maquinaria de obras pÚblicas pedro barber lloret

MAQUINARIA DE OBRAS PÚBLICAS

TERCERA PARTE

MAQUINARIA ESPECIFICA

ELEMENTOS AUXILIARES

PEDRO BARBER LLORET

Título: Maquinaria de obras públicas III Autor: © Pedro Barber Lloret I.S.B.N.: 84-8454-251-3 Depósito legal: A-577-2003 Edita: Editorial Club Universitario Telf.: 965 67 38 45 C/ Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante) www.ecu.fm Printed in Spain Imprime: Imprenta Gamma Telf.: 965 67 19 87 C/. Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante) www.gamma.fm [email protected]

Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reprodu-cirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación magnética o cualquier almacenamiento de información o sis-tema de reproducción, sin permiso previo y por escrito de los titulares del Copy-right.

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ÍNDICE

PROLOGO..................................................................................................................................7

G. MAQUINARIA ESPECÍFICA........................................................................................9

TEMA XXVI. EQUIPOS DE AIRE COMPRIMIDO. ....................................................... 11 1. Introducción al aire comprimido.............................................................. 11 I. MÁQUINAS DE FABRICACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO:

COMPRESORES.................................................................................... 14 1. Introducción ............................................................................................. 14 2. Compresores de desplazamiento efectivo ................................................ 15 3. Compresores de fuerza viva. .................................................................... 21 4. Componentes que integran el funcionamiento global de un compresor .. 21 II. DISTRIBUCION DE AIRE COMPRIMIDO .......................................... 27 1. Tipos de instalación ................................................................................. 27 2. Selección del compresor .......................................................................... 27 3. Depósito de aire ....................................................................................... 29 4. Conducciones de aire comprimido........................................................... 30 III. MAQUINARIA QUE UTILIZA EL AIRE COMPRIMIDO. ................ 31 1. Introducción ............................................................................................. 31 2. Generalidades........................................................................................... 32 3. El martillo neumático............................................................................... 32 4. Soportes para martillos neumáticos ......................................................... 37 5. Vagón drill ............................................................................................... 38 6. Carros perforadores.................................................................................. 40 7. Topos........................................................................................................ 41 8. Seguridad y campo de aplicación en el empleo de estas máquinas ......... 42 9. Motores y herramientas neumáticas......................................................... 44

TEMA XXVII. MAQUINARIA DE PROCESAMIENTO Y PREPARACIÓN DE ÁRIDOS.................................................................................................................................... 47

1. Introducción ............................................................................................. 47 2. Fases del procesamiento y preparación de áridos .................................... 50 3. Características de la instalación ............................................................... 52 I. MAQUINARIA DE TRITURACION Y MACHAQUEO........................ 53 1. Introducción ............................................................................................. 53 2. Máquinas que actúan por compresión...................................................... 54 3. Máquinas que actúan por percusión......................................................... 63

4. Máquinas que actúan por esfuerzos combinados..................................... 65 5. Otras máquinas de machaqueo................................................................. 67 6. Aplicación de las máquinas de machaqueo.............................................. 67 II. ALIMENTACIÓN................................................................................... 70 1. Tolva de recepción ................................................................................... 71 2. Precribado ................................................................................................ 71 3. Alimentadores .......................................................................................... 72 4. Cintas transportadoras.............................................................................. 74 III. CRIBADO .............................................................................................. 79 1. Introducción ............................................................................................. 79 2. Superficies de cribado.............................................................................. 80 3. Tipos de Cribas ........................................................................................ 81 4. Cribas planas ............................................................................................ 83

TEMA XXVIII. ALMACENAMIENTO, TRATAMIENTO DE ÁRIDOS Y ELIMINACIÓN DEL POLVO.............................................................................................. 87

I. ALMACENAMIENTO DE LOS ARIDOS.............................................. 87 1. Almacenamiento en pilas ......................................................................... 87 2. Almacenamiento en silos de acopio o tolvas finales ...................................... 88 II TRATAMIENTO DE ARIDOS ............................................................... 89 1. Equipos de tratamiento por vía húmeda................................................... 90 III. ELIMINACIÓN DE POLVO................................................................. 92 1. Vía seca .................................................................................................... 93 2. Vía húmeda .............................................................................................. 96

TEMA IXXX MAQUINARIA ESPECIFICA DE CARRETERAS................................. 99 1. Introducción ............................................................................................. 99 2. Uso de las maquinas de movimiento de tierras en la explanacion de la

plataforma ............................................................................................. 100 I. COMPACTACIÓN DE FIRMES BITUMINOSOS............................... 102 1. Compactación......................................................................................... 102 II MAQUINAS ESPECIFICAS DE FIRMES ASFÁLTICOS................... 104 1. Barredora................................................................................................ 104 2. Regadoras ............................................................................................... 105 3. Extendedora de gravilla.......................................................................... 108 4. Plantas de fabricación de aglomerado asfáltico ..................................... 110 5. Extendedora de aglomerado asfáltico .................................................... 113 6. Maquinas recuperadoras de firme .......................................................... 115 7. Pavimentos de hormigón........................................................................ 118

