Redes de Aire Comprimido

2. DISEÑO DE UNA RED DE
   AIRE
3. OPERACIÓN Y
   MANTENIMIENTO DE ACCESORIOS
4. PREPARACIÓN Y
   TRATAMIENTO DEL AIRE
5. ERRORES Y
   RECOMENDACIONES
6. BIBLIOGRAFÍA

LISTA DE FIGURAS

1. Figura 1. Componentes de
   una red de aire comprimido
2. Figura 2. Cuestionarios de
   ayuda para el diseño de una red de aire
   comprimido
3. Figura 3 Posibles
   configuraciones de las redes de aire
4. Figura 4.
   Configuración abierta y su
   inclinación
5. Figura 5. Dirección
   del flujo en una red cerrada para una demanda
   característica
6. Figura 6.
   Configuración Cerrada y su ausencia de
   inclinación
7. Figura 7.
   Inclinación en una red de aire
8. Figura 8 Ejemplo de una red
   y sus accesorios
9. Figura 9 Postenfriadores
   Aire-Aire
10. Figura 10 Postenfriador
    Aire-Agua
11. Figura 11. Válvulas
    de Drenaje Automático
12. Figura 12
    Filtros
13. Figura 13 Secadores
    Refrigerados
14. Figura 14. Unidad de
    Matenimiento
15. Figura 15
    Características del punto de
    rocío
16. Figura 16 Secado por
    absorción
17. Figura 17 Secado por
    adsorción Figura 18 secadores
    Ingersoll-Rand
18. Figura 19 Secado por
    enfriamiento Figura 20 secadora
    Ingersoll-Rand
19. Figura 21 elementos del
    cuarto de maquinas en una red de aire
    comprimido

LISTA DE TABLAS

1. Tabla 1. Consumos de
   diferentes dispositivos neumáticos
2. Tabla 2. Pérdida de
   presión de algunos dispositivos
3. Tabla 3 diagnostico de las
   líneas de distribución de aire

INTRODUCCIÓN

El aire comprimido es una de las formas de
energía más antiguas que conoce el hombre y
aprovecha para reforzar sus recursos
físicos.

El descubrimiento consciente del aire como medio que nos
rodea se remonta a muchos siglos, lo mismo que un trabajo
más o menos consciente con dicho medio.

Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más
antiguos conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el
siglo pasado cuando empezaron a investigarse
sistemáticamente su comportamiento
y sus reglas. Sólo desde aprox. 1950 se puede hablar de
una verdadera aplicación industrial de la neumática
en los procesos de
fabricación.

A pesar de que esta técnica fue rechazada en un
inicio, debido en la mayoría de los casos a falta de
conocimiento y
de formación, fueron ampliándose los diversos
sectores de aplicación.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna
explotación industrial sin el aire comprimido. Este es el
motivo de que en los ramos industriales más variados se
utilicen aparatos neumáticos cuya alimentación continua
y adecuada de aire garantizará el exitoso y eficiente
desempeño de los procesos involucrados en
la producción.

El diseño
y mantenimiento
adecuado de redes de aire comprimido y
sus respectivos accesorios, juega un papel decisivo en los
procesos productivos involucrados cuya energía utilizada
es el aire.

DISEÑO DE UNA RED DE
AIRE

1. 0. DISPOSITIVOS
2. DESCRIPCIÓN DE UNA
   RED

En general una red de aire comprimido de
cualquier industria
cuenta con los siguientes 7 dispositivos mostrados en la
Figura 1.

1. Filtro del compresor: Este dispositivo es utilizado
   para eliminar las impurezas del aire antes de la
   compresión con el fin de proteger al compresor y evitar
   el ingreso de contaminantes al sistema.
2. Compresor: Es el encargado de convertir la
   energía mecánica, en energía
   neumática comprimiendo el aire. La conexión del
   compresor a la red debe ser flexible para evitar la
   transmisión de vibraciones debidas al funcionamiento del
   mismo.
3. Postenfriador: Es el encargado de eliminar gran parte
   del agua que se
   encuentra naturalmente dentro del aire en forma de
   humedad.
4. Tanque de almacenamiento: Almacena energía
   neumática y permite el asentamiento de partículas
   y humedad.
5. Filtros de línea: Se encargan de purificar el
   aire hasta una calidad
   adecuada para el promedio de aplicaciones conectadas a la
   red.
6. Secadores: Se utilizan para aplicaciones que
   requieren un aire supremamente seco.
7. Aplicaciones con sus purgas, unidades de
   mantenimiento (Filtro, reguladores de presión
   y lubricador) y secadores adicionales.

Figura 1. Componentes de una red de aire
comprimido

Los elementos 1, 2, 3, 4 y 5 se ubican en la
tubería principal. Su presencia es obligatoria en todas
las redes de aire comprimido. El 6 puede ubicarse en las
tuberías secundarias y el 7 se instala en la
tubería de servicio que
alimenta las diferentes aplicaciones.

1. Es la línea que sale del conjunto de
   compresores y conduce todo el aire que
   consume la planta. Debe tener la mayor sección
   posible para evitar pérdidas de presión y
   prever futuras ampliaciones de la red con su consecuente
   aumento de caudal. La velocidad máxima del aire en la
   tubería principal es de .

