diseño de red de aire comprimido para taller

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE VIÑA DEL MAR – JOSE MIGUEL CARRERA

DISEÑO RED AIRE COMPRIMIDO PARA TALLER DE MECANICA AUTOMOTRIZ UTFSM-J.M.S.

Trabajo de Titulación para optar al Titulo Profesional de Técnico Universitario en MECÁNICA AUTOMOTRIZ

Alumno: Álvaro Sebastián Donoso Morales Profesor guía: Guido Almagia Flores

2009

RESUMEN

Keywords: Red – Aire comprimido El objetivo del proyecto toma en consideración el diseñar una red de aire comprimido para el taller de mecánica automotriz, En el diseño de la red se consideran criterios de diseño, acompañados de ecuaciones ecuaciones que relacionan relacionan dichos criterios, a su su vez la red se encuentra calculada con con un grado de expansión expansión del 30%, lo que significa que en un futuro próximo se podrá implementar un laboratorios de neumática y/o conexiones anexas al taller que pudieran ser generadas por el departamento de mecánica, cabe señalar que el valor económico total considera que el proyecto se entregará llave en mano, es decir la red funcionando. Dicho diseño además considera el estudio de uso del recurso (red (red implementada) que implementada) que se puede visualizar en el grafico utilización del recurso, que a su vez el inverso (red (red no implementada) implementada) es la relación que hoy existe en el taller, es decir un 88 % no se utiliza, un 6% en términos medios y 6% no sería necesario implementar el proyecto, todo proyecto, todo lo anterior en términos de uso.

Fuente: Confección propia tomando como listado malla académica de la carrera Mecánica Automotriz, Sede Viña del Mar en base a Departamento de Mecánica.

RESUMEN

Keywords: Red – Aire comprimido El objetivo del proyecto toma en consideración el diseñar una red de aire comprimido para el taller de mecánica automotriz, En el diseño de la red se consideran criterios de diseño, acompañados de ecuaciones ecuaciones que relacionan relacionan dichos criterios, a su su vez la red se encuentra calculada con con un grado de expansión expansión del 30%, lo que significa que en un futuro próximo se podrá implementar un laboratorios de neumática y/o conexiones anexas al taller que pudieran ser generadas por el departamento de mecánica, cabe señalar que el valor económico total considera que el proyecto se entregará llave en mano, es decir la red funcionando. Dicho diseño además considera el estudio de uso del recurso (red (red implementada) que implementada) que se puede visualizar en el grafico utilización del recurso, que a su vez el inverso (red (red no implementada) implementada) es la relación que hoy existe en el taller, es decir un 88 % no se utiliza, un 6% en términos medios y 6% no sería necesario implementar el proyecto, todo proyecto, todo lo anterior en términos de uso.


ÍNDICE

RESUMEN INTRODUCCIÓN OBJETIVOS Y ALCANCE CAPÍTULO 1: GENERALIDADES DEL AIRE COMPRIMIDO 1.1. GENERALIDAD DEL AIRE 1.1.1. Componentes fundamentales 1.1.2. Componentes secundarios 1.1.3. Contaminantes 1.1.4. Componentes universales 1.1.5. Constantes físicas del aire 1.1.6. 1.1.7. 1.2. 1.2.1. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6.

Presión Absoluta y relativa Sistema de unidades AIRE COMPRIMIDO Característicass del aire comprimido Característica HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE La humedad atmosférica La humedad de saturación (Hs) La humedad absoluta (Ha) La humedad específica (He) Punto de Rocío o temperatura de rocío Presencia del agua en el aire comprimido

CAPÍTULO 2: ASPECTOS FUNDAMENTALES RED DE AIRE COMPRIMIDO 2.1. COMPRESORES 2.1.1. Clasificación de los compresores 2.2. FACTORES PARA LA SELECCIÓN DE UN COMPRESOR 2.2.1. Presión 2.2.2. Caudal 2.2.3.

Coeficiente de uso (CU) [%]

2.2.4.

Coeficiente de simultaneidad (CS). [%]

2.2.5.

Coeficiente de mayoración para futuras ampliaciones (CMA) [%]

2.2.6.

Coeficiente de mayoración por fugas (CMF) [%]

2.2.7.

Coeficiente de ciclo de funcionamiento del compresor (Ccc) [%]

2.2.8. 2.2.9. 2.3. 2.3.1.

Accionamiento Refrigeración TUBERÍAS Redes de aire comprimido

2.3.2. 2.3.3. 2.4. 2.4.1.

Configuración de la Red Selección de la red de tuberías ALMACENAMIENTO ALMACENAMIE NTO DEL AIRE COMPRIMIDO Instalación

2.5. 2.5.1. 2.5.2. 2.6. 2.6.1. 2.6.2. 2.7. 2.7.1. 2.7.2. 2.7.3.

TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO; TRATAMIENTO Generalidades de las impurezas Proceso de secado FILTRACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO Clasificación de los filtros Selección de filtros CONTENIDO DE ACEITE EN EL AIRE COMPRIMIDO Aire comprimido comprimido con baja calidad Aire comprimido técnicamente sin contenido de aceite Aire comprimido absolutamente exento de aceite

2.8. 2.8.1. 2.8.2. 2.8.3. 2.8.4.

UNIDAD DE MANTENIMIEN MANTENIMIENTO TO Regulador de presión Lubricador de aire comprimido Trampas de condensado Caudal en las unidades de mantenimiento

CAPÍTULO 3: DESCRIPCIÓN GENERAL RED DE AIRE COMPRIMIDO 3.1. DESCRIPCIÓN PLANOS DE LA RED 3.2. DESCRIPCIÓN UNIDADES CONSUMIDOR CONSUMIDORAS AS 3.2.1. Llave de Impacto 1” 1” (8 Unidades) Unidades) 3.2.2. Llave de Impacto 1/2” 1/2” (7 unidades) 3.2.3. 3.2.4. 3.3.

Esmeril angular (4 unidades) Pistola para Pintar (1 unidades) CRITERIOS DE DISEÑO

CAPÍTULO 4: DISEÑO RED DE AIRE COMPRIMIDO 4.1. RED DE DISTRIBUCIÓN 4.1.1. Presión máxima del régimen 4.1.2. Caudal máximo a utilizar 4.1.3. Pérdidas de carga 4.1.4. Diámetro de la tubería 4.2. CÁLCULO 4.2.1. Cálculo consumo de aire unidades consumidoras 4.2.2. Cálculo consumo de caudal compresor 4.2.3. Calculo del diámetro 4.2.4. Calculo de las pérdidas de cargas 4.3. SELECCIÓN DE MATERIAL Y UNIONES PARA LAS TUBERÍAS. MATERIAL 4.3.1. Uniones para las tuberías 4.4. CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL COMPRESO COMPRESOR. R.

4.4.1. 4.4.2. 4.5.

Selección del compresor Algunas consideraciones para la puesta en marcha CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO

CAPÍTULO 5: PROYECTO INFRAESTRUCTURA U.S.M. 5.1. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO 5.2. FIRMA DE ACEPTACIÓN DE BASES Y POSTULACIÓN DEL PROYECTO 5.3. RESUMEN DE RECURSOS 5.3.1. Cuadro Resumen de Financiamiento 5.4. RESUMEN DEL PROYECTO 5.5. OBJETIVOS 5.6. JUSTIFICACION 5.7. ALINEACION CON LA ACREDITACION INSTITUCIONAL Y DE CARRERAS 5.8. DESCRIPCIÓN DE ETAPAS O MACROCTIVIDADES DEL PROYECTO 5.9. 5.10. 5.11.

GANTT DE ACTIVIDADES EVALUACIÓN ECONÓMICA INDICADORES DE RESULTADOS O IMPACTO

CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXO 1: PLANO ISOMÉTRICO RED AIRE COMPRIMIDO

ÍNDICE DE ESQUEMAS

Esquema 2-1. Esquema clasificación de los compresores Esquema 2-2. A, B y C) Redes típicas de distribución de aire comprimido

ÍNDICE DE DIAGRAMAS

Diagrama 1-1. Presión desde 0 absoluto Diagrama 1-2. Diagrama humedad relativa del aire Diagrama 2-1. Selección de compresores

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2-1. Tanques depósitos Figura 2-2. Unidad de mantenimiento Figura 2-3. Trampas de condensado Figura 3-1. Llave de Impacto 1” (8 Unidades) Figura 3-2. Llave de Impacto 1/2” (7 unidades) Figura 3-3. Esmeriladora Figura 3-4. Pistola para Pintar Figura 4-1. Abaco Nº1 diámetro de la tubería Figura 4-2. Abaco calculo depósito acumulador de aire comprimido Figura 5-1. Plano Nº1 : Infraestructura Taller Mecánica Automotriz Figura 5-2. Carta Gantt

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Grafico 1-1. Composición del aire del aire Gráfico 1-2. Grafico calidad del aire Grafico 1-3. Grafico calidad del aire Grafico 2-1. Cálculo depósito Grafico 2-2. Perdidas de carga Gráfico 5-1. Utilidad de la Red Aire Comprimido Gráfico 5-2. Utilidad de la red aire comprimido por semestre

ÍNDICE DE PLANOS

Plano 3-1. Plano descripción emplazamiento de la Red planta Nº1 Plano 3-2. Plano descripción Emplazamiento en corte Nº2 Plano 3-3. Emplazamiento en tres dimensiones Plano Nº3

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1-1. Unidades fundamentales Tabla 1-2. Tabla 1-3. Tabla 2-1. Tabla 2-2. Tabla 2-3. Tabla 3-1. Tabla 3-2. Tabla 3-3. Tabla 3-4.

