administracion de empresa operaciones...

Instructor: Ing. Luis Gomez Quispe

SEMESTREIII - 2017

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ADMINISTRACION DE EMPRESA OPERACIONES INDUSTRIALES

SEMANA 9 : AIRE COMPRIMIDO Inst. Ing. Luis Gomez Quispe

VISIÓN GENERAL DE LA SESIÓN

Copyright of Shell Lubricants 2

¿Cómo se denomina esta

máquina?

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Definición:

Un compresor es una máquina queeleva la presión de un gas, un vapor,o una mezcla de gases y vapores.

Son maquinas de flujo continuo endonde se transforma la energíacinética (velocidad) en Trabajo(presión).

¿QUÉ ES UN COMPRESOR?

Es una máquina que absorbe gas, lo comprime, y lo expulsa a una mayor presión

ABSORBE COMPRIME

EL GAS 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


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.

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.

¿EL COMPRESOR DE BICICLETA???


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.

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).

Copyright of Shell Lubricants

Energía en

P V

5

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.

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).


Frío Caliente

P T

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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.


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.


TIPOS DE COMPRESORES

TIPOS DE COMPRESORES

Dinámico

Desplazamiento

Positivo

Reciprocante

Centrífugo

Rotativo

Único rotor

Axial

Doble rotor

de Tornillo

PISTON de Cruceta de Laberinto de Diafragma de Paletas de Anillo de Único

Líquido Tornillo de Rotor

de Lóbulos


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


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 20.000 m3/min)


RANGO DE OPERACIÓN DE LOS COMPRESORES

10000

RECIPROCANTE

1000

100

ROTATIVO

10

1

0.1 1 10 102

CENTRÍFUGO

AXIAL

DE BAJA PRESIÓN

103 104 105 106

CAPACIDAD (litro/segundo)

Alta P/Bajo V/ Flujo Intermitente Baja P/ Alto V/ Flujo Continuo


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

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

Logrando mayor eficiencia / menor

temperatura de salida en comparación

con el compresor de un único paso


1er paso

Enfriador

de aire

2do paso

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COMPRESORAS RECIPROCANTES

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

- TIPO 30 -

LUBRICADAS

• 2 Etapas

• Potencia del Motor: 5-7.5-10-15-20-25-30 H. P.

• Rango de Capacidades: 14 a 100 CFM

• Rango de presiones: 60 a 175 PSIG, 250 PSIG

- TIPO 30 -

OILLESS

• Reciprocantes 100% Libres de Aceite

• Uso en aplicaciones continuas de 24 horas

• Completamente paquetizadas

• Potencia del Motor: 5-10-15-25 H. P.


• Rango de presiones: 50 a 125 PSIG

- TIPO 30 -

ALTA PRESION

• Reciprocantes Lubricadas de Alta Presión

• 2, 3 y 4 Etapas

• Potencia del Motor: 2-5-10-15-20 H. P.


• Rango de presiones: 75 a 5,000 PSIG

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


ANIMACIÓN DE UN COMPRESOR RECIPROCANTE

Compresor de oposición horizontal

CILINDRO DEL

COMPRESORESPACIADORES

PRENSAESTOPAS Y ESPÁRRAGO

ESCOBILLA ACEITE DISTANCIADOR

VARILLA DEL PISTÓN

CRUCETA TUERCA DE

INMOVILIZACIÓN

PRENSAESTOPAS DISTANCIADORDISTANCIADORPRENSAESTOPAS PARTICIÓN INTERNO EXTERNO DE PRESIÓN

TAPA

VÁLVULA

DE ANILLO


HUELGO CÁMARA

DESCARGA

TAPA

VÁLVULA

DE PISTÓN

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COMPRESORES DE TORNILLO ROTATIVO

•Son aquellas compresoras que comprimen el aire entre dos lóbulos helicoidales, los cuales al girar comprimen y desplazan el gas.

