidos para obtener su máximo

rendimiento a una presión de trabajo comprendida entre 6 y 7 bar en la misma

herramienta o en el mismo equipo neumático, que equivale a entender allí en

donde el aire comprimido se expansiona devolviendo parte de la energía

almacenada. El aire comprimido no es otra cosa que una fuente de energía

utilizable mediante su expansión debiendo conseguir que la conserve hasta

llegar a los elementos que la van a usar.

Nunca se debe olvidar que no es igual presión de aire en el compresor

que presión de aire en el puesto de aplicación. Normalmente, la presión de

descarga final o presión de trabajo en los compresores es de 7 bar; pero hemos

de tener presente que entre el grupo compresor y el sitio de aplicación, donde la

fuerza neumática ha de prestar servicio, se encuentra un depósito de aire, las

74

unidades de depuración y una vasta red de tuberías que distribuyen el aire

comprimido por toda la planta industrial, añadiendo los acoplamientos rápidos,

filtros, mangueras, conexiones, etc., que impiden el logro de conseguir que toda

la energía (presión) se transmita íntegramente a la máquina cuyo fin es utilizarla.

Ahora bien, lo que sí es posible es limitar esas pérdidas de presión a unos

valores relativamente pequeños y que sean admisibles en la práctica.

Se recomienda que la caída de presión del total de la instalación se

establezca en un máximo de 0,6 bar. A continuación se incluyen pérdidas de

presión admisibles, todas ellas referidas a una presión de trabajo de 7 bar.

• Refrigerador posterior de agua..................................... 0,09 bar

• Refrigerador posterior de aire....................................... 0,09 bar

• Secadores frigoríficos................................................... 0.20 bar

• Secadores de adsorción............................................... 0,30 bar

• Separadores cerámicos................................................ 0,10 bar

• Red de tuberías............................................................. 0,14 bar

• Filtros en general.......................................................... 0,15 bar

En conclusión, si por un deficiente proyecto de instalación, la presión de

trabajo que pide la herramienta o el equipo neumático no puede mantenerse, la

potencia de las máquinas y útiles neumáticos decrece en mayor proporción que

lo hace la presión, repercutiendo en su rendimiento.

Cálculo de las pérdidas de presión

Un flujo típico de aire comprimido a través de una tubería recta de hierro o

acero, se considera para los efectos de cálculo como turbulento y con número

de Reynolds menor que 10.000.

75

En estas condiciones, es imposible aplicar fórmulas que no sean

experimentales. La más común es la siguiente:

8 1,85

5

1,6 10 q Lpd p

× × ×Δ =

× Ecuación N° 46


Donde :

pΔ = Caída de presión ( bar )

d = Diámetro interno ( mm )

L = Longitud ( mts )

p = Presión absoluta inicial ( bar )

q = Caudal de aire libre ( Nm3 / s )

Los accesorios de línea y segmentos de tubería no rectos tienen sus

caídas de presión expresadas en forma de longitud de tubería equivalente. En el

Anexo N° 2, se observan estos valores.

Pérdida de presión en las unidades de mantenimiento

Algunos de los fundamentos más destacados que motivan la pérdida de

presión en la unidades de mantenimiento son:

• Grupo inadecuado (sección de paso insuficiente para la demanda de

aire).

• Obstrucción en la circulación del aire (incrustaciones, partículas sólidas).

• Cartucho de filtro engrasado, apelmazamiento de suciedad alrededor del

mismo que impide el paso de aire.

76

Si ninguno de los casos anteriores se presenta, la pérdida de presión en

las unidades de mantenimiento se puede despreciar.

Pérdida de presión en el refrigerador posterior La pérdida de carga, en la que intervienen diversos factores relacionados

con el material de los tubos, velocidad, etc., puede determinarse mediante la

siguiente fórmula:

p c FΔ = × Ecuación N° 47


nL GF

p s⎛ ⎞= ×⎜ ⎟⎝ ⎠

Ecuación N° 48


Donde:

F = Factor adimensional

c = Pérdida de presión de Fanning

p = Presión absoluta

G = Caudal de aire en condiciones normales

s = Sección total del haz tubular por donde pasa el aire

n = 1,8 aproximadamente

L = Longitud del tubo

La pérdida de Fanning se calcula con la siguiente fórmula:

77

2

2 f v Lc

D

ρ−⎛ ⎞× × × ×⎜ ⎟

⎝ ⎠= Ecuación N° 49


Donde:

v−

= Velocidad promedio del fluido

L = Longitud del tubo

D = Diámetro

ρ = Densidad

f = Factor para tubos lisos

El factor para los tubos lisos es:

( ) 0,2 4 60,48 10 10f Re Re−= × → < <

( ) 0,35 3 40,193 3 10 10f Re Re−= × → × < <

Pérdidas de presión admisibles por fugas En la práctica es imposible suprimir las fugas de aire comprimido.

Generalmente aparecen imperceptibles en uniones, válvulas y otros accesorios

generando grandes pérdidas de caudal en el sistema. Por esto es vital tomarlas

en cuenta cuando se va a seleccionar un compresor. Se asume un porcentaje

entre el 10 y el 15 % de la capacidad del compresor en N lts/m3 para considerar

las pérdidas de aire por fugas.

78

Estudio de una instalación de aire comprimido

Consumo instantáneo (Q instantáneo)

Se llama consumo instantáneo de una herramienta o equipo al consumo

de aire requerido para servicio continuo a la presión de trabajo dada por el

fabricante. Se expresa en aire libre (litros por minuto o N m3/min).

• Cilindros neumáticos: El consumo de aire instantáneo para puede

calcularse conociendo el diámetro del cilindro, su carrera, el número de

carreras y la presión de servicio; de este modo se tiene:

a) Cilindro de simple efecto:

( / )Q s n q N lts min= × × Ecuación N° 50


b) Cilindro de doble efecto:

( )2 ( / )Q s n q N lts min= × × Ecuación N° 51


Q =Consumo de aire total en N lts/min

q =Consumo de aire por centímetro de carrera en N lts/min (Anexo N° 3)

s =Carrera por centímetro

n = 1 carrera/min, para cilindros con menos de una carrera por minuto

n =Número de carreras por minuto, para cilindros con más de una

carrera por minuto

• Sopladores: El consumo instantáneo se obtiene de la tabla (Anexo N° 4).

79

Consumo real (Q real) Se entiende que todas las máquinas y unidades de trabajo poseen una

frecuencia de trabajo. Esta frecuencia hace que todas las unidades no

consuman aire comprimido al mismo tiempo pues cuando unas funcionan otras

están en su tiempo de descanso. El consumo que considera las frecuencias de

trabajo es el consumo real.

• Cilindros de trabajo: Las frecuencias de trabajo se pueden considerar de

dos formas dependiendo del caso.

a) Midiéndolas directamente del equipo:

Se recalcula el consumo, sea para un cilindro de simple o doble efecto,

pero con:

n =Número de carreras por minuto, tanto para cilindros con menos de

una carrera por minuto como para cilindros con más de una carrera por

minuto.

b) Multiplicando el consumo instantáneo por un coeficiente de utilización.

• Sopladores: El consumo instantáneo que se obtiene de la tabla (Anexo

N° 4) se multiplica por su coeficiente de utilización.

Coeficiente de utilización Es un factor que representa el porcentaje del tiempo en el que un equipo

esta en uso y por tanto consumiendo aire.

80

Capacidad de los compresores Para evaluar la capacidad de un compresor es necesario conocer el

consumo real de cada dispositivo, equipo y herramienta así como de sopladores

y mangueras para luego sumarlos. A este total se le debe considerar un

porcentaje por fugas y otro, alrededor del 20%, por futuras ampliaciones.

Diseño de una instalación de aire comprimido

Una vez establecidos los puntos de consumo, para completar el diseño de

la instalación basta tener en cuenta los siguientes requisitos:

• Trazado de la red según la configuración del edificio y las actividades que

se desarrollan dentro de la planta industrial, escogiendo el mejor itinerario

para la tubería principal.

• Tendido de la tubería de modo que, sistemáticamente, se elijan las

distancias más cortas y procurando que las conducciones sean lo más

rectas posibles, para lo cual hay que evitar, siempre que se pueda,

innecesarios cambios de dirección, codos dobles, curvas, piezas en “T”,

derivaciones y reducciones de sección.

• Montaje siempre aéreo de la red de tuberías, pues así se consigue una

mejor inspección y un buen mantenimiento. Normalmente, se cuelga o

suspende de los techos o paredes del edificio; con ello se facilita la

disposición de las bajadas de servicio y los puntos de drenaje.

• No deben hacerse nuevas tomas o salidas de aire en tuberías existentes

sin comprobar antes si sus diámetros son suficientes para una cantidad

adicional de aire comprimido.