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TEMA XXX: MAQUINARIA ESPECIFICA DE FERROCARRILES ........................ 121 1. Consideraciones generales ..................................................................... 121 2. Elementos que componen la vía............................................................. 122 3. Maquinaria para carga y transporte........................................................ 128 4. Maquinaria para el tendido de la superestructura....................................... 130 5. Maquinaria para la construcción de la banqueta de balasto................... 131

TEMA XXXI. MAQUINARIA ESPECIFICA DE OBRAS PORTUARIAS ............... 137 1. Consideraciones generales ..................................................................... 137 2. Construcción de diques .......................................................................... 137 3. Dragado .................................................................................................. 142 4. Clasificación de los dragados................................................................. 143 5. Campo de utilización de los distintos tipos de dragas ........................... 144 6. Elección del método............................................................................... 145 7. Dragas .................................................................................................... 145 8. Otros medios auxiliares de dragado ....................................................... 154 9. El trabajo de un tren de dragado ............................................................ 154 10. Naturaleza de los materiales extraer y tipo de dragas adecuados ........ 156 11. Empleo de dragas en relación con el área de dragado y su

clasificación .......................................................................................... 156 12. Transporte de los materiales ................................................................ 157 13. Vertido ................................................................................................. 160

H. MÉTODOS DE APLICACIÓN DE LAS MÁQUINAS........................................ 161

TEMA XXXII SEGURIDAD EN LAS MÁQUINAS DE OBRAS PÚBLICAS......... 163 1. Consideraciones generales ..................................................................... 163 2. Reglas generales de seguridad ............................................................... 164 3. Factores de riesgo específicos................................................................ 167 4. Señalización en las obras ....................................................................... 172

I. MEDIOS AUXILIARES................................................................................................ 173

TEMA XXXIII. ARRANQUE DE ROCAS CON VOLADURAS................................ 175 I EXPLOSIVOS ......................................................................................... 175 1. Definición............................................................................................... 175 2. Propiedades de los explosivos................................................................ 175 3. Tipos de explosivos industriales ............................................................ 176 4. Accesorios de la voladura ...................................................................... 179

II VOLADURAS........................................................................................ 181 1. Introducción ........................................................................................... 181 2. Mecanismos de rotura de la roca por explosivos ................................... 181 3. Principales condiciones para la elección de un explosivo ..................... 183 4. tipos de voladuras................................................................................... 183 5. Planificación de los trabajos de cantera o de excavación en roca ......... 199

TEMA XXXIV. MAQUINARIA DE PERFORACIÓN HINCA Y SONDEOS.......... 201 1. Consideraciones generales ..................................................................... 201 2. Clasificación de los sistemas de sondeos............................................... 202 3. Métodos indirectos: estudio geofísico ................................................... 203 4. Sondeos con perforación........................................................................ 205 II. MAQUINARIA DE CLAVA E HINCA ............................................... 214 1. Aspectos generales de la hinca............................................................... 214 2. Ejecución y puesta en obra de pilotes .................................................... 220

TEMA XXXV: BOMBAS................................................................................................... 223 1. Introducción ........................................................................................... 223 2. Clases y tipos de bombas ....................................................................... 226 3. Otras clasificaciones .............................................................................. 236 4. Instalaciones de bombeo ........................................................................ 241 5. Disposiciones generales de bombeo....................................................... 245

J. CONSERVACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA MAQUINARIA................ 247

TEMA XXXVI ORGANIZACION DE LA SECCION DE MAQUINARIA............... 249 1. Consideraciones generales ..................................................................... 249 2. Organización y misiones de las secciones de maquinaria........................... 250 3. Parques de zona...................................................................................... 252 4. Conclusión.............................................................................................. 253

TEMA XXXVII. GESTIÓN DEL MANTENIMIENTO DE LA MAQUINARIA...... 255 1. Servicio de reparación y mantenimiento de la maquinaria .................... 255 2. Revisiones periódicas de mantenimiento ............................................... 257 3. Reparaciones .......................................................................................... 259 4. Políticas de reparación y mantenimiento ............................................... 260 5. Mantenimiento del motor....................................................................... 261 6. Medidas especiales................................................................................. 262

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PROLOGO En el REGLAMENTO DE SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS en su artícu-

lo 1º, apartado 2º se define lo siguiente:

" Se entiende por MAQUINARIA cualquier dispositivo o medio técnico con una o más partes móviles, capaz de transformar o transferir energía, con objeto de efectuar un trabajo, movido por una fuente de energía que no sea la fuerza humana".

Nosotros solo haremos referencia a "MAQUINARIA PARA OBRA CIVIL", y lo que engloba éste concepto, para construir a partir de ellos todos los contenidos prácticos de aplicación; todo ello sin dejar de lado una serie de temas, que aunque no responden directamente al concepto de maquinaria, son sin embargo de excepcional importancia en la utilización de la misma, hasta conformar la asignatura de segundo curso de la carrera de Ingeniería Técnica de Obras Públicas " MAQUINARIA Y MEDIOS AUXILIARES".

Dentro de la maquinaria para obra civil, la que a nosotros nos interesa preferentemente es la referente al sector económico constructivo de las OBRAS PUBLICAS donde cada vez se están construyendo máquinas más especificas más duraderas y más caras, máquinas que resuelven importantes cuestiones relativas al plazo de ejecución y a calidades y economía de las obras.

Dado el carácter didáctico de esta publicación se ha procurado seguir lo más fielmente posible el programa de la asignatura, respetando también que cada tema se adapte a los horarios y créditos de la asignatura.

