Oficios Técnicos

www.sapiensman.com/tecnoficio


Información para el estudiante y el trabajador de oficios técnicos. 

 

 


Búsqueda personalizada

NEUMÁTICA - APLICACIONES INDUSTRIALES

¿Qué es un compresor neumático?

Un compresor neumático, o un compresor de aire, como también se llama, es un dispositivo que se utiliza para comprimir y almacenar aire a presión. Comúnmente consiste en un motor eléctrico o de gasolina,  el compresor y el tanque de almacenamiento, también podríamos decir que un compresor de aire es una máquina capaz de convertir energía eléctrica en energía cinética, específicamente mediante la utilización de aire comprimido. Cuando este gas se libera en una explosión rápida, libera una cantidad de energía cinética por la transferencia de aire que se puede aprovechar para una serie de propósitos como proporcionar la presión de aire necesaria para operar dispositivos neumáticos, tales como herramientas neumáticas, proporcionar aire para inflar neumáticos y juguetes inflables, hacer funcionar  a herramientas de pintura, operaciones de limpieza, etc.

Fig: Compresores neumáticos

El compresor neumático típico utiliza un medidor sensible a la presión para desactivar el motor del compresor cuando se ha alcanzado la presión de aire deseada en el interior del tanque de presión. Esta opción evita la explosión accidental debido a una sobre-presurización cuando opera correctamente.

El compresor neumático está disponible desde tamaños muy pequeños hasta tamaños muy grandes, cada tamaño operando bajo el mismo principio. Los compresores de aire funcionan en dos fases: la operación de compresión y la operación de escape o descompresión. Hay varios métodos de compresión de aire, incluyendo los pistones, tornillos rotativos y compresión centrífuga. La descompresión, o entrega de aire, también varía, y se mide en pies cúbicos por minuto. Generalmente, cuando un compresor disponga de más caballos de fuerza, más potente será el  suministro de aire.

Un compresor neumático funciona haciendo que un motor impulse a un compresor, mientras que canaliza de todo el aire comprimido hacia un tanque de almacenamiento. El tipo de motor puede variar enormemente, desde una pequeña versión eléctrica hasta un enorme motor diesel. Los compresores pequeños, de una sola etapa son comunes en los compresores de uso doméstico, mientras que compresores mas grandes, como los compresores de tornillo se utilizan en las unidades compresoras neumáticas de tamaño industrial. Estos compresores más grandes se utilizan a menudo en las plantas donde se requiere una gran producción de volumen de aire comprimido.

Para el mecánico casero o aficionado que también requiera un mayor flujo de aire, se utiliza normalmente un compresor de doble etapa. El compresor de doble etapa, comúnmente un compresor de movimiento alternativo o de estilo bomba,  utiliza dos cilindros para crear un aumento de la presión, así como un flujo constante de aire en la unidad del compresor. El primer cilindro de la doble etapa se considera la primera etapa. La primera etapa empuja el aire comprimido hacia el segundo cilindro o segunda etapa en la que se comprime aún más antes de ser enviado al tanque de depósito. Esta mayor presión proporciona al compresor de dos etapas la capacidad para permitir el funcionamiento de herramientas de aire por un mayor tiempo y a una presión mayor que un compresor de una sola etapa de tamaño comparable.

Un compresor neumático moderno utiliza un interruptor sensible a la presión para controlar la entrada de aire comprimido en el tanque de presión. Si se comprimiera aire sin control, el compresor potencialmente podría bombear aire comprimido al tanque de presión hasta que produzca una explosión en las costuras. Este es un escenario potencialmente mortal que se mantiene bajo control mediante la desconexión del motor del compresor y la bomba en un valor de presión predeterminada. Una vez que la presión cae por debajo de otro valor predeterminado, el compresor se enciende de nuevo y se reanuda el bombeo de aire al tanque de presión.

Métodos de compresión de aire.