Unidades derivadas Tabla en mbar para presiones de saturación (Ps) Coeficiente de uso Simultaneidad, para visualizar cuantos equipos a la vez están funcionando Materiales Datos llave de impacto 1” Nº6 Datos llave de impacto ½” Nº7 Datos esmeriladora Nº8 Datos pistola de pintar Nº8

Tabla 4-1. Perdidas de carga en accesorios Nº9 Tabla 4-2. Consumo unidades consumidoras 10 Tabla 4-3. Caculo de aire requerido para el compresor Tabla 4-4. Caudal que circulara por tramos al momento de operar Tabla 4-5. Calculo del diámetro interior sin velocidad recomendada Tabla 4-6. Calculo del diámetro interior con velocidad recomendada Tabla 4-7. Perdidas de carga por tuberías en el sistema Tabla 4-8. Perdidas de carga elementos de mantenimientos Tabla 4-9. Resumen perdidas de carga Tabla 4-10. Caudal calculado del compresor Tabla 4-11. Resumene calculo compresor Tabla 4-12. Selección del compresor Tabla 4-13. Calculo para el acumulador Tabla 5-1. Valorizacion proyecto red aire comprimido

INTRODUCCIÓN

En las dependencias de la U.T.F.S.M, sede Viña del Mar, se diseñará una red de Aire comprimido para el taller de Mecánica Automotriz. Como cualquier Taller Mecánico, cuenta con una Red de Aire Comprimido, y pese a cualquier esfuerzo en el ámbito de mecánica en trabajar sin ella, los avances tecnológicos, la necesidad de ser eficientes en virtud del tiempo y proyectos futuros a ejecutar que tienen relación directa con el suministro del aire comprimido, se ha tornado de forma necesaria el diseñar una red de aire comprimido que cumpla con estas expectativas. Tomando como base la hipótesis de consumo que tendría la red, en base a, herramientas neumáticas propias de un taller mecánico.

OBJETIVOS Y ALCANCE

Diseñar una red de aire comprimido para el taller de Mecánica Automotriz bajo ciertos criterios de diseño, lo anterior en función de los requerimientos futuros, que efectuarán los equipos y herramientas a implementarse en el lugar definido, para proponer dicho diseño, se utilizarán formulario de presentación concurso de proyecto infraestructura de unidades académicas y docentes de la U.S.M., de forma tal, que al término del diseño éste sea la base ante las eventuales postulaciones a fondos concursables que establece la universidad o algún otro organismo.

CAPÍTULO 1:

GENERALIDADES DEL AIRE COMPRIMIDO

1.

GENERALIDADES DEL AIRE COMPRIMIDO

1.1.

GENERALIDAD DEL AIRE

Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor de la Tierra por la acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta, es particularmente delicado y está compuesto en proporciones ligeramente variables por sustancias tales como el nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (variable entre 0-7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón, es decir, 1% de otras sustancias. 1.1.1.

Componentes fundamentales Nitrógeno (78,1%), oxígeno (20,9%) y vapor de agua (variable entre 0% y

7%). 1.1.2.

Componentes secundarios Gases nobles y dióxido de carbono (1%).

1.1.3. Contaminantes Monóxido de nitrógeno, dióxido de carbono, metano, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, amoníaco y monóxido de carbono. 1.1.4.

Componentes universales

Agua (en sus 3 estados) y polvo atmosférico (humo, sal, arena fina, cenizas, esporas, polen, microorganismos, etc.). Las proporciones de vapor de agua varían según el punto geográfico de la Tierra. Las proporciones de estos gases se pueden considerar exactas más o menos a 25 km de altura.

Fuente; meteorología de chile.

Gráfico 1-1. Composición del aire del aire

En el grafico se visualiza lo comentado en párrafos anteriores, el cual muestra la distribución porcentual de los componentes del aire. 1.1.5.

Constantes físicas del aire     

Masa de aire seco: 1.2928g/l (a 0°C, y 1.013bar). Velocidad del sonido: 331.48m/s (a 0°C, y 1.013bar). Calor específico a presión constante y a 0ºC: 1004.67J/kg*K Conductividad térmica: 0.02W/ m* K Constante del gas: 287.1J/kg*K

1.1.6.

Presión Absoluta y relativa

Fuente; Presentaciones Prof. Mg. Ing. Jaime Espinoza.

Diagrama 1-1. Presión desde 0 absoluto

1.1.7.

Sistema de unidades

El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas. Son las unidades utilizadas para expresar las magnitudes físicas definidas como básicas, a partir de las cuales se definen las demás:

Tabla 1-1. Unidades fundamentales

Fuente; Elaboración Propia

Con esta denominación se hace referencia a las unidades utilizadas para expresar magnitudes físicas que son resultado de combinar magnitudes físicas tomadas como básicas.

Tabla 1-2. Unidades derivadas


1.2.

AIRE COMPRIMIDO

El aire comprimido se refiere a una tecnología o aplicación técnica que hace uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor. En la mayoría de aplicaciones, el aire no sólo se comprime sino que también se deshumifica y se filtra. El uso del aire comprimido es muy común en la industria, su uso tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más rápido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite grandes fuerzas. El aire comprimido es el fluido que utiliza la neumática, es una de las formas de energía más antiguas utilizadas por el hombre. Su utilización se remonta al Neolítico, cuando aparecieron los primeros fuelles de mano, para avivar el fuego de fundiciones o para airear minas de extracción de minerales. Desde estas épocas hasta el siglo XVII de nuestra era, la utilización del aire a presión como energía, se realizó puntualmente para diversas máquinas y mecanismo; así tenemos la catapulta de aire comprimido del griego KTESIBIOS, o la descripción en el siglo I de nuestra era de diversos mecanismos que son accionados por aire caliente. A partir del siglo XVII, se comienza el estudio sistemático de los gases, y con ello, comienza el desarrollo tecnológico de las diferentes aplicaciones del aire comprimido; así, en el siglo XVIII se construye el primer compresor alternativo, en

el XIX, se utiliza como fuente energética para perforadoras de percusión, para sistemas de correos, para frenos de trenes, ascensores, etc.. A finales del siglo XIX, se deja de desarrollar debido a la competencia de otros tipos de energía (máquinas de vapor, motores y electricidad). A finales de la Segunda Guerra Mundial, reaparece de nuevo la utilización a gran escala del aire comprimido como fuente de energía, debido, sobre todo, a las nuevas exigencias de automatización y racionalización del trabajo en las industrias. Estando hoy en día ampliamente implantado en todo tipo de industrias. 1.2.1.

Características del aire comprimido

La utilización del aire comprimido ha tenido una rápida expansión, por el amplio abanico de ventajas que posee. Así podemos destacar: El aire es:  

   



 









  

Abundante (disponible de manera ilimitada). Transportable (fácilmente transportable, además los conductos de retorno son innecesarios). Almacenables (permite el almacenamiento en depósitos). Resistente a las variaciones de temperatura. Anti deflagrante (no existe peligro de explosión ni incendio). Limpio (lo que es importante para industrias como las químicas, alimentarias, textiles, etc.). Los elementos que constituyen un sistema neumático, son simples y de fácil comprensión). La velocidad de trabajo es alta. Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua. Aguanta bien las sobrecargas (no existen riesgos de sobrecarga, ya que cuando ésta existe, el elemento de trabajo simplemente para sin daño alguno). Las mayores desventajas que posee frente a otros tipos de fuente de energía, son: Necesita de preparación antes de su utilización (eliminación de impurezas y humedad). Debido a la compresibilidad del aire, no permite velocidades de los elementos de trabajo, regulares y constantes. Esfuerzos de trabajo limitados. Ruidos, debido a los escapes de aire después de su utilización. Costo. Es una energía cara, que en cierto punto es compensada por el buen rendimiento y la facilidad de implantación

1.3.

HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE

Es el cociente en la humedad absoluta y la cantidad máxima de agua que admite el aire por unidad de volumen. Se mide en tantos por ciento y está normalizada de forma que la humedad relativa máxima posible es el 100%.

En donde;

Hr =

Ha Hs

× 100 [% ] Ecuación 1-1

Hr = Humedad relativa. [% ] 3 Ha = Humedad de absoluta. g / m

Hs = Humedad de saturación. g / m3

1.3.1.