Dentro del amplio marco de actuación de los INGENIEROS TÉCNICOS DE OBRAS PÚBLICAS se ha intentado conseguir, en esta publicación una serie de objetivos que tienen como objetivo general:

"EL CONOCIMIENTO Y USO DE LAS MAQUINAS Y MEDIOS AUXILIARES, CON APLICACIÓN A LOS DISTINTOS TRABAJOS DE OBRAS PUBLICAS DE LA MANERA MÁS CORRECTA TÉCNICA Y ECONÓMICAMENTE"

Para una mejor comprensión dividiremos la asignatura en las siguientes partes:

• PRIMERA PARTE INTRODUCCIÓN - ELEMENTOS COMUNES DE LAS MÁQUINAS A.- Generalidades B.- Control y explotación de la maquinaria C.- Motores D.- Elementos fundamentales de las máquinas E.- Materiales y elementos accesorios

Maquinaria de obras públicas. Tercera parte.

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• SEGUNDA PARTE MAQUINARIA Y EQUIPOS

F.- Máquinas y equipos

• TERCERA PARTE MAQUINARIA ESPECÍFICA, APLICACIÓN Y MEDIOS AUXILIARES G.- Maquinaria específica H.- Métodos de aplicación de las máquinas I.- Medios auxiliares J.- Conservación y mantenimiento de la maquinaria

Es imposible agradecer todas y cada una de la gran cantidad de colaboraciones y ayudas recibidas a lo largo del tiempo de preparación de cada tema: Casas suministradoras, Catálogos de maquinaria, Compañeros de Departamento, Alumnos, que me han proporcionado figuras, correcciones, etc.

A todos ellos mi agradecimiento.

G. MAQUINARIA ESPECÍFICA

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TEMA XXVI. EQUIPOS DE AIRE COMPRIMIDO.

CONSIDERACIONES GENERALES

El estudio de los equipos de aire comprimido lo dividiremos en tres partes: I Máquinas de fabricación de aire comprimido; Compresores II Distribución del aire comprimido III Maquinaria que utiliza aire comprimido

1. INTRODUCCIÓN AL AIRE COMPRIMIDO

Se denomina aire comprimido al aire cuya presión es mayor a la atmosféri-ca. Se genera en máquinas denominadas compresores, posteriormente se almacena en depósitos, transportándolo finalmente al lugar de utilización por medio de tuberías.

Es un medio seguro, versátil y flexible para transmitir energía, al no pro-ducir estos equipos, en su funcionamiento, contaminación ni chispas. Son los más idóneos para trabajar en sitios cerrados donde el motor de combustión interna e incluso el eléctrico serian peligrosos.

El aire comprimido, como energía de presión, constituye junto al motor de combustión interna, la electricidad y los sistemas hidráulicos una de las fuentes de energía utilizadas dentro del campo de obras públicas y minería. Especialmente en aquellos trabajos donde las otras fuentes dan posibilidad de accidentes; principalmente canteras y voladuras, etc. Siendo también utilizado en compacta-ción y vibrado de hormigón, plantas de machaqueo, labrado de piedras, hinca de pilotes, etc.

Además de estos usos en obras públicas aire comprimido se utiliza en ca-denas de montaje industrial.

1.1. Características más importantes - No implica riesgos graves ni peligro de accidentes. - El escape de aire no es tóxico ni explosivo - No presenta riesgo de chispas ni de cargas electrostáticas. - Los circuitos de aire no están expuestos a los golpes de ariete como los

hidráulicos. - Admite su combinación con otras formas de energía. - Los costos no son muy superiores a los de otros sistemas de energía.


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1.2. Fundamentos físicos de la compresión del aire

Generalidades: Para una mejor comprensión del proceso de fabricación y empleo del aire comprimido, se debe comenzar con un breve estudio de los fundamentos físicos por los que se rige esta técnica. Comenzaremos hablando del aire que es el medio que se utiliza.

El aire esta constituido por una mezcla de gases, principalmente nitrógeno y oxígeno, además, en el aire atmosférico hay una cierta cantidad de vapor de agua que no supera el 4%, pero que hay que tener en cuenta en el proceso de compresión.

Según la teoría molecular, en un gas, las diversas partículas que lo compo-nen tienen unas fuerzas intermoleculares muy débiles y por tanto, su movilidad es mayor y mantiene una gran separación entre ellas. Esta movilidad o energía cinética, depende del calor suministrado al gas. Por otro lado, esta energía determina la presión del mismo sobre el recipiente que lo contiene o el volumen que ocupa en un espacio libre.

Principios fundamentales:

a) La energía ni se crea ni se destruye durante un proceso, aún cuando pueda transformarse de un tipo de energía a otro. Dicho de otra forma: La cantidad de trabajo producido o absorbido por un sistema, es igual a la cantidad de calor ganado o cedido por dicho sistema.

b) Ley de Boyle: A temperatura constante, los volúmenes ocupados por una misma masa gaseosa son inversamente proporcionales a la presión que soportan. Si el volumen se divide por dos, la presión se duplica.

c) Ley de Charles: El volumen de gas, a presión constante, es directamen-te proporcional a la temperatura absoluta.