81

• Las tuberías principales deben ser ampliamente dimensionadas para

poder atender la demanda de aire sin pérdida excesiva de presión y estar

ligeramente inclinadas (de 1/200 a 1/400) en el sentido del flujo del aire, a

fin de que el agua que se condense drene en la misma dirección que

tiene el aire comprimido, colocando en el extremo de la tubería, un ramal

de bajada provisto de una purga manual o automática para evacuar el

agua acumulada.

• Las tomas de aire para bajantes o tuberías de servicio no deben hacerse

nunca en la parte inferior de la tubería, sino por la parte superior, a fin de

evitar que el agua condensada que circula, por efecto de la gravedad

pueda ser recogida y llevada a los distintos equipos neumáticos

conectados.

No importa que a la salida del compresor se disponga de un equipo de

tratamiento del aire (refrigerador posterior, secador y filtros) para seguir las indi-

caciones anteriores. En un determinado momento pueden estropearse y quedar

fuera de servicio. Hay que prevenir tal contingencia.

82

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Tipo de investigación Esta investigación es una investigación de campo de tipo factible.

El proyecto que se va a desarrollar es una investigación de campo porque

entra en un área de estudio a través de la cual los datos se recogen de manera

directa de la realidad en su ambiente natural, con la aplicación de determinados

métodos de investigación. El campo esta conformado por el sistema de tuberías

de Pastas Capri C.A.

El proyecto que se va a desarrollar es de tipo factible porque su

materialización está dentro de los intereses de la empresa.

Procedimiento metodológico Para detectar la causa de los problemas existentes en el sistema de aire

comprimido de Pastas Capri C.A., se procede de la siguiente manera:

Evaluación del consumo y la generación del aire comprimido Consiste en verificar si el compresor es capaz de generar el caudal de

aire comprimido que se demanda en la planta. Para esto se determina el caudal

de consumo y se compara con el caudal que genera el compresor.

83

Determinación del caudal de consumo

Se ubican las zonas de la planta donde se utiliza aire comprimido y se

determina el caudal de consumo de cada una para obtener la demanda de la

planta.

Determinación del caudal generado Se determina el caudal de aire comprimido que es capaz de generar el

compresor.

Comparación entre el caudal de consumo y el caudal de generación

Se compara el caudal de consumo de la planta con el caudal que genera

el compresor para verificar si satisface la demanda.

Pérdidas de presión en el sistema actual Se calcula la pérdida de presión en el sistema actual para comprobar si

cumple con el valor admisible.

Evaluación de la red de tuberías

Se representa la red en un overplot para facilitar su visualización. Luego

se procede a realizar las isometrías para identificar los problemas de distribución

y disposición de la red actual.

84

Estudio de la calidad del aire Se hace un estudio de la humedad, de las partículas sólidas y del

contenido de aceite en el aire comprimido para comprobar si cumple con los

valores de calidad exigidos.

Desarrollo de la propuesta de mejora

Luego de evaluar el sistema actual y conseguir la causa de los problemas

existentes, se desarrolla un nuevo sistema de aire comprimido que permita

satisfacer los requerimientos de la planta.

85

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y RESULTADOS

Análisis del sistema actual Evaluación del consumo y la generación del aire comprimido

Se ubican las zonas de la planta donde se utiliza aire comprimido:

• Líneas de producción.

• Empaquetadoras.

• Taller de mecánica y mantenimiento.

• Limpieza.

• Silos de almacenamiento de materia prima.

• Molino.

Determinación de los caudales instantáneos

Se calculan los consumos instantáneos de las máquinas y los dispositivos

que usan aire comprimido para su funcionamiento, usando el siguiente criterio:

• Los caudales no disponibles en manuales que se refieren a cilindros

neumáticos, se calculan mediante las ecuaciones del marco teórico.

• Los caudales no disponibles en manuales que se refieren a otros

dispositivos, se obtienen al convertirlos en cilindros equivalentes que

permitan usar las ecuaciones del marco teórico.

86

• Los caudales no disponibles en catálogos que se refieren a herramientas

neumáticas, como pistolas de pintar, etc. se obtienen del Anexo N° 5.

• Los caudales que se refieren a descargas por orificios y consumos de

limpieza, se obtienen del Anexo N° 4.

1) Líneas de producción y empacadoras

Se procede a calcular todos los consumos por líneas incluyendo su

respectivo sistema de empaque. Las empacadoras (Anexo N° 6) y las

enfardadoras (Anexo N° 7) poseen información de sus consumos, además se

considera que algunas están modificadas con dispositivos neumáticos ajenos a

su configuración inicial con el fin de optimizarlas. Estas modificaciones hacen

que el consumo en la máquina aumente con respecto al original.

- Pasta Corta N° 1

A) Trabatto

• Válvula de agua caliente para control de la temperatura:

La válvula de agua caliente no es un cilindro neumático por lo tanto para

usar la ecuación N° 50 se debe llevar a un cilindro equivalente de simple efecto.

La válvula posee la forma de un cono truncado con las siguientes

características:

Diámetro mayor = 10 cm

Diámetro menor = 7 cm

Altura = 8 cm

87

Se utiliza la ecuación para calcular el volumen de un cono truncado:

2 21 ( )3

V h r rR Rπ= + +

R = Radio mayor

r = Radio menor

h = Altura

13

V π= x 8cm x ( ) ( )( )2 23,5 3,5 5 (5 )cm cm cm cm⎡ ⎤+ +⎣ ⎦

3458,67V cm=

Luego se lleva este volumen al de un cilindro equivalente:

Volumen de la válvula = Área del émbolo x Carrera del pistón

Se asume 50 mm para el diámetro del émbolo del pistón:

3458670mm =250

2mm⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

π x Carrera del pistón

Despejando la carrera del pistón se obtiene:

Carrera del pistón = 23,36 cm

Luego se define el cilindro equivalente de la siguiente manera:

88

Tabla 1. Cilindro equivalente. Trabatto

Presión de trabajo 2 bar Diámetro del émbolo 5 cm

s 23,26 cm q 0,058 N lts/cm n 1 Carrera / min

Un solo efecto

Fuente: Elaboración propia

Cálculo del caudal para el cilindro equivalente. Aplicando la fórmula

N° 50:

Q n s q= × ×

1 / 23,26 0,058 /Q Carrera min cm N lts cm= × ×

1,355Q N= /lts min

B) Presecado


Se repite el procedimiento que se usa para la válvula de agua caliente

para control de la temperatura del trabatto.

Tabla 2. Cilindro equivalente. Presecado



Un solo efecto


1,355Q N= /lts minuto

89

• Cilindro para control de la humedad:

Tabla 3. Cilindro control de humedad. Presecado


s 5 cm q 0,397 N lts/cm n 1 Carrera / min

Un solo efecto Fuente: Elaboración propia


C) Secado


Se repite el procedimiento que se usa para la válvula de agua caliente

para control de la temperatura del trabatto.

Tabla 4. Cilindro equivalente. Secado





90

• Cilindro para control de la humedad:

Tabla 5. Cilindro control de humedad. Secado





D) Enfriador

• Cilindro para control de la temperatura:

Tabla 6. Cilindro control de temperatura. Enfriador



Un solo efecto



E) Elevador Enfriador - Silos producto terminado

• Cilindro de acoplamiento para descarga a los silos:

91

Tabla 7. Cilindro de acople. Elevador enfriador - silos producto terminado



De doble efecto



F) Elevador Silos producto terminado - Empacadoras

• Cilindros de acople para descarga a las empacadoras:

Tabla 8. Cilindro de acople. Elevador silos producto terminado - empacadoras

Presión de trabajo 6 bar Diámetro del émbolo 2,5 cm

s 5 cm q 0,033 N lts/cm n 1

De doble efecto Fuente: Elaboración propia


G) Empacadora N° 1

• Neumática instalada por el fabricante del equipo:

El caudal se obtiene del manual de uso (Anexo N° 6).

250Q N= /lts minuto

92

• Estampadora:

Tabla 9. Cilindro 1 estampadora. Empacadora N° 1






Se suman ambos consumos y se obtiene:


Cilindro 1 Presión de trabajo 6 bar

Diámetro del émbolo 3,2 cm s 1,5 cm q 0,056 Consumo N lts/cm n 105 Carreras / min

Doble efecto


Diámetro del émbolo 2 cm s 4 cm q 0,022 Consumo N lts/cm n 105 Carreras / min

Doble efecto

93

H) Empacadora N° 2

• Neumática instalada por el fabricante del equipo:

El caudal se obtiene del manual de uso (Anexo N° 6).