2. TUBERÍA
   PRINCIPAL

   Se derivan de la tubería principal para
   conectarse con las tuberías de servicio. El caudal
   que por allí circula es el asociado a los elementos
   alimentados exclusivamente por esta tubería.
   También en su diseño se debe prever posibles
   ampliaciones en el futuro. La velocidad del aire en ellas
   no debe superar .

3. TUBERÍAS
   SECUNDARIAS
4. TUBERÍAS DE
   SERVICIO

Son las que surten en sí los equipos
neumáticos. En sus extremos tienen conectores
rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de
mantenimiento. Debe procurarse no sobre pasar de tres el
número de equipos alimentados por una tubería de
servicio. Con el fin de evitar obstrucciones se recomiendan
diámetros mayores de ½" en la tubería.
Puesto que generalmente son segmentos cortos las pérdidas
son bajas y por tanto la velocidad del aire en las
tuberías de servicio puede llegar hasta .

1. En la mayoría de las instalaciones el "Aire
   Comprimido" se considera como una Fuente de Energía
   comparable a la electricidad, el gas y
   el agua.
   En general es utilizado para el manejo de equipos de planta
   y para instrumentación. En ambos casos la
   presión de la red es entre 6 y 7.

   0. El uso del aire comprimido en equipos de
      planta hace referencia a dispositivos robustos como
      taladros, pulidores, motortools, elevadores, motores y otros. En este caso el aire
      debe tener una calidad aceptable de humedad e
      impurezas. El consumo de aire de estos dispositivos de
      muestra en la Tabla
      1.

      Dispositivo	Consumo ()
      Elevadores neumáticos 0.5-5.0 Ton	70-200
      Taladros	12-80
      Grinders	20-85
      Wrenches	30-50
      Pistolas	20
      Sand Blasting	70-115

      Tabla 1.
      Consumos de diferentes dispositivos
      neumáticos

       

   1. EQUIPOS DE
      PLANTA
   2. INSTRUMENTACIÓN

   Algunas empresas
   fuera de usar el aire comprimido en dispositivos robustos
   también lo usan para actuadores de precisión
   y pequeños motores neumáticos. Estos equipos
   tienen una función de control
   de procesos mas que de potencia
   como en un taladro. Debido a la precisión de sus
   componentes, el aire comprimido usado en ellos ha de tener
   una calidad superior a la usada en un equipo robusto. Por
   ejemplo, el aire ha de tener un contenido de humedad tan
   bajo que su punto de rocío sea siempre superior a la
   menor temperatura en cualquier lugar de la red con
   el fin de evitar la presencia de condensados.
   Además, las impurezas del aire deberán ser
   menores que 0.1g/Nm3 y hasta un tamaño de
   3.

    

2. USOS DEL AIRE
   COMPRIMIDO
   0. PARÁMETROS
3. LA RED DE AIRE
   COMPRIMIDO

Al iniciar el proceso de
diseño de una instalación de aire comprimido se
deben investigar todas las aplicaciones que se usarán y su
ubicación en la planta. Con la ayuda de un cuestionario
como el de la Figura 2

Figura 2. Cuestionarios de ayuda para el
diseño de una red de aire comprimido

• Presión: Se debe estimar la presión a
  la cual se desea trabajar para establecer el funcionamiento del
  compresor y de la red. Generalmente una red industrial de aire
  comprimido tiene presiones de 6 y 7 .
• Caudal: El caudal de la red deberá ser
  diseñado con base en la demanda. Los
  dispositivos neumáticos traen en sus catálogos
  métodos
  para estimar su consumo y obtener valores como
  los mostrados en la Tabla
  1.
• Pérdida de presión: Los componentes de
  una red de aire comprimido como codos, t´s, cambios de
  sección, unidades de mantenimiento, y otras se oponen al
  flujo generando pérdidas de presión. Garantizar
  que las pérdidas estén en los límites
  permisibles es una labor esencial del diseño. Algunos
  valores son mostrados en la Tabla
  2.

Tabla 2. Pérdida de presión de
algunos dispositivos

• Velocidad de circulación: Esta velocidad debe
  controlarse puesto que su aumento produce mayores
  pérdidas de presión.

1. Todo movimiento de un fluido por una
   tubería produce una pérdida de presión
   debido a su rugosidad y diámetro asociado. La
   selección de los diámetros de
   las tuberías de una red de aire se determina
   según los principios
   de la mecánica de fluidos y para ello se
   utilizan ecuaciones y diagramas. Esta información no se expone en este
   trabajo pero puede ser consultada por el lector en
   cualquier libro de
   diseño de redes.

   El material mas usado en las tuberías de
   aire es el acero.
   Debe evitarse utilizar tuberías soldadas puesto que
   aumentan la posibilidad de fugas, mas bien se recomiendan
   las tuberías estiradas. Actualmente en el mercado
   se encuentra un nuevo tipo de tuberías en acero
   anodizado que, aunque mas costosas, tienen una mayor
   duración que las de acero.

   La identificación es una parte importante
   del mantenimiento. Según la norma UNE 1063 las
   tuberías que conducen aire comprimido deben ser
   pintadas de azul moderado UNE 48 103.

   En general la tubería de una red no
   necesita mantenimiento fuera de la corrección de
   fugas que se producen mas en las conexiones que en la
   tubería en sí. En caso que la tubería
   presenta obstrucción por material particulado debe
   limpiarse o reemplazarse aunque esto no es común en
   las empresas.

