UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA MECNICALABORATORIO DE INGENIERA MECNICA IIICOMPRESOR EXPERIMENTAL DE AIREDE DOS ETAPAS.ALUMNOS:Loza Mauricio, Percy.Mariluz Noel, DennisPea Pozo, julioVargas Mendiola, JulioNuez Cabello, CarlosPROFESOR:Ing. Villavicencio.1NDICEUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA ............................................................ 1 FACULTAD DE INGENIERA MECNICA................................................................. 1 LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA III..................................................... 1 Diagrama de indicador para un compresor ........................................................................ 4 INDICADOR DEL TIPO DE PISTN........................................................................... 20 INDICADORES DE DIAGRAMA: ................................................................................ 23 Se usan para mquinas alternativas de alta velocidad..................................................... 23 Indicadores electrnicos:-Son tiles para un rango ms amplio de velocidades, estando libre de los efectos de la inercia. ..................................................................................... 23 Indicadores pticos:-Son tiles para un rango de velocidades de 2000 rpm. o mayores. ................................................................................................................... 23 DINAMMETRO DE FRICCIN MECNICA.- ........................................................ 24 DINAMMETROS HIDRULICOS .................................................................... 25 DINAMMETRO ELCTRICO ............................................................................ 25 Diagramas indicados ........................................................................................................ 30 Compresor de aire ............................................................................................................ 37 Aire comprimido............................................................................................................. 38 MTODOS DE CONSTRUCCIN DE TNELES .............................................. 39 2INTRODUCCINAirecomprimido, aire a presin superior aunaatmsfera. Puedeemplearse para empujar un pistn, como en una perforadora neumtica; hacerse pasar por una pequea turbina de aire para mover un eje, como en los instrumentos odontolgicos o expandirse a travs de una tobera para producir un chorro de alta velocidad, como en una pistola para pintar. El aire comprimido suministra fuerza a las herramientas llamadas neumticas, como perforadoras, martillos, remachadoras o taladros de roca. El aire comprimido tambin se emplea en las minas de carbn para evitar que se produzcan explosiones por las chispas de las herramientas elctricas que hacen detonar las bolsas de gris. Elaire comprimido aumenta grandemente la produccin en los ms grandes campos industriales, tales como la minera, metalurgia, ingeniera civil y arquitectura, entodaslasramasdelaconstruccindemaquinarias, enlas industrias del cemento, vidrios y qumicos.El desarrollodemtodoseconmicosparacomprimirel aireuotrosgases, requiere de los conocimientos de teora, diseo y operacin de mquinas que compriman estos gases.En la presente experiencia tendremos oportunidad de aplicar los conocimientos tericos aprendidos en los cursos de termodinmica sobre compresin de aire.3OBJETIVOEl objetivo del presente laboratorio es: Conocer en forma objetiva el funcionamiento de un compresor experimental de aire de dos etapasy adems aplicar los conceptos tericos. Conocer la disposicin del equipo y los instrumentos utilizados.FUNDAMENTO TERICOCOMPRESORES Veremos algunas aplicaciones. Los gases a presiones mayores o menores que la atmosfrica son de uso muy comn y corriente en la industria. El proceso de compresin es una parte integral de los ciclos para refrigeracin y de los de turbinas de gas. Mas ampliamente usado es el aire comprimido con que trabajan los motores de aire y las herramientas, como martillos y taladradoras neumticos, aparatos para pintar por pulverizacin, limpieza por chorro de aire, elevadores neumticos, bombeo o elevacin de agua mediante aireyenunsinnmerodeotrostrabajos.Aunqueesteestudioserelaciona especficamenteconlacompresindeungascasi ideal, lasecuacionesde energa bsicas y algunas de las deducidas de ellas bajo condiciones especificadas se aplican por igual a cualquier fluido compresible.Diagrama de indicador para un compresorParaapreciar loseventosopasosrealesdeuncompresor demovimiento alternativo, considrese un diagrama de indicador (fig 9.1).4Las figuras 9.2 y 9.4, de un compresor funcionan tpicamente a base de una diferencia de presiones. Se necesita una diferencia de presiones relativamente grande para iniciar la accin que las mueva, debido al rozamiento y a la inercia, de manera que generalmente una apertura brusca seguida de una oscilacin o vibracin. La vlvula de admisin o aspiracin no se abre hasta que se alcance una presin un poco menor que la del medio circundante. Entonces a menudo se inicia una oscilacin como en 4, figura 9.1, producindose una parte ondulada en la lnea de aspiracin 4-1. Obsrvese que la presin de aspiracin es ligeramente menor que la presin del cilindro.La compresin 1-2, que a menudo se acerca a un proceso adiabtico, continua hasta que se alcanza una presin mayor que la que se entrega o produce, en cuyo punto se abre la vlvula de descarga o impulsin. Aqu nuevamente, tiene lugar la vibracin de lavlvula y la lnea de descarga o impulsin es ondulada. La reexpansin3-4 hasta la admisin o aspiracin completa el diagrama. El aire generalmente se entrega a un receptor o deposito, figura 9.3, en el que se almacena hasta que se necesita.56TRABAJO DE UN COMPRESOR Los tipos de compresores, tanto de movimiento alternativo, as como los rotativos, puedenconsiderarse, sobreunabasegeneral, comomaquinasde flujo estacionario para el fin de obtener la ecuacin del trabajo (para comprobarlo, comprese la ecuacin ( 9.2 ) con la ecuacin ( f ) siguiente . La ecuacin del flujo estacionario da:( a)Q K K h h W + + 2 1 2 1.En general, hay poca diferencia entre las velocidades de entrada y de salida, de manera que para wKg. (o bien, lb.) delfluido que circula por elcompresor:(9.1)Q H Q h h w W + + ) ( '2 1. (CUALQUIER SUSTANCIA, CUALQUIER PROCESO DE FLUJO ESTACIONARIO; ) 0 K.Sila sustancia es un gas ideal:) (2 1 2 1T T C h hp . Sielproceso es internamente reversible: Q = 0, o bien, dT c Q *. Convienen otras formas de la ecuacin de trabajo en problemas relacionados con compresores.a) Trabajo para compresiones adiabticas o isentrpicas:Sielproceso esadiabtico: Q=0yW=Kg Kcal h / (obien, lb Btu / ). Paraunflujoa travs del compresor de w Kg. ( o bien, lb.), con calor especifico constante, tenemos(b)) 1 ( ' ) ( '121 1 2 TTT c w T T c w Wp p Kcal. (o bien, Btu) (CUALQUIER ADIABTICO, GAS IDEAL, K)(c) ) 1 ( k j kRcp y ( ) k kppTT/ 11212

,_

. 7Estos valores y 1 1 1' ' T R w V p sustituidos en la ecuacin de trabajo dan: ( ) ( )11]1

