ADMINISTRACION DE EMPRESA OPERACIONES INDUSTRIALES

Transcripción

1 ADMINISTRACION DE EMPRESA OPERACIONES INDUSTRIALES Instructor: Ing. Luis Gomez Quispe SEMESTREIII SEMANA 9 : AIRE COMPRIMIDO Inst. Ing. Luis Gomez Quispe 1

2 VISIÓN GENERAL DE LA SESIÓN Cómo se denomina esta máquina? Copyright of Shell Lubricants 2

3 Definición: Un compresor es una máquina que eleva la presión de un gas, un vapor, o una mezcla de gases y vapores. Son maquinas de flujo continuo en donde se transforma la energía cinética (velocidad) en Trabajo (presión). 3

4 QUÉ ES UN COMPRESOR? Es una máquina que absorbe gas, lo comprime, y lo expulsa a una mayor presión ABSORBE EL GAS COMPRIME EL GAS EXPULSA EL GAS A MAYOR PRESIÓN El uso más importante de los compresores es la producción de AIRE comprimido Esta fuente de energía instantánea, segura y flexible se usa para: impulsar herramientas neumáticas generar enfriamiento operar maquinaria controlar muchos tipos de procesos de fabricación aire para la respiración - equipos de buceo, hospitales Copyright of Shell Lubricants 3

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12 Lockhead SR-71 Blackbird The engines on the blackbird are turbojets and are used as such up to about Mach 4; when the air flow is bypassed around the compressor and the engines become ramjets.

13 NASA X-43A This is where we are today. The X-43A is an experimental aircraft that uses a scramjet (supersonic ramjet) for its propulsion. The X-43A has reach speeds of about Mach 10.

14 EL COMPRESOR DE BICICLETA??? Copyright of Shell Lubricants 4

15 COMPRESIÓN DE AIRE - PRINCIPIOS (1) Todo gas consiste de una gran cantidad de moléculas que se mueven en todas direcciones, chocando entre sí y con las paredes del envase donde se encuentra confinado. Las moléculas de gas que chocan con las paredes del envase ejercen una fuerza determinada sobre ellas. Esta es la presión del gas. Energía en Al reducir el volumen del envase, las moléculas de gas tienen menos espacio para moverse, por lo que aumenta tanto la cantidad de choques contra las paredes como la presión. El volumen de una masa fija de gas, a temperatura constante, varía en forma inversa a la presión P µ 1/V (Ley de Boyle). P V Copyright of Shell Lubricants 5

16 COMPRESIÓN DE AIRE - PRINCIPIOS (2) La temperatura de un gas indica la medida de la energía cinética de las moléculas de gas. Mientras más caliente esté el gas, mayor será la energía cinética. Cuando aumenta la temperatura del gas, las moléculas se mueven con mayor rapidez y chocan con mayor frecuencia y más fuerza contra las paredes del envase. Por ende, la presión aumenta. Frío Caliente La presión de una masa fija de gas, a volumen constante, varía en forma directa con la temperatura. P x V = constante x Temperatura (Ley de Charles). P T Copyright of Shell Lubricants 6

17 COMPRESORES DE AIRE Por qué los compresores son una de las partes más críticas de los equipos de la planta? Una gran cantidad de equipos y sistemas de control funcionan con aire comprimido. A menudo, si la planta pierde el aire comprimido, se tiene que cerrar en su totalidad. Copyright of Shell Lubricants 7

18 COMPRESORES DE AIRE Cuando se hacen las inspecciones de lubricación, dónde se pueden encontrar los compresores? Como los compresores generan una gran cantidad de calor y ruido, por lo general se ubican en las áreas más apartadas de la planta. En muchos casos, los clientes tienen salas e incluso edificaciones para los compresores. Copyright of Shell Lubricants 8

19 TIPOS DE COMPRESORES TIPOS DE COMPRESORES Dinámico Desplazamiento Positivo Centrífugo Axial Reciprocante Único rotor Rotativo Doble rotor de Tornillo PISTON de Cruceta de Laberinto de Diafragma de Paletas de Anillo de Único Líquido Tornillo de Rotor de Lóbulos Copyright of Shell Lubricants 9