2. TUBERÍA
3. CONFIGURACIÓN

Existen varias posibles configuraciones de una red de
aire comprimido tal como se muestra en la Figura
3. En una red de aire el factor mas esencial de
todos es la distribución de agua en la red puesto que
los datos de
pérdidas, velocidad, presión y otros pueden ser
calculados matemáticamente sin mayor dificultad. En
cambio las
zonas de acumulación de agua en una red han de ser
detectadas por la pericia del ingeniero.

Figura 3 Posibles
configuraciones de las redes de aire

• Red abierta: Se constituye por una sola línea
  principal de la cual se desprenden las secundarias y las de
  servicio tal como se muestra en la Figura 3
  (sup.). La poca inversión inicial necesaria de esta
  configuración constituye su principal ventaja.
  Además, en la red pueden implementarse inclinaciones
  para la evacuación de condensados tal como se muestra en
  la Figura 4. La principal desventaja
  de este tipo de redes es su mantenimiento. Ante una
  reparación es posible que se detenga el suministro de
  aire "aguas abajo" del punto de corte lo que implica una
  detención de la producción.

Figura 4. Configuración abierta y su
inclinación

• Red Cerrada: En esta configuración la
  línea principal constituye un anillo tal como se muestra
  en la Figura 3 (medio). La
  inversión inicial de este tipo de red es mayor que si
  fuera abierta. Sin embargo con ella se facilitan las labores de
  mantenimiento de manera importante puesto que ciertas partes de
  ella pueden ser aisladas sin afectar la producción. Una
  desventaja importante de este sistema es la falta de dirección constante del flujo. La
  dirección del flujo en algún punto de la red
  dependerá de las demandas puntuales y por tanto el flujo
  de aire cambiará de dirección dependiendo del
  consumo tal como se muestra en la Figura
  5. El problema de estos cambios radica en que la
  mayoría de accesorios de una red (p. ej. Filtros) son
  diseñados con una entrada y una salida. Por tanto un
  cambio en el sentido de flujo los
  inutilizaría.

Figura 5. Dirección del flujo en una
red cerrada para una demanda característica

Cabe anotar que otro defecto de la red cerrada es la
dificultad de eliminar los condensados debido a la ausencia de
inclinaciones tal como se muestra en la. Esto hace necesario
implementar un sistema de secado mas estricto en el sistema. Al
contrario de lo pensado, Carnicer expone que en dichos
sistemas las
caídas de presión no disminuyen. Por tanto la
principal razón para implementar redes cerradas es por su
buen mantenimiento.

Figura 6.
Configuración Cerrada y su ausencia de
inclinación

• Red interconectada: Esta configuración es
  igual a la cerrada pero con la implementación de
  bypass entre las líneas principales tal como se
  muestra en la Figura 3 (inf.). Este
  sistema presenta un excelente desempeño frente al
  mantenimiento pero requiere la inversión inicial mas
  alta. Además, la red interconectada presenta los mismos
  problemas
  que la cerrada.

1. INCLINACIÓN

En las redes abiertas se debe permitir una leve
inclinación de la red en el sentido de flujo del aire.
Esto con el fin facilitar la extracción de los
condensados. Dicha inclinación puede ser de un 2% como se
ilustra en la Figura 7. Al final debe instalarse una
válvula de purga.

Para ver este
gráfico obtener la version completa desde el menú
superior

Figura 7. Inclinación en una red de
aire

1. DISEÑO DE LA
   RED

La primera labor de diseño de una red de aire
comprimido es levanta u obtener un plano de la planta donde
claramente se ubiquen los puntos de demanda de aire anotando su
consumo y presión requeridas. También identificar
el lugar de emplazamiento de la batería de compresores. Es
importante realizar una buena labor puesto que una vez
establecida la distribución esta influirá en las
futuras ampliaciones y mantenimiento de la red.

Para el diseño de la red se recomiendan las
siguientes observaciones:

1. Diseñar la red con base en la arquitectura
   del edificio y de los requerimientos de aire.
2. Procurar que la tubería sea lo mas recta
   posible con el fin de disminuir la longitud de tubería,
   número de codos, t´s, y cambios de sección
   que aumentan la pérdida de presión en el
   sistema.
3. La tubería siempre deber ir instalada
   aéreamente. Puede sostenerse de techos y paredes. Esto
   con el fin de facilitar la instalación de accesorios,
   puntos de drenaje, futuras ampliaciones, fácil
   inspección y accesibilidad para el mantenimiento. Una
   tubería enterrada no es práctica, dificulta el
   mantenimiento e impide la evacuación de
   condensados.
4. La tubería no debe entrar en contacto con los
   cables eléctricos y así evitar accidentes.
5. En la instalación de la red deberá
   tenerse en cuenta cierta libertad
   para que la tubería se expanda o contraiga ante
   variaciones de la temperatura. Si esto no se garantiza es
   posible que se presentes "combas" con su respectiva
   acumulación de agua.
6. Antes de implementar extensiones o nuevas demandas de
   aire en la red debe verificarse que los diámetros de la
   tubería si soportan el nuevo caudal.
7. Un buen diámetro de la tubería
   principal evita problemas ante una ampliación de la red.
   La línea principal deberá tener una leve
   inclinación en el sentido de flujo del aire para
   instalar sitios de evacuación de
   condensados.
8. Para el mantenimiento es esencial que se ubiquen
   llaves de paso frecuentemente en la red. Con esto se evita
   detener el suministro de aire en la red cuando se hagan
   reparaciones de fugas o nuevas instalaciones.
9. Todo cambio brusco de dirección o
   inclinación es un sitio de acumulación de
   condensados. Allí se deben ubicar válvulas
   de evacuación.
10. Las conexiones de tuberías de servicio o
    bajantes deben hacerse desde la parte superior de la
    tubería secundaria para evitar el descenso de agua por
    gravedad hasta los equipos neumáticos y su deterioro
    asociado. Un ejemplo de dicha conexión se muestra en
    la Figura 7.