,_

11]1

,_

1) 1 ('1) 1 ('/ 112 1 1/ 112 1k k k kppk jV p kppk jRT kwW Kcal. (o bien, Btu) ( ISENTRPICO UNICAMENTE, GAS IDEAL, K)donde '1V es el volumen medido, a 1p y 1T, correspondiente a la masa w.b) Trabajo para compresinpolitrpica.Recordaremos que el politrpico se define como un proceso reversible, que T c w Qn y

nn k ccvn1) (

para un gas ideal; esto es :

,_

11) ( ) ( 12 11 2TTnT n k c wT T c w Qvn Kcal. ( o bien, Btu )Durante una compresin politrpica a partir de temperatura atmosfrica, este valor de Qes normalmente negativo. Utilizando valores conocidos obtenemos

,_

+ 11) ( ) 1 ( '12 1121TTnT n k c wTTT c w WvpKcal. (o bien, Btu),que se reduce a: ( )[ ] 0 , 1) 1 ('1) 1 ('/ 112 1 112 1 11]1

,_

,_

Kppn jV p nTTn jRT w nWn n

cuando, hacemos:( ) ( )1 1 1/ 11 2 1 2 , / / , / , T R w V p y p p T T j R c c c k cn nv p v p c) Trabajo para compresin isotrmica. Si para un gas ideal la temperatura se mantiene constante,Q W y h 0. En un proceso isotrmico, ( )1 2 1 1/ ln V V V p Q Kg.-m ( o bien, pie-lb.), y2 2 1 1V p V p ; o bien 8 21 1211 1ln'lnppj T R wppjV pW Kcal. (o bien, Btu), [ ] 0 Kdonde, como antes, V1 es el volumen de w Kg. (o bien, lb.) a p1y T1.d) Trabajo para compresin adiabtica irreversible.Los tipos reales de compresores rotativos consumen trabajo acercndose al adiabtico de flujo estacionario. En la ecuacin ( 9.1), supongamos que el estado final real este representado por 2, ) ( '' 2 1h h w W ,y hallaremos: (d)

,_

1) 1 (') ( '1' 2 11 ' 2TTk jRT kwT T c w Wp,[ ] 0 K Donde hemos utilizado la relacin de gas ideal, ) 1 ( k j kRcp . Los trabajos reales se calculan generalmente utilizando rendimientos.TRABAJO A PARTIR DE UN DIAGRAMA CONVENCIONALUn diagrama convencional es uno de los indicadores idealizados, o sea, una grafica Vp. El anlisis del diagrama no revela mucho termodinmicamente, pero es til en otros aspectos.Consideremos primero un diagrama convencionalque refleje apropiadamente el trabajodeuncompresor enmovimientoalternativosinespaciomuertoo perjudicial, Fig. adjunta. 9Elrea bajo 4-1 representa eltrabajo p1V1hecho sobre lembolo durante la carrera de aspiracin, y el rea bajo 2-3 representa el trabajo p2V2 realizado sobre la sustancia alimpulsarla(entregarla) desdeelcilindro. Otro puntode vista es dejar que la frontera del sistema este en las vlvulas B; entonces, p1V1 es la energa que entra al sistema como trabajo del flujo y p2V2es el trabajo de flujo que sale. Para fines de ilustracin, supongamos que la curva de compresin sea isentrpica, pVk =C. Como el trabajo esta representado por el rea encerrada en 1-2-3-4, obtenemos( ) ( )4 1 1 2 3 21 1 2 21V V p V V pk V p V pWs + +(e) ( ) ( ) ,11 1 2 21 1 2 2V p V pk V p V pWs+ puesto que V3 y V4 son iguales a cero. Reduciendo a un comn denominador, la expresin precedente ser

,1) (1 1 2 2dp VkV p V p kWspara pVk =C. Como V2 / V1 = (p1 / p2)1 / k , esta ecuacin es (f ) ( )11]1

,_

1) 1 (/ 112 1 1k ksppkV p kW Kg.-m ( o bien, pie-lb.)( AREA ENCERRADA PARA PVK=C )10Comparando la ecuacion , vemos que si se sustituye k por n, obtendremos el trabajo para un compresor politropico. El V1 de la ecuacion es el mismo que V1 y significa el el volumen que pasa por el compresor cuando es medido a p1y T1. Si la sustancia es un gas ideal, se puede utilizar wRT1en lugar de p1V1 en la ecuacion.Vale la pena observar que la ecuacion representa el area de un diagramalimitado porlarectadevolumencero(ejep),pordosrectasde presion constante por una curva de la forma pVk = C. Todas las ecuaciones de trabajoparacompresores, dadashastaahoraenestecapitulo, deberanun numeronegativo, porqueestandeducidassobreunabasealgebraicayel trabajo se realiza sobre la sustancia ( es decir, entra en el sistema ). Para quienes tengan que hacer calculos repetidos de trabajo de compresores, las tablas de gases les seran de utilidad para la resolucion de las ecuaciones de trabajo de los compresores.ESPACIO MUERTO Y VOLUMEN DEL ESPACIO MUERTO.Elvolumendesplazado, o cilindrada, se definepor elvolumen barrido por la cara del embolo en una carrera. Para estar seguros de que el embolo no choque con la culata del cilindro al final de la carrera y para que quede espacio paralas valvulas, es esencial dejar unvolumenmuerto(llamadotambien perjudicial)enloscompresoresdemovimientoalterntivo. Enlosmotoresde combustion interna el volumen del espacio muerto tiene mas importancia, pero en los compresores conviene que dicho volumen sea el minimo posible.En vista de que, como veremos en el articulo siguiente, el consumo de energia es teoricamente independiente de la cantidad de espacio muerto, no tendria objeto aumentar significativamente los costos de fabricacion solo para conseguir menores espacios muertos. La relacion:11DV desplazado volumenmuerto espacio del volumenc,es denominada la relacion de espacio muerto, porcentaje del espacio muerto o simplemente espacio muerto. Sus valores varian en la practica desde alrededor del 3% en algunos grandes compresores de movimiento alternativo, hasta mas del 12% en otros, con la mayoria de dichos valores comprendidos entre 6% y 12%.TRABAJO DEL DIAGRAMA CONVENCIONAL CON ESPACIO MUERTO.Los sucesos o etapas del diagrama con espacio muerto son los mismos quelosdel casosindichoespacio, apartedeque, comoenel embolono impulsa ( o descarga ) todo el aire del cilindro a la presion p2 , el aire que queda en elpunto 3, tiene que reexpansionarse, 3-4, hasta la presion de entrada o aspiracion antes de que se inicie esta nuevamente en 4 . Como en la expansion 3-4 solo interviene una masa relativamente pequea, el valor de n en una curva de expansion politropica tiene poco efecto sobre los resultados y, por tanto, se considera igual para ambas curvas de compresion y de expansion, aunque realmente difieren. Sin espacio muerto, el volumen de aire introducido en el cilindro es igual al volumen dsplazado ( o cilindrada ).Como se observa en la figura para el diagrama con espacio muerto, el volumen de aire aspirado dentro del cilindro es V1 V4 = V1 y es menor que el de la cilindrada, VD .Para hallar el trabajo del diagrama con espacio muerto, imaginemos que este formado por dos diagramas, a-1-2-b ya-4-3-b. Cada unode estos diagramas es similar en todos respectos al diagrama del compresor sin espacio muerto, de ahi que la ecuacion ( f ) se pueda aplicar a cada uno de ellos. El trabajo del diagrama 1-2-3-4 sera igual al trabajo del a-1-2-b menos el trabajo del a-4-3-b. De modo que, obtendremos el trabajo isentropico, Ws , por:12