250Q N= /lts minuto

• Estampadora:




Tabla 12.Cilindro 2 estampadora. Empacadora N° 2



Diámetro del émbolo 3,2 cm s 1,5 cm q 0,056 Consumo N lts/cm n 105 Carreras / min

Doble efecto


Diámetro del émbolo 2 cm s 4 cm q 0,022 Consumo N lts/cm n 105 Carreras / min

Doble efecto

94


Se suman ambos consumos y se obtiene:


I) Enfardadora N° 1:

• El caudal se obtiene del manual de uso (Anexo N° 7).

11Q N= /lts fardo

Se producen 105 paquetes por minuto, luego:

1 12fardo = paquetes

105 /

12paquetes min

paquetes9= /fardos min

11Q = /lts fardo x 99N /fardos min

99Q N= /lts minuto

J) Enfardadora N° 2:

• El caudal se obtiene del manual de uso (Anexo N° 7).

11Q N= /lts fardo

95

Se repite el cálculo de la enfardadora N° 1, y se obtiene:

99Q N= /lts min

Análogamente se calculan los consumos para el resto de las líneas y sus

empacadoras. Todos los valores de consumos por línea se pueden ver en el

Apéndice N° 1.

La fabricación del pasticho no tiene línea de producción automatizada

pero si posee zona de empaque. Estos consumos se presentan en el Apéndice

N° 1.

2) Taller de mecánica y mantenimiento

Las tomas del taller son para el uso de herramientas neumáticas y para la

limpieza.

Los consumos se obtienen del Anexo N° 5:

• Martillo remachador ligero

330Q N= /lts min

• Presa de remaches

300Q N= /lts min

• Taladro de 3/8”

450Q N= /lts min

96

• Pistola de pintar

150Q N= /lts min .

3) Limpieza

Son 53 tomas de limpieza en la planta y todas cumplen con los siguientes

datos:

• Presión de trabajo = 7 bar

• Diámetro del orificio = 4 cm

Del Anexo N° 4 se obtiene el caudal de cada toma:

1150Q N= /lts min

Entonces el caudal total es:

60950TotalQ N= /lts min

4) Molino

• Cilindros de acople

97

Tabla 13. Cilindro de acople. Molino



Doble efecto 2 cilindros


17,101Q N= /lts min

5) Silos de almacenamiento de materia prima

• Aspirador de silos Nº 1

Cada aspirador tiene cuatro orificios de descarga.

Tabla 14. Datos aspirador de silos N° 1

Presión de trabajo 6 bar Diámetro del orificio 15 cm


Del Anexo N° 4 se obtiene que:

14200Q N= /lts min

Cada uno de los orificios se dispara con un intervalo de 25 segundos y

con un tiempo de duración de descarga de 0,5 segundos. Esta descarga se

realiza una sola vez por día. Se deduce entonces que en un minuto hay tres

disparos.

98

60 segundos →14200N lts

0,5 segundos x 3 → X = 355N lts

355Q N= /lts min


Se repiten los mismos datos y el mismo procedimiento que para el

aspirador de silos Nº 1.

355Q N= /lts min


Se repiten los mismos datos y el mismo procedimiento que para el

aspirador de silos Nº 1.

355Q N= /lts min

6) Otras Aplicaciones

A) Cilindro Comedor

• Apertura puerta

99

Tabla 15. Cilindro. Comedor


0,07Q N= /lts min

B) Hidroneumático

• Compensación por aire

El hidroneumático no es un cilindro neumático por lo tanto para usar la

fórmula (marco teórico) se debe llevar a un cilindro equivalente de simple efecto.

El hidroneumático suministra agua a una bomba. Cada vez que la bomba

demanda, la altura de la columna de agua en el hidroneumático baja un HΔ y a

su vez una electroválvula permite el paso de aire para evitar que la presión

dentro del mismo caiga. Se mide el diámetro y el HΔ , se calcula el volumen y

se aproxima al volumen de aire que demanda el equipo.

HΔ = 20 cm

Diámetro = 70 cm

El hidroneumático posee forma cilíndrica. Se utiliza la ecuación para

calcular el volumen de un cilindro:

214

V d Hπ= × ×Δ



Simple efecto

100

376969,02 V cm=

Se elige un diámetro cualquiera del Anexo N° 3 y con una presión de 7

bar (presión de entrada al hidroneumático) se busca el valor de q .

4,292q N= /lts cm

Con el diámetro que se selecciona, se calcula el volumen de un cilindro

que consume 4,292 /N lts cm :

3490,874 V cm=

Se calcula cuantos litros en condiciones normales caben en un volumen

de 76969,02 cm3.

3

3

490,874 4,292 76969,02

cm N ltscm X

→

→

672,985 X N lts=

Por último se calcula el caudal instantáneo, conociendo las Carreras/min.

2672,985 6,66 10 /Q N lts Carreras min−= × ×

Determinación de los caudales reales

Una vez que se obtienen los caudales instantáneos se procede a calcular

los caudales reales para cada toma con la frecuencia de trabajo de cada

máquina, usando el siguiente criterio:

101

• Para consumos de aire no vinculados a cilindros se usa el coeficiente de

utilización.

• Para las máquinas de trabajo continuo cuyos cilindros se accionan con

una frecuencia mayor de una carrera por minuto, su caudal instantáneo

es igual al caudal real.

• Para las máquinas de trabajo continuo cuyos cilindros se accionan con

una frecuencia menor de una carrera por minuto, su caudal real se

determina multiplicando el caudal instantáneo por su frecuencia de

trabajo.

Se calculan tres ejemplos de los caudales reales en la planta:

1) Líneas de producción y empacadoras

Pasta Corta N° 1

- Trabatto

• Válvula de agua caliente para control de la temperatura

El caudal de consumo instantáneo que se obtiene en los cálculos previos

para 1n = /carrera min , es:


Se mide la frecuencia de trabajo de la válvula:

1 /15carrera min 0,066= /carreras min

102

Ahora se tiene que:

0,066n = /carreras min

Luego se define el cálculo de la siguiente manera:

Tabla 16. Cilindro equivalente. Trabatto. Consumo real


s 23,26 cm q 0,058 N lts/cm n 0,066 Carreras / min

Un solo efecto


Cálculo del caudal para el cilindro equivalente. Aplicando la fórmula N° 50:

Q n s q= × ×

0,066 / 23,26 0,058 /RealQ Carreras min cm N lts cm= × ×

0,0902RealQ N= /lts minuto

Pasta Larga N° 2

- Silos galería de pasta larga

• Cilindros de acople para llenado de pisos

El silo de pasta larga consta de ocho pisos para almacenar la pasta y

cada uno de esos pisos posee un cilindro neumático de acople. Los pisos se

llenan por orden, es decir, un cilindro tiene que esperar hasta que los siete pisos

siguientes se llenen para ocasionar un consumo de aire.

103

Se mide la frecuencia de trabajo de un solo cilindro:

1n = /16carrera horas

Como son ocho cilindros, cada dos horas hay un accionamiento por piso y

por ende un consumo de aire, entonces, desde el punto de vista de la máquina,

cada 16 horas hay 8 carreras. Esta es la frecuencia real de la máquina:

8n = /16carreras 0,5horas = /carreras hora

0,0083n = /carreras min

Luego se define el cálculo de la siguiente manera:

Tabla 17. Cilindro de acople. Silos galerías de pasta larga. Consumo real


s 6 cm q 0,0561 N lts/cm n 0,0083 Carreras / min

De doble efecto Fuente: Elaboración propia

Cálculo del caudal para el cilindro de acople. Aplicando la fórmula N° 51:

2Q n s q= × × ×

2 0,0083 / 6 0,0561 /RealQ Carreras min cm N lts cm= × × ×

0,00561RealQ N= /lts minuto

El cálculo de la frecuencia para todas las máquinas con varios cilindros de

accionamiento no simultáneo se realiza de forma análoga.

104

2) Limpieza

• Son 53 tomas de limpieza de 1150Q N= /lts minuto cada una, luego:

60950Q N= /lts minuto

Se asume un factor de simultaneidad del 10%, que implica

aproximadamente 5 tomas trabajando de forma simultánea:


Análogamente se calculan los consumos para el resto de las tomas de

toda la planta. Todos los valores de consumos se pueden ver en el Apéndice N°

1 donde aparecen identificadas según su ubicación en el overplot de la red

actual (Apéndice N° 2).

Sumando todos los Q reales se obtiene finalmente el consumo de la

planta:

9952,79 /Q N lts min=

3857,79 /Q N lts min= , sin incluir los consumos de limpieza.

Determinación del caudal generado

1) Compresor S – 4

El caudal del compresor S – 4 se obtiene de la tabla de especificaciones

que proporciona el fabricante (Anexo N° 8).