2. OPERACIÓN Y
   MANTENIMIENTO DE ACCESORIOS

El propósito de los accesorios
(Figura 8) es mejorar la calidad del
aire comprimido entregado por el compresor para adaptar este a
las condiciones específicas de cada operación,
algunos accesorios también se utilizan para la
regulación de caudal y presión, lubricación
de los equipos a instalar en la red o simplemente para cambios de
direcciones en la red y paso o no de fluido dependiendo de la
aplicación.

Tener aire comprimido de buena calidad es importante
para asegurar una larga vida útil de los equipos
neumáticos y unos óptimos resultados en los
procesos que requieren dicho servicio.

Las características mas importantes a tener en
cuenta son:

• La cantidad de aceite que
  contiene el aire
• La cantidad de agua presente en el mismo
• El punto de rocío
• Cantidad de partículas extrañas
  contenidas en el aire

Figura 8 Ejemplo de una red y sus
accesorios

1. El objetivo
   de este accesorio es disminuir la temperatura del aire
   luego de la compresión, ya que el aire luego de ser
   comprimido quede 100% saturado, al tener lugar una
   disminución brusca de temperatura se presentaran
   condensados, por lo cual podemos decir que este equipo
   sirve también para disminuir la cantidad de agua
   contenida en el aire; esto implica que siempre que se
   utilice un postenfriador es necesario instalar algún
   medio para retirar los condensados que este genera, tales
   como separadores centrífugos ( separadores de mezcla
   )

   Esencialmente un postenfriador es un
   intercambiador de calor en
   el cual el elemento qu e pierde calor es el aire
   comprimidos, mientras que el mdio que lo gana es algun
   refrigerante, usualmente aire o agua.

   Existen muchas formas posibles para un
   postenfriador, las mas comunes son concha y tubo, tubos
   aleteados y radiadores.

    

   0. En lugares donde el aire tiene alta presencia
      de contaminantes, la utilización de este equipo
      es cuestionable, ya que aunque el fluido de trabajo es
      gratuito (menor costo de operación), la cantidad
      de mantenimiento aumenta los costos.

      

      Figura 9 Postenfriadores
      Aire-Aire

       

   1. POSTENFRIADORES
      AIRE-AIRE
   2. POSTENFRIADORES
      AIRE-AGUA

   Tiene alta eficiencia, menor necesidad de espacio y
   mayor costo de operación por el fluido de trabajo y
   la instalación.

   

   Figura 10
   Postenfriador Aire-Agua

2. POSTENFRIADORES

   Siempre se instala después del
   postenfriador, el objetivo del separador es retirar el agua
   que se ha condensado del proceso de enfriamiento del
   aire.

   Básicamente consiste en un recipiente
   cilíndrico que va colocado verticalmente, en su
   interior tiene un balde que deflecta la corriente de aire,
   haciendo que este sufra un proceso de
   centrifugación, por lo cual las gotas de agua que
   son mas pesadas que el aire se adhieren a las paredes del
   recipiente, para luego caer al fondo de este por efecto de
   la gravedad, dicha agua será finalmente retirada
   mediante una trampa de drenaje
   automático.

    

3. SEPARADOR CENTRÍFUGO

   Las válvulas de drenaje automático
   deben ir en sitios donde exista la necesidad de desalojar
   condensados, por ejemplo filtros, separadores
   centrífugos, piernas de drenaje, tanque etc. La
   función de estas consiste en abrirse cada cierto
   tiempo
   para comunicar el sitio donde existe el condensado con el
   exterior, permitiendo que este sea desalojado:

   

   Figura
   11. Válvulas de Drenaje
   Automático

    

   0. Funcionan por principios mecánicos y no
      requieren ningún tipo de energía
      exterior. Tiene la desventaja que el tiempo de ciclado
      es relativamente aleatorio no habiendo ningún
      control sobre el tiempo que la válvula
      permanezca abierta y permitiendo que se deposite una
      capa sobre la válvula haciendo que esta pierda
      sensibilidad hasta que se bloquea

       

      Mantenimiento

      Como consecuencia de la perdida de
      sensibilidad por depósitos este tipo de
      válvulas requiere mantenimiento periódico.

       

   1. VÁLVULAS DE DRENAJE
      AUTOMÁTICO MECÁNICO

      Consiste en un flotador de forma
      esférica instalado en la base de la misma. Que
      por la acción de la acumulación
      de condensado es desplazado hacia arriba, hasta llegar
      a un punto tal que ocasiona la apertura de una
      válvula mecánica permitiendo la salida
      del condensado; al salir cierta cantidad de condensado,
      el flotador se desplaza hacia abajo cerrando la
      válvula mecánica. Este ciclo se produce
      continuamente.