Así pues, las variables de un gas son; la presión, el volumen y la tempera-tura. Cuando una de ellas varia, al menos otra de las restantes también varia.

Combinando las leyes de Boyle y Charles se obtiene la siguiente relación entre las tres variables:

P x V/T = Constante (Depende del tipo de Gas)

Punto de rocío: Es la temperatura a la cual, un volumen determinado de aire, está saturado de vapor de agua. Si la temperatura desciende, o disminuye el volumen, se produce condensación.

Tema XXVI. Equipos de aire comprimido

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Ciclo termodinámico:

En relación con la compresión y expansión del aire, como en la de cual-quier gas, existen dos formas fundamentales de estudiarlos: isotérmica (temperatu-ra constante) y adiabáticamente (sin intercambio de calor con el medio externo).

Se definen como compresión y expansión isotérmica aquellos procesos en los que la variación de volumen del gas se realiza con una disipación de calor absoluta y total (temperatura constante). En cambio, cuando se habla de compresión o expansión isentrópica la variación, se realiza sin disipación alguna del calor generado en el proceso. De esta manera hay una energía que no puede convertirse en trabajo.

Ni una ni otra pueden llevarse a la practica, pues es imposible que una transformación real se verifique sin intercambio de calor o temperatura. El proceso real, por tanto se halla comprendido entre los dos procesos mencionados.

Etapas de compresión:

El aire comprimido no se utiliza generalmente de inmediato, sino que pasa a un depósito, en el que se enfría a una temperatura próxima a la temperatura ambiente. La figura anterior muestra las diversas curvas de los procesos de compresión. De su análisis podemos advertir que en un proceso de compresión el sistema isotérmico requiere menos trabajo. Esto es debido a que en la compresión el calentamiento del aire produce un mayor volumen final, pero como hemos dicho al enfriarse posteriormente hasta la temperatura ambiente, su volumen se reduciría perdiendo, por tanto, presión.

De estas consideraciones, se deduce la posibilidad de que para mejorar el ciclo termodinámico, con un mayor rendimiento energético; sea necesaria la refrigeración del aire. Al no poder realizarse esta refrigeración de manera continuada, se debe realizar en fases o etapas, en ellas el aire es refrigerado antes de volver a ser comprimido otra vez. Con este proceso del ciclo total de compre-sión del aire se asemeja al isotérmico y el rendimiento aumenta.


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Refrigeración intermedia:

En un cálculo teórico sobre la compresión polifásica se obtienen los si-guientes resultados: La compresión trifásica supone un ahorro energético del 22% sobre la monofásica y de un 4.5% sobre la bifásica. Otro factor a tener en cuenta es la presencia de humedad en el aire. En un compresor la temperatura se eleva durante la compresión. Sabiendo que la capacidad del aire para retener vapor de agua, aumenta prácticamente al doble, por cada 11ºk que aumente la tª, no se producirá, en la cámara de compresión, ninguna precipitación, pero sí en el refrigerador intermedio y en la propia red al enfriarse el aire.

I. MÁQUINAS DE FABRICACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO: COMPRESORES

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Definición

Se denomina compresor al elemento encargado de generar el aire comprimido.

En general, es una máquina que aspira el aire ambiente (a presión atmosfé-rica) y lo comprime hasta conferirle una presión superior. Para vencer la resistencia del aire a ser comprimido se vale de un motor.

1.2. Tipos de compresores

Los diversos tipos de compresores se dividen en dos grupos:

Desplazamiento efectivo Alternativos Rotativos

Fuerza viva o dinámicos Centrífugos Axiales


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1.3. Conceptos básicos

En el empleo de los compresores debemos conocer los siguientes concep-tos básicos:

Desplazamiento: Se llama desplazamiento de un compresor al volumen de aire por unidad de tiempo que teóricamente podría tomar su primera etapa en condiciones normales (20º y 35% de humedad).

En los compresores de pistón sería la cilindrada en la baja presión, aunque la cantidad de aire admitido es algo menor que el desplazamiento, al no poder obtener un vaciado y llenado total de la cámara.

Gasto: Es la cantidad de aire entregado a la salida del compresor, pero medida en las condiciones de entrada.

Consumo de potencia: Depende en gran medida del grado de ajuste del compresor y de su perfección mecánica. Para compresores bien dimensionados se establece que se consumen 7 CV. por m3/min. En compresores muy perfectos y con un adecuado sistema de refrigeración de llega a 6.5 CV. por m3/min.

Presión de descarga: Es la presión de entrega a la salida del aire medido en kg/cm2, bares, p.s.i.g. ó libras/pulgadas cuadradas.

Presión de trabajo: Se mide comparando las condiciones del aire ya comprimido con las del aire que entra. Por ejemplo, si trabaja a 7 atm., se comprime 7 veces el aire que entra.

2. COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO EFECTIVO

En este tipo de compresores el aumento de presión se produce, cuando el volumen ocupado por el aire atmosférico en un recinto se reduce de tamaño.

Veamos los distintos tipos de compresores: - Alternativos - Rotativos

2.1. Alternativos:

2.1.1. compresores de pistón

Este tipo de compresores es uno de los más antiguos y conocidos. Esta ex-periencia acerca de su funcionamiento ha provocado continuas mejoras, sin embargo, en los últimos años ha sido desplazado por otros compresores de tipo rotativo que ofrecen mejores condiciones de funcionamiento.