( ) ( )11]1

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11]1

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1) 1 (1) 1 (/ 143 4 4/ 112 1 1k k k ksppkV p kppkV p kW

( )11]1

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1) 1 () (/ 112 4 1 1k kppk V V p k,puesto que p4 = p1yp3 = p2 . V1 = V1 V4 , la ecuacion dl trabajo se convierte en ( ) ( )11]1

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11]1

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1) 1 ('1) 1 ('/ 112 1/ 112 1 1k k k ksppk jRT kwppkV p kWKg.-m (o bien, pie-lb.),queeslamismaquelaecuacin(9.2), apartedelasunidades; V1 esel volumen del aire aspirado; w es la masa de aire que pasa por el compresor, correspondiente al volumenV1. La conclusin es que lacantidad detrabajo necesaria para comprimir una masa particular de aire bajo condiciones dadas, esindependiente del espaciomuerto, locuales perfectamenteciertoenlos diagramasconvencionales. Sinembargo, enel compresor real, hayefectos adicionales de rozamiento. El desplazamiento o cilindrada debe ser mayor con espacio muerto que sin l, para una capacidad particular; esto debe requerir una maquina mayor, mas cara y con mas rozamiento mecnico.AIRE LIBRE.13El aire libre es el que esta en condiciones atmosfricas normales en una situacin geogrfica particular. Como la presin y la temperatura varan con la altitud, un compresor proyectado y ajustado para que entregue una cierta masa de aire a una cierta presin instalado a nivel del mar, no la entregara si esta a unaaltitudde2000m(obien, 7000pies), yademslapresinaquela entregue ser menor. Por consiguiente, l compresor de un motor de chorro o reaccin aspira y entrega o impulsa menos masa de aire a altitudes elevadas que a bajas.La variacin atmosfrica estndar de la NACA * se da en la figura 9.7. La temperatura estndar de la NACA varia linealmente desde 15C alniveldel mar (a 40 de latitud) hasta 55Ca 10769 m de altitud, esto equivale a 0.0065 C /m, o sea dT / dz =0.0065.La temperatura estndar del verano del ejercito de EE.UU. resulta poco mayor de 40 a una altitud particular. La temperatura estndar de la NACA en la estratosfera se supone constante en 55C(no hay lnea divisoria fija, pero primero es la atmsfera; y sigue la estratosfera). Obsrvese en la figura 9.7 que lapresintiendeacerocasi asintrpicamente. A640Km. apartir dela superficie terrestre, una molcula recorre una distancia media (recorrido medio libre) de 64 Km. (o bien, 1 pulg.).Laentropadel aireatmosfricoaunaaltitudpuedacalcularse, para calores especficos constantes, con la ecuacin con respecto a otra de referencia. Para compresores fijos, una temperatura estndar de 20C. (o bien, 68 F.) es utilizada algunas veces por los ingenieros.14CAPACIDAD Y RENDIMIENTO VOLUMTRICO.Lacapacidaddeuncompresoreslacantidadreal degasentregada, medida, por mediodeunorificio, alapresinytemperaturadentradao aspiracin expresada en metros cbicos por minutos (o bien, pies cbicos por minuto). El rendimiento volumtrico real de un compresor de movimiento alternativo es la relacin min) / , ( min /3 3pies bien o m en cilindradacompresor del capacidadreal v ,donde la cilindrada, o desplazamiento, se calcula como se explico. El valor del rendimientovolumtricoreal, quepuedevariar de50%a85%, seobtiene nicamente mediante pruebas o ensayos del compresor real.RENDIMIENTO VOLUMTRICO CONVENCIONALUna ecuacin del rendimiento volumtrico, hallado a partir del diagrama convencional, acenta determinados factores de los que dependen dicho 15rendimiento. El volumen del gas medido alaentradaoaspiracin enel diagrama convencional (Fig. 9.8), es V1=V1 V4O sea, D DrV V VVVn4 1'1 En el proceso 3-4,

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21/ 112/ 1433 4VVV cppV cppV VDnDnAsimismo, V1= VD + c VD, donde c VD es el volumen de espacio muerto, V3, y c es el tanto por uno (o porcentaje dividido por 100) del espacio muerto.( )