       

      Mantenimiento

      Este tipo de válvula de drenaje
      automático es menos susceptible de sufrir
      problemas por acumulación de contaminantes que
      la válvula de flotador, y como consecuencia el
      mantenimiento es menos frecuente.

       

   2. VÁLVULAS DE DRENAJE
      AUTOMÁTICO DE FLOTADOR
   3. VÁLVULAS DE DRENAJE
      AUTOMÁTICO ELECTRÓNICA

   Este tipo de válvulas opera mediante un
   solenoide, la cual es controlada por un temporizador que
   determina exactamente los intervalos de apertura y la
   duración de los mismos.

    

   Mantenimiento

   Es muy confiable y prácticamente libre de
   mantenimiento.

    

4. VÁLVULAS DE DRENAJE
   AUTOMÁTICO

   El propósito de los filtros de aire
   comprimido es suministrar aire libre de contaminantes a los
   diferentes puntos de aplicación. Contaminantes tales
   como agua, aceite, polvo, partículas sólidas,
   neblinas, olores, sabores y vapores, pueden atacar su
   sistema.

    

   Mantenimiento:

   A continuación se ilustran los pasos que
   deben realizarse cada 6 meses a un filtro. Primero, purgar
   los sedimentos y condensados abriendo convenientemente el
   grifo de la parte inferior del depósito y luego
   eliminar la presión de aire en la
   instalación. Desmóntese después el
   depósito y el elemento filtrante. Límpiese el
   elemento filtrante con agua jabonosa si es de nylon, tela o
   bronce sinterizado. Límpiese el vaso de
   depósito y los conductos del cuerpo con parafina o
   con soluciones poco concentradas de disolvente.
   Se deben inspeccionar las juntas y remplazarse por otras
   nuevas en caso de que estén malas.

    

   0. Estos filtros están diseñados
      para retener partículas sólidas,
      interceptando las mismas mediante un elemento filtrante
      que puede ser de diversos materiales:

      Papel, rejillas metálicas, mallas de
      nylon, espumas, etc.

       

      Mantenimiento

      Dichos elementos son recambiables y deben ser
      remplazados periódicamente puesto que se van
      saturando y ocasionan altas perdidas de
      presión.

      Filtro de Partículas

      Filtros Coalescentes

      Filtros de Carbón Activado

       

      Figura 12 Filtros

       

   1. FILTROS DE
      PARTÍCULAS

      El propósito de estos retener
      lubricantes, emulsiones y neblinas, mediante el
      principio de coalescencia, el cual consiste
      básicamente en tener una red aleatoria de
      fibras, la cual ante el paso de aire, produce
      formación de gotas alrededor de las fibras,
      cayendo luego estas a un recipiente de
      acumulación por efecto de gravedad. Como
      consecuencia del diseño del filtro pueden
      retenerse partículas sólidas incluso de
      menor tamaño que las retenidas por un filtro de
      partículas, por esto se recomienda instalar
      primero un filtro de partículas antes que uno
      coalescente y así evitar que este se
      sature.

       

      Mantenimiento

      Dichos elementos son recambiables y deben ser
      remplazados periódicamente puesto que se van
      saturando y ocasionan altas perdidas de
      presión.

       

   2. FILTROS
      COALESCENTES
   3. FILTROS DE VAPORES

   Son filtros diseñados para remover olores
   sabores y vapores orgánicos. Su principio de
   funcionamiento consiste en lechos de carbón activado
   que mediante adsorcion remueven dichos
   contaminantes.

    

   Mantenimiento

   Dichos elementos son recambiables y deben ser
   remplazados periódicamente puesto que se van
   saturando y ocasionan altas perdidas de
   presión.

    

5. FILTROS

   A causa del calor generado durante el proceso de
   compresión, el aire comprimido sale con un grado de
   saturación del 100% en la mayoría de los
   casos; al ir disminuyendo la temperatura del aire
   comprimido durante su permanencia en el tanque y su paso
   por los diferentes accesorios y tuberías, pierde
   capacidad de retener vapor de agua, lo cual genera
   inevitablemente condensados, (agua liquida)

   La presencia de condensados en el aire produce
   diversos problemas tales como corrosión, mal funcionamiento de
   herramientas neumáticas
   etc.

   La solución a este problema son los
   secadores de los cuales hay de dos clases:

   Refrigerados

   Regenerativos

    

   0. REFRIGERADOS
6. SECADORES

Consisten en una maquina con un circuito de refrigeración típico el cual se
encarga de enfriar aire por debajo de la temperatura
mínima histórica en la red produciéndose
intencionalmente condensados que son retirados por medio de un
separador centrífugo.

Solo pueden ser utilizados en sitios donde el punto de
rocío sea mayor o igual a 0 0C ya que de lo
contrario el agua se congela y obstruye la
tubería.

Figura 13
Secadores Refrigerados

FUNCIONAMIENTO

Se comprende mejor si se separan los fluidos que
intercambian calor

Circuito de Aire:

El aire entra al secador, en caso de existir un
preenfriador y un postcalentador, sufre preenfriamiento, luego
pasa al evaporador, donde es retirado una gran cantidad de calor
a consecuencia de lo cual sufre un brusco enfriamiento,
generándose una gran cantidad de condensado,
posteriormente pasa a través del separador donde se retira
el agua liquida. Finalmente si hay un preenfriador –
postcalentador, pasa por el lado contrario de este, ganando
temperatura, para así salir del equipo con una temperatura
cercana a la del ambiente.