La humedad atmosférica

Es la cantidad de vapor de agua existente en el aire. Depende de la temperatura, de forma que resulta mucho más elevada en las masas de aire caliente que en las de aire frío. Se mide mediante un aparato denominado higrómetro, y se expresa mediante los conceptos de humedad absoluta, específica, o relativa del aire. 1.3.2.

La humedad de saturación (Hs)

Es la cantidad máxima de vapor de agua que puede contener un metro cúbico de aire en unas condiciones determinadas de presión y temperatura y sus unidades son g / m3 1.3.3.

La humedad absoluta (Ha)

Es la masa total de agua existente en el aire por unidad de volumen, y se expresa en gramos por metro cúbico de aire. La humedad atmosférica terrestre presenta grandes fluctuaciones temporales y espaciales, y sus unidades son g / m3 1.3.4.

La humedad específica (He)

Mide la masa de agua que se encuentra en estado gaseoso en un kilogramo de aire húmedo, y se expresa en gramos por kilogramo de aire. La humedad relativa del aire es la relación porcentual entre la cantidad de vapor de

agua real que existe en la atmósfera y la máxima que podría contener a idéntica temperatura. y sus unidades son [g / Kg ] Carta Psicrometrica

Diagrama 1-2. Diagrama humedad relativa del aire

1.3.5.

Punto de Rocío o temperatura de rocío

El punto de rocío o temperatura de rocío es la temperatura a la que empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o, en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha. Para una masa dada de aire, que contiene una cantidad dada de vapor de agua (humedad absoluta), se dice que la humedad relativa es la proporción de vapor contenida en relación a la necesaria para llegar al punto de saturación, expresada en porcentaje. Cuando el aire se satura (humedad relativa igual al 100%) se llega al punto de rocío. Lo anterior también se encuentra en función de la presión lo podemos visualizar en al aire comprimido, para determinar el punto de rocío en un sistema de aire comprimido podemos utilizar el diagrama de mollier, con el fin de agilizar los cálculos de la red en cuestión, se procederá de forma inmediata a ejecutar dichos cálculos, del Grafico Nº 1-2, tomando en consideración que el promedio de la humedad en la región de Valparaíso es del 82% (dato de la pagina web meteorología de chile), y la temperatura de bulbo seco es de 16 ºC promedio. La presión Pº =6 [bar ] y la temperatura T=16 ºC, el punto de rocío se determina del diagrama, como se aprecia a continuación.

Diagrama de Mollier.

Fuente; Literatura de neumática (atlas Aire comprimido)

Gráfico 1-2. Grafico calidad del aire

Para lo cual, primeramente debemos realizar el cálculo del contenido de agua con la presión de saturación (Ps) a la temperatura del Ej. 16 ºC, utilizando la tabla que a continuación se detalla encontramos la (Ps).en mbar.

Tabla 1-3. Tabla en mbar para presiones de saturación (Ps)

Fuente; Elaboración Propia tomando como referencia datos obtenidos de li teratura en termodinámica Yanus A. Cengel, sexta edición.

⇒ P(s) (24ºC) = 29.82mbar = 0.02982bar. Para calcular el contenido de

agua (X) se aplica la siguiente fórmula:

X = 0,622 ×

⎡g⎤ × 1000 ⎢ ⎥ p − ϕ × Ps ⎣ kg ⎦ ϕ ×

Ps

Ecuación 1-2 Donde: p = presión absoluta total [bar ]  φ = humedad relativa (de 0 a 1)   p(s) = presión de saturación del vapor [bar ]

⎡g⎤ ⎥ ⎣ kg ⎦

X = 1,548⎢

Con aplicación del diagrama N·1-2, nos posesionamos en la curva 3 bar e interceptamos con x=1,548 en las abscisas y para las ordenadas se desprende que la Temperatura de rocío para éste sistema es de 13°C 1.3.6.

Presencia del agua en el aire comprimido

Como Ej. Si se tiene 0,1 parte de H O por 1 m 3 de aire, cuando el 2 m3 de aire a 1 m 3 quedan 0,8 partes de agua en 1 3 compresor reduce 8 m comprimido, es por ello que se debe eliminar el agua en el proceso del aire comprimido, dicha acumulación de agua puede causar corrosión a los equipos o

algún tipo de dificultades en la operación normal de las actividades para la cual fue diseñada la red de aire comprimido como lo puede ser un hospital. Por ello es recomendable instalar un filtro delante de las unidades consumidoras. Este filtro puede ser, por ejemplo, un filtro con efecto ciclónico. En este tipo de filtros, el aire es guiado por diversos deflectores para que ejecuten un movimiento giratorio, con lo que se enfría. El efecto centrífugo y el enfriamiento tienen como consecuencia la eliminación de condensado. Para determinar la cantidad de agua que existe en el aire comprimido también existe el diagrama que se encuentran en función de la temperatura y la presión

Fuente; Literatura neumática (Atlas Aire comprimido)

Grafico 1-3. Grafico calidad del aire

En el grafico 1-3 se puede obtener la cantidad de masa de agua en un metro cubico de aire bajo ciertas condiciones de presión y temperatura.

CAPÍTULO 2:

ASPECTOS FUNDAMENTALES RED DE AIRE COMPRIMIDO

2.

ASPECTOS FUNDAMENTALES RED DE AIRE COMPRIMIDO

2.1.

COMPRESORES

Máquina que eleva la presión de un gas, un vapor o una mezcla de gases y vapores. La presión del fluido se eleva reduciendo el volumen específico del mismo durante su paso a través del compresor. Comparados con turbo soplantes y ventiladores centrífugos o de circulación axial, en cuanto a la presión de salida, los compresores se clasifican generalmente como maquinas de alta presión, mientras que los ventiladores y soplantes se consideran de baja presión. Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción. 2.1.1.

Clasificación de los compresores

Al clasificarse según la construcción de los compresores volumétricos se subdividen en los de émbolos, rotor, paletas en centrífugos y axiales. Es posible la división de los compresores en grupos de acuerdo con el género de gas que se desplaza, del tipo de transmisión y de la destinación del compresor.

Fuente; Elaboración Propia.

Esquema 2-1. Esquema clasificación de los compresores

2.1.2.1. Compresor alternativo o de embolo Los compresores alternativos funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga. Los compresores alternativos tienen piezas en contacto, como los anillos de los pistones con las paredes del cilindro, resortes, placas y discos de válvulas que se acoplan con sus asientos entre la empaquetadura y la biela. Todas estas partes están sujetas a desgaste por fricción. Los compresores alternativos pueden ser del tipo lubricado o sin lubricar. Si el proceso lo permite, es preferible tener un compresor lubricado, porque las piezas durarán más., a) Verticales –Horizontales: Los compresores alternativos abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3000 CFM Para equipo de procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaños grandes y se prefieren los centrífugos. Si hay alta presión y un gasto más bien bajo, se necesitan los alternativos. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar con relación a las temperaturas de descarga. b) Compresores Rotatorios o centrífugos: Los compresores centrífugos impulsan y comprimen los gases mediante ruedas de paletas.

Los ventiladores son compresores centrífugos de baja presión con una rueda de paletas de poca velocidad periférica (de 10 a 500 mm de columna de agua; tipos especiales hasta 1000 mm). Las máquinas soplantes rotativas son compresores centrífugos de gran velocidad tangencial (120 a 300 m/s.) y una relación de presiones por escalón p2/p1 = 1,1 a 1,7. Montando en serie hasta 12 ó 13 rotores en una caja puede alcanzarse una presión final de 12kg/cm2, comprimiendo aire con refrigeración repetida. 2.1.2.2. Compresores de paletas deslizantes Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual está ubicado en forma excéntrica un rotor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el rotor la fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica es comprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación. 2.1.2.3. Compresores de pistón líquido El compresor rotatorio de pistón de liquido es una maquina con rotor de aletas múltiple girando en una caja que no es redonda. La caja se llena, en parte de agua y a medida que el rotor da vueltas, lleva el líquido con las paletas formando una serie de bolsas. Como el liquido, alternamente sale y vuelve a las bolsas entre las paletas (dos veces por cada revolución). A medida que el líquido sale de la bolsa la paleta se llena de aire. Cuando el líquido vuelve a la bolsa, el aire se comprime. 2.1.2.4. Compresores de lóbulos (Roots) Se conocen como compresores de doble rotor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos rotores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de compresión. Una máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliación como sobre alimentador de los motores diesel o sopladores de gases a presión moderada. Los rotores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcasa; con el movimiento de los rotores de la máquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juego existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno.