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+

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+ +21/ 112/ 11 2 4 11 1VVc cppc c nVp p V c V c VV V VnnrDnD D DDrTenemos, por tanto, que es el rendimiento volumtrico convencional. El rendimientovolumtricoreal puedeser muchomenor queel convencional, debidoal rozamientofluidodel flujoocorriente(lapresinenel cilindroes menor que la presin del aire libre) y porque las paredes del cilindro, estando relativamente calientes, calientan elaire que entra (una masa menor de aire caliente puede ocupar un espacio dado). Como en la ecuacin anterior p2es 16mayor que p1, el rendimiento volumtrico disminuye a medida que aumenta el espacio muerto; y a medida que disminuye el rendimiento volumtrico, disminuye la capacidad. Elespacio muerto puede hacerse tan grande que el compresor nodescargueoimpulseaire. Estacaractersticaseutilizapara controlar laproduccindeuncompresor, incrementandoel espaciomuerto cuando se desea una produccin reducida. Obsrvese tambin por la ecuacin mencionada anteriormente que el rendimiento volumtrico disminuye a medida que p2 / p1 aumenta.Ni el espacio muerto ni el rendimiento volumtrico son indicadores de la garanta de la calidad. Al usuario le interesan ms la energa o potencia real consumida para la capacidad deseada y los estados finales.CURVAS DE COMPRESIN PREFERIDASPuesto que la curva isentrpica 1-a de la figura 9.9, es de pendiente mas pronunciadaquelaisoterma1-2, seabsorbemastrabajoparacomprimir y entregar el gas cuando la compresin es isentrpica que cuando es isotrmica, estando representada la diferencia por el rea rayada. Las curvas de compresin con n entre 1 y K caern dentro del rea rayada. Observemos que el trabajo para mover el compresor disminuye con n y que entre las presiones especificadas (figura 9.9)Trabajo del proceso isentrpico < Trabajo del proceso isotrmico17Trabajo del compresor isotrmico < Trabajo del compresor isotrmicoSe consigue la compresin politrpica y valores de n menores que k circulando agua fra (figura 9.4), o bien alrededor del cilindro (figura 9.10). El agua o el aire de enfriamiento absorbenel calor debidoa queel trabajohaelevado la temperatura de la sustancia por encima de la del medio ambiente. Con cilindros provistos de camisas de agua, el valor de n ser 1.34 o mayor.No es necesariamente deseable un valor bajo de n en un compresor. El mejor procesode compresin depende del usoquese led al material comprimido. Stuart y Jackson han estudiado esta cuestin completamente.Observaremos que elproceso adiabtico conduce a un aumento de la entalpa(enlacantidaddel trabajorealizado). Deah que, si lasustancia comprimida se utiliza en una turbina de gas, por ejemplo, la porcin disponible de la energa que interviene, es posteriormente disponible para trabajo dentro de la turbina, y se aadir menos calor en la cmara de combustin.Por otra parte, en la mayora de los diferentes usos, el aire atmosfrico comprimido, a pesar de estar caliente alentregarlo, esta fri cuando se usa, habiendoperdidosucalor, cedindoloalos medios circundante, mientras estuvo en el receptor o en elrefrigerador posterior o postrefrigerador, que es un cambiador de calor similar a un refrigerador intermedio como se ve en la 18figura 9.11. Dicho enfriamiento conviene para quitar el exceso de humedad del aireantesdequeentreenel sistemadedistribucin. Aunatemperatura determinada, elaire a alta presin no puede contener tanto vapor de agua como el aire a baja presin, y el H2O se condensa naturalmente a medida que el aire comprimido se enfra. De modo que desde el punto de vista del trabajo, la compresin isotrmica ser mejor en este caso; pero para el aire atmosfrico, que siempre contiene algo de vapor de agua, dicha compresin originara problemas de condensacin en el cilindro del compresor que podran hacerla intolerable aunque se pudiera lograr.POTENCIA INDICADAEnlasmquinasdevapor ylosmotoresdecombustininterna, la sustancia activa ejerce una fuerza neta sobre los pistones a medida que estos se mueven, y, por lo tanto, se desarrolla potencia a costa de la energa de la sustancia activa. Despreciando la friccin, esta potencia es transmitida a travs de la mquina hasta el eje de salida. En cambio, en los compresores y en las 19bombas reciprocas, se suministra potencia a la mquina por intermedio de su eje y se la transmite hasta los pistones. El pistn, a su vez entrega trabajo a la sustancia activa. El trabajo realizado sobre el pistn, o por l, es una medida de la eficacia del proceso experimentado por la sustancia activa.Lapresinejercidapor el pistnpor lasustanciaactivavariaconel tiempo. Por lo tanto, resulta necesario medir esta variacin para determinar la potenciaentregadaal pistnoporl. Paraestadeterminacinseutilizaun aparato llamado indicador. Por la tanto, la potencia determinada mediante el uso de unos indicadores le llama potencia indicada. Potencia indicada res igual a la potencia entregada a la cara delpistn o por ella. Hay muchos tipos de indicadores. Solo describiremos aqu algunos de los ms comunes:INDICADOR DEL TIPO DE PISTNSe le usa en mquinas alternativas de baja velocidad, tales como mquinas de vapor, bombas, compresores y motores de combustin interna. Lapresindelasustanciaactivaactahaciaarribasobreel pistndel indicador.Esta presin es resistida por un resorte calibrado.La posicin del pistn del indicador en un instante cualquiera es, as, una funcin de la presin de la sustancia activa y de la rigidez del resorte. El movimiento del pistn del indicador es transmitido por medio del vstago del pistn a una punta trazadora por medio de un sistema de palancas. Este sistema debe disearse de modo quelapuntatrazadoratengasolounmovimientovertical. As, laposicin vertical e la punta trazadora es funcin de la presin de la sustancia activa.El resorte utilizado en este indicador esta calibrado y especificado en Kg. LaespecificacinenKg. EslavariacindepresinenKg. Por cm2, que actuando sobre el pistn delindicador, produce un movimiento vertical de 1 cm de la punta trazadora. Dado que puedenvariar los dimetros de pistn de los diversosindicadores, cadaresortedebeser calibradoenel indicador como conque ha deusarse.20Si el tambor, que es una parte del indicador, es movido de tal modo que su posicin angular es en todo momento directamente proporcional a la posicin del pistn del motor, la punta trazadora describe un diagrama de las variaciones de presin en funcin del volumen dentro del cilindro de la mquina. Este diagrama se