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Es semejante a un motor de combustión interna, ya que están compuestos por un cilindro y un pistón que se mueve dentro del cilindro por medio de una biela, al producirse el giro del cigüeñal por medio de un motor. Tiene válvulas de aspiración e impulsión montadas en el propio cilindro. Pueden considerarse válvulas de no retorno, supuesto que el paso del aire se efectúa en una sola dirección. La válvula de aspiración, permite el paso del aire atmosférico el interior del cilindro, ya que en el movimiento de descenso del pistón, se crea una depresión o vacío, de tal forma que al ser más elevada la presión atmosférica, ésta abre la válvula de aspiración y el aire entra llenando el cilindro. En la carrera de retorno o ascendente, la presión aumenta por encima de la atmosférica, cerrando la válvula de aspiración, y cuando dicha presión vence la fuerza del muelle que mantiene a la válvula de impulsión cerrada, ésta abre y se produce la descarga del compresor.

Las válvulas, como hemos visto, funcionan automáticamente merced a la diferencia de presiones, interior y exterior, que llega a establecerse.

Como ha quedado reflejado anteriormente este tipo de compresor es pul-sante, es decir, solo envía aire en una de sus fases y por tanto, es en ella en la que realiza trabajo. Como es de suponer, esto produce vibraciones perjudiciales. Para atenuarlas se utilizan pistones de doble efecto en los que el retroceso del pistón también es positivo. Su funcionamiento se puede deducir de la figura adjunta.

En el caso de un pistón de doble efecto, como en el de pistón horizontal, el pistón es accionado por un vástago y una cruceta, los cuales, le dan la suficiente firmeza y hace las veces de biela. En el primero, dicha configuración, le proporciona la firmeza suficiente para realizar trabajo durante el retroceso. En el segundo caso la cruceta hace que no se produzca un mayor rozamiento por la parte inferior entre pistón y cilindro que por la superior, ya que el peso del pistón lo soporta la cruceta.

Hay infinidad de configuraciones que se le dan al conjunto del compresor, todas encaminadas a paliar las vibraciones y los desgastes. Los cilindros pueden moverse; en sentido vertical, horizontal, estar inclinados 45º respecto a la vertical, disponiendo varios cilindros horizontales, en W, Y, L, etc.

Si el aire pasa por una, dos o más etapas de compresión se suelen fabricar con dos pistones dentro del mismo compresor; uno de alta presión y otro de baja. Esta disposición lleva el nombre de tándem o monoblok si se realiza aprovechando el mismo cilindro. Entre cada etapa el aire pasa por refrigeradores que reducen la temperatura producida en la primera etapa.

Simple Efecto

Doble Efecto


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En los compresores con varias fases de compresión se instalan refrigerado-res intermedios (entre fase y fase) y finales (al final de la compresión). En las fases posteriores el aire esta parcialmente comprimido y ocupa menor volumen, por ello, los pistones de baja presión son de menor tamaño. El hecho de incorporar más o menos etapas en un mismo proceso de compresión siempre depende de la presión inicial y final.

2.2. Rotativos

Las principales ventajas que presentan este tipo de compresores son:

- Sencillez de empleo

- Envío de aire continuo.

- Pueden funcionar a velocidades elevadas debido a que no tienen válvulas.

- Presenta una estructura compacta.

- Suministra caudales y presiones elevadas.

2.2.1. compresores de paletas deslizantes

Durante bastante tiempo su empleo fue limitado, más tarde se consiguió aumentar sus rendimientos, lo que le dio un mayor ámbito de aplicación, pero aún así su empleo en la obra pública está muy poco generalizado.

Son máquinas de desplazamiento positivo, de un solo eje, y relación de compresión determinada. El compresor rotativo de paletas está constituido por una carcasa cilíndrica, en cuyo interior giran unas paletas unidas a un eje o pistón colocado excéntricamente con respecto a la carcasa exterior.

Principio de funcionamiento.

Un rotor, con paletas radiales flotantes se monta excéntricamente, dentro de una carcasa cilíndrica o estátor. Cuando se gira el rotor, las paletas se desplazan contra las paredes del estátor, merced a la fuerza centrífuga. El aire aspirado por el compresor, va entrando a los espacios existentes entre cada dos aletas, zona de mayor excentricidad, en donde tales espacios son mayores. Al girar el rotor, el volumen entre paletas


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va disminuyendo y el aire se comprime, hasta llegar a la lumbrera de descarga.

La unión entre paleta y carcasa no es lo suficiente estanca, siendo el lubri-cante el que evita las fugas de aire entre los distintos espacios, actuando a la vez, de refrigerante, por ello debe suministrarse de forma abundante. General-mente se realiza pulverizándolo a presión, en forma de niebla de aceite.

Dada la gran cantidad de aceite que se uti-liza, debe ser recuperado, enfriado y vuelto a inyectar, para evitar un consumo que no seria sostenible por el elevado gasto que supone.

Al igual que en los compresores alternativos de pistón, también se fabri-can compresores de paletas con varios escalones de presión. Se colocan en tándem (sobre un mismo eje) o en paralelo (ejes distintos unidos por ruedas dentadas).

Estos compresores se suelen utilizar para presiones de salida que no super-en los 6 kg/cm2.