2.1.2.5. Compresores de tornillo La compresión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos rotores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lóbulos y la carcasa. Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión, el gas así comprimido es forzado axialmente por la rotación de los lóbulos helicoidales hasta la descarga. a) Principio de funcionamiento - Caudal Los compresores rotativos pertenecen a la clase de maquinas volumétricas; por su principio de funcionamiento son análogos a las bombas rotativas. Los más difundidos son los compresores rotativos de placas; últimamente hallan aplicación los compresores helicoidales. Al girar el rotor, situado excéntricamente en el cuerpo, las placas forman espacios cerrados, que trasladan el gas de la cavidad de aspiración a al cavidad de impulsión. Con esto se efectúa la compresión del gas. Tal esquema del compresor, teniendo buen equilibrio de las masas en movimiento, permito comunicar al rotor la alta frecuencia de rotación y unir la maquina directamente con motor eléctrico. b) Regulación del caudal De la ecuación para determinar el caudal de los compresores de rotor se ve que el caudal es proporcional a la frecuencia de rotación del árbol del compresor. De esto se deduce el procedimiento de regulación de Q cambiando n. Los compresores de placas se unen con los electromotores en la mayoría de los casos directamente y la frecuencia de rotación de estos constituyen 1540, 960, 735 rpm. Para regular el caudal en este caso es necesario igualar entre los arboles del motor y el compresor un vareador de velocidad.

2.2.

FACTORES PARA LA SELECCIÓN DE UN COMPRESOR

Los puntos que intervienen en la selección de un compresor son numerosos e importantes. Una muestra elemental bastará para tomar una idea: presión máxima y mínima pretendida, caudal necesario, crecimiento previsto de la demanda, condiciones geográficas (altitud, temperatura, etc.), tipo de regulación, espacio necesario, tipo de refrigeración y accionamiento. Cabe señalar que este tipo de inquietudes se orientan a definir un compresor estacionario, sin embargo no debe descartarse la posibilidad del uso de un compresor portátil. Esta situación se

da en los casos de trabajo en terreno donde deben realizarse operaciones con la ayuda del aire comprimido como Ej. La asistencia en terreno de vehículo automotriz, y ya contando con las herramienta en taller, se podrán utilizar en terreno, que como es lógico, deben alimentarse con aire comprimido. Las unidades compresoras móviles sirven para estos casos. Generalmente la unidad motriz es un motor diesel. (El equipo es totalmente autónomo.) 2.2.1. Presión La elección de la “presión máxima necesaria de utilización” es uno de los parámetros principales que permitirá la acertada elección del compresor. La “presión máxima de utilización” la determina el equipo más exigente al que habremos de entregar aire. La elección recaerá finalmente en aquel compresor que satisfaga la “máxima presión de utilización” a la vez que los requerimientos de otros parámetros 2.2.2.

Caudal

Para seleccionar un compresor adecuado para la instalación, se deberá contemplar la hipótesis de consumos que se considere que va a ser la más habitual. Para establecer una hipótesis de consumos realistas hay que conocer con cierto detalle el uso habitual que se hace de todas las unidades consumidoras que alimentan la instalación. Por lo tanto, el caudal depende de los siguientes factores: • • • • •

2.2.3.

Coeficiente de uso (CU) Coeficiente de simultaneidad (CS). Coeficiente de mayo ración para futuras ampliaciones (CMA) Coeficiente de mayo ración por fugas (CMF) Coeficiente de ciclo de funcionamiento del compresor (CCC) Coeficiente de uso (CU) [%]

La duración de conexión se expresa en porcentaje o como factor. Este criterio tiene en cuenta que la mayoría de las unidades consumidoras no está en funcionamiento constantemente. En la Tabla 2-1 se incluyen algunos valores de referencia para diversas unidades consumidoras.

Tabla 2-1. Coeficiente de uso

Fuente; Elaboración Propia en base a datos de Atlas copco

2.2.4.


El factor de simultaneidad también es un valor empírico. Las unidades consumidoras que no funcionan de modo continuo suelen conectarse en diversos momentos, con lo que no todas funcionan al mismo tiempo. Ello significa que pueden aplicarse los factores de simultaneidad que se indican a continuación.

Tabla 2-2. Simultaneidad, para visualizar cuantos equipos a la vez están funcionando

Fuente; Literatura de neumática Manual Atlas Copco

2.2.5.


Normalmente se suele prever que el consumo puede aumentar hasta 30% en el futuro al añadir nuevas unidades consumidoras a la instalación. En este caso el coeficiente de mayoración será igual a 1.3.

2.2.6.


Las fugas de aire son inherentes a toda instalación neumática. Se va a tratar de que el montaje de la instalación lo realice personal calificado y con material de calidad por lo que se va a cifrar este coeficiente en 1.1. (10%) 2.2.7.


Es el coeficiente entre la duración total del ciclo de funcionamiento (tiempo entre arranques) y el tiempo en el que el compresor produce aire comprimido (compresor funcionando). Aplicando estos coeficientes, el caudal que tiene que proporcionar el compresor es:

QCompresor = C s × C MF × C CC × C U ×

n

∑Q

espi

i =1

Ecuación 2-1 Donde; •


•


•


•


•


•

Qespi = valor del caudal de las unidades consumidoras m3 / h

2.2.8. Accionamiento Otro de los temas a considerar en la elección es el accionamiento. Es prudente individualizar el lugar donde habrá de accionar el compresor para evitar contratiempos. El accionamiento podrá ser un motor eléctrico compatible con el suministro del lugar utilizado o con motor de combustión interna, ya sea de ciclo Diesel o de ciclo Otto. 2.2.9.

Refrigeración

Cuando de refrigeración se trata, se deben estudiar dos conceptos que no se deben confundir. Uno de ellos corresponde a la refrigeración del equipo en sí y el otro a la refrigeración del gas que se está comprimiendo. La refrigeración del equipo suele ser por aire o por agua.

2.2.9.1. Por aire Se reconoce este caso por la pared externa aletada de los cilindros. Normalmente se hace circular aire a través de dichas aletas. 2.2.9.2. Por agua El cilindro se encuentra rodeado por una camisa por la que circula agua. Esta posibilidad implica considerar la instalación Complementaria: torre de enfriamiento, bombas, depósitos, etc. En cuanto a la refrigeración del gas, en lo que al compresor respecta, aparece casi siempre en los casos que el compresor es multi etapa. Es decir, se enfría el gas naturalmente calentado por la compresión, con el objeto de procesar más masa en la etapa siguiente y mejorar así su rendimiento.

2.3.

TUBERÍAS

2.3.1.

Redes de aire comprimido

Se reconoce como red de distribución de aire comprimido al sistema de tuberías que permite transportar la energía de presión neumática hasta el punto de utilización. Estas tuberías se pueden clasificar de la siguiente forma: 2.3.1.1. Tubería principal 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. 2.3.1.2. Tubería secundaria 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. 2.3.1.3. Tubería de servicio Son las que surten en sí a los equipos neumáticos. En sus extremos tienen conectores rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento (FRL).

Debe procurarse no sobrepasar de 3 el número de equipos alimentados por una tubería de servicio. Con el fin de evitar obstrucciones, se recomiendan diámetros mayores de ¼” en la tubería. 2.3.2.

Configuración de la Red

Existen varias posibles configuraciones de una red de aire comprimido, tal como se muestra el esquema 2-2.   

Red abierta. Red cerrada. Red interconectada.

Esquema de configuración de redes.

Esquema 2-2. A, B y C) Redes típicas de distribución de aire comprimido

2.3.2.1. 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 el esquema 2-2.a La poca inversión inicial necesaria de esta configuración constituye su principal ventaja. Además, en la red pueden implementarse inclinaciones para la evacuación de condensados (de 1 a 2%). 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.

2.3.2.2. Red cerrada En esta configuración la línea principal constituye un anillo tal como se muestra en el esquema 2-2.b. 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. El problema de estos cambios radica en que la mayoría de los accesorios de una red (por ejemplo filtros) son diseñados con una entrada y una salida. Por tanto un cambio en el sentido de flujo los inutilizaría. Cabe anotar que otro defecto de la red cerrada es la dificultad de eliminar los condensados debido a la ausencia de inclinaciones. Esto hace necesario implementar un sistema de secado más estricto en el sistema. Al contrario de lo pensado, la pérdida de carga en esta construcción es menor que en la anterior, esto debido a que una unidad consumidora estaría abastecida desde cualquiera de las dos direcciones posibles. Por tanto la principal razón para implementar redes cerradas es por su buen mantenimiento. 2.3.2.3. 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 2-2.C. Este sistema presenta un excelente desempeño frente al mantenimiento, pero requiere una inversión inicial más alta. Además, la red interconectada presenta los mismos problemas que la cerrada. 2.3.3.

Selección de la red de tuberías

Para elegir el material de los tubos utilizados en redes de aire comprimido, se debe tener en cuenta los siguientes factores: 

  



Calidad del aire comprimido (tuberías resistentes a la corrosión, empalmes que no provoquen la acumulación de depósitos). Dimensiones de los tubos. Presión (poca pérdida de presión; máximo 0.1bar ); fugas mínimas. Condiciones del entorno (estabilidad a la incidencia de luz solar, resistencia a bacterias y a temperaturas tropicales). Trabajo de montaje (tendido sencillo de los tubos y montaje de los empalmes, utilización de herramientas y materiales especiales, necesidad de disponer de conocimientos especiales).