conoce con el nombre de diagrama indicador. Para la mayora de las mquinas y compresores, la longitud de carrera es tan grande que resulta necesario reducir el movimiento con el fin de mantener el tambor en un tamao razonable. Elrequisito esencialde un mecanismo reductor no es solo elde reducir elmovimiento en la proporcin conveniente, sino asegurar que el desplazamientoangular del tambor sea en todo momento proporcional al desplazamiento del pistn de la mquina.Debido a la inercia y la friccin de las partes mviles del indicador de pistn, seobtendrndiagramas muy deformados cuandoseloutilicecon mquinas de alta velocidad. Adems si la velocidad es muy alta, pueden existir deformaciones adicionales por la vibracin sincrnica del resorte del indicador. Porestarazn, el indicadorcomndel tipodepistnnoesadecuadopara mquinas de ms de unas 400 rpm., dependiendo el lmite exacto del tamao y diseo del indicador.El diagrama obtenido por medio del indicador es un grfico de la presin en funcin de la posicin del pistnde la mquina, o de la presin en funcin del volumen. Por lo tanto, el rea de este diagrama es proporcional al trabajo neto realizado sobre la cara del pistn o por ella. El trabajo se calcula determinandolapresinmediaefectivadel ciclo(pme.). Defnaselapme. como la presin equivalente que debe actuar sobre la cara del pistn durante toda su carrera para producir el trabajo neto indicado realmente producido por ciclo. La pme. indicada puede obtenerse del diagrama del indicador. El rea del diagrama dividida por sulongitud esigualala ordenada media. La pme. es igual al producto de esta ordenada media por el factor de escala del resorte del indicador. As,21 rea del diagrama pme. indicada = ---------------------------- * factor del resorte Longitud del diagrama El productodelapme. por el readel pistnes igual alafuerzaneta equivalente que acta sobre el pistn. Multiplicando este producto por la longitudde la carreray por el nmero deciclos por minutoy dividiendopor 4500, se obtiene la potencia en H.P. indicada (H.P.I.).Lapotenciatotal esigual alasumadelaspotenciasindividuales desarrolladas sobre cada cara del pistn. As DondeP = pme. Kg./cm2 A = rea efectiva del pistn, cm2 L = longitud de la carrera, mn= nmero de ciclos por minuto para la cara de un pistn. Para una mquina de dos tiempos n = rpm. para una mquina de cuatro tiempos, n = rpm./2.Cuandolacaradel pistnqueseconsideratienevstago, el rea efectivadel pistnesigual al reabrutamenoslaseccintransversal del vstago. En algunos casos, puede obtenerse una pme. para todos los cilindros. Si se desprecia el rea de los vstagos, los H.P.I. estn dados aproximadamente por Donde A = rea bruta del pistn, cm2N = nmero total de caras de pistn activas22( P *A * L * n)H.P.I. = ----------------------------------4500 (P *A * L * n)H.P.I. = ---------------------------- * N4500Adems de la determinacin de la pme. el diagrama indica las partes del ciclo en que se producen los distintos eventos. En los motores de explosin con vlvulasdeajustefijo, el diagramademostraralosefectosdelosdistintos grados de adelanto de la chispa y otras variables. En los motores Diesel, el diagrama es til para ajustar la fase de inyeccin del combustible.INDICADORES DE DIAGRAMA:Se usan para mquinas alternativas de alta velocidad.Indicadores electrnicos:-Son tiles para un rango ms amplio de velocidades, estando libre de los efectos de la inercia.Indicadores pticos:-Son tiles para un rango de velocidades de 2000 rpm. o mayores.POTENCIA AL FRENO Y POTENCIA EN EL EJELa potencia de salida de las mquinas de vapor se determinaba antes por medio de un freno. Por lo tanto la potencia entregada por las mquinas de vapor se llamaba potencia al freno (H.P.F.). El trmino ha persistido y tambin selousaenrelacinconlosmotoresdecombustininterna. Lapotencia entregada por las turbinas y los motores se llama potencia en el eje (H.P.E.). Tambin se usa este trmino para indicar la potencia de entrada en el eje de compresores, ventiladores y bombas.Hay dos mtodos bsicos paramedir lapotencia desalida de los motores, segn que se basen los instrumentos denominados dinammetros de absorcin o en los llamados dinammetros de transmisin. El tipo de absorcin absorbe toda la potencia producida y por lo tanto su uso debe restringirse a la prediccindelosqueunamquina, turbinaomotor harencircunstancias dadas. El tipodetransmisin, encambio, esdevalor paradeterminar la potencia realmente entregada en funcionamiento.23Los dinammetros de absorcin pueden ser clasificados de la manera siguiente 1.-Tipos de friccinmecnicacomoel freno de Prony, el frenode cuerda, etc.2.-Dinammetro hidrulico.3.-Dinammetro de aire.4.-Dinammetro elctrico:a.-De campo basculanteb.-De corrientes de remolinoDINAMMETRO DE FRICCIN MECNICA.-El dispositivo tpico de esta clase es el freno de Prony. Existen varios tipos de freno Prony. La potencia entregada esabsorbida por la friccin existente entre la faja y la volante. El efecto de friccin lo controlamos por medio del cargado de pesas aumentando esta, conforme se aumenta el cargado.El freno Prony presenta grandes dificultades para la disipacin del calor y para mantener constante el par resistente, por ello su uso se limita para la medicin de bajas potencias.Haymuchas variantes delfreno deProny.En losdemenor tamaopueden sustituirse cuerdas o bandas de lona o de cuero a la banda de acero y los tacos de madera.Se han construido frenos de Prony aptos para potencias de hasta centenares de H.P. y hasta 1000 rpm. A mayores velocidades este tipo de freno requiere una construccin muy cuidadosa, pues de lo contrario tiende a oscilar irregularmente. Esta tendencia puede disminuirse introduciendo unas gotas de lubricante entre el freno y el volante.El clculo de la potencia es de acuerdo a la siguiente formula:242LWn H.P.F. =---------------------4500DondeL = longitud del brazo de palanca del freno, mW = peso, Kg. n =rpm.DINAMMETROS HIDRULICOSEl cambiodecantidaddemovimientodel aguasustituyealafriccinentre slidos.Se compone de un rotor consistente en dos platos y de una envuelta o estator.Las variaciones de carga se obtienen variando la separacin entre los platos del rotor.DINAMMETRO ELCTRICOEl dinammetrodecampobasculanteconsisteenunamquinadec.c. en derivacin que puede funcionar como motoro como generador.La fuerza aplicada al extremo del brazo basculante equilibra el estator, se mide por mediodeunabalanza. El dinammetrodecampoofrecelaventajade poder funcionar comomotor. SEloutilizaparadeterminar lapotenciade entrada absorbida por ventilad9res, bombas, compresores, etc.La potencia al freno se puede hallar aplicando la siguiente formula:Donde F = carga, Kg.L = Brazo, mW = velocidad angular, rpm.V = voltaje, vI = amperaje, AN = eficiencia del generador.25 H.P.F. = F L W = V I/NEQUIPOS Y PROCEDIMIENTOS Datos tcnicos del compresor de aire de dos etapas:Primera etapa (Baja presin)Numero de cilindros2Carrera 101.6 mm.Dimetro interior 101.6 mm.Volumen de desplazamiento 1.647 lVolumen muerto 29.5 cm3Presin mxima 10.3 barRelacin de velocidades motor / compresor3 : 1Eficiencia de la transmisin 0.98Rango de velocidades300 500 rpmSegunda etapa (Alta presin)Numero de cilindros 1Carrera 101.6 mmDimetro interior 76.2 mmVolumen de desplazamiento 0.463 l26Volumen muerto 28.2 cm3Presin mxima 13.8 barRelacin de velocidades motor / compresor3 : 1Eficiencia de la transmisin 0.98Rango de velocidades300 500 rpm6 termmetros de bulbo sin coraza Rango 0 200 CAprox. 