Circuito de refrigerante:

El refrigerante sale del compresor como un gas a alta
presión y alta temperatura, luego pasa al condensador
donde es enfriado lo suficiente para que cambie a estado
liquido, posteriormente pasa por la válvula de
expansión donde disminuye radicalmente su presión,
perdiendo temperatura, dicho liquido va entonces al evaporador,
donde hay un intercambio de calor con el aire, retirándose
una gran cantidad de calor de este, el cual es ganado por el
refrigerante produciéndose un cambio de estado de liquido
a vapor. Finalmente regresa al compresor dando inicio de nuevo al
ciclo.

PARTES

• Refrigerante
• Compresor de refrigeración
• Condensador
• Válvula de expansión
• Evaporador
• Separador Centrífugo
• Preenfriador y postcalentador de aire
• Válvula de expansión
  termostática
• Válvula Bypass de gases
  calientes
• Válvula supercalentadora
• Subenfriador de liquido

Mantenimiento

El mantenimiento de estos equipos es complejo por que
manejan muchos elementos, en caso de no tener catalogo del equipo
seguir las indicaciones de mantenimiento recomendadas en para
cada uno de las partes que conforman este equipo.

1. REGENERATIVOS

Funcionan bajo un principio diferente que permite que
alcancen puntos de rocío por debajo de 0 0C.
Trabajan utilizando materiales desecantes, que son aquellos que
tienen, la propiedad de
adsorber agua, capacidad que se va perdiendo al irse saturando de
esta, pero la cual pueden recuperar regenerándose,
mediante diversos métodos, los cuales dependen del
material desecante empleado, los principales métodos de
regeneración son.

• Sin Calor

Atmosférico

Vacío

Soplado

• Con Calor

Calentadores internos

Calentadores Externos

Calor de compresión

Mantenimiento

Requieren un mantenimiento frecuente y los materiales
desecantes se van deteriorando, por diversas causas tales como
la
contaminación del aceite, corrosión química, erosión
ante el paso de aire, regeneración incompleta
etc.

1. Permite absorber las pulsaciones inherentes al
   sistema de compresión reciprocante, a la vez que
   suministra una superficie grande de intercambio de calor
   que permite disminuir parcialmente la alta temperatura del
   aire luego de la compresión. También absorbe
   sobrepicos de consumo alto y de corta duración
   ocasionados por aplicaciones que requieren grandes
   cantidades de aire en lapsos cortos de tiempo; permitiendo
   de esta manera tener no tener un compresor
   sobredimensionado para satisfacer las demandas.

    

   Mantenimiento

   Revisar que la válvula de seguridad se abra a una presión un
   20% mayor que la presión máxima del sistema y
   que tenga una capacidad de evacuación mayor a la de
   los compresores. Si no existe debe instalarse un manhole de
   inspección, un sistema de evacuación de
   condensado automático, un bypass para mantenimiento
   y un manómetro confiable. Algunas veces se colocan
   medidores de temperatura y doble manómetro (de
   reserva)

   El principal aspecto es la seguridad, ya que estos
   elementos son bombas
   en potencia. Las rutinas de mantenimiento se deben realizar
   con adecuada periodicidad, verificándose el
   estado de los elementos de seguridad
   realizándose inclusive ensayos
   no destructivos tales como ultrasonido y
   radiografías para verificar el óptimo estado
   de los mismos.

   El mantenimiento que se le realiza al tanque se
   limita a una limpieza interior en muy escasas ocasiones,
   además de la verificación constante de las
   purgas.

    

2. TANQUES DE ALMACENAMIENTO

    

   

   Figura
   14. Unidad de Matenimiento

   Este aditamento esta compuesto por un filtro de
   partículas de baja eficiencia, un regulador con
   manómetro y un lubricador; su función
   principales es la de acondicionar una corriente determinada
   para su uso en una maquina.

   El filtro de partículas sirve para eliminar
   algunos contaminantes de tipo sólido, el regulador
   se encarga de disminuir la presión y el lubricador
   dosifica una cantidad requerida en algunas ocasiones por el
   equipo.

    

   Mantenimiento

   El mantenimiento de las válvulas
   acondicionadoras de presión es de cierta manera
   más complejo que el del resto de elementos de la
   unidad. Dicho mantenimiento se basa en las pruebas
   de fuga de aire las cuales consisten principalmente en
   suministrarle aire a altas presiones al regulador por sus
   dos entradas. Si suministramos una alta presión
   sólo a la entrada del regulador, no debe fluir aire
   hacia la salida. Esto se comprueba palpando el ducto de
   salida con el dedo húmedo. La otra prueba que se
   realiza es calibrando el resorte para una máxima
   presión de salida y suministrándole
   sólo aire a presión por la salida. Si esta es
   inferior a la máxima del resorte, no debería
   salir aire por el ducto opuesto de la válvula (la
   entrada).

   Los nivel de lubricante deben mantenerse
   adecuadamente una o más veces por jornada. Es por
   eso que los operarios deben tener a su alcance lubricante
   suficiente. Si hubiera condensados de agua, se eliminan por
   el grifo de purga ya que el aceite es más ligero y
   flota sobre ella, por lo cual esta operación
   debería hacerse con regularidad, ya que si el nivel
   del agua alcanza el tubo de aspiración se
   produciría la pulverización del agua hacia la
   aplicación. En condiciones normales, la limpieza o
   eliminación de sedimentos cada seis meses suele ser
   suficiente.