 

Costos del material (válvulas y accesorios de alta calidad y robustos a precios económicos). Rigidez de los materiales (utilización de componentes auxiliares para el montaje, por ejemplo escuadras de montaje). Coeficiente de dilatación térmica del material. Experiencias y conocimientos en materia de las técnicas necesarias. Las redes pueden estar constituidas de tubos de metal y/o material sintético. En las Tablas, se hace una comparación de las característica

Tabla 2-3. Materiales

Fuente: Elaboración Propia envase a literatura de neumática y tablas de cañerías.

2.4.

ALMACENAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO

El aire comprimido es, quizás, la única forma de energía fácilmente almacenable. Suelen utilizarse para este propósito tanques depósitos de muy variados tamaños. Estanques de almacenamiento

Fuente; pagina kaeser Internet

Figura 2-1. Tanques depósitos

Se puede advertir que si la demanda de aire fuera constante y se pudiera conseguir un compresor que satisfaga en forma continua esa demanda, no habría necesidad de almacenar energía; a excepción, claro está, de un determinado volumen adicional al de la instalación, que proporcionaría una cantidad de aire para accionamientos de seguridad, ante la eventual parada del compresor. Como la realidad está lejos de presentarse en esta forma, es decir, la demanda es variable y comúnmente esa variación no sigue una ley determinada, es necesario conocer a partir de ciertos datos, cuál deberá ser el volumen del tanque de almacenamiento ya que este tiene como funciones específicas las siguientes: 



 

Almacenar aire comprimido para satisfacer peaks altos de demanda que excedan la capacidad del compresor. Favorecer el enfriamiento del aire y la precipitación del agua de Condensación. Compensar las variaciones de presión en el consumo. Generar una frecuencia rentable de ciclos “entrada-salida” en el Compresor.

El volumen dependerá, entonces, de: a) Del caudal del compresor. b) Del rango de regulación (ΔP=Diferencia entre la presión máxima y Mínima del régimen). Este rango corresponde a la presión máxima que es capaz de suministrar el compresor y la presión mínima que se está dispuesto a regular la marcha del compresor (partidas del compresor). c) De la frecuencia del compresor (Z = partidas del compresor por hora). Con el ábaco de la Figura se puede calcular la capacidad del acumulador de aire libre (VB).

Fuente; literatura neumática

Grafico 2-1. Cálculo depósito

Obtenido este valor de VB, se puede obtener la capacidad del estanque (V) con la siguiente fórmula.

V = V B

⎛ P atm . ⎞ ⎟⎟ [m × ⎜⎜ ⎝ P est . ⎠

3

] Ecuación 2-2

Donde; V

=

Volumen del estanque en m 3

V B =

=

P atm

P est

constante sacada del ábaco m3

.

=

Presión atmosférica 101325 [Kpa ] presión del estanque [Kpa ]

2.4.1. Instalación El tanque o depósito de aire puede instalarse en varias posiciones. En la mayoría de los equipos importantes éste es instalado por separado y la posición más razonable es la vertical. Son varios los motivos que permiten sostener esta forma de instalarlo:     

Menor lugar ocupado. Favorece la precipitación del condensado. Permite su eliminación casi total. Con la misma estructura se consigue la altura de distribución. Menos área en contacto con el agua.

En condiciones especiales pueden instalarse varios tanques interconectados, adaptando el volumen del depósito al de los compresores afectados a la producción en ese momento. Es importante que la conexión del compresor con el tanque debe ser flexible para evitar transmitir a la instalación vibraciones inoportunas.

2.5.

TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO;

2.5.1.

Generalidades de las impurezas

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. A la salida del depósito. 

Secadores;

a) Frigoríficos En muchos casos es suficiente recurrir al método de secado por frío. En ese caso, la temperatura del aire disminuye por efecto de un agente refrigerante. Así se forma condensado y disminuye el contenido de agua del aire b) Por absorción En el caso del secado por absorción, una sustancia química atrae la humedad que termina disolviéndose en ella. La sustancia química es una solución salina a base de NaCl. Se trata de un secador c) Por adsorción En el proceso de secado por adsorción, las moléculas del gas o del vapor se enlazan debido a las fuerzas moleculares. El agente secante es un gel (por Ejemplo, gel silícico) d) De membrana. Los secadores de membrana están compuestos por un haz de fibras huecas Permeables al vapor y que está circundado de aire seco que no está sometido a Presión. En los puntos de utilización   

Filtros. Regulador de presión. Lubricador.

2.5.2.

Proceso de secado

El aire, al comprimirse, se calienta, por lo que es necesario montar un equipo de refrigeración del aire inmediatamente después del compresor. El calentamiento se produce porque el aumento de la energía necesaria para incrementar la presión de p1 a p2 implica un aumento de la temperatura de T1 a T2. La temperatura se puede calcular aplicando la siguiente fórmula:

T

=

T

1

⎛ P × ⎜⎜ ⎝ P

2 1

⎞ ⎟⎟ ⎠

( k −

1

)

k

Ecuación 2-3 Pudiendo ser k desde 1.38 hasta 1.4; la temperatura en kelvin y presiones absolutas. Donde; T 1 = Temperatura de entrada en [K ]

T = Temperatura de salida en [K ] P2 = presión de salida [Kpa ] P1 = presión de entrada [Kpa ] K = constante [− ]

El aire siempre contiene una cantidad mayor o menor de vapor de agua. Sin embargo, el aire solo puede contener una cantidad limitada de agua (hasta la cantidad de saturación). Antes que el aire comprimido llegue a las unidades consumidoras, debe conseguirse que se condense la mayor cantidad posible del vapor de agua. Si no se utiliza un compresor exento de aceite, se obtiene una mezcla comprimida de aire y aceite. Ese aceite tiene que extraerse del aire mediante un separador y, a continuación, refrigerarse. Para que los elementos de mando y los elementos funcionales neumáticos no se transformen en “elementos hidráulicos”, es recomendable secar el aire comprimido. El secado es el proceso más importante de la operación de preparación del aire. Secando bien el aire se evita la corrosión de los tubos y de los elementos neumáticos. El criterio que se aplica para medir el secado del aire es la temperatura del punto de condensación. Cuanto más alta es la temperatura del aire comprimido, más agua puede contener el aire (cantidad de saturación).

2.6.

FILTRACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO

Desde hace más de 100 años se utilizan filtros de aire, lo que significa que han experimentado una larga evolución. Originalmente se empleaban tejidos para filtrar. La elección del filtro apropiado es fundamental para la calidad del aire. Para obtener aire comprimido de alta calidad, es necesario prever varias fases de filtración. Un solo filtro “fino” no es suficiente para obtener aire de calidad satisfactoria. 2.6.1.

Clasificación de los filtros

2.6.1.1. Filtro Los filtros comunes son capaces de retener partículas de tamaños superiores a 40[ m] o a 5[ m] , según su grado de filtración y el tipo de cartucho filtrante. 2.6.1.2. Micro filtro Estos filtros retienen partículas de tamaños superiores a 0,1[ m] . 2.6.1.3. Filtro sub micrónico Estos filtros pueden retener partículas de tamaños superiores a 0,01[ m] . Sin embargo, antes de pasar por estos filtros, el aire tiene que haber pasado previamente por otro, capaz de retener partículas de hasta 5μm. 2.6.1.4. Filtro de carbón activo Estos filtros son capaces de retener partículas a partir de 0,003[ m] , lo que significa que pueden retener sustancias aromatizantes u odoríferas. 2.6.2.

Selección de filtros

Para seleccionar el filtro más adecuado, se puede recurrir al esquema que se presenta a continuación, donde se dan a conocer, el tipo de calidad de aire (humedad, aceite, polvo, bacterias)

Fuente; Catalogo Kaeser.

Diagrama 2-1. Selección de compresores

2.7.

CONTENIDO DE ACEITE EN EL AIRE COMPRIMIDO

La utilización de equipos neumáticos en determinados sectores industriales (por ejemplo, en la industria farmacéutica o alimentaria o en cabinas de pintura) exige el uso de aire comprimido sin aceite. El problema consiste en el aceite residual contenido en el aire comprimido proveniente del compresor. Incluso utilizando compresores exentos de aceite, el aire contiene aerosoles oleosos que crean cierto grado de aceite residual. Este aceite puede taponar los elementos sensibles de los componentes de la red y, además, enjuagar o dañar la lubricación que dichos componentes tienen de fábrica. El contenido de aceite en el aire comprimido se puede comentar en los siguientes términos: 2.7.1.