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

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

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


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

Secador refrigerante

Motor


VENTILADOR

Filtros de Aceite

Válvula ingreso de aire

Elemento del compresor de tornillo y conjunto de impulsión

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Enfriador

Receptor de aire y separador de aceite

(aglutinador)

Filtro de entrada de aire


Pantalla electrónica

Separador aceite/ agua integrado

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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!


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

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ÁREAS DE PROBLEMA EN LOS COMPRESORES DE

AIRE ROTATIVOS - OXIDACIÓN

Tornillo de Atlas Copco

lubricado con

Aceite Mineral (1.500 hrs)

Compresor de Tornillo Joy

lubricado con

Fluido Sintético (7.000 hrs)

Tornillo Sullair

lubricado con

Aceite Sintético Shell


Compresor de Único Tornillo Mitsui Seiki (9.000 hrs)

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CONTAMINACIÓN POR AGUA

Fuentes

Condensación

Llenado con descuido

Aire de entrada de poca calidad

Aire a temperatura muy baja

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

ES IMPOSIBLE ELIMINAR EL 100% DE LA NIEBLA DEL ACEITE

Concentración de la niebla de aceite en cada sistema de filtrado

Compresor

Receptor Secador de aire de aire


Filtro de Aire

Filtro

Micro Niebla

Filtro

de Carbón

Concentración de Niebla de Aceite

en el Aire Comprimido

a

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ÁREAS DE PROBLEMA EN COMPRESORES DE

AIRE RECIPROCANTES

Formación de Depósitos - Riesgo de Explosión

Depósitos Aire Comprimido que Contiene Neblina

de Aceite


Carbonáceos

Contiene Óxido de Hierro Se acumula carbón en la Línea de Descarga

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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

FnS

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.

EQUIVALENCIAS DE UNIDADES DE PRESION

Unid. psi Ib/pie2 Kp/cm2 mm Hg Kpa bar

psi 1 144 9,0703 51,713 6,895 0,069

Ib/pie2 0,00694 1 ------ 0,3591 0,048 ------

Kp/cm2 14,223 2048,16 1 735,56 98 0,98

mm Hg 0,0193 2,785 ------ 1 0,133 0,0013

Kpa 0,145 20,88 0,01019 7,5188 1 0,01

bar 14,5 2088 1,0197 751,88 100 1


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.

EQUIVALENCIA ENTRE UNIDADES

DE VOLUMEN

Unid. cm3 l m3 gal pie3

cm3 1 0,001 ------ ------ ------

l 61,026 1 0.001 0,2641 0,036

m3 106 103 1 264,2 36,31

gal 3786,4 3,786 ------ 1 0,1337

pie3 28,317 28,32 0.0283 7,481 1

CONCEPTOS BASICOS DE AIRE COMPRIMIDO

CAUDAL

Caudal es volumen en movimiento, es decir, volumen por

unidad de tiempo

Unid. l/s m3/min cfm gal/min

l/s 1 0,060 2,1192 15,85

m3 /min 16,66 1 35,3198 264,17

cfm 0,4719 0,0283 1 7,481

gal/min 0,06309 0,0038 0,1337 1

EQUIVALENCIAS ENTRE UNIDADES DE CAUDAL

PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE COMPRESORES DE AIRE

CONVERSION DE VOLUMEN

1.Convertir 300 galones a litros2.Convertir 10 m3 a galones3.Convertir 350000 cm3 a litros y m34.Convertir 4500 pie3 a m3 y litros

CONVERSION DE PRESION

1.Convertir 2550 PSI a BAR2.Convertir 260 BAR a mmHg.3.Convertir 755 kg/cm2 a N/cm24.Convertir 4500 psi a Kpa

CONVERSION DE CAUDAL

1.Convertir 3480 CFM A lts/seg2.Convertir 260 galones/min a CFM3.Convertir 20 m3/min a lts/seg4.Convertir 4500 lts/seg a galones/min

Calculo del diámetro

interior

de las tuberías

De aire comprimido

2.009

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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 ]


PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE COMPRESORES DE AIRE

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


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