105

5900 /Q N lts min=

Comparación entre el caudal de consumo y el caudal de generación

Se compara el caudal del compresor con el caudal que demanda la

planta:

9952,79 / 5900 /N lts min N lts min>

El caudal del compresor S – 4 no cubre el caudal de consumo que

demanda la red actual, por lo que surge la interrogante: Si existe una diferencia

tan notable entre el caudal de generación y el caudal de consumo, ¿Por qué la

planta puede trabajar?

El caudal que demanda la planta se calcula estimando cinco tomas de

limpieza abiertas simultáneamente. En la planta se procura no usar más de dos

tomas de limpieza a la vez, lo que les permite trabajar pero en un estado crítico.

El caudal que demanda la planta con dos tomas de limpieza abiertas

simultáneamente se compara con el caudal del compresor, evidenciándose el

estado crítico actual:

5900 / 6157,79 /N lts min N lts min<

Sin embargo se evidencia que el caudal del compresor S – 4 permite

cubrir satisfactoriamente el caudal de consumo de las tomas de servicio:

5900 / 3857,79 /N lts min N lts min>

La solución a este problema es crear dos redes independientes, una para

limpieza y otra para servicio.

106

Evaluación de la red de tuberías

Se divide la planta en secciones enumeradas sobre el overplot (Apéndice

N° 2) y en ellas se ubican las tomas. Luego al realizar la isometría (Apéndice N°

6) se evidencian problemas de distribución y disposición tales como:

1. Tramos desordenados que recorren longitudes innecesarias para llegar a

su destino.

2. Tuberías con muchos cambios de direcciones, llenos de accesorios

innecesarios.

3. Ausencia de inclinación en las tuberías, lo que ocasiona la acumulación

de condensado en las mismas y por ende su corrosión.

4. Tomas con ausencia de bajadas en cuello de cisne, lo que propicia la

llegada de agua líquida a los dispositivos neumáticos.

5. No hay suficiente cantidad de purgas y las que hay están mal ubicadas.

No existen tampoco trampas de agua.

6. La configuración actual no facilita las ampliaciones.

Todas estas razones generan pérdidas en la presión que llega a los

dispositivos, contribuyen con los daños ocasionados a los equipos por la

humedad y entorpecen las actividades de mantenimiento en la planta.

Estas razones son suficientes para descartar totalmente el actual sistema

de tuberías y reemplazarlo con dos redes nuevas donde se eliminen los

problemas antes mencionados. Por lo tanto no es necesario calcular las

pérdidas de presión.

107

Pérdidas de presión

Solo en las mangueras y en los acoplamientos rápidos se evalúan las

pérdidas de presión puesto que son necesarios para la llegada a las tomas y

facilitan el mantenimiento.

Cálculo de la pérdida de presión en mangueras

Se muestra con un cálculo modelo como se determina la pérdida de

presión en las mangueras. Para este cálculo se utiliza el caudal instantáneo de

cada toma.

Toma 2 ( Iso. 12 )

La manguera que se utiliza para la llegada a esta toma posee las

siguientes características:

Longitud = 1,15 mts

Diámetro interno = 6 mm

Caudal = 0,33 Nlts / min

Del Anexo N° 9, para:

Longitud = 3 mts


Caudal = 250 Nlts / min

Se tiene que:

0,350pΔ = bar

108

De las fórmulas adjuntas al Anexo N° 9:

5

15

1

p dp dΔ

=Δ

De donde:

( )551

15 5

70,350

(6 )mmdp p

d mmΔ = ×Δ = × bar

Se obtiene un 0,756pΔ = bar , para una manguera con las siguientes

características:

Longitud = 3 mts




1 1

p Lp LΔ

=Δ

De donde:

11

(1,15 ) 0,756(3 )

L mtsp pL mts

Δ = ×Δ = × bar

Se obtiene un 0,29pΔ = bar , para una manguera con las siguientes

características:

109

Longitud = 1,15 mts




2

21 1

p Qp QΔ

=Δ

De donde:

( )

2 2

1 221

(0,33 / ) 0,29250 /

Q Nlts minp pQ Nlts min

Δ = ×Δ = × bar

Se obtiene un 75,05 10p −Δ = × bar , para una manguera de iguales

características a la que se utiliza en la toma 2 de la isometría 12.

En el Apéndice N° 18 se muestran las tomas que poseen mangueras, las

características de cada una de ellas y la caída de presión que se produce.

Las mangueras donde se produce la mayor caída de presión pertenecen

a las siguientes tomas:

• Toma 3, isometría 3.


• Toma 1, continuación isometría 13.




110

Cálculo de la pérdida de presión en acoplamientos rápidos Del Anexo N° 10, con un diámetro de 4 mm ( diámetro del agujero interno

de paso de aire de la pieza macho de los acoplamientos que se usan en la

planta ) y con el caudal instantáneo de consumo de cada toma, se determina la

pérdida de presión que se produce.

En la siguiente tabla, se muestran las tomas que poseen acoplamientos

rápidos y la caída de presión que se produce.

Tabla 18. Acoplamientos rápidos por toma

Toma Isometría Caudal ( Nlts / min )

Δp ( bar )

4 5 6,956 - 2 13 130,5 0,1 1 cont. Iso.13 133,043 0,12 2 cont. Iso.13 133,043 0,12 3 cont. Iso.13 133,043 0,12


Los acoplamientos donde se produce la mayor caída de presión

pertenecen a las siguientes tomas:





111

Estudio de la calidad del aire Estudio de la humedad El criterio para evaluar la humedad del aire comprimido consiste en

comparar el valor de la temperatura de rocío a la salida del sistema de

deshumidificación con los valores admisibles.

Primero se necesitan las condiciones termodinámicas del aire atmosférico

de carrizal.

Se coloca un higrómetro en la sala de compresores con el fin de recoger

los datos de temperatura y humedad relativa. De los valores medidos (Apéndice

N° 19) se obtiene:

• Humedad relativa promedio ( φ ) = 61,63%

• Temperatura promedio = 27,28 °C

La presión atmosférica de carrizal se obtiene del Anexo N° 1. Para entrar

en la tabla se necesita la altura del lugar que proporciona la página

http://www.miranda .gov.ve/. La altura es de 1250 m de altura.

Presión atmosférica = 0,894 bar

Al tener las condiciones termodinámicas del aire se hace el estudio

psicrométrico.

1) Condiciones de aspiración

Características del aire atmosférico:

112

Tabla 19. Características del aire atmosférico

Presión atmosférica 0,894 bar

Temperatura entrada 27,28 °C

Humedad relativa 61,63 %


Con la temperatura ambiente se entra en la tabla 1 de vapor saturado

(Anexo N° 11) y se obtiene la presión de saturación:

27,28T = 0,03627gC P° → = bar

Usando la ecuación N° 31, se calcula la humedad de saturación:

0,622 gg

T g

PP P

ω = ×−

( )

0,03630,6220,894 0,0363g

barbar

ω = ×−

/v ag Kg

26,301gω = /v ag Kg

Con este valor de la humedad de saturación se obtiene el valor de la

humedad absoluta. Con la ecuación N° 32 se tiene que:

gω ω φ= ×

26,301ω = /v ag Kg 0,6163×

113

16,21ω = /v ag Kg

2) Compresión

• Primera etapa de compresión:

Tabla 20. Datos de la primera etapa de compresión

Presión absoluta salida 3,894 bar

Temperatura salida 90 °C

Humedad absoluta 16,21 gv / Kgas


Con la temperatura de salida de la primera etapa de compresión se entra

en la tabla 1 de vapor saturado (Anexo N° 11) y se obtiene la presión de

saturación:

90T = 0,70117gC P° → = bar


( )

0,701170,6223,894 0,70117g

barbar

ω = ×−

/v ag Kg

136,59gω = /v ag Kg

Con este valor de la humedad de saturación y el valor de humedad

absoluta, se obtiene el valor la humedad relativa a la salida. De la ecuación N°

32 se tiene que:

114

/16,21 100

136,59 /v a

v a

g Kgg Kg

φ = ×

8,15φ = %

Se tiene que gω ω> , lo que indica que no hay condensación. Esto ocurre

porque hay un proceso de calentamiento durante la compresión, alejando al

vapor de su punto de rocío.

• Primer ínter enfriador:

Tabla 21. Datos del primer ínter enfriador



Humedad absoluta entrada 16,21 gv / Kgas

Porcentaje de servicio en carga del compresor 83,33 %

Caudal del compresor 5900 Nlts/min


Con la temperatura de salida del ínter enfriador se entra en la tabla 1 de

vapor saturado ( Anexo N° 11 ) y se obtiene la presión de saturación :

30T = 0,0424gC P° → = bar

115


6,86gω = /v ag Kg

Se tiene que gω ω> , es decir:

16,21 /v ag Kg 6,86> /v ag Kg

Esto indica que por haber un enfriamiento el vapor alcanza su punto de

rocío y condensa. El enfriamiento es isobárico. Por no haber un calentamiento

posterior al enfriamiento, el vapor sale saturado con una humedad absoluta ω

igual a la humedad de saturación 6,86gω = /v ag Kg .