   PREPARACIÓN Y TRATAMIENTO DEL
   AIRE

   En la práctica, la calidad del aire
   comprimido desempeña un papel primordial, tanto en
   algunas aplicaciones de producción propiamente dicha
   como por ejemplo el sector de alimentos,
   como en la parte del mantenimiento y conservación de
   los equipos y accesorios de la red de aire
   comprimido.

3. UNIDADES DE MANTENIMIENTO

   Las impurezas en forma de partículas de
   suciedad u óxido, residuos de aceite lubricante y
   humedad dan origen muchas veces a averías en las
   instalaciones neumáticas y a la destrucción
   de los elementos neumáticos.

   Mientras que la mayor separación del agua
   de condensación tiene lugar en el separador,
   después de la refrigeración, la
   separación fina, el filtrado y otros tratamientos
   del aire comprimido se efectúan en el puesto de
   aplicación.

   Para evitar las impurezas, se debe procurar un
   filtrado correcto del aire aspirado por el compresor, la
   utilización de compresores exentos de aceite es una
   buena alternativa.

   MANTENIMIENTO

   Limpiar los filtros reutilizables y sustituir los
   desechables tanto en la aspiración como en la
   impulsión (Pre y post filtros).

   Los filtros sucios incrementan el consumo
   energético y el consumo de aire.

4. IMPUREZAS

   Hay que dedicar especial atención a la humedad que contiene el
   aire comprimido.

   El agua (humedad) llega al interior de la red con
   el aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad
   depende en primer lugar de la humedad relativa del aire,
   que -a su vez depende de la temperatura del aire y de las
   condiciones climatológicas.

   La humedad absoluta es la cantidad de agua
   contenida en un m3 de aire.

   El grado de saturación es la cantidad de
   agua que un m3 de aire puede absorber, como
   máximo, a la temperatura considerada. La humedad es
   entonces del 100%, como máximo (temperatura del
   punto de rocío).

   El diagrama
   de la Figura 15 se muestra la saturación del aire en
   función de la temperatura.

    

   

   Figura 15 Características del
   punto de rocío

    

   mantenimiento

   Comprobar los secadores de aire y controladores.
   El mantenimiento incorrecto de este sistema implica un
   incremento del consumo de energía que puede ascender
   hasta un 30%.

   Si el aire comprimido contiene humedad,
   habrá de someterse a un secado el cual puede
   ser:

   0. SECADO POR ABSORCIÓN (Figura
      16)
5. TRATAMIENTO DE LA
   HUMEDAD

El secado por absorción es un procedimiento
puramente químico. El aire comprimido pasa a través
de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de
agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina
químicamente con ésta y se desprende como mezcla de
agua y sustancia secante.

En el procedimiento de absorción se
distingue:

• Instalación simple
• Reducido desgaste mecánico, porque el secador
  no tiene piezas móviles
• No necesita aportación de energía
  exterior

Para ver este
gráfico obtener la version completa desde el menú
superior

Figura 16 Secado
por absorción

Mantenimiento:

La mezcla de agua y sustancia secante tiene que ser
eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede realizar
manual o
automáticamente.

Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe
suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al año). Al
mismo tiempo, en el secador por absorción se separan
vapores y partículas de aceite. No obstante, las
cantidades de aceite, si son grandes, influyen en el
funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro
fino delante de éste.

1. Este principio se basa en un proceso
   físico. (Adsorber: Deposito de sustancias sobre la
   superficie de cuerpos sólidos.)

   El material de secado es granuloso con cantos
   vivos o en forma de perlas. Se compone de casi un 100% de
   dióxido de silicio. En general se le da el nombre de
   Gel.

   La misión del gel consiste en adsorber
   el agua y el vapor de agua. El aire comprimido
   húmedo se hace pasar a través del lecho de
   gel, que fija la humedad.

   La capacidad adsorbente de un lecho de gel es
   naturalmente limitada. Si está saturado, se regenera
   de forma simple. A través del secador se sopla aire
   caliente, que absorbe la humedad del material de secado. El
   calor necesario para la regeneración puede aplicarse
   por medio de corriente
   eléctrica o también con aire comprimido
   caliente.

   Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede
   emplear uno para el secado del aire, mientras el otro se
   regenera (soplándolo con aire caliente).

     Para
   ver este gráfico obtener la version completa desde
   el menú superior

   Figura 17 Secado por
   adsorción Figura 18 secadores
   Ingersoll-Rand

2. SECADO POR ADSORCIÓN
   (Figura 17)
3. SECADO POR ENFRIAMIENTO
   ( Figura 19)

Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se
basan en el principio de una reducción de la temperatura
del punto de rocío.

Se entiende por temperatura del punto de rocío
aquella a la que hay que enfriar un gas, al objeto de que se
condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a secar
entra en el secador pasando primero por el llamado intercambiador
de calor de aire-aire ( Figura 19).

El aire caliente que entra en el secador se
enfría mediante aire seco y frío proveniente del
intercambiador de calor (vaporizador).

El condensador de aceite y agua se evacua del
intercambiador de calor, a través del
separador.

Este aire preenfriado pasa por el grupo
frigorífico (vaporizador) y se enfría más
hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 °C) En este
proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite
condensados.

Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por
un filtro fino, al objeto de eliminar nuevamente
partículas de suciedad.