Aire comprimido con baja calidad Este es el caso normal, después de haber pasado el aire por un filtro capaz

de retener partículas de máximo 1 hasta 20[μ m] . Esta categoría corresponde a la calidad de aire utilizado para efectuar mediciones, respirar y trabajar, siempre y cuando cumpla con los requisitos específicos en cada caso. 2.7.2.

Aire comprimido técnicamente sin contenido de aceite En este caso, el contenido de aceite residual es de 0.3 hasta 0,01 mg / m3 ,

lo que significa que se trata de aire comprimido apropiado para cualquier aplicación técnica. Para conseguir aire de esta calidad tienen que utilizarse filtros micrónicos. 2.7.3.

Aire comprimido absolutamente exento de aceite

En el proceso de preparación del aire comprimido, el aire que entra en el compresor ya está exento de aceite. El contenido de aceite del aire comprimido es Inferior 0,003 mg / m3 . Esta calidad se obtiene únicamente mediante el uso de filtros de carbón activo.

2.8.

UNIDAD DE MANTENIMIENTO

La unidad de mantenimiento representa una combinación de los siguientes elementos:  Filtro de aire comprimido  Regulador de presión  Lubricador de aire comprimido

Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos: 

El caudal total de aire en m3 / h es decisivo para la elección del



tamaño de unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una caída de presión demasiado grande. Por eso, es imprescindible respetar los valores indicados por el fabricante. La presión de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad, y la temperatura no deberá ser tampoco superior a 50 [º C ] (valores máximos para recipiente de plástico).

Fuente; Internet

Figura 2-2. Unidad de mantenimiento

2.8.1.

Regulador de presión

Los reguladores de presión tienen la función de mantener constante el nivel de la presión secundaria (que lleva hacia las unidades consumidoras), independientemente de las oscilaciones que se producen en el circuito principal (presión primaria). Si varía la presión secundaria, el funcionamiento de los elementos de mando y de los actuadores varía de modo inaceptable. Si la presión de funcionamiento es demasiado alta, aumenta el desgaste y el consumo de energía es menos eficiente. Si la presión de funcionamiento es demasiado baja, el rendimiento disminuye y, con frecuencia, las unidades consumidoras no funcionan correctamente. En términos generales, la parte de trabajo de la red debe tener una Presión de 6[bar ] , mientras que la parte de los mandos necesita 4[bar ] . 2.8.2.

Lubricador de aire comprimido

Verificar el nivel de aceite en la mirilla y, si es necesario, suplirlo hasta el nivel permitido. Los filtros de plástico y los recipientes de los lubricadores no deben

limpiarse con tricloroetilen. Para los lubricadores, utilizar únicamente aceites minerales. 2.8.3.

Trampas de condensado

La Trampa o Separador de Condensados separa el Agua del Aire Comprimido a través de la fuerza centrífuga generada por las aletas de efecto ciclónico. Luego el Condensado y otras Impurezas deben ser evacuadas del Separador a través de una Purga de condensados. Una purga deficiente hace que el separador pierda su funcionalidad porque este se satura de Condensados pasándolos nuevamente a la Red de Aire. La Purga incorporada funciona por flotador, el que tiene una vida útil limitada pasado un tiempo, el flotador se “pincha” y se llena de Condensados (no flota más), o se obstruyen las articulaciones de este impidiendo el drenaje. Para evitar este problema, se recomienda instalar una Purga Automática por Nivel.

Fuente; Literatura neumática

Figura 2-3. Trampas de condensado

2.8.4.

Caudal en las unidades de mantenimiento

Todos los aparatos poseen una resistencia interior, por lo que se produce una caída de presión -hasta que el aire llega a la salida. Esta caída de presión depende Q caudal de paso y de la presión de alimentación correspondiente. En el grafico 2-2 están representadas varias curvas. En la abscisa está indicada la pérdida de presión [Δ p ] . Esta es la diferencia entre la presión reinante en la unidad mantenedora [P1 ] y la presión a la salida de la unidad [P2 ] La pérdida máxima de presión [Δ p ] , si embargo para efectos de calculo de esta evaluación se considera una pérdida de carga por unidad consumidora de 0,2 [bar ] . Descrita en literatura de neumática.

La unidad de mantenimiento debe elegirse cuidadosamente según el consumo de la instalación. Si no se pospone un depósito, hay que considerar el consumo máximo por unidad de tiempo.

Fuente; Literatura de neumática.

Grafico 2-2. Pedidas de carga

CAPÍTULO 3:

DESCRIPCIÓN GENERAL RED DE AIRE COMPRIMIDO

3.

DESCRIPCIÓN GENERAL RED DE AIRE COMPRIMIDO

El Presente diseño considera una red de aire comprimido para el Taller de Mecánica Automotriz de la UTFSM. Sede Viña del Mar, el Cual considera 20 unidades consumidoras que comprenden 8 Llaves de impacto de 1”, Con una capacidad de torque máx. 850 Lb*ft. 7 Llaves de impacto ½ “, Con una capacidad de torque máx. 300 Lb*ft. 4 esmeriles Angulares de 4 1/2”, y 1 pistola para el desarrollo de pinturas. Este requerimiento es función de las tareas que deben ser desarrollar en taller, además son las herramientas que presentan mayor consumo dentro de la familia de herramientas neumáticas, por lo tanto, ante cualquier eventualidad de consumo posterior en el punto, se podrá instalar la herramienta que sea necesaria, restando a esto sólo ajustar el requerimiento de “presión de trabajo” con el regulador de presión instalado en el punto

3.1.

DESCRIPCIÓN PLANOS DE LA RED

Fuente, departamento de mantención U.T.F.S.M-U.S.M

Plano 3-1. Plano descripción emplazamiento de la Red

Fuente, departamento de mantención U.T.F.S.M-J.M.C

Plano 3-2. Plano descripción Emplazamiento en corte

3.2.

DESCRIPCIÓN UNIDADES CONSUMIDORAS

A fin de asegurar el mantenimiento de las unidades consumidoras, antes de cada unidad se incorpora una unidad de mantenimiento. En cuanto a sus aplicaciones son principalmente de uso Mecánico. El costo de cada unidad se encuentra detallado en el presupuesto unitario.

3.2.1.

Llave de Impacto 1” (8 Unidades)

Fuente; Internet

Figura 3-1. Llave de Impacto 1” (8 Unidades)

Tabla 3-1. Datos llave de impacto 1” Nº6

Fuente; Elaboración propia con datos de internet.

3.2.2.

Llave de Impacto 1/2” (7 unidades)

Fuente; Internet

Figura 3-2. Llave de Impacto 1/2” (7 unidades)

Tabla 3-2. Datos llave de impacto ½” Nº7

Fuente; Elaboración propia con datos de internet

3.2.3.

Esmeril angular (4 unidades)

Fuente; Internet

Figura 3-3. Esmeriladora

Tabla 3-3. Datos esmeriladora Nº8


3.2.4.

Pistola para Pintar (1 unidades)

Fuente; Internet

Figura 3-4. Pistola para Pintar

Tabla 3-4. Datos pistola de pintar Nº8


En el plano que se describe a continuación se aprecia la disposición de la red en su espacio, además la separación en tramos que permiten el desarrollo de los cálculos en términos de pérdidas de carga y diámetros de la cañería.

Emplazamiento de la red de aire comprimido


Plano 3-3. Emplazamiento en tres dimensiones

3.3.

CRITERIOS DE DISEÑO





La red contará con un compresor que trae incorporado un secador y enfriador Cada unidad consumidora contará con unidades mantenedoras que serán parte de éstas Filtro, Lubricador, Regulador de Presión. Y sus pérdidas de cargas estarán dadas literatura 0,2 [bar ] .







La red será de tipo cerrada por sus ventajas en virtud de abarcar mayor área de trabajo, mantenimiento en términos de aislar sectores. Para asegurar el que el condensado en las líneas se utilizará una pendiente de 1% y trampas de condensado en la línea principal Como las pérdidas de cargas están dadas en literatura de aire comprimido y van desde 0,1 [bar ] a 0,2 [bar ] se tomará 0,2 [bar ] en

primera instancia para el cálculo del diámetro optimo, también se respetarán las velocidades recomendadas establecías en dicha literatura 10 [m / s ] a 20 [m / s ] 



Para la selección de filtros se optará por integrados básicos ya que no se requieren altos niveles de calidad en el aire. Para el coeficiente de simultaneidad se tomará el valor de 0,65. Extraído de tabla.

CAPÍTULO 4:

DISEÑO RED DE AIRE COMPRIMIDO

4.

DISEÑO RED DE AIRE COMPRIMIDO

4.1.