Ventajas:

- Envío continuo de aire.

- Ausencia de vibraciones.

- El reducido espacio que ocupan.


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Inconvenientes:

- Falta de estanqueidad después de poco tiempo de funcionamiento. Esto último es debido a que las paletas son elementos bastante vulnerables, de ahí, que se proyecten con carcasas que permiten una buena accesibilidad a las paletas, para permitir una sustitución rápida en caso de avería.

2.2.2. Compresores de tornillo

El compresor de tornillo esta formado por dos rotores con un estriado heli-coidal que engranan entre sí. Las estrías tienen forma de lóbulo en uno de los rotores, mientras que el otro, toman forma de cuna, es decir, encaja perfectamente con la anterior. La diferencia de formas determina cada una de las características del rotor. El lobulado se denomina rotor macho y tiene cuatro lóbulos. El otro es el hembra y posee seis contra lóbulos. Por este motivo es fácil de deducir que la velocidad de giro de uno de ellos, es doble que la del otro.

Estos compresores pueden funcionar a velocidades elevada, debido al hecho de que no existan ni válvulas de aspiración/impulsión, ni fuerzas mecánicas que pueden generar desequilibrios; todo ello hace posible, que sus dimensiones exteriores sean muy pequeñas en relación a su capacidad.

Una característica importante de estos compresores es que los rotores no están en contacto entre sí ni con la carcasa exterior. La fuerza motriz se le da, generalmente, al rotor hembra y por medio de engranajes se le transmite al otro.

Principio de funcionamiento:

Supongamos que la posición inicial de los rotores es aquella en la cual el lóbulo del rotor macho no ha encajado con el hembra. En esta posición el aire ocupa todo el espacio existente entre el rotor y la carcasa. Seguidamente el rotor macho, que sigue girando, cierra el hueco de entrada; a partir de entonces comienza a comprimirse el aire que ha quedado atrapado por toda la acanaladura del rotor hembra. Al dar una vuelta completa el lóbulo y el seno se encuentran enfrentados con la salida y el aire pasará al deposito o a un escalón superior de compresión. En ese momento se comienza la admisión del siguiente. El flujo de salida, por tanto, es prácticamente constante.


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En el caso de ser un compresor de dos etapas se monta en tándem, sobre los mismos ejes, o en paralelo, sobre ejes distintos. En cualquier caso las dos etapas hace inevitable la presencia de refrigeradores intermedios.

La separación entre rotores y carcasa son reducidas (del orden de 0.1 mm) pero es necesario hacerlas totalmente estancas para evitar el retroceso del aire. Esta misión la realiza el lubricante que se inyecta durante la compresión y que debe eliminarse posteriormente y ser refrigerado para utilizarlo nuevamente en circuito cerrado. Además de evitar las tolerancias, el lubricante de encarga de enfriar el aire durante la compresión y de lubricar los propios rotores.

También hay compresores de tornillo del tipo seco, y en consecuen-cia al no precisar lubricar el espacio de compresión, el aire que suministran esta exento de aceite. Para lograr un rendimiento aceptable, en este tipo de compresores, cuando su capacidad es pequeña, es necesario que el eje gire a velocidades elevadas. No obstante, sí en el espacio interlobular se inyecta aceite, pueden entonces reducirse dichas velocidades.

Este compresor actúa de forma continua y es rentable con grandes producciones de más de 100 m³/min.

Ventajas:

- Ausencia de oscilaciones y ruidos.

- Ausencia de rozamientos le da gran fiabilidad.

- Poco espacio que ocupan.

Inconvenientes:

- Elevado precio de sus piezas, por la gran precisión que deben tener y el ajuste con el que se han de montar.

La gran precisión que deben tener las piezas, se ve perjudicada por las hol-guras que pueden formarse con la dilatación de las piezas, por esto se enfrían con lubricantes o se utilizan camisas con refrigeración por agua para compresores del tipo seco, en este caso debemos tener en cuenta los problemas de corrosión.


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Estos compresores son los más utilizados en obras públicas.

3. COMPRESORES DE FUERZA VIVA.

Incorporan elementos de rotación para producir la aceleración del gas o ai-re. El funcionamiento elemental de estos compresores consiste en lanzar el aire a gran velocidad sobre un elemento, en el cual, se apelotonan las partículas. Se transforma, de esta manera, la energía cinética del aire en presión estática.

Este tipo de compresores no producen grandes presiones, por tanto, está en desuso en el campo de la obra pública, se utilizan para industria.

Distinguimos dos tipos:

3.1. Compresores centrífugos

El desplazamiento del fluido es esencialmente radial. El compresor consta de uno o más impulsores y de un número de difusores, donde el fluido se desacelera.

El fluido aspirado por el centro de una rueda giratoria es impulsado hacia los canales del difusor por los álabes de ésta debido a la fuerza centrífuga. Después de que la energía cinética se ha convertido en presión, el fluido es conducido hacia el centro del próximo impulsor y así sucesivamente.

3.2. Compresores axiales

El fluido se desplaza, generalmente, de forma paralela al eje. El compresor tiene hileras alternadas de paletas móviles fijadas al rotor, y de paletas fijas situadas en la carcasa. Los rotores pueden ser de tambor o de disco.

El aumento de presión por etapas, es en general relativamente pequeño, por eso los compresores para relaciones de presión más elevadas, tienen un considerable número de etapas.