Para ver este
gráfico obtener la version completa desde el menú
superior 

Figura 19 Secado
por enfriamiento Figura 20 secadora
Ingersoll-Rand

1.  

   1. RECOMENDACIONES
2. ERRORES Y
   RECOMENDACIONES

• Recomendaciones para el diseño de una red de
  aire comprimido: ver numeral1.4.
• En el tendido de las tuberías debe cuidarse,
  sobre todo, de que la tubería tenga un descenso en el
  sentido de la corriente, del 1 al 2%. Así se evita que
  el agua condensada que posiblemente en encuentre en la
  tubería principal llegue a través de las tomas.
  Para recoger y vaciar el agua condensada se disponen
  tuberías especiales en la parte inferior de la
  principal
• El cuarto de máquinas
  debe tener diferentes elementos aparte del
  compresor:

Las impurezas en forma de partículas de suciedad
u óxido, residuos de aceite lubricante y humedad dan
origen muchas veces a averías en las instalaciones
neumáticas y a la destrucción de los elementos
neumáticos. Mientras que la mayor separación del
agua de condensación tiene lugar en el separador,
después de la refrigeración, la separación
fina, el filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se
efectúan en el puesto de aplicación.

Por esta razón se dispone de enfriador, secador,
separador de humedad y filtros además de una
válvula de seguridad y un tanque (para evitar los pulsos
de presión) para el caso de compresores normales ya que si
se coloca un compresor de tornillo este podría suministrar
aire continuo sin necesidad de tanques. (Figura 21)

Figura 21 elementos
del cuarto de maquinas en una red de aire
comprimido

Vale la pena anotar que la presión de trabajo
necesaria para el sistema de producción de la planta, es
la presión obtenida después de estos
elementos.

• Se recomienda la utilización de tanques de
  almacenamiento de 1 a 1.5 ft3 (28.3 a 42.5 lt) por
  cada 10 cfm (283.1685 lt/min) de capacidad del compresor para
  soportar de manera adecuada los aumentos en la demanda y las
  pulsaciones existentes.
• A continuación se presenta un cuadro de
  diagnóstico para las líneas de
  distribución de aire (Tabla 3)

Tabla 3 diagnostico
de las líneas de distribución de
aire.

• Se debe tener en cuenta que la causa más
  grande de caída de presión son filtros saturados.
  En una línea de distribución bien diseñada
  es aceptable una caída del 10% de presión. No
  incrementar el valor de la
  regulación de presión para compensar las
  pérdidas; en vez de ello, revise las posibles causas del
  problema.
• Se recomienda una inspección periódica
  del sistema para que este siempre activo dando productividad.
• Se debe disponer de un plano de planta y un plano
  isométrico de la instalación con dimensiones de
  tubería e indicación de los elementos y
  accesorios.
• Disponer de una ficha técnica física y digital en
  donde se registre la fecha de revisión de todos los
  elementos, recomendaciones del fabricante y/o instalador, al
  igual que el registro de los
  fallos, sus causas, reparaciones y fechas del
  suceso.
• Ubicar llaves de paso en las tuberías que
  permitan independizar ramales.
• No dejar mangueras de los equipos en el suelo ya que
  los sistemas de transporte
  dentro de la planta pueden ocasionar averías a veces
  imperceptibles.
• Evitar fugas de aire (5 a 10 %), caídas de
  presión a lo largo de la instalación (2% la
  presión del compresor) y mínima cantidad de agua
  en la red.

1. ERRORES

• Creer que se puede compensar la insuficiencia de
  caudal de aire de un compresor aumentando la capacidad de
  reserva de aire por medio de tanques. Estos tienen como
  función regular el caudal y evitar cambios bruscos en la
  presión. El uso de tanques solo es justificable cuando
  se necesita gran volumen de aire
  en un periodo de tiempo muy corto.
• Elevar la presión de trabajo para suplir la
  falta de aire de suministro. Esta aumenta un poco la reserva de
  aire pero a un costo en Kw muy alto.
• Diseñar la tubería enterrada o
  subterránea sin que sea un caso especial.
• No ajustar herramientas ni inspeccionar
  constantemente la caída de presión. Fugas
  pequeñas son imperceptibles debido a que el aire es
  inodoro y no es visible.

2. BIBLIOGRAFÍA

• Horacio C., Quiroz E. Redes de Aire Comprimido –
  Compendio de información para asignatura de
  Mantenimiento I. Universidad
  Eafit, 2003.
• Automatización Neumática – SMC
  Latina
• Carnicer, E. Aire Comprimido Teoría y Cálculo
  de las Instalaciones. Ed. Gustavo Gili S.A., Barcelona, 1977.
  pág. 220
• Pnuematic Handbook
• Blanch, F. Curso de Neumática
  U.P.C
• http://www.sapiens.itgo.com/neumatica/
• http://air.irco.com/es/air_treatment.asp
• 
  http://www.mpa.es/productos/accesorios/aftercooler/afterco.htm
• http://www.htfi.com.co/01.html

ESTEBAN HINCAPIÉ GÓMEZ

JUAN DAVID ARBOLEDA SERNA

SANTIAGO CARDONA MÚNERA

ESTUDIANTES UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, SEDE
MEDELLÍN. UNIVERSIDAD EAFIT. DEPARTAMENTO DE
ING. MECÁNICA

NOVIEMBRE 10 2003