1 C6 termmetros de bulbo con coraza Rango -1 110 CAprox. 1 C2 Manmetros Bourdon Rango 0 14 Kg. / cm2; 0 20 Kg. / cm2 Aprox. 0.5 Kg. / cm2; 1 Kg. / cm2 2 Manmetros inclinados de lquido Rango 0 70 mm H2OAprox. 0.5 mm H2O 2 Dinammetros Rango 0 30 Kg.Aprox. 100 g.2 Tacmetros Rango 0 200 rpmAprox. 25 rpm2 Contmetros Rango 999.999 Rev.Aprox. 1 Rev.2 Voltmetros Rango 0 350VAprox. 10V2 Ampermetros Rango 0 25Aprox. 0.51 Indicador de diagrama NAIHACK27 Procedimiento general del ensayo1) Antes del encendido:a) Observar si los manmetros inclinados se encuentran en cero.b) Llenar los pozos de aceite de los termmetros con aceite.c) Drenarel condensadodel interenfriador, postenfriadorytanque de almacenamiento.2) Procedimiento del ensayo:a) Ubicar las vlvulas A, B y C en la posicin correcta.b) Ajustar los flujos de agua de refrigeracin, hasta obtener lecturas comprendidas entre 10 y 25 cm. En los medidores de flujo.c) Accionar las llaves de funcionamiento en vacod) Ubicar los reguladores de velocidades en su posicin mnima.e) Encender primero el compresor de alta presin y luego el de baja, manejando lentamente los arrancadores.f) Cuando la presin en el tanque de almacenamiento se acerque a la presin deseada, abrir lentamente la vlvula de estrangulamiento. La posicin correcta de la vlvula de estrangulamiento para obtener una presin constante en el tanque, ser aquella que produzca la misma cada de presinen la tobera de descarga con respecto a la cada de presin en el orificio de entrada.DATOS EXPERIMENTALESPuntoPresin de Aire (Kg./cm2)Temperaturas del aire ( C ) Manmetros (mm H2O)Dinammetro de Baja Presin28P6 P2 TAT1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 ho ht RPMFza. (Kg) Volts. Amps.1 8 2.00 20 21 84 33 105 32 24 20 16 2411505 160 112 8 1.75 20 21 85 33 120 36 24 20.5 16.5 1211754.9 162 11.23 8 4.00 20 22 123 38 85 37 24 21.5 27 1715406.5 220 104 8 3.00 20 26 109 39 93 65 27 24 27 1415006.1 210 14.55 8 1.50 20 26 105 36 106 31 27 23 17.5 1711754.1 170 10Dinammetro de Alta PresinAlturas de los medidores de agua (cm. de H2O)Temperaturas del agua de Refrigeracinreas de diagrama indicadoRPMFza. (Kg) Volts. Amps. C.B.P I.E. C.A.P. P.E. Tia T1a T2a T3a T4aC.B.P. (cm2)C.A:P (cm2)1400 5 210 9.6 22.5 27.1 23 22.5 23.5 40 27 30.5 32 2.5 21525 5 230 10 22.2 26.6 22.8 22.5 23.5 39.5 27 32.5 34 0.8 2.51000 4.4 145 8.6 22.8 27.2 23.3 26 23.5 30 30 30 32.5 1 2.5900 4.5 130 9 28.4 31 28.2 24.3 23 46 29.5 29 29.51475 4.6 220 9 30.8 34.1 31.6 27.9 23 41 28.5 31 3029Diagramas indicados30CLCULOS Y RESULTADOSCondiciones Ambientales:TA (C)= 20Po (bar)= 0.99Ti agua (C)= 23.5 COMPRESOR DE BAJA PTOVoltaje (v)Corriente (amp)R.P.M.FUERZA (Kg)1 160 11.00 383.333 5.002 162 11.20 391.667 4.903 220 16.00 513.333 6.504 210 14.50 500.000 6.105 170 10.00 391.667 4.10AIREAGUA DE REFRIGERACINDIAGRAMA INDICADOT ing (C)T sal (C)h agua ref (cm)Tsalida (C)REA (cm^2)LONGITUD (cm)K Resorte (bar/m)21 84 22.50 40.00 2.50 3.90 195.4421 85 22.20 39.50 0.80 3.90 195.4422 123 22.80 50.00 1.00 4.00 195.4426 109 23.40 46.00 2.87 4.10 195.4426 105 30.80 41.00 2.07 4.00 195.44COMPRESOR DE ALTA 31PTOVoltaje (v)Corriente (amp)R.P.M.FUERZA (Kg)1 210 9.60 480.000 5.002 230 10.00 508.333 5.003 145 8.60 333.333 4.404 130 9.00 300.000 4.505 220 9.00 491.667 4.60AIREAGUA DE REFRIGERACINDIAGRAMA INDICADOT ingreso (C)Tsalida (C)h agua ref (cm)Tsalida (C)REA (cm^2)LONGITUD (cm)K Resorte (bar/m)33 105 23.00 30.50 2.00 3.90 488.633 120 22.80 32.50 2.10 4.00 488.638 85 23.30 30.00 2.50 4.10 488.636 93 28.20 29.00 4.24 4.50 488.636 106 31.60 31.00 4.25 4.50 488.6INTERENFRIADORPLACAORIFICIOPOSTENFRIADORTANQUE AGUA DE REFRIGERACINAGUA DE REFRIGERACINAIRE PTOh agua ref (cm)Tsalida (C)PRESIN INTERMEDIA (Kg/cm^2)Tsalida (C)h agua ref (cm)Tsalida agua (C)Tsalida aire(C)PRESIN (Kg/cm^2)TEMP. (C)1 27.10 27.00 2.00 20.00 25.50 32.00 32.00 8.00 24.002 26.60 27.00 1.75 20.00 25.50 34.00 36.00 8.00 24.003 27.20 30.00 4.00 20.00 26.00 32.50 37.00 8.00 24.004 31.00 29.50 3.00 20.00 24.30 29.50 39.00 8.00 27.005 34.00 28.50 1.50 20.00 27.90 30.00 31.00 8.00 27.0032FLUJO DE AIREPTOh ent (mm)h sal (mm)1 16.0 24.02 16.7 12.03 27.0 17.04 20.0 14.05 17.5 17.0FLUJO DE AGUA DE REFRIGERACIN: Comp Baja Comp Alta Interenfriador PostenfriadorPTO Q (l/hr) m (Kg/s) Q (l/hr)m (Kg/s)Q (l/hr)m (Kg/s)Q (l/hr) m (Kg/s)1 53.6579 0.0149 45.8374 0.0127 64.5515 0.0179 57.9451 0.01612 53.2796 0.0148 45.6197 0.0127 63.9532 0.0178 57.9451 0.01613 54.0337 0.0150 46.1623 0.0128 64.6705 0.0180 58.5036 0.01634 54.7785 0.0152 51.2229 0.0142 69.0403 0.0192 56.5816 0.01575 63.3140 0.0176 54.5014 0.0151 72.3038 0.0201 60.5779 0.0168FLUJO DE AIRE Medidor de la CajaPTO Q(m^3/s) m (Kg/s)1 0.0079 0.00922 0.0080 0.00943 0.0102 0.01204 0.0088 0.01035 0.0082 0.0097POTENCIAS33 Clculo de la potencia elctrica, potencia al eje y potencia entregada al compresorELCTRICAEJECOMPRESOR TOTALPTOComp baja (KW)Comp Alta (KW)Comp baja (KW)Comp Alta (KW)Comp baja (KW)Comp Alta (KW)Por los 2 compresores (KW)1 1.76 2.02 1.88 2.35 1.84 2.31 4.152 1.81 2.30 1.88 2.49 1.84 2.44 4.293 3.52 1.25 3.27 1.44 3.21 1.41 4.624 3.05 1.17 2.99 1.32 2.93 1.30 4.235 1.70 1.98 1.57 2.22 1.54 2.17 3.72 Clculo de la potencia indicadaPresin Media (bar) Vol Desp (m^3/s) Potencia (KW)PTOComp bajaComp AltaComp BajaComp AltaComp BajaComp Alta1 1.253 2.506 0.0105 0.0037 1.32 0.932 0.401 2.565 0.0108 0.0039 0.43 1.013 0.489 2.979 0.0141 0.0026 0.69 0.754 1.368 4.604 0.0137 0.0023 1.88 1.075 1.011 4.615 0.0108 0.0038 1.09 1.75 Clculo de los calores absorbidos por el agua de