Los compresores de desplazamiento positivo son el tipo más común de  compresores de aire disponibles para los aficionados, aplicaciones a pequeña escala y aplicaciones a escala industrial, aunque otros tipos, incluyendo compresores  impulsores giratorios,  todavía se utilizan comúnmente.  Un compresor de desplazamiento positivo depende esencialmente de la parte del dispositivo que realiza la toma de aire, minimizando luego la cantidad de espacio en la cámara para presurizar las moléculas de aire. Cuando se libera el aire, una válvula se abre y el aire comprimido se descarga rápidamente.

Los compresores alternativos de pistón son bastante comunes. Estos compresores utilizan el movimiento de un pistón para introducir aire en una cámara a través de una válvula de admisión. Un pistón tipo automóvil es un claro ejemplo. Un pistón tipo automóvil consta de un cigüeñal conectado a una biela, que está coronada por un cilindro dentro de otro cilindro. La base del cigüeñal gira en un círculo pequeño. La biela motriz permanece en una posición fija en relación al cigüeñal, pero funciona de una manera articulada con el cilindro, permitiendo que el cilindro permanezca orientado vertical u horizontalmente en todo momento. Cuando el cigüeñal está en su punto más bajo de revolución, la varilla del cilindro también cae. Cuando el cigüeñal gira aún más, la varilla se eleva, empujando el cilindro hacia arriba. Este movimiento constante perpetúa una trayectoria hacia arriba y hacia abajo para el cilindro, y permite la entrada y la liberación de aire.

Otros compresores de desplazamiento positivo utilizan un método diferente de compresión de sus cámaras de aire. Los compresores rotativos de tornillo crean una cámara de aire entre tornillos helicoidales y su carcasa de alojamiento. Cuando los tornillos giran, el volumen de la cámara de aire se reduce, comprimiendo el aire entre los tornillos. Los compresores de paletas consisten en un rotor ranurado dentro de un estator, con un área fija de alojamiento para el rotor. Debido a la orientación de la pala en el rotor, la revolución del rotor empuja el aire dentro de una cámara y funciona  comprimiendo el volumen con cada rotación de la paleta.

La mayoría de los compresores de desplazamiento positivo utilizan aceite como lubricante para el movimiento del compresor, así como un sello sólido para el aire comprimido. Todos estos dispositivos deben tener en cuenta este arrastre de aceite quitándolo antes de la liberación del aire. Si el aceite no se separa del aire comprimido, la contaminación puede producirse en forma de "arrastre de aceite".

Un ejemplo de compresor de desplazamiento no positivo es un compresor centrífugo, que utiliza la compresión dinámica en funcionamiento. Un compresor centrífugo hace girar un impulsor, un tipo de rotor, para acelerar el aire en su interior, y luego un difusor para desacelerar el aire. Esta desaceleración hace que la presión en el aire se eleve. Este aire se calienta durante el proceso y debe ser enfriado por un refrigerador intermedio.

Aplicaciones del  compresor de aire

Los compresores de aire se utilizan en una variedad de aplicaciones comerciales e industriales. Típicamente, los compresores de aire comerciales están diseñados para trabajar con diversos accesorios de herramienta con el fin de proporcionar potencia neumática. Una variedad de herramientas eléctricas utilizan el compresor de aire, incluyendo pistolas sopladoras, pistolas de clavos, grapadoras de aire, lijadoras de aire, pistolas de pulverización y de chorro de arena. Estas herramientas suelen tener conectores estándar industriales para que puedan ser conectados a una variedad de marcas de compresores de aire. Los compresores de aire también se pueden utilizar para inflar neumáticos y otros artículos con aire.

El corazón de cualquier sistema neumático es el compresor de aire. Sin aire en la cantidad adecuada y con la presión correcta, todos los controles se perderían. Un compresor que es demasiado pequeño no va a durar mucho tiempo y puede incluso resultar en un rendimiento pobre y errático del sistema. Un compresor que es demasiado grande, es un desperdicio de dinero. Por lo tanto, la selección adecuada del compresor de aire es muy importante.