RED DE DISTRIBUCIÓN

Al diseñar una red de aire comprimido, es muy importante tener en cuenta las dimensiones de las tuberías. Por ello, es recomendable proceder de la siguiente manera:  



Definir el lugar en el que se montarán las unidades consumidoras. Definir la cantidad de unidades consumidoras, distinguiéndolas según su tipo y la calidad de aire que necesitan. Preparar una lista que incluye el consumo de aire de cada una de las



unidades consumidoras. Determinar el consumo total, considerando la duración de la conexión, la simultaneidad de funcionamiento y las reservas necesarias para una posible posterior ampliación de la red. Confección del plano de las tuberías, incluyendo su longitud, los accesorios (derivaciones, codos, reductores) y los racores necesarios. Calcular la resistencia que se opone al caudal, convirtiendo la resistencia de los componentes en el equivalente de la resistencia en las tuberías en función de su longitud. Determinación de la pérdida de presión admisible. Determinar la longitud nominal de los tubos, a continuación,



determinar su diámetro interior. Elección del material de los tubos.









El cálculo de una red de distribución de aire comprimido consiste solamente en la determinación del diámetro único que tendrá dicha tubería, en función de ciertos datos de partida que son    

4.1.1.

La presión máxima de régimen. El caudal máximo a utilizar. La pérdida de carga que se está dispuesta a tolerar en la instalación. La forma y dimensión de la red.

Presión máxima del régimen

Ésta corresponde a la presión máxima que se tiene establecida para los compresores. Cada unidad consumidora tendrá cierta presión de trabajo (dada por el fabricante). De todas ellas, habrá algunas cuya presión máxima de trabajo será superior a las otras, por lo cual el compresor deberá ser capaz de entregar poco

más de esta presión máxima (presión máxima del régimen). Frecuentemente este valor nunca excederá los 10 [bar ] en instalaciones de aire comprimido normales. 4.1.2.

Caudal máximo a utilizar El caudal depende de los siguientes factores:  



 

4.1.3.

Cantidad de unidades consumidoras y consumo de aire de cada una. Factor de simultaneidad (ya que no siempre todas las unidades Consumidoras funcionan al mismo tiempo). Pérdidas por desgaste de las unidades consumidoras y por fugas en la red. Duración de la conexión de las unidades consumidoras. consumidoras. Posibles ampliaciones futuras.

Pérdidas de carga

Por último se considerará la pérdida de carga (que se traducirá como una disminución de la presión). La pérdida de carga o disminución de la energía útil se produce cuando el aire al circular “roza” con las paredes del tubo o cuando produce torbellinos en lugares donde la dirección cambia en forma brusca. Estos torbellinos consumen energía pero su trabajo no es aprovechable. La pérdida total de carga es un valor que se elige como condición de diseño y que usualmente está entre 0.1 [bar ] y 0.2 [bar ] . Se sobreentiende que las válvulas, accesorios, codos y similares ofrecen una resistencia mucho mayor al caudal. Para tener en cuenta estos componentes, se calcula con una longitud equivalente (ficticia) de la tubería y el resultado se suma a la longitud real de los tubos antes de calcular o determinar gráficamente el diámetro interior necesario de los tubos. Longitudes ficticias.

Tabla 4-1. Perdidas de carga en accesorios Nº9


Después de calcular las longitudes equivalentes y sumarlas a las longitudes de las tuberías, se procede a calcular el diámetro interior del tubo. Para ello puede utilizarse el nomograma de la Figura 4-1, incluyendo los puntos (1) hasta (7). El punto de intersección con la escala D en (8) indica el diámetro interior del tubo. 4.1.4.

Diámetro de la tubería

El cálculo de la red de aire comprimido, tiene por finalidad determinar el diámetro interior de las tuberías donde circulará el aire a presión para suministrar a cada unidad consumidora. Para ello se realizará el cálculo mediante el método analítico, es decir, por medio de la siguiente ecuación


Figura 4-1. Abaco diámetro de la tubería

También es posible calcular el diámetro interior del tubo utilizando la siguiente Formula y que utilizará en ésta memoria. Fórmula:

d

=

5

76

, 35

⎛ L t × Q n1 , 875 × ⎜ ⎜ P 2 − P 2 i f ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Ecuación 4-1

Donde: Pi = Presión inicial en bar absolutos. [bar ] Pf = Presión final en bar absolutos. [bar ] Lt = Largo total (incluyendo longitudes equivalentes) en metros. [m] Qn= Caudal normal en m3 / h d = Diámetro interior del tubo en milímetros. [mm]

4.2.

CÁLCULO

4.2.1.

Cálculo consumo de aire unidades consumidoras

El Cálculo de las unidades consumidoras es realizado para cada unidad y lo que consumirán en su conjunto en la red sin tomar en consideración ningún factor o grado de utilización.

Tabla 4-2. Consumo unidades consumidoras 10

Fuente; Elaboración propia

4.2.2.

Cálculo consumo de caudal compresor

A continuación la tabla 4-3 muestra el desarrollo del cálculo en términos de consumo que tendrá la Red tomando en consideración el consumo de cada unidad consumidora, grado de utilización de las mismas, factores de fuga de la red, desgastes de las herramienta, expansión y de simultaneidad. (Factores y Formulas Explicados en capitulo Nº2) Fórmula:

QCompresor = C s × C MF × C CC × C U × C MA ×

n

∑Q

espi

i =1

Ecuación 4-2 Donde; •


•


•


•


•


•

Qespi = valor del caudal de las unidades consumidoras m3 / h

En el recuadro superior se considera el caudal de la unidades consumidoras por separado incorporando al cálculo de inmediato el grado de utilización Cu, a continuación en el recuadro de abajo, tomando el valor de caudal ya calculado con el grado de utilización se aplica los factores faltantes

Tabla 4-3. Caculo de aire requerido para el compresor

Fuente; elaboración propia.

4.2.3.

Calculo del diámetro

A fin de calcular el diámetro interior de las tuberías, se procede a separar el circuito en tramos definidos (ver plano 3D Plano 3-3). En cada tramo se conoce el caudal demandado por cada unidad consumidora, la presión de trabajo, la longitud y la pérdida de carga dada (de diseño) que es de 0.2bar. Para ejecutar el siguiente calculo utilizaremos la siguiente Formula. En relación el largo de la cañería y el largo característico se encuentran fusionados en el recuadro, todo esto para efectos de cálculo, Fórmula:

d

=

5

76

, 35

⎛ L t × Q n1 , 875 × ⎜ ⎜ P 2 − P 2 i f ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Ecuación 4-3

Donde; Pi = Presión inicial en bar absolutos. [bar ] Pf = Presión final en bar absolutos. [bar ] Lt = Largo total (incluyendo longitudes equivalentes) en metros. [m] Qn= Caudal normal en m3 / h

Tabla 4-4. Caudal que circulara por tramos al momento de operar


Ahora se calcula el diámetro;

Tabla 4-5. Calculo del diámetro interior sin velocidad recomendada

Fuente; elaboración propia.

4.2.3.1. Calculo del diámetro, con velocidad recomendada Como se está trabajando con pérdidas de presión recomendadas en primera instancia, también se debe tomar en consideración las velocidades recomendadas que deben estar en 10 [m / s ] a 20 [m / s ] y que dará cumplimiento la ecuación de continuidad. Formula; V

×

A

=

Q

⎡ ⎢ ⎣

3

m s

⎤ ⎥ ⎦ Ecuación 4-4

Donde; V = velocidad del aire. [m / s ] A = área del ducto. m 2 Q = caudal que circula por el ducto. m3 / s

Tabla 4-6. Calculo del diámetro interior con velocidad recomendada 10 [m / s ] a 20 [m / s ]


4.2.4.

Calculo de las pérdidas de cargas

4.2.4.1. Perdidas de carga en tuberías Anteriormente se había señalado que se utilizaría una pérdida de carga de diseño de 0.2 bar . Sin embargo, este valor sólo es aplicable a cada tramo de tuberías. Ahora se calculará la pérdida de carga de toda la red. De modo que el compresor pueda satisfacer la demanda de presión a la cual será utilizado. Para calcular las pérdidas de carga se utilizará la siguiente ecuación:

P

2

i

− P

2 f

=

76

. 35

× L D

t 5

× Q

1 . 875 n

Ecuación 4-5 Donde: Pi : Presión inicial en bar absolutos. [bar ] Pf : Presión final en

bar

absolutos. [bar ]

Lt : Largo total (incluyendo las longitudes equivalentes) en [m] . Qn : Caudal normal, en m3 / s

D : Diámetro interior del tubo en [mm] . Realizando un procedimiento similar al efectuado en el ítem anterior, los resultados se muestran en la tabla 4-7, en donde se visualizan las pérdidas de carga producto de los ductos .

Tabla 4-7. Perdidas de carga por tuberías en el sistema

Fuente; Elaboración Propia.

4.2.4.2. Perdidas de carga en elementos de mantenimientos Se utilizara las pérdidas de carga que menciona la literatura para efectos de cálculos, tal como se mencionó en el criterios de diseño, 0,2 [bar ] por Unidad

Tabla 4-8. Perdidas de carga elementos de mantenimientos


Por lo tanto la presión del compresor debe ser de 4 [bar ] más las pérdidas de carga de la cañería y de los elementos de mantenimiento, pero no existen compresores para eso valores, se ajustará a 6 bar.