4. COMPONENTES QUE INTEGRAN EL FUNCIONAMIENTO GLOBAL DE UN COMPRESOR

En el proceso de compresión de aire debemos realizar unas operaciones que garanticen la duración y el buen funcionamiento del conjunto de la instalación. Para algunas aplicaciones el aire debe cumplir unas condiciones de limpieza especiales, por ejemplo en el caso de empleo en hospitales, embotelladoras, etc. Generalmente en la construcción y obras públicas, al aire no se le exige más que


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las condiciones mínimas para asegurar el buen funcionamiento de la maquinaria empleada.

4.1. Sistema de regulación de los compresores

Esta regulaciones se controlan de las siguientes maneras: Control de capa-cidad

- Control de velocidad

- Control de arranque y parada

Generalmente, es la presión de descarga, la que se toma como variable de control.

4.1.1. Control de capacidad

Un compresor debe regularse ajustándolo al consumo real del sistema, y teniendo en cuenta que el consumo de aire por las máquinas que lo utilizan es variable, pudiendo llegar en muchos momentos la demanda nula.

El tipo de control a seleccionar, dependerá de las características del com-presor, de la unidad de accionamiento y del sistema o red de distribución, pudiendo ser, dicho control, manual o automático.

De una forma más generalizada, los controles de los compresores pueden ser continuos (variación de la velocidad, estrangulación de la aspiración), o discontinuos (todo-nada), siendo estos los más empleados:

Regulación de la válvula de aspiración:

Es el método más frecuente para producir la descarga del compresor. Como es evidente solo se emplea en aquellos compresores dotados con válvulas de admisión como los de pistón. Este sistema utiliza un mecanismo de garra, que mantiene abiertos los discos de la válvula de aspiración, siempre y cuando no exista demanda de aire del compresor.

Con las válvulas mencionadas en posición abierta, el aire fluirá hacia de-ntro o hacia fuera del cilindro, de acuerdo con el movimiento del pistón


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El consumo de potencia absorbida se debe, lógicamente, a las pérdidas por rozamiento y mecánicas del compresor.

Estrangulación de la aspiración

Mediante una válvula de apertura variable, situada en la aspiración. La re-ducción de la presión de aspiración, reduce también la cantidad de aire admitida por el compresor.

Este método es muy utilizado en los compresores de tornillo y paletas ya que no poseen válvulas de admisión.

Control por by-pass

Con este sistema, no se controla directamente el funcionamiento del com-presor, pero permite que funcione a plena carga de manera continua, recirculando el exceso de aire desde la descarga a la aspiración. El consumo de potencia es igual al de plena carga.

Control de escape

El compresor está comprimiendo continuamente. Sin embargo cuando se alcanza la presión máxima, el aire suministrado es vertido a la atmósfera, en lugar de ir al depósito.

Estos dos últimos sistemas son antieconómicos, pues la potencia absorbida es igual a la absorbida a plena carga.

4.1.2. Control de velocidad

Control de velocidad constante

El compresor, una vez arrancado, funciona continuamente a su velocidad de régimen normal. La capacidad del compresor se controla por una de los procedimientos antes mencionados. Generalmente se utiliza un sistema electro-neumático.

Control de velocidad variable del eje

Se utiliza en compresores transportables accionados por motores de com-bustión.


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Control de arranque parada

Es una variante del control de velocidad constante, que utiliza el dispositi-vo electro-neumático, para controlar el arranque y parada de la unidad de accionamiento del compresor.

Este tipo de control se utiliza sobre todo, en pequeños compresores y tam-bién en unidades más grandes, cuando las necesidades de aire se reducen a menos de la mitad de su capacidad. Cuando las necesidades de aire son mayores y discontinuas, se produciría unas paradas y arranques muy continuados lo que se traduciría en un sobrecalentamiento del motor.

También hay unos sistemas parecidos pero que actúa sobre un embrague. Son útiles para compresores con paradas muy cortas ya que no fuerzan el arranque intermitente del motor, de los contrario, rápidamente se estropearían los contactos de arranque y el bobinado límites establecidos.

4.2. Sistemas de aspiración. Filtros de entrada

La aspiración de un compresor debe estar lo menos contaminada posible, tanto de partículas sólidas como de polución gaseosa. Los contaminantes sólidos producen desgastes y los gaseosos generalmente corrosión.

Los compresores más pequeños aspiran de la propia sala compresora, mientras que los más grandes poseen aspiración exterior. Estas últimas deben situarse como mínimo a tres metros por encima del suelo.

1.- Palanca controladora de la velocidad del motor.2.- Dispositivo de accionamiento.3.- Velocidad mínima.4.- Velocidad máxima.5.- Válvula de regulación.6.- Salida al mecanismo de descarga del compresor.7.- Conducto precedente del refrigerio intermedio.8.- Conducto para drenaje del condensado.9.- Conducto procedente del depósito del aire.


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Un sistema de aspiración normal incluye, generalmente, una tubería de as-piración y uno o varios filtros, se deben dimensionar para que la caída de presión sea lo más baja posible.