A través de la experiencia, se han desarrollado ciertos criterios para la selección de un compresor de aire adecuado para un sistema neumático.

Un compresor de aire debe ser seleccionado para funcionar 1/3 hasta 1/2 del tiempo, basado en el consumo promedio del aire de un sistema. El consumo medio de aire se expresa en pies cúbicos estándar por minuto – ó SCFM (standard cubic feet per minute). Los compresores están valorados en SCFM a una presión dada del tanque, por lo general 80 psig. Dimensionar un compresor es adaptar la capacidad del compresor a los requerimientos de un sistema. Se debe tomar en consideración el consumo de cada dispositivo que usa aire en un sistema. Relés, termostatos, interruptores, transmisores neumáticos, y todos los dispositivos que utilicen el aire deben ser considerados, y el compresor debe calcularse de modo que cuando funcione en 1/3 a 1/2 del tiempo activo del sistema entregue, el aire suficiente para satisfacer la demanda de aire media de un sistema.

Métodos de Dimensionamiento

Uno de los métodos de dimensionamiento es el método de "Unidades de aire equivalente". La unidad de aire equivalente básica es un controlador de tipo relé. El aire utilizado por un controlador de tipo relé es 0.008 SCFM. Usando esto como base, todos los demás tipos de controladores se clasifican en unidades de aire consumido. Las clasificaciones pueden ser mostradas o expresadas en SCFM o SCIM. "SCIM" es pulgadas cúbicas estándar por minuto. Hay 1,728 pulgadas cúbicas en un pie cúbico. Para llegar a SCFM cuando se conoce SCIM, dividir el SCIM por 1728. Como un ejemplo, el relé inversor R516 aparece en un catálogo Robertshaw como usando 29 SCIM. Tomando 29 y dividiendo por 1728, se obtendrá 0.016. El R516 utiliza 0.016 SCFM.

Usando el método de unidades de aire equivalentes de dimensionamiento, el R516 sería igual a dos unidades (0.016 dividido por 0.008 es igual a 2). Un dispositivo que usara  0,024 SCFM sería igual a tres unidades y así sucesivamente.

Un ejemplo simplificado de cálculo de las unidades de consumo de aire se muestra en la Tabla 1.

Tipo de controlador Unidades de Aire consumido en 0.008 X

Cantidad de controladores =

Total de unidades de aire

Controlador tipo relé 1 53 53
De bulbo remoto no relé 2 27 54
Transductor 5 6 30

Total de unidades de aire

137 x .008 = 1.096 SCFM

137

Tabla 1

Por supuesto, uno siempre puede añadir todo el consumo de aire real de los dispositivos en un sistema, pero el método de aire equivalente es más rápido, menos propenso a errores de adición, y será lo suficientemente preciso en el uso de aire calculado para dar lugar a la selección del compresor adecuado.

El siguiente paso es seleccionar el porcentaje de tiempo de funcionamiento del compresor para suministrar el aire necesario al sistema.

El uso de 50% de tiempo de funcionamiento se traducirá en una salida de compresor más pequeña y un compresor menos costoso que un tamaño basado en un 33% de tiempo de ejecución. Pero, mientras que una unidad más pequeña puede ser menos cara al principio, va a costar más en el largo plazo. Un compresor de tamaño calculado para un 33% el tiempo de funcionamiento debe durar el doble de tiempo que con un tamaño para el 50% del tiempo .

Usando nuestro ejemplo de la tabla 1 un sistema que requiera 1,096 SCFM:

Para un 50% de tiempo de funcionamiento, se utiliza un multiplicador de 2. Para un 33% el tiempo de funcionamiento, se utiliza un multiplicador de 3.