Usando la ecuación N° 35 para la obtención de condensados:

47,2 10 ( )c i fC Q X ω ω−= × × × −

( )4 37,2 10 5,90 / 0,83 16,21 6,86C Nm min−= × × × × − /v asg Kg

0,033 /C lts hora=

Usando la ecuación N° 37, se calculan los condensados expresados en

/v ag Kg :

' i fC ω ω= −

( )' 16,21 6,86C = − /v ag Kg

116

' 9,35C = /v ag Kg

El agua no entra a la segunda etapa de compresión, pasa directamente a

la trampa de condensado que se ubica a la salida del compresor.

• Segunda etapa de compresión:

Tabla 22. Datos de la segunda etapa de compresión



Humedad absoluta entrada 6,86 g / Kg


Con la temperatura de salida del compresor se entra en la tabla 1 de

vapor saturado (Anexo N° 11) y se obtiene la presión de saturación :

120T = 1,9848gC P° → = bar

Usando ecuación N° 31, se calcula la humedad de saturación a la salida:

178,68gω = /v ag Kg

Con este valor de la humedad de saturación y el valor de humedad

absoluta, se obtiene el valor la humedad relativa según la ecuación N° 32:

3,83φ = %

117

Se tiene que gω ω> , lo que indica que no hay condensación. Esto ocurre

porque hay un proceso de calentamiento durante la compresión, alejando al

vapor de su punto de rocío.

• Segundo ínter enfriador:

Tabla 23. Datos del segundo ínter enfriador




Porcentaje de servicio en carga del compresor 83,33 %

Caudal del compresor 5900 N lts/min


Con la temperatura de salida del ínter enfriador se entra en la tabla 1 de

vapor saturado (Anexo N° 11) y se obtiene la presión de saturación:

50T = 0,1234gC P° → = bar

Usando la ecuación N° 31 se calcula la humedad de saturación:

8,75gω = /v ag Kg

Se tiene que gω ω> , luego no hay condensación. Esto se debe a que en

el proceso de enfriamiento el vapor no alcanza su punto de rocío. El enfriamiento

es isobárico.

118

Con el valor de humedad de saturación y el valor de humedad absoluta,

se obtiene el valor la humedad relativa según la ecuación N° 32:

78,31φ = %

• Trampa de condensado:

La trampa de condensado recibe los arrastres provenientes de los dos

ínter enfriadores. Es 50% efectiva para eliminar los arrastres.

Los arrastres que se eliminan se calculan usando la ecuación N° 40:

100A EL ×

=

0,033 / 50%

100lts horaL ×

=

0,0165L = /lts hora

Los arrastres en /v ag Kg que se eliminan se calculan usando la ecuación

N° 41:

''

100A EL ×

=

9,35 / 50%'

100lts horaL ×

=

' 4,67L = /v asg Kg

119

El agua que no se elimina es el 50% de los arrastres, es decir:

0,0165L = /lts hora

' 4,67L = /v ag Kg

Por no haber un cambio de temperatura, el vapor sale con una humedad

relativa de 78,31φ = % y con humedad absoluta de 6,86ω = /v ag Kg .

Durante el trayecto hasta el refrigerador se evidencia una pérdida de

temperatura de 2 °C en el aire, que no es suficiente para producir condensación

y por lo tanto mantiene una humedad absoluta de 6,86ω = /v ag Kg .

3) Refrigerador Posterior

Tabla 24. Datos del refrigerador posterior


Temperatura entrada 48 °C


Eficacia de separación del refrigerador 75 %



Con la temperatura de salida del compresor se entra en la tabla 1 de

vapor saturado (Anexo N° 11) y se obtiene la presión de saturación:

34T = 0,0532gC P° → = bar

120

Usando la ecuación N° 31 se calcula la humedad de saturación:

3,74gω = /v ag Kg

Se tiene que gω ω> , es decir:

6,86 /v ag Kg 3,74> /v ag Kg

Esto indica que hay un enfriamiento y que el vapor alcanza su punto de

rocío produciéndose condensación. El enfriamiento es isobárico. Por no haber

un calentamiento posterior al enfriamiento, el vapor sale saturado con una

humedad absoluta ω igual a la humedad de saturación.

3,74gω ω= = /v ag Kg

Usando la ecuación N° 35 para calcular los condensados:

0,011C = /lts hora

Calculando los condensados expresados en /v ag Kg según la ecuación

N° 36:

' 3,11C = /v asg Kg

Se toman en cuenta los arrastres provenientes de la trampa de

condensado:

C A+ = ( )0,011 0,0165+ / 0,028lts hora = /lts hora

121

( )' ' 3,11 4,67C A+ = + / 7,79v asg Kg = /v ag Kg

Ahora se calcula, por medio de la ecuación 38, la cantidad de agua

líquida (arrastres y condensado) que se elimina en el refrigerador:

( )

100C A E

L+ ×

=

0,028 / 75%

100lts horaL ×

=

0,021L = /lts hora

De la misma forma se calcula la cantidad de agua líquida que se elimina

en el refrigerador expresada en /v ag Kg . Según la ecuación N° 39:

' 5,84L = /v ag Kg

Quiere decir que el 25% restante queda en el sistema y se consideran

arrastres:

( )0,028 0,021A = − / 0,007lts hora = /lts hora

( )' 7,79 5,84A = − / 1,95v ag Kg = /v ag Kg

122

4) Pulmón

Tabla 25. Datos del pulmón


Temperatura 34 °C

Humedad absoluta 3,74 gv / Kgas

Eficacia de separación del pulmón 50 %

Humedad relativa 100 %


No se consideran cambios de temperatura en el pulmón y por esto no hay

condensación.

Se calcula por medio de ecuación N° 40, la cantidad de arrastres que se

eliminan en el pulmón:

100A EL ×

=

0,007 / 50%

100lts horaL ×

=

0,0035L = /lts hora

De la misma forma se calcula por medio de la ecuación N° 41, la cantidad

de agua líquida que se elimina en el pulmón expresada en /v ag Kg :

123

' 0,98L = /v ag Kg

El 50% restante queda en el sistema:

0,0035A = /lts hora

' 0,98A = /v ag Kg

Ahora es posible conocer el valor de la temperatura de rocío para el aire

comprimido que se usa en Pastas Capri CA.

El aire está saturado como se menciona anteriormente, es decir con una

humedad relativa del 100 % y además hay presencia de agua líquida

proveniente del sistema de tratamiento de humedad, creándose un ambiente

sobresaturado que afecta los valores de temperatura del punto de rocío.

Se tiene entonces que la humedad absoluta afectada por los arrastres

( ´)ω es:

' 'Aω ω= +

( )' 3,74 0,98ω = + /v ag Kg

' 4,72ω = /v ag Kg

De la ecuación N° 30 se despeja la presión de vapor:

( )

'0,622 '

Tv

PP ωω

×=

+

124

( )0,00472 / 8,894

0,622 0,00472 /v a

vv a

g Kg barPg Kg

×=

+

0,067vP = bar

Usando la tabla 2 de vapor saturado (Anexo N° 11), entrando con

0,0059vP = bar , se encuentra la temperatura del punto de rocío:

0,067vP = 38,18Rociobar T→ = C°

La mayoría de los dispositivos que requieren aire comprimido en la planta

son cilindros neumáticos. Según el Anexo N° 12, se determina que la planta

requiere calidad 3. Este nivel exige una temperatura del punto de rocío de 2 ºC,

a presión. Al comparar este valor con el correspondiente a calidad 3 en el Anexo

N° 12, se comprueba que el aire está entrando con una temperatura de rocío

mucho mayor que la permitida.

Estudio de las partículas sólidas

Según el Anexo N° 12, el cartucho filtrante de las unidades de

mantenimiento no permite el paso de partículas cuyo tamaño exceda los 10 μm.

Según el Anexo N° 12, se determina que la planta requiere de una calidad

3 para partículas sólidas, lo que implica que el tamaño máximo para las

partículas que se tolera es de 5 μm.

El valor que garantiza FESTO en el Anexo N° 13, se aproxima a calidad 3.

Se comprueba que la planta cumple con los niveles de calidad que se exigen.

125

Estudio del contenido de aceite Según el Anexo N° 12, se determina que la planta requiere de una calidad

5 para el contenido de aceite, lo que implica que 325 /mg m de aceite sea el

máximo contenido que se tolera en la planta.