20 COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Funcionan capturando un volumen de gas en un espacio cerrado aumentan la presión reduciendo el volumen del espacio el ejemplo más sencillo = una bomba de bicicleta!! Salida de aire comprimido Entrada de aire los principales tipos de compresor de desplazamiento positivo son 2: -rotativo -reciprocante Copyright of Shell Lubricants 10

21 COMPRESORES DINÁMICOS Compresores Dinámicos (de flujo continuo) aceleran un gas a fin de aumentar su energía cinética la energía cinética se convierte en presión al reducir su velocidad Los compresores dinámicos incluyen los equipos de flujo centrífugo y axial Las aplicaciones de baja presión/ alto volumen - son útiles cuando se necesita un gran volumen de aire comprimido (hasta m3/min) Copyright of Shell Lubricants 11

22 RANGO DE OPERACIÓN DE LOS COMPRESORES RECIPROCANTE ROTATIVO CENTRÍFUGO 1 AXIAL DE BAJA PRESIÓN CAPACIDAD (litro/segundo) Alta P/Bajo V/ Flujo Intermitente Baja P/ Alto V/ Flujo Continuo Copyright of Shell Lubricants 12

23 COMPRESORES DE AIRE RECIPROCANTES (DE PISTÓN) - PRINCIPIO Generan presión a través de una acción reciprocante, utilizando una serie de pistones y válvulas Las máquinas pueden ser de un único paso o de múltiples pasos 1er paso Beneficios de la compresión por múltiples pasos El gas se comprime en varios pasos El gas se enfría entre los distintos pasos El volumen del gas se reduce después de cada paso Enfriador de aire 2do paso Logrando mayor eficiencia / menor temperatura de salida en comparación con el compresor de un único paso Copyright of Shell Lubricants 21

24 COMPRESORAS RECIPROCANTES Son aquellas compresoras que comprimen los gases por medio de un pistón en movimiento reciproco dentro de un cilindro.

25 - TIPO 30 - LUBRICADAS 2 Etapas Potencia del Motor: H. P. Rango de Capacidades: 14 a 100 CFM Rango de presiones: 60 a 175 PSIG, 250 PSIG

26 - TIPO 30 - OILLESS Reciprocantes 100% Libres de Aceite Uso en aplicaciones continuas de 24 horas Completamente paquetizadas Potencia del Motor: H. P. Rango de Capacidades: 16 a 92 CFM Rango de presiones: 50 a 125 PSIG

27 - TIPO 30 - ALTA PRESION Reciprocantes Lubricadas de Alta Presión 2, 3 y 4 Etapas Potencia del Motor: H. P. Rango de Capacidades: 5 a 38 CFM Rango de presiones: 75 a 5,000 PSIG

28 COMPONENTES DE UN COMPRESOR DE AIRE RECIPROCANTE - DE DOBLE PISTÓN EG CON CONFIGURACIÓN EN V Filtro de entrada de aire Cabezal del cilindro Motor eléctrico Cubierta del ventilador Medidor de presión Carter de aleación de Al Copyright of Shell Lubricants 22

29 ANIMACIÓN DE UN COMPRESOR RECIPROCANTE Compresor de oposición horizontal VARILLA DEL PISTÓN PRENSAESTOPAS ESCOBILLA ACEITE ESPACIADORES Y ESPÁRRAGO DISTANCIADOR CILINDRO DEL COMPRESOR HUELGO CÁMARA DESCARGA CRUCETA TUERCA DE INMOVILIZACIÓN PRENSAESTOPAS DISTANCIADORDISTANCIADORPRENSAESTOPAS PARTICIÓN INTERNO EXTERNO DE PRESIÓN TAPA VÁLVULA DE ANILLO TAPA VÁLVULA DE PISTÓN Copyright of Shell Lubricants 24

30 COMPRESORES DE TORNILLO ROTATIVO Son aquellas compresoras que comprimen el aire entre dos lóbulos helicoidales, los cuales al girar comprimen y desplazan el gas.