refrigeracin.PTOQ cbp (KW)Q cap (KW)Q interenf (KW)Q postenf (KW)Q total (KW)1 1.028 0.373 0.2623 0.5719 2.232 0.990 0.477 0.2599 0.7064 2.433 1.663 0.348 0.4881 0.6114 3.114 1.431 0.327 0.4810 0.3942 2.635 1.287 0.475 0.4198 0.4572 2.64 Clculo de las prdidas de calor por radiacin y conveccin.34PTOh ent Com Baja (KJ/Kg)h sal post enfr (KJ/Kg) h (KJ/Kg) H (KW)Q rad y conv (KW)1 295.029 306.068 11.0385 0.1021 1.812 295.029 310.082 15.0525 0.1422 1.713 296.033 311.085 15.0525 0.1808 1.324 300.047 313.092 13.0455 0.1349 1.465 300.047 305.064 5.0175 0.0485 1.03 Clculo de las eficiencias mecnicas y de las eficiencias volumtricas aparentes MECNICASVOLUMTRICAS APARENTESPTO m CBP (%) m CAP (%) v CBP (%) v CAP (%)1 71.57 40.24 97.28 91.422 23.37 41.19 97.59 90.373 21.47 53.28 94.88 96.344 64.06 82.15 96.06 94.445 70.46 80.55 97.92 89.12 Clculo de las eficiencias volumtricas realesCompresor de Baja Compresor de AltaPTOmd (Kgair/rev)md (Kg air/s)v r CBP (%)md(Kg air/rev)md(Kg air/s)v r CAP (%)1 0.001932 0.012346 74.90 0.001582 0.012653 73.092 0.001932 0.012614 74.90 0.001450 0.012283 76.923 0.001926 0.016477 72.91 0.002594 0.014409 83.374 0.001900 0.015834 65.30 0.002088 0.010442 99.025 0.001900 0.012403 77.97 0.001305 0.010695 90.4235 Clculo de la Potencia IsotrmicaCompresor de Baja Compresor de AltaPTO V (m^3/s)Wisot (KW) isot (%)V (m^3/s) Wisot (KW) isot (%)1 0.007882 0.865066 65.62 0.002707 0.892213 96.132 0.008052 0.814425 188.95 0.003017 0.983715 97.763 0.010273 1.647117 239.24 0.002144 0.630238 83.924 0.008962 1.238858 65.98 0.002292 0.743532 69.775 0.008383 0.768783 70.70 0.003431 1.098619 62.75OBSERVACIONES Drenar el condensado del Inter-enfriador, post-enfriador y tanque de almacenamiento. Durantelatomadelosdatos, esperarunosminutosparaquelas medidas de los instrumentos se estabilicen.CONCLUSIONES El compresor de alta presin presenta una eficiencia mecnica mayor que el compresor de baja presin. Slo en el primer punto el compresor de alta presin presenta menor eficiencia mecnica menor que en el de baja. La variacin del calor en los Inter-enfriadores es pequea, por lo que la eficiencia volumtrica vara en pequeo margen. Los intercambiadores de calor absorben bastante cantidad de energa, logrando su objetivo en el cambio de temperatura del fluido.36APNDICECOMPRESOR DE AIRECompresor de aire, tambin llamado bomba de aire, mquina que disminuye el volumendeunadeterminadacantidaddeairey aumentasupresinpor procedimientos mecnicos. El aire comprimido posee una gran energa potencial, ya que si eliminamos la presin exterior, se expandira rpidamente. El controldeesta fuerzaexpansivaproporcionalafuerzamotrizdemuchas mquinas y herramientas, como martillos neumticos, taladradoras, limpiadoras de chorro de arena y pistolas de pintura.En general hay dos tipos de compresores: alternativos y rotatorios. Los compresoresalternativosodedesplazamiento(ver Fig. 1), seutilizanpara generar presiones altas mediante un cilindro y un pistn. Cuando el pistn se mueve haciala derecha, el aireentraal cilindroporlavlvuladeadmisin; cuando se mueve hacia la izquierda, el aire se comprime y pasa a un depsito por un conducto muy fino.Los rotativos (ver Fig. 2), producen presiones medias y bajas. Estn compuestospor unaruedaconpalasquegiraenel interior deunrecinto circular cerrado. El aire se introduce por el centro de la rueda y es acelerado por la fuerza centrfuga que produce el giro de las palas. La energa del aire en 37movimientosetransformaenunaumentodepresinenel difusoryel aire comprimido pasa al depsito por un conducto fino.El aire, al comprimirlo, tambin se calienta. Las molculas de aire chocan con ms frecuencia unas con otras si estn ms apretadas, y la energa producida por estas colisiones se manifiesta en forma de calor. Para evitar este calentamiento hay que enfriar el aire con agua o aire fro antes de llevarlo al depsito. La produccin de aire comprimido a alta presin sigue varias etapas de compresin; en cada cilindro se va comprimiendo ms elaire y se enfra entre etapa y etapa.Aire comprimidoHISTORIALa primera transmisin neumtica data de 1700, cuando el fsico francs Denis Papin emple la fuerza de un molino de agua para comprimir aire que despus setransportabapor tubos. Aproximadamenteunsiglodespus, el inventor britnico George Medhurst obtuvo una patente para impulsar un motor mediante aire comprimido, aunque la primera aplicacin prctica delmtodo sueleatribuirseal inventor britnicoGeorgeLaw, quienen1865diseun taladro de roca en el que un pistn movido por aire haca funcionar un martillo. El uso de este taladro se generaliz, y fue empleado en la perforacin del tnel ferroviario del Mont Cenis, en los Alpes, que se inaugur en 1871, y en el tnel deHossac, enMassachusetts(EstadosUnidos), inauguradoen1875. Otro 38avancesignificativofueel frenodeairecomprimidoparatrenes, diseado hacia 1868 por el inventor, ingeniero e industrial estadounidense George Westinghouse.APLICACIONESLos motores de aire comprimido se emplean en numerosas herramientas donde se requieren fuerzas intensas de carcter intermitente, como perforadorasneumticas; enherramientasdemanodondelafuerzadeun motor elctricopodra serdemasiadogrande,comoporejemplolaspistolas empleadasenlostalleresparaapretar oaflojar lastuercasenlasruedas (llantas)deloscoches; por ltimo, enpequeossistemasrotativosdealta velocidadquerequierenentre10.000y30.000revolucionespor minuto. La fuerzaneumticatambinseempleaennumerosasmquinasautomticas para la produccin industrial.Puede conseguirse un movimiento oscilante o rotativo mediante un mecanismo debielaotrinquete, aunqueparael movimientorotativodealtavelocidad resulta ms adecuado un motor de palas o similar. El motor acta como una turbina de aire, haciendo girar elrotor alexpandirse ste, y se emplea para taladros y trituradores de alta velocidad y para sirenas de aire comprimido.Tras corrientes de airecomprimidosontambintilesparatransportar otros materialesypulverizarlosatravsdeunatoberaatomizadora. Porejemplo, puede aspirarse pintura y mezclarse con una corriente de aire. El aire pasa a travs de un estrechamiento en un tubo, donde aumenta su velocidad a la vez que disminuye su presin (vase Teorema de Bernoulli); la pintura se aspira en ese punto, se mezcla con el aire, se vuelve a comprimir dinmicamente y se lanzaatravsdelatobera. Laspulidorasdechorrodearenaabsorbeny pulverizanarenadeestemismomodo. Unaerosol tambinactacomoun pulverizador neumtico.MTODOS DE CONSTRUCCIN DE TNELES39La construccin o perforacin de