Los requerimientos de aire comprimido resultantes serán entonces:

  A 50%:  1.096 x 2 = 2.192 SCFM          A 33%:  1.096 x 3 = 3.288 SCFM

Un factor de compensación de altitud necesita ser aplicado, si es necesario. Si el compresor se utilizara a un nivel de 2.000 pies  sobre el nivel del mar, el compresor perderá aproximadamente el 5% de su capacidad. A 4000 pies, el compresor perdería 12% de su capacidad, un 20% a 6.000 pies, un 25% a 8.000 pies, y un 30% a 10.000 pies. Si nuestro compresor de ejemplo fuera a ser instalado en un edificio de 4.000 pies sobre el nivel del mar, el factor de compensación de altitud resultaría en un requisito de salida del compresor de 2,46 SCFM a 50% del tiempo de funcionamiento  (2.192 x 1,12 = 2,46).

Otra parte del sistema de suministro de aire es el tanque de almacenamiento. La capacidad del tanque de almacenamiento, expresado en galones ( o metros cúbicos), debería ser lo suficientemente grande como para estabilizar los picos de carga intermitentes.

Tres cosas necesarias para dimensionar  un tanque de almacenamiento del compresor:

  • Requisitos del sistema de aire en SCFM
  • Diferencial deseado (normalmente 20 psig. Es el corte en un punto restado del punto de corte del interruptor de presión)
  • El número de arranques por hora

La fórmula para el dimensionado del tanque del compresor es :

El tiempo apagado en minutos se determina como :

El número de arranques por hora generalmente se selecciona como seis o diez. Seis resulta en un mayor tiempo de apagado. Un tiempo más largo de apagado implica un tanque más grande, que será más caro que un tanque más pequeño. Si el costo inicial es el criterio más importante para la selección, entonces se deben utilizar 50% como tiempo de funcionamiento y diez arranques por hora. Si el criterio para la selección es una larga vida, menos mantenimiento, y por lo tanto un menor costo durante la vida útil del sistema, entonces un tiempo de funcionamiento de  33%  y seis o diez arranques por hora debe ser utilizado.

Utilizando nuestro sistema de ejemplo que requiere 1.096 SCFM, podemos completar los dos posibles selecciones (compensación de altitud no incluida).

Datos :

50% de tiempo de funcionamiento, 10 arranques por hora, 2.192 SCFM, diferencial de 20 psig;

Tiempo de apagado = 60/10 x (100% - 50%) = 60 x 0.5 = 3 minutos

Volumen del tanque en galones = 110 x 2.192 x 3 /20 = 723.36/20 = 36.2 galones

Datos:

33% de tiempo de funcionamiento, 6 arranques por hora, 3.28 SCFM, diferencial de 20 psig;

Tiempo de apagado = 60/6 X (100% - 33%) = 10 x 0.67 = 6.7 minutos

Volumen del tanque en galones = 110 x 3.28 x 6.7 /20 = 2417.36/20 = 120.87 galones

La selección de las unidades puede ahora  hacerse usando la información del catálogo del fabricante. Las capacidades de tanque estándar más cercanos a nuestros cálculos serían seleccionadas. Las capacidades de tanque estándar son de 30, 60, 80, 120, 200, 240 galones, etc. En nuestros ejemplos, los tanques de  30 galones y de 120 galones serían seleccionados. La elección de un tanque más cercano a la capacidad calculada es una práctica aceptable. El compresor debe ser igual o mayor que la necesidad calculada - nunca menos!

Los dos componentes principales de nuestro sistema de suministro de aire han sido determinados, pero la selección real del  compresor está lejos de ser completada. Ahora necesitamos saber la configuración del tanque y del compresor, así como los accesorios.

Las unidades básicas con montaje sobre tanque incluyen un interruptor de presión (dos interruptores en unidades dúplex), válvula de seguridad, un manómetro, purga manual de tanque, y una válvula de cierre manual en la descarga del tanque.