31 TORNILLO ROTATIVO LUBRICADO DE 1 ETAPA Rangos de Potencias: 7.5 a 450 H.P. Rango de capacidades: 30 a 2,050 CFM Presiones: 65 a 200 PSIG L H

32 TORNILLO ROTATIVO LUBRICADO DE 2 ETAPA Rango de Potencia: 100 a 500 H.P. Rango de Capacidad: 470 a 2,600 CFM Rango de Presiones: XFE = 100 PSIG EPE = 125 PSIG HPE = 140 PSIG HXP = 200 PSIG

33 COMPRESORES DE AIRE ROTATIVOS - PRINCIPIO Generan presión a través de una acción rotativa, al reducirse el volumen desplazado aumenta la presión del aire de salida Los compresores pueden estar compuestos de : único tornillo 1 rotor aspa deslizante doble tornillo 2 rotores soplador de base Copyright of Shell Lubricants 13

34 COMPRESOR DE TORNILLO ROTATIVO - QUÉ HAY DENTRO DE LA CAJA? Copyright of Shell Lubricants 14

35 COMPRESOR DE TORNILLO ROTATIVO - QUÉ HAY DENTRO DE LA CAJA? Filtro integrado para la descarga de aire Salida de descarga de aire a alta presión VENTILADOR Secador refrigerante Filtros de Aceite Válvula ingreso de aire Motor Elemento del compresor de tornillo y conjunto de impulsión Copyright of Shell Lubricants 15

36 COMPRESOR DE TORNILLO ROTATIVO - QUÉ HAY DENTRO DE LA CAJA? Enfriador Pantalla electrónica Receptor de aire y separador de aceite (aglutinador) Separador aceite/ agua integrado Filtro de entrada de aire Copyright of Shell Lubricants 16

37 COMPRESORES DE AIRE ROTATIVOS Los compresores del tipo tornillo rotativo pueden ser de inyección de aceite o libres de aceite : Inyección de aceite se produce una estrecha mezcla entre el gas/ aire del proceso y el lubricante inyectado en el extremo de aire Libres de aceite (secos) no se produce la mezcla de gas/aire del proceso y el lubricante en el extremo del aire el término libre de aceite se refiere a la descarga de aire Los rotores no se lubrican, sino que son impulsados por engranajes sincronizados y deben operar a alta velocidad a fin de minimizar la dispersión. Sin embargo, sigue necesitando aceite! Copyright of Shell Lubricants 17

38 SOPLADOR DE BASE (O ROTOR DE LÓBULOS) Un soplador de base es una máquina de desplazamiento positivo que usa dos o más lóbulos rotativos en un cilindro configurado especialmente (por lo general, en forma de 8) Los lóbulos se impulsan entre sí usando engranajes sincronizados y toman aire de un extremo para pasarlo al otro extremo La máquina en sí no genera compresión, sino que simplemente desplaza el aire La compresión se genera porque el aire inducido se obliga a pasar por un conducto cerrado, haciendo que el aire a presión atmosférica quede presurizado Baja presión (máx. 3 barios) La cámara de compresión no lleva aceite El aceite se usa sólo para lubricar los engranajes sincronizados y los cojinetes Es una aplicación de muy alta temperatura debido a su alta velocidad, el calor de la compresión y el pequeño colector de aceite Por lo general se usa para transportadoras neumáticas, como las que transportan polvo ENTRADA SALIDA Copyright of Shell Lubricants 27

39 ÁREAS DE PROBLEMA EN LOS COMPRESORES DE AIRE ROTATIVOS - OXIDACIÓN Tornillo de Atlas Copco lubricado con Aceite Mineral (1.500 hrs) Compresor de Único Tornillo Mitsui Seiki Compresor de Tornillo Joy lubricado con Fluido Sintético (7.000 hrs) Tornillo Sullair lubricado con Aceite Sintético Shell (9.000 hrs) Copyright of Shell Lubricants 37

40 CONTAMINACIÓN POR AGUA Fuentes Condensación Llenado con descuido Aire de entrada de poca calidad Aire a temperatura muy baja Copyright of Shell Lubricants La contaminación por agua lleva a Disgregación del aceite del compresor Formación de productos ácidos Insolubles Oxidación acelerada Disgregación acelerada de los aditivos Dificultades operativas Excesivo desgaste en los cojinetes Herrumbre y corrosión Cambios en la viscosidad Bloqueo del filtro y por el aglutinador 39

41 ES IMPOSIBLE ELIMINAR EL 100% DE LA NIEBLA DEL ACEITE Concentración de la niebla de aceite en cada sistema de filtrado Compresor Filtro de Aire Concentración de Niebla de Aceite en el Aire Comprimido a Filtro Micro Niebla Filtro de Carbón Receptor de aire Secador de aire Copyright of Shell Lubricants 40