Los filtros más empleados son:

- Filtros tipo laberinto impregnado de aceite

- Filtro por baño de aceite

- Filtros de fieltro

- Filtros de papel

- Filtros inerciales

4.3. Sistemas de refrigeración

Refrigeración del compresor y motor que lo acciona: En general, toda máquina en su funcionamiento provoca un calentamiento de sus piezas debiendo tener un sistema de refrigeración que proceda el enfriamiento de estas. Este aspecto es muy importante, porque el aumento de temperatura produce dilatacio-nes y holguras que provocan funcionamientos defectuosos, lo que es muy perjudicial en compresores que trabajan con ajustes muy precisos como el compresor de tornillo.

Refrigeración del aire: Se pueden distinguir dos tipos de refrigeración en un compresor: Primero; la refrigeración intermedia, que previenen del calor generado en el compresor. Segundo; la refrigeración que corresponde a los refrigeradores finales, cuya misión es eliminar el vapor de agua, con lo que también se llaman secadores. Ambas refrigeraciones como se comprenderá están muy relacionadas.

Describimos a continuación los sistemas más empleados:

- Circuito abierto: El agua entra y sale libremente, es decir, no se recupera. Su campo de aplicación es en compresores fijos en aquellos lugares donde haya abundante cantidad de agua disponibles, como en canteras cerca de un río.

- Circuito cerrado: Este sistema de refrigeración se produce como en el re-sto de las máquinas..

- Por aire: para refrigerar por aire en un compresor de pistón, se colocan aletas en el exterior de los cilindros. El sistema se completa con la instalación de impulsores de aire que hagan circular al mismo.

En los refrigeradores finales su actuación es muy importante, ya que, si no eliminamos el vapor de agua nos produce una serie de problemas.


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- Corrosión de tuberías metálicas.

- Entorpecimiento en los accionamientos neumáticos.

- Degradación del poder lubricante de los aceites de engrase.

- Oxidación de los órganos internos de los equipos receptores.

- Bajo rendimiento de toda la instalación.

4.4. Lubricación. Sistemas de recuperación del lubricante

Uno de los factores de mayor importancia, a la hora de enjuiciar la calidad de un compresor, es el sistema de lubricación. Una lubricación adecuada, posibilitará el que la máquina rinda más, con mayor fiabilidad y con menores costos de mantenimiento.

El aceite que lubrica el interior del compresor es arrastrado hacia el resto de la instalación, este aceite deberá ser recuperado después, ya que, supondría un gasto excesivo si lo dejáramos perder. La recuperación del aceite se realiza por dos métodos distintos que se utilizan dentro del mismo proceso.

Los métodos consisten (como vimos en el tema de filtros) en desviar la co-rriente de aire de una forma brusca, entonces, el aceite, con más energía cinética, sale despedido. Si varia el flujo de aire, varia la velocidad, y por tanto la recuperación de lubricante es menor. Su eficacia en la recuperación del aceite es del 95%. Una vez concluido este método, actúa el siguiente que consiste en pasar el aire por un filtro que elimina los restos de lubricante.

4.5. El ruido en las instalaciones de compresores

Los niveles sonoros de los compresores se miden en campo abierto. Cuan-do la instalación del compresor es interior, el nivel del sonido, estará influenciado por otros factores, que no existían en el momento de la prueba a campo abierto.

El ruido de las tuberías, es con frecuencia superior, al ruido del compresor y unidad de accionamiento. Generalmente, han de tratarse las tuberías e incluso la propia máquina para paliar este problema del ruido, teniendo especial importancia en el empleo de los compresores en obras de demolición o perforación dentro de núcleos urbanos. Por este motivo las últimas generaciones de compresores transportables o portátiles están dotados de una insonorización bastante eficaz.


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II. DISTRIBUCION DE AIRE COMPRIMIDO

1. TIPOS DE INSTALACIÓN

Una de las primeras cuestiones que ha de decidirse a la hora de planificar una instalación de aire comprimida, es la de si se establecerá un compresor único (centralizado), o una serie de unidades situadas en los puntos principales de consumo (descentralizada).

1.1. Ventajas e inconvenientes de cada instalación

En una instalación centralizada se necesita menos potencia Teniendo en cuenta que las máquinas no van a trabajar a plena potencia simultáneamente. Otra ventaja importante es que cuanto mayor es un compresor se obtienen mayores rendimientos y un menor coste de mantenimiento.

También hay inconvenientes por los cuales una instalación centralizada no es rentable. En una obra de tipo lineal, las conducciones de aire comprimido serían muy largas. En estos casos se recomienda la utilización de pequeños compresores que van dotados de ruedas neumáticas que les proporcionan bastante movilidad.

Las juntas de unión en las mangueras pueden ser elásticas o rígidas y la unión entre tubos flexibles y elementos rígidos se efectúa por medio de enchufes y juntas, utilizando también abrazaderas para impedir al máximo cualquier fuga de aire.

2. SELECCIÓN DEL COMPRESOR

2.1. Características básicas de un compresor

Las dos características básicas de un compresor son:

- Caudal de aire suministrado.

- Presión de salida del aire.

2.1.1. Caudal de aire suministrado

Un estudio de todos los mecanismos que funcionan por aire en una planta normalizada, evidenciarían cuantos de estos funcionan casi continuamente y cuantos funcionan de manera intermitente.

La necesidad de aire total, no debe ser el total de los requerimientos máximos individuales, sino la suma del consumo de aire en valor promedio de cada consumidor.

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