Figura 1: Compresor de aire "dúplex" con montaje sobre tanque

Las unidades básicas montadas sobre base tendrán un interruptor de presión (dos interruptores en unidades dúplex) y válvulas de retención. Las unidades montadas sobre base no vienen con un tanque de almacenamiento.

Figura 2: Compresor con montaje sobre base

 

Uno tiene que determinar lo siguiente para completar la selección de la unidad básica del compresor de aire:

¿Montados sobre base o sobre tanque ?

Tensión del motor y la fase. Las unidades monofásicas están disponibles hasta tres caballos de fuerza. Las unidades trifásicas están disponibles en todos los tamaños.

Simplex o Dúplex? "Simplex" simplemente significa que hay un motor y compresor. Las unidades "Dúplex" tienen dos motores y dos compresores.

Una vez que la unidad básica se ha determinado, probablemente se necesitarán otros accesorios.

Mientras que los accesorios son opcionales, muchos de ellos son necesarios para completar una nueva instalación de una unidad compresora de aire. Para unidades simplex montadas sobre tanques, los paneles de arranque de motor tienen un arrancador de motor en un gabinete NEMA 1, todo montado y conectado en fábrica. Los paneles de arranque del motor para unidades dúplex para unidades montadas sobre tanque o base cuentan con dos arrancadores, un alternador con un interruptor de tres posiciones para seleccionar compresores individuales o funcionamiento automático, y un transformador de control 120 VCA. Todos estos componentes son montados y conectados en un gabinete NEMA 1 de fábrica. Una unidad dúplex sin este panel significaría malgastar el dinero invertido en una unidad dúplex. En el modo "Auto",  los compresores se alternan como el compresor principal y acumulan igual tiempo de funcionamiento. Esta alternancia de compresores extiende dramáticamente su vida de servicio. En caso de fallar un compresor, el compresor operable se puede seleccionar para alimentar con aire a presión al sistema, hasta que el compresor fallado sea reparado o reemplazado. El único objetivo de una unidad dúplex es tener aire disponible en todo momento, para que nunca haya un fallo del sistema debido a la falta de aire. Un panel de control duplex asegura esto, automáticamente!

La unidad básica de montada sobre tanque viene con un drenaje manual del tanque, pero la mayoría de las unidades se dejan sin mantenimiento una vez que están instaladas. Lo mejor es tener como opción incluida una válvula electrónica automática de drenaje. El vaciado del depósito automático incluye un bypass manual.

Los interruptores de presión o presostatos en todas las unidades simplex normalmente son ajustados en 70 psig para activación (“on”) y 90 psig para desactivación (“off”) en fábrica. En las unidades dúplex, un interruptor se ajusta en 70 y 90 psig, el compresor principal, y un interruptor está ajustado en 60 - 80 psig, para el compresor secundario. El sistema neumático de control de aire es generalmente de 20 psig, así que se necesita una estación reductora de presión o regulador de presión. Una estación de tanque hermético de liberación de presión (APRV - airtight pressure release vessel ) incluye un filtro de coalescencia, regulador de presión, y dos manómetros.

El aire del sistema neumático debe estar limpio y seco! Para las unidades montadas sobre tanque con capacidad de hasta 35 SCFM, un secador de aire canalizado colocado en fábrica  es una opción conveniente. Cuando el secador de aire está incluido en el paquete de fábrica, el fabricante dimensionará el secador para un ciclo de funcionamiento de 33%.

Ningún secador de aire de fábrica está disponible para unidades montadas en base o para las unidades montadas sobre tanque de más de 35 SCFM. En esos casos, el secador se presenta como un accesorio separado.

Otros accesorios para compresores son las almohadillas de amortiguamiento y los resortes de aislamiento para instalar  compresores, estos reducen la transmisión de la vibración y el ruido a la estructura circundante.

 

 

 

 

 

 

 
Volver arriba