Según el Anexo N° 12, un compresor de pistones genera un máximo de 310 /mg m . Al comparar estos valores se comprueba que la planta cumple con

los niveles de calidad que se exigen.

Desarrollo del nuevo sistema

Evaluación del consumo y la generación del aire comprimido

Determinación del caudal de consumo

1) Caudal de servicio

El caudal para la nueva red de servicio es el caudal de las tomas de

servicio en la red actual, más un 30 % que incluye fugas y ampliaciones.

3857,79 / 1157,34 /Q N lts min N lts min= +

5015,127 /Q N lts min=

2) Caudal de limpieza Se comprueba experimentalmente que una presión de aproximadamente

4 bar es suficiente para limpiar.

126

Son 53 tomas de limpieza en la planta y todas cumplen con los siguientes

datos:

• Presión de trabajo = 4 bar

• Diámetro del orificio = 4 cm

Se busca el caudal instantáneo por toma en el Anexo N° 4 y se obtiene:

723Q N= /lts minuto

Se suman los 53 consumos y se obtiene:


Se asume un factor de simultaneidad del 10%, que implica

aproximadamente 5 tomas trabajando al mismo tiempo. Luego, el caudal total

resulta:

3815,9Q N= /lts min

Asumiendo un 10 % por fugas, resulta:

4215,09 /Q N lts min=

3) Tomas – compresor auxiliar Las tomas a las cuales satisface el compresor auxiliar son las siguientes:



127


• Toma 1, cont. isometría 4.

• Toma 2, cont. isometría 4.








Al sumar todos estos caudales (Apéndice N° 1) se obtiene:

505,7 /Q N lts min=

Considerando un 10 % por fugas:

556,27 /Q N lts min=

Determinación del caudal de los compresores



que proporciona el fabricante (Anexo N° 8):

5900 /Q N lts min=

128



que proporciona el fabricante (Anexo N° 8):

5320 /Q N lts min=

3) Compresor Auxiliar

De la tabla de especificaciones que proporciona el fabricante (Anexo N° 8)

, se obtiene:

Potencia Nominal del motor = 4000 Watts

Presión de trabajo = 7,5 bar

De la ecuación N° 26:

1

21

1

11

nnn pP p Q

n p

−⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥= × × × − ⎜ ⎟⎢ ⎥− ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

Se tiene:

0,355 1,35

55

1,35 8,533 10 4000 1,033 10 10,35 1,033 10

PaWatts Pa QPa

⎡ ⎤⎛ ⎞×⎢ ⎥= × × × × − ⎜ ⎟⎢ ⎥×⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

Despejando el caudal se obtiene:

825,6 /Q N lts min=

129

Comparación entre el caudal de consumo y el caudal de generación Se verifica si la siguiente disposición de los compresores es factible:

• El compresor S – 4 para la nueva red de servicio.

• El compresor S – 3 para la nueva red de limpieza.

• El compresor auxiliar para las líneas 1, 2, 3 y 8.

1) Red de servicio Se compara el caudal del compresor S – 4 con el caudal de la nueva red

de servicio:

5900N / 5015,127 /litros min N lts min>

Se evidencia que el compresor puede satisfacer el consumo.

2) Red de limpieza

Se compara el caudal del compresor S – 3 con el caudal de la nueva red

de limpieza:

5320 / 4215,09 /N lts min N lts min>

Se evidencia que el compresor puede satisfacer el consumo.

3) Tomas – compresor auxiliar

Se compara el caudal del compresor auxiliar con el caudal que demandan

las tomas a las cuales satisface:

130

825,6 / 556,27 /N lts min N lts min>

Se evidencia que el compresor puede satisfacer este consumo.

Determinación de los pulmones

Se procede a comprobar si la capacidad de los pulmones es la requerida

para cada aplicación.

1) Pulmón principal N° 1 La capacidad del pulmón es de 1003 lts. Se calcula el volumen del

pulmón que el compresor requiere.


1,2 CV Q= ×

1,2 5900 /V N lts min= ×

7080 V N lts=

El pulmón contiene 1003 lts de aire comprimido a 7 bar. Se calcula cuanto

aire en condiciones normales contiene. Usando la ecuación N° 3:

1 1 2 2P V P V× = ×

8,033 1003 7799,7

1,033 bar ltsV V N lts

bar×

= → =

131

Este valor se compara con el volumen del pulmón que el compresor

requiere:

7799,7 7080 N lts N lts>

Se comprueba que el pulmón principal N° 1 se puede utilizar con el

compresor S – 4.

2) Pulmón principal N° 2 Se propone el pulmón desinstalado para la nueva red de limpieza. La

capacidad del pulmón es de 454 lts. Se calcula el volumen del pulmón que el compresor requiere.


1,2 CV Q= ×

1,2 5320 /V N lts min= ×

6384 V N lts=



5,033 454 2211


bar×

= → =

132


requiere:

6384 2211 N lts N lts>

Se comprueba que el pulmón principal N° 1 no se puede utilizar con el

compresor S – 3.

Entonces, se calcula la capacidad del pulmón que se requiere. Usando la

ecuación N° 3:

1,033 6384 1310

5,033 bar ltsV V lts

bar×

= → =

3) Pulmón principal N° 3 La capacidad del pulmón es de 10 lts. Se calcula el volumen del pulmón

que el compresor requiere.


1,2 CV Q= ×

1,2 825,6 /V N lts min= ×

990,72 V N lts=

El pulmón contiene 10 lts de aire comprimido a 7,5 bar. Se calcula cuanto


133

8,533 10 82,60


bar×

= → =


requiere:

990,72 82,60 N lts N lts>

Se comprueba que el pulmón principal N° 3 no se puede utilizar con el

compresor auxiliar.

Entonces, se calcula la capacidad del pulmón que se requiere. Usando la

ecuación N° 3:

1,033 990,72 119,93

8,533 bar ltsV V lts

bar×

= → =

4) Pulmones secundarios

Hay nueve (9) pulmones secundarios ubicados en diferentes tomas de la

planta. Sus capacidades se muestran a continuación:

134

Tabla 26. Datos de los pulmones secundarios

Toma Isometría Capacidad ( lts )

1 2 106

2 2 106

3 2 106

1 y 5 3 128

2 12 10

3 12 10

3 Cont. 13 10

1 14 6

3 5 10


Se procede a comprobar si cumplen su función. Se muestra con un

cálculo modelo como se verifican.

Toma 1, ISO 2

355 /Q N lts min=

Capacidad del pulmón = 106 lts

Se calcula el volumen del pulmón que la toma requiere.

135


QV sP

= ×Δ

La presión máxima en la red es de 7 bar y la presión requerida en la toma

es de 6 bar, por lo tanto se condiciona a que la caída de presión dentro del

pulmón ( PΔ ) no exceda el valor de 1bar.

Usando la ecuación N° 3:

1,2 355 / 426 1

bar min Nlts minV N ltsbar

× ×= =


aire en condiciones normales es capaz de almacenar. Usando la ecuación N° 3:

8,033 106 824,296


bar×

= → =

El volumen almacenado se compara con el volumen que la toma requiere:

824,296 426 N lts N lts>

En este caso el pulmón secundario cumple adecuadamente su función.

De forma análoga se analizan los otros pulmones:

136

Tabla 27. Análisis de los pulmones secundarios

Toma - ISO Q ( N lts/min )

V. requerido ( N lts )

V. almacenado ( N lts )

Toma 1 – ISO. 2 355 426 824,269

Toma 2 – ISO. 2 355 426 824,269

Toma 3 – ISO. 2 355 426 824,269

Tomas 1 y 5 – ISO. 3 222,393 266,87 995,377

Toma 2 – ISO. 12 20,869 25,043 77,764

Toma 3 – ISO. 12 0,33 0,807 77,64

Toma 3 – Cont. ISO. 13 100 120 77,764

Toma 1 – ISO. 14 0,33 0,396 46,65

Toma 3 – ISO. 5 486,66 583,99 77,64


Los pulmones que no cumplen con su función son los siguientes:

• Pulmón Toma 3 – Cont. ISO. 13.

• Pulmón Toma 3 – ISO. 5.

Consideración de equipos para el tratamiento del aire

1) Red de servicio El refrigerador posterior existente se considera para la red de servicio,

trabajando en conjunto con un nuevo equipo que debe ser capaz de:

• Entregar un aire seco con una temperatura del punto de rocío, a presión,

de 2 ºC.

137

• Manejar un caudal de 5015,127 N lts/min, que es el caudal que demanda

la planta.

Del Anexo N° 14, se deduce que el equipo adecuado para la red de

servicio es un secador por refrigeración.

2) Red de limpieza

El aire sale del compresor S – 3 con una temperatura de 120 ºC. Esta es

una temperatura muy alta si se considera que el aire comprimido entra en

contacto con el personal, luego es necesario bajarla para que no genere riesgos

de accidentes.