Tabla 4-9. Resumen perdidas de carga


4.3.

SELECCIÓN DE MATERIAL Y UNIONES PARA LAS TUBERÍAS. MATERIAL

Existe una amplia gama de materiales para tuberías de aire comprimido en el mercado, por lo cual se debe seleccionar el tipo de material adecuado a los requerimientos del presente proyecto. En las Tablas y se mencionan los materiales para la construcción de redes de aire comprimido y sus ventajas y desventajas. Por lo tanto, y en base a lo anteriormente expuesto, se ha decidido seleccionar tuberías de cobre. Entre las bondades de este material se resaltan las diversas dimensiones en la cual está disponible en el comercio, la presión que pueden soportar (hasta 140 bar ),

posibilidad de soldar o unir con racores, y lo más importante la ausencia de corrosión en la tubería. Dentro de las tuberías de cobre, existen tres tipos: Tipo L, Tipo K y Tipo M. Se seleccionará para el proyecto cañerías de cobre Tipo L. Esto debido a la Presión que pueden soportar:  

4.3.1.

Ø ¼” ► hasta 70.5bar. Ø 2” ► hasta 28.06bar .

Uniones para las tuberías

Como se seleccionaron tuberías de cobre, se podrán escoger dos tipos de uniones: roscada o soldada. Se escoge unión soldada por ser más hermética. Claro

está, que el montaje de estas uniones la deberán realizar operarios experimentados y especializados.

4.4.

CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL COMPRESOR.

Para el cálculo del compresor, tanto la presión máxima como el caudal total a suministrar por el compresor, serán factores fundamentales a considerar. Para esto, se recurre a la siguiente fórmula: junto con sus factores como se explico en el capitulo Nº2

QCompresor = C s × C MF × C CC × C U ×

n

∑Q

espi

i =1

Ecuación 4-6 4.4.1.

Selección del compresor

Para seleccionar un compresor adecuado para la instalación se debe contemplar la hipótesis de consumos que se considere que va a ser la más habitual. El depósito de regulación que se dimensionará más tarde permitirá dar respuesta a los picos puntuales de consumo que se puedan producir. La regulación de la presión del depósito se va a realizar mediante la parada y puesta en marcha del compresor cuando se alcancen las presiones de 6,16 y 6 bar respectivamente. Como se necesita el dato de consumo de aire para calcular los diámetros y perdidas de cargas de las cañería, éste procedimiento ya se realizó, arrojando como resultado;

Tabla 4-10. Caudal calculado del compresor

Fuente; Elaboración propia.

En consecuencia en base a los cálculos ya desarrollados nos damos cuenta que para cubrir nuestras necesidades debemos contar con un compresor de 6 [bar ] y que desplace 80 m3 / h

Tabla 4-11. Resumene calculo compresor


Tabla 4-12. Selección del compresor

Fuente; Manual Atlas Copco

Es muy importante destacar que el compresor seleccionado incorpora tanto el secador como el enfriador, por lo cual no se hace necesario calcular estos equipos adicionales para la red de aire comprimido. 4.4.2.

Algunas consideraciones para la puesta en marcha

Comprobar el nivel del aceite en el cárter las cabezas de las bielas y los contrapesos del cigüeñal no deben sumergirse, las tuberías de aspiración y de impulsión de la bomba de engranajes deben llenarse de aceite). Si es necesario, limpiar el filtro. Cargar los engrasadores de presión del cilindro y, observando por las mirillas de vidrio, hacerlos girar a mano de vez en cuando. Comprobar la libertad de trabajo del regulador de presión y conectar el compresor para marcha en vacío.

Abrir el agua de refrigeración y esperar a que salga. Abrir las llaves o compuertas de los tubos de aspiración y de impulsión. Poner en marcha la máquina de accionamiento (en general debe alcanzarse el máximo número de revoluciones al cabo de unos 10 segundos). Cargar poco a poco el compresor.

4.5.

CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Para calcular la capacidad del tanque de almacenamiento, se recurre al gráfico de la Figura 4-2. Previo a esto se necesita conocer el caudal a suministrar por el compresor, en m3 / min , el rango de regulación (Δp = diferencia entre la presión máxima y mínima del régimen) y la frecuencia del compresor (Z=partidas del compresor por hora). Entonces:   

Caudal a suministrar por el compresor: 1.04m3/min. Rango de regulación: 0.16bar . Frecuencia del compresor: 20h-1.

Con estos datos, y gracias al gráfico del la Figura 4-2, se obtiene la capacidad del acumulador de aire libre: 5m3. Con este dato se ingresa a la fórmula:

V

= V B

⎛ P ATM × ⎜⎜ ⎝ P EST

⎞ ⎟⎟ [m ⎠

3

] Ecuación 4-7

Tabla 4-13. Calculo para el acumulador


Por lo tanto, como es de mayor concurrencia en el mercado los depósitos de 1 m 3 se optará por éste.

Abaco estanque

Fuente; Escaneo literatura neumática.

Figura 4-2. Abaco calculo depósito acumulador de aire comprimido

El cálculo es efectuado sobre la figura 4-2, obteniendo V m 3 el cual se B

reemplaza en la fórmula 4-7. De esta manera se obtiene el volumen del deposito.

CAPÍTULO 5:

PROYECTO INFRAESTRUCTURA U.S.M.

5.

PROYECTO INFRAESTRUCTURA U.S.M.

5.1.

INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO

Nombre del proyecto

Implementar una Red de Aire Comprimido Para el Taller de Mecánica Automotriz Unidad (es) solicitante Sede Viña del Mar (s) Responsable del Guido Almagia Flores proyecto Director de Unidad Bruno Dondero Lencioni Tema de postulación Infraestructura Tipo de proyecto Fecha en que requiere la obra

5.2.

Individual se Antes del año académico.

FIRMA DE ACEPTACIÓN DE BASES Y POSTULACIÓN DEL PROYECTO

Declaro conocer y aceptar las condiciones establecidas en la convocatoria del Concurso de Infraestructura 2009 por el cual se presenta el proyecto en cuestión.

Coordinador de Mantención

Director de Administración y Finanzas

Bruno Dondero Lencioni Director Sede Viña del Mar

5.3.

RESUMEN DE RECURSOS

Monto (UF) (Nota 1) ITEM

Remodelación y/o habilitación de espacios

Construcción de obras

Fondos institucionales Fondos propios Otros fondos

5.3.1.

Cuadro Resumen de Financiamiento

Aporte

Fondos institucionales Fondos propios Sede Viña del Mar Total USM

Número de

% de superficie

Monto

% de

m2 a intervenir con el proyecto

reparada del proyecto de acuerdo a la fuente de financiamiento

(UF)

Financiamiento

5.4.

RESUMEN DEL PROYECTO

El objetivo del proyecto consiste en implementar una red de aire comprimido para el taller de mecánica automotriz. Ello le permitirá a la carrera la impartir clases con un mayor grado de conocimientos, lo que en la práctica significa asegurar la calidad de la enseñanza 80 alumnos que ingresan cada año , lo que a la postre significa un universo total de 240 alumnos directos de la carrera sin contar los que en algún momento determinado ocuparían la Red, Además ésta red se encuentra calculada con un grado de expansión del 30%, lo que significa que en un futuro próximo se podrá implementar un laboratorios de neumática. los beneficiados entre alumnos y personal de la Universidad (docentes y administrativos).ver gráfico N°1


Gráfico 5-1. Utilidad de la Red Aire Comprimido

Este mejoramiento de la infraestructura académico – docente, contribuirá en forma significativa a asegurar la calidad en la enseñanza, lo que a su vez, por una parte, se encuentra directamente relacionada con el cumplimiento de los ejes estratégicos Nº 1 (Liderazgo en Ingeniería, Ciencia & Tecnología) y el Nº 6 (Gestión Competitiva) de la Universidad y por otro lado el proyecto, es a su vez una acción proactiva pensando en el proceso de re acreditación de las Carreras Técnicas en la USM Sede Viña del Mar, tal como se explica en el punto VII.

5.5.

OBJETIVOS

Contribuir a asegurar el desarrollo y el progreso académico del departamento de Mecánica en la Sede Viña del Mar de la USM a través del mejoramiento continuo en términos de la infraestructura en Taller de Mecánica Automotriz.

5.6.

JUSTIFICACION

Como cualquier Taller Mecánico, cuenta con una Red de Aire Comprimido, y pese a cualquier esfuerzo en el ámbito de mecánica en trabajar sin ella, los avances tecnológicos , la necesidad de ser eficientes en virtud del tiempo y proyectos futuros a ejecutar que tienen relación directa con el suministro de aire comprimido, se ha tornado de forma necesaria el implementar dicha red En el caso del Taller, para reemplazar una pequeña parte de éste servicio existe un compresor y una llave de impacto con lo cual no se alcanza a cubrir las necesidades descritas más arriba. Ello expone a 240 alumnos de la