42 ÁREAS DE PROBLEMA EN COMPRESORES DE AIRE RECIPROCANTES Formación de Depósitos - Riesgo de Explosión Aire Comprimido que Contiene Neblina de Aceite Depósitos Carbonáceos Contiene Óxido de Hierro Se acumula carbón en la Línea de Descarga Copyright of Shell Lubricants 56

43 CONCEPTOS BASICOS DEL AIRE COMPRIMIDO

44 CONCEPTOS BASICOS DEL AIRE COMPRIMIDO PRESION Si tenemos una fuerza F, aplicada sobre una superficie S, la presión sobre dicha superficie se define formalmente como la relación entre el componente normal de la fuerza (Fn) y la superficie S es decir: Fn P= S Fn En un fluido en equilibrio, la presión en cualquier punto es la misma en todas direcciones. Las unidades mayormente usadas para la medición de presiones, así como las relaciones que entre ellas existen pueden apreciarse en la tabla siguiente. S

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46 EQUIVALENCIAS DE UNIDADES DE PRESION Unid. psi Ib/pie2 Kp/cm2 mm Hg Kpa bar psi , ,713 6,895 0,069 Ib/pie2 0, ,3591 0, Kp/cm2 14, , , ,98 mm Hg 0,0193 2, ,133 0,0013 Kpa 0,145 20,88 0, , ,01 bar 14, , ,

47 CONCEPTOS BASICOS DEL AIRE COMPRIMIDO VOLUMEN El volumen de una sustancia es el espacio que ella ocupa. El volumen de un gas es el del recipiente que lo contiene. Sin embargo, en un volumen dado pueden existir diferentes cantidades de masa de gas dependiendo de la presión y temperatura a la cual se encuentra dicho gas. Esto significa que en un mismo volumen, puede existir gas a diferentes densidades.

48 EQUIVALENCIA ENTRE UNIDADES DE VOLUMEN Unid. cm 3 l m 3 gal pie 3 cm 3 1 0, l 61, ,2641 0,036 m ,2 36,31 gal 3786,4 3, ,1337 pie 3 28,317 28, ,481 1

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51 CONCEPTOS BASICOS DE AIRE COMPRIMIDO CAUDAL Caudal es volumen en movimiento, es decir, volumen por unidad de tiempo EQUIVALENCIAS ENTRE UNIDADES DE CAUDAL Unid. l/s m3/min cfm gal/min l/s 1 0,060 2, ,85 m 3 /min 16, , ,17 cfm 0,4719 0, ,481 gal/min 0, ,0038 0,1337 1

52 PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE COMPRESORES DE AIRE

53 CONVERSION DE VOLUMEN 1.Convertir 300 galones a litros 2.Convertir 10 m3 a galones 3.Convertir cm3 a litros y m3 4.Convertir 4500 pie3 a m3 y litros

54 CONVERSION DE PRESION 1.Convertir 2550 PSI a BAR 2.Convertir 260 BAR a mmhg. 3.Convertir 755 kg/cm2 a N/cm2 4.Convertir 4500 psi a Kpa

55 CONVERSION DE CAUDAL 1.Convertir 3480 CFM A lts/seg 2.Convertir 260 galones/min a CFM 3.Convertir 20 m3/min a lts/seg 4.Convertir 4500 lts/seg a galones/min

56 Calculo del diámetro interior de las tuberías De aire comprimido Copyright by BOGE KOMPRESSOREN

57 Seminario aire comprimido. A) Dimensionamiento de la tubería de aire comprimido. Fórmula di = diámetro interior tubería [ m ] V = Caudal [ m³/s] L = Longitud equivalente tubería [ m ] p = Pérdida de carga admisible [ bar ] Pmax = Máx. presión [ barabs ] Copyright by BOGE KOMPRESSOREN

58 PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE COMPRESORES DE AIRE

59 Calcular la Dimensionamiento de la tubería interior de aire comprimido utilizando la formula dada. Calcular Caudal Long. equivalente de tubería PØrdida de carga admisible Mxima presión = 2 m3/min = 200 m = 0,1 bar = 8 bar abs Copyright by BOGE KOMPRESSOREN