Las alternativas para resolver este problema son:

• Un ínter enfriador adicional para el compresor S – 3.

• Un refrigerador posterior.

Consideración de alternativas para la nueva red

Se presentan las alternativas para la nueva red de servicio.

Alternativa N° 1

La primera alternativa para a la red de servicio considera un sistema en

forma de anillo. Se representa en un overplot (Apéndice N° 3).

Los sistemas cerrados garantizan mayor estabilidad de presión, su

volumen permite que la tubería actúe como reservorio y por lo general su

disposición facilita la llegada a las tomas así como las ampliaciones.

138

Por ser un sistema cerrado el aire circula por todo el anillo en direcciones

imprevisibles y por ende las inclinaciones de la tubería, que se deben orientar en

la dirección del flujo, no funcionan con su máxima eficiencia.

Alternativa N° 2

La segunda alternativa para a la red de servicio considera un sistema

abierto. Se representa en un overplot (Apéndice N° 4).

Los sistemas abiertos, como su nombre lo indica, son redes cuyas

tuberías principales y secundarias solo poseen un nodo de conexión, haciendo

que la dirección del flujo pueda seguirse con claridad. Por esta razón la

inclinación de la tubería en los sistemas abiertos es totalmente eficiente.

Elección de la Alternativa

La elección recae sobre el sistema en anillo. Su condición de reservorio

de aire y estabilizador de presiones permite que sea más eficiente. Además

facilita la llegada a las tomas.

La ineficiencia de las inclinaciones para eliminar el condensado solo es un

problema cuando el sistema de deshumidificación no es efectivo.

La red de limpieza se diseña usando también un sistema en anillo

(Apéndice N° 5).

139

Pérdidas de presión en el nuevo sistema

Selección de diámetros El diseño de las nuevas redes requiere calcular los diámetros de cada

sección de tuberías guardando las pérdidas admisibles de presión. Todas las

tuberías se eligen de acero comercial sch. 40.

Para obtener los diámetros de las tuberías se procede de la siguiente

manera:

1. Se divide cada red por tramos, que se indican en los overplots

correspondientes (Apéndice N° 3 y Apéndice N° 5).

2. Se enumeran los accesorios por tramos y se suman sus longitudes

equivalentes.

3. Se suman las longitudes de tubería recta por tramos.

4. Se le asigna el caudal correspondiente a cada tramo. Este caudal se elige

tomando en cuenta las tomas a las que satisface cada tramo.

5. Tomando la longitud de tubería recta y eligiendo una pérdida de presión

tolerable, se calcula el diámetro de la tubería. El diámetro se ajusta a un

valor comercial y luego se recalcula la pérdida de presión incluyendo esta

vez las longitudes equivalentes de los accesorios. Los tramos se calculan

comenzando por los que están más próximos a la sala de compresores,

para facilitar el ajuste de la pérdida de presión debido a que las pérdidas

son aditivas, es decir, la presión que se pierde en un ramal secundario es

la suma de las pérdidas de presión en los tramos previos.

140

1) Red de servicio

Se muestra con un cálculo modelo como se seleccionan los diámetros de

la nueva tubería de servicio.

- Tramo (P – A)

Longitud de tubería recta = 23,8 mts.

Accesorios:

• 1 Conexión en T.

• 4 Codos de 90.

• 1 Válvula de bola.

• 2 Trampas de agua.

• 3 Codos de 45.

• 1 Conexión en T con paso directo.

• 1 Válvula check.

El caudal que circula por este tramo es la sumatoria de todos los caudales

reales de la planta, sin tomar en cuenta el caudal real de consumo de las tomas

pertenecientes a la isometría 2.

Entonces se tiene que:

3857,79Q = / 17,75Nlts min − / 3840,04Nlts min = /Nlts min

Se considera además un 30% debido a pérdidas por fugas y a

ampliaciones.

3840,04Q = / 3840,04Nlts min + / 0,3 4992,052Nlts min× = /Nlts min

141

28,32 10Q −= × 3 /Nm s

Con la ecuación N° 46:

8 1,85

5

1,6 10 q Lpd p

× × ×Δ =

×

Se asume un 0,02pΔ = bar , como un valor de caída de presión tolerable

en este tramo.

Entonces se tiene que:

8 3 1,85

51,6 10 (0,0832 / ) 23,8 47,52

7,894 0,02Nm s mtsd

bar bar× × ×

= =×

mm

Se elige del Anexo N° 15, para una tubería de sch. 40, el diámetro interno

comercial más cercano a este valor. La tubería que se elige es una tubería sch.

40 de diámetro interno 52,5 mm y de diámetro nominal 2”.

Con 52,5 mm de diámetro interno, del Anexo N° 2, se obtiene la longitud

equivalente de los accesorios:

Longitud Equivalente = 35,3 mts

Una vez que se obtiene la longitud equivalente de los accesorios, se

puede determinar la longitud total, que incluye tanto accesorios como tubería

recta:

Longitud Total = 23,8 mts + 35,3 mts = 59,1 m

142

Por último se recalcula la caída de presión con el valor del diámetro que

se elige y con la longitud total. Usando la ecuación N° 46:

8 3 1,85

5

1,6 10 (0,0832 / ) 59,1 0,0302(52,5 ) 7,894

Nm s mtspmm bar

× × ×Δ = =

×bar

El resto de los diámetros se obtienen de forma análoga para cada tramo,

tomando en cuenta ciertas salvedades que a continuación se mencionan.

- Tramo (A – B) sur

El caudal que se asume es la sumatoria de todos los caudales reales que

demandan las tomas vinculadas a este tramo.

- Tramo (A – B) norte El diámetro del anillo debe ser el mismo a lo largo de toda su extensión.

Como el caudal que demandan las tomas vinculadas al tramo (A – B) sur es

mayor que el caudal que demandan las tomas vinculadas al tramo (A – B) norte,

se asume el diámetro que se elige para el tramo (A – B) sur.

- Tramo (P – Toma 1, Iso. 2)

Se asume el caudal instantáneo de la toma más distante al compresor.

- Tramo (Paux. – L)

El caudal que se asume es la sumatoria de todos los caudales reales de

las tomas a las cuales satisface el compresor auxiliar.

143

El resto de los tramos corresponden a ramales de tubería que parten

desde el anillo principal. En este caso el caudal que se asume para cada ramal

es la sumatoria de todos los caudales instantáneos que demandan las tomas

vinculadas al mismo.

En la siguiente tabla se muestran los diámetros que se eligen para cada

tramo y la caída de presión que se produce.

Tabla 28. Selección de los diámetros para la tubería de la red de servicio

Tramo Diámetro Interno Elegido( mm )

Diámetro Nominal ( pulgadas )

Δp ( bar )

P - A 52.5 2 0.0302 (A - B) sur 52.5 2 0.0467

(A - B) norte 52.5 2 0.00555 P - Toma 1, Iso. 2 26.6 1 0.0109

D - E 15.8 1 / 2 1.39E-06 F - G 26.6 1 0.00475 H - I 40.9 1 1 / 2 0.00456 J - K 15.8 1 / 2 2.08E-04

Paux. - L 21 3 / 4 0.0307 Fuente: Elaboración propia

Se elige un diámetro nominal de 1 / 2” para las bajadas a las tomas.

Para asegurar que la caída de presión en todas las tomas de la planta

esté dentro del rango admisible, se calculan las pérdidas para una toma con un

alto caudal de consumo y que además el recorrido del aire desde el compresor

hasta la misma involucre la mayor cantidad de tramos posibles. La toma que se

elige es la toma 2, isometría 14 y la caída de presión que resulta en la tubería de

bajada es de 0,0187 bar.

Para calcular la pérdida de presión total en la red de tuberías, se suman

las caídas de presión que se producen en cada uno de los tramos, desde el

144

compresor hasta una toma en particular. Se debe cumplir que la pérdida de

presión en la red de tuberías no sobrepase los 0,14 bar.

Los tramos que sirven para direccionar el aire comprimido desde el

compresor hasta la toma son los siguientes:

• Tramo (P – A)

• Tramo (A – B) sur

• Tramo (H – I)

Entonces la caída de presión en esta toma se determina de la siguiente

manera:

pΔ = Tramo (P – A) + Tramo (A – B) sur + Tramo (H – I) + Tramo de Bajada

pΔ = 0,1 bar < 0,14 bar (Admisible)

Se comprueba que todas las bajadas se pueden colocar de 1 / 2”, a

excepción de la tubería que satisface a las tomas 2, 3 y L’, isometría 10, que

debe ser de 1”.

2) Red de limpieza

La selección de los diámetros de la nueva tubería de limpieza se realiza

de forma análoga a la red de servicio.