un tnel se realiza abriendo con explosivos o taladrando y excavando corredores. Los tneles submarinos y los que atraviesan montaas se suelen empezar por los dos extremos a la vez. Cuando se construyen tneles muy largos, es necesario excavar conductos verticales a ciertos intervalos para perforar el tnel desde ms de dos puntos. La mejora de lamaquinariapara taladrary perforarpermite construiruntnelde cuatro a cinco veces ms rpido que con las tcnicas antiguas.La taladradora de airecomprimido es el avancequems haaceleradoel procesodeconstruccindetnelesenlosltimosaos. Sesuelenmontar varias perforadoras en unos vehculos mviles llamados jumbos, que avanzan hacia la pared de roca y abren huecos en sitios predeterminados. Estos huecos serellenanconcargasexplosivas, sedespejalazonaysehacendetonar. Despus se eliminan los trozos de roca y se repite el proceso.Otro desarrollo reciente de la maquinaria perforadora es el topo. Es una mquina alargada con una cabeza circular cortante que gira y avanza mediante energahidrulica. Enlacabezacortadorahayunosdiscosdeaceroque 40arrancan la roca de la pared segn gira el conjunto. Estas mquinas presentan ventajasconsiderablessobrelautilizacindeexplosivos. El tnel sepuede abrir exactamente del tamao deseado y con paredes lisas, lo que es difcil de conseguircon explosivos,queconfrecuenciaabrenhuecosmayoresqueel precisado. Tambin se eliminan los riesgos de accidentes por explosiones y el ruido; los trabajadores no estn expuestos a humos y gases nocivos y pueden transportar los trozos de roca sin tener que parar para realizar explosiones. Un topo puede avanzar unos 76 m por da, segn sea eldimetro deltnely el tipo de roca en el que se excava.A pesar de estas ventajas, lostopostambinpresentaninconvenientes. Son muy costosos y la cabeza cortadora ha de fabricarse a la medida del tnel; no se pueden utilizar en suelos blandos, lodo o barro, ya que en vez de avanzar sehunden. Hastahace pocosaos, durante loscuales se handesarrollado materiales especiales para las superficies cortadoras, los discos se desgastaban rpidamente en zonas de rocas especialmente duras.Adems de taladrar y deutilizarexplosivos,hayotrosmtodos para construir tneles. El mtodo de corte y relleno consiste en excavar zanjas, construir las paredes, techo y suelo con hormign o instalar secciones de tnel prefabricadas, y rellenar despus la zanja por encima deltnel. Este mtodo nosesuele emplear ensuperficiesurbanas. En zonas hmedas o de suelo blando se introducen grandes cilindros, como tuberas, mediante sistemas de aire comprimido. Los trabajadores quitan la tierra para que el cilindro avance. Los tubos de los tneles submarinos se van montando por tramos cortos en una zanja excavada en el lecho del ro o en el fondo del mar. Cada seccin se sumerge, seacoplaalaseccinanterior yseaseguraconunasparedes gruesas de hormign.Otro mtodo de construccin submarina es el empleo de los escudos, que son cmaras hermticas realizadas con madera, hormign y acero. El escudo acta como un caparazn, en elinterior delcualse construyen los cimientos. Hay tres tipos de escudo: de caja, abierto y neumtico. La eleccin de uno u otro depende de la consistencia del terreno y de las circunstancias de la construccin. En condiciones adversas se suele emplear el escudo neumtico, 41que utiliza aire comprimido para evacuar elagua que entre en la cmara de trabajo.RIESGOS EN LA CONSTRUCCIN DE TNELESLas nuevas tcnicas deperforacinnohaneliminadotodoslospeligrosque implica la excavacin de tneles. El agua puede irrumpir en el interior del tnel si ste no est recubierto con hormign o selladores plsticos, a un ritmo de 72.000litrospor minuto. El aguatienequebombearseal exterior porque retrasa la excavacin, molesta a los trabajadores, puede derrumbar las paredes y el techo del tnel y daa los equipos. En los proyectos ms recientes, sehaintentadocongelarlazonadel tnel dondesetrabajapara prevenir las inundaciones que se pudieran producir antes de entibar y sellar las paredes. A excepcin de algunos tneles de transporte de agua y residuos, en losquelasfiltracionesnosonuninconveniente, lostnelesseentibande modo permanente con maderas, hormign o acero, o una combinacin de los tres.El polvo que generan las explosiones es otro problema, ya que retrasa la excavacin y puede producir enfermedades a los trabajadores. Se ha utilizado en fechas recientes una mquina que pulveriza una fina cortina de agua que asienta el polvo despus de la explosin. A pesar de las medidas de seguridad que se adoptan, se siguen produciendo accidentes, como el que tuvo lugar en Japn en 1960, en el que una explosin mat a 22 trabajadores.TNELES FAMOSOS DEL MUNDOEl tnel de Seikan, en Japn, comunica las islas de Honsh y Hokkaid por el estrechodeTsugaru; mide53,85 kmyesel tnel ferroviariomslargodel mundo.El tnel del Canal delaManchaesuntnel submarinodetresgalerasque comunicaCoquelles(Francia) yCheriton(Inglaterra) ymide50,4 km. Esel 42tnel submarinomslargodel mundoyel mayorproyectodeingenierade Europa.El del Mont Cenis (1871) es un paso alpino de 13,7 km que comunica Francia e Italia. Fue el primer tnel ferroviario; en su construccin se emplearon perforadoras de aire comprimido.El Simplon (1922) comunica Suiza e Italia a travs de los Alpes. Mide 19,8 km y es el tnel ferroviario ms largo de los Alpes.El Yerba (1936) atraviesa la isla de Yerba Buena en la baha de San Francisco, California (Estados Unidos). Mide 165 km de largo, 23 m de ancho y 15 m de alto; es el tnel de mayor dimetro del mundo y tiene dos pisos.El acueducto Delaware (1944), en el estado de Nueva York (Estados Unidos), mide 137 km. Comienza en Roundout Reservoir, en las montaas Catskill, y termina en Hillview Reservoir, Yonkers; es el tnel de distribucin de agua ms largo.El tnel del Mont Blanc (1965) es un tnel para automviles que atraviesa los Alpes entre Chamonix (Francia) y Courmayeur (Italia), y mide 11,6 kilmetros.43El Plan Snowy Mountains(1972), enAustralia, incluyeunacomplejaredde 145 km de tneles que comunican centrales hidrulicas con embalses. Entre ellos destaca el Eucumbene-Snowy (1965), de 23,5 km de longitud.El tnel de Frjus (1980) es un paso alpino de 13 km entre Francia e Italia.El tnel de Lrdal, en Noruega, mide 24,5 kmy es el tnel alpino para automviles ms largo del mundo.BIBLIOGRAFA.MANUAL PARA EL LABORATORIO DE INGENIERA MECNICA IIIUniversidad nacional de ingeniera.Microsoft Encarta Biblioteca de Consulta 2002. 1993-2001 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.44