En la siguiente tabla se muestran los diámetros que se eligen para cada

tramo y la caída de presión que se produce.

145

Tabla 29. Selección de los diámetros para la tubería de la red de limpieza

Tramo Diámetro Interno Elegido( mm )

Diámetro Nominal ( pulgadas )

Δp ( bar )

P – A 40.9 1 1 / 2 0.0271 (A - B) sur 40.9 1 1 / 2 0.0174

(A - B) norte 40.9 1 1 / 2 0.0186 P – M 26.6 1 0.0376 D – E 26.6 1 1.21E-02 F – G 26.6 1 0.0126 H – I 26.6 1 0.0126 J – K 26.6 1 3.57E-02 O – N 26.6 1 0.0464 R – Q 26.6 1 0.0195


Al igual que para la red de servicio, se elige un diámetro nominal de 1 / 2”

para las bajadas a las tomas. También se debe cumplir que la pérdida de

presión en la red de tuberías no sobrepase los 0,14 bar.

Se comprueba con dos tomas de limpieza ubicadas en los puntos Q y K

respectivamente, que la caída de presión no sobrepasa el límite admisible.

Cálculo de la pérdida de presión en el refrigerador posterior

Se evalúa la pérdida de presión para el refrigerador posterior de la nueva

red de servicio mediante las ecuaciones N° 47 y N° 48:

p c FΔ = ×

nL GF

p s⎛ ⎞= ×⎜ ⎟⎝ ⎠

La sección total del haz tubular por donde pasa el aire se obtiene de la

siguiente forma:

146

( )22

5 20,017,85 10

4 4intds m

ππ −××= = = ×

La pérdida de Fanning se calcula con la ecuación N° 49:

2

2 f v Lc

D

ρ−⎛ ⎞× × × ×⎜ ⎟

⎝ ⎠=

Para aire comprimido:

10000Re <

0,35 30,193 (10000) 7,68 10f − −= × = ×

Se calcula la velocidad promedio:

35900 / 310,53 / 0,31053 /19

N lts minQ N lts min N m mintubos

= = =

El caudal de aire libre se transforma en caudal de aire comprimido a 7

bar, con la ecuación N° 1.

3

31

0,31053 / 0,0399 /1,033 8,033

1,033 1,033

Q N m minQ m minp bar bar

bar bar

= = =+⎛ ⎞ ⎛ ⎞

⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

Q s v−

= ×

147

( )

3

20,039 / 508,69 / 8,48 /

0,014

m minv m min m sgmπ

−

= = =×

Se calcula la densidad del aire comprimido, con una temperatura de

entrada de 48 °C. Se asume como un gas ideal:

2

37,894 10 856,86 /0,287 321

p KPa Kg mKJR T KKg K

ρ ×= = =

× × °×

Se calcula la pérdida de Fanning:

( )23 32 7,68 10 856,86 / 7,535 / 1,1686681,33

0,01Kg m m sg m

c Pam

−× × × × ×= =

Se calcula la pérdida final de presión:

1,8

35 5

1,16 0,00517 2,75 107,894 10 7,85 10

F −−

⎛ ⎞= × = ×⎜ ⎟× ×⎝ ⎠

386681,33 2,75 10 239,11 0,00239 p Pa Pa bar−Δ = × × = =

Entonces se evidencia que la caída de presión que se produce en el

refrigerador posterior no supera el valor admisible de 0,09 bar.

148

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones Se determinó que:

• El sistema de generación de aire comprimido de Pastas Capri C.A. se

encuentra en un estado crítico, descartando la posibilidad de mantener el

sistema actual para futuras ampliaciones.

• La red actual no cumple con los parámetros de diseño establecidos. Esto

conlleva a que su distribución y disposición no sea la adecuada.

• El sistema no cumple con los valores de calidad exigidos para la

temperatura del punto de rocío.

• El sistema cumple con los niveles de calidad exigidos para el tamaño de

las partículas sólidas contenidas en el aire comprimido.

• El sistema cumple con los niveles de calidad exigidos para el contenido

de aceite en el aire comprimido.

• El nuevo sistema que se propone es capaz de cumplir satisfactoriamente

con todos los requerimientos de la planta, incluyendo futuras

ampliaciones.

149

Recomendaciones

Se recomienda llevar a cabo el montaje del nuevo sistema, que incluye:

• Redes independientes de servicio y de limpieza, de acero comercial sch.

40, dispuestas en forma de anillo (Apéndice N° 7), con los diámetros

elegidos (Tablas 28 y 29 ).

• Utilización del compresor S – 4 para la nueva red de servicio (Apéndice

N° 8).

• Utilización del compresor S – 3 para la nueva red de limpieza (Apéndice

N° 9).

• Tubería de conexión que permite utilizar el compresor S – 3 para la red de

servicio en caso de emergencia (Apéndice N° 7).

• Utilización del compresor auxiliar para las líneas 1, 2, 3 y 8.

• Utilización del pulmón principal N° 1 para la red de servicio, regulado

entre (6 – 7) bar.

• Utilización de un pulmón de 1310 lts de capacidad para la red de

limpieza, regulado entre (3 – 4) bar.

• Utilización del pulmón de la tomas 5 y 1 – Iso. 3 para el compresor

auxiliar, regulado entre (6,5 – 7,5) bar.

150

• Reubicación del pulmón principal N° 3 y los pulmones secundarios de la

siguiente manera:

Tabla 30. Reubicación de los pulmones secundarios

Ubicación Reubicación

Tomas 1,2,3 – ISO. 2 Permanecen en su sitio

Toma 2 – ISO. 12 Toma 1 – ISO.11

Toma 3 – ISO. 12 Permanece en su sitio

Toma 3 – Cont. ISO. 13 Toma 4 – Cont. ISO. 13

Toma 1 – ISO. 14 Permanece en su sitio

Toma 3 – ISO. 5 Se elimina

Pulmón principal N° 3 Toma 2 – ISO 12


• Válvulas check en todos los pulmones secundarios.

• Bajadas en cuello de cisne para las tomas de servicio y bajadas

completamente verticales para las tomas de limpieza.

• Utilizar 0,5 % de inclinación en las tuberías que lo requieren.

• Trampas de agua y purgas estratégicamente ubicadas para cumplir sus

funciones, además de purgas automáticas en todos los pulmones y

unidades de mantenimiento.

• Juego de válvulas en la red de servicio para direccionar adecuadamente

el caudal del compresor auxiliar (Apéndice N° 8).

151

• Purga automática en la trampa de condensado ubicada a la salida del

compresor S – 4.

• Filtros y reguladores de presión en todas las tomas de la red de servicio,

así como lubricadores en el caso que lo requieran.

• Utilización del refrigerador posterior existente para la red de servicio.

• Utilización de un secador por refrigeración para la red de servicio.

• Utilización de un ínter enfriador adicional para el compresor S – 3.

Además de las recomendaciones expuestas en los puntos anteriores, se

recomienda sustituir los siguientes accesorios:

1) Red de servicio

- Toma 2, Iso.13

• La manguera existente por una de 13mm de diámetro interno.

• El acoplamiento por un racor que reduzca de 15,8 mm

(diámetro interno de la tubería) a 13 mm (diámetro interno de la

manguera). En caso de querer usar otro acoplamiento, el diámetro del

agujero interno de paso de aire de la pieza macho debe ser de por lo

menos 5 mm.

- Toma 1 y 2, cont. Iso. 13

• La manguera existente por una de 13mm de diámetro interno.

152





menos 5 mm.

- Toma 3, cont. Iso. 13





menos 5 mm.

- Toma 3, Iso. 3

• La manguera existente por una de 10 mm de diámetro interno.





2) Red de limpieza

Utilizar solo mangueras de 15 mm de diámetro interno.

153

Por último se recomienda llevar a cabo el plan de mantenimiento del

Apéndice N° 20.

154

BIBLIOGRAFÍA

Carnicer Royo (1991). “Aire Comprimido”. Madrid: Paraninfo, S.A.

Atlas Copco. Manual “Aire Comprimido y su aplicación en la industria”.

Venezuela: Atlas Copco, S.A.

Dr. Yunus A. Cengel y Dr. Michael A. Boles (1994). “Termodynamics an

engineering approach”. McGraw – Hill, Inc.

Lester Haar, John S. Gallagher y George S. Kell (1985). “Tablas de vapor”.

México: Editorial Interamericana, S.A.

Crane (1989). “Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías”. McGraw –

Hill, Inc.

FESTO (2004). “Curso de iniciación a la neumática”. Venezuela: FESTO.

Aire comprimido, [en línea]. Disponible en: http://www.elprisma.com.

155

APÉNDICES Y ANEXOS

actualización y mejora del sistema de aire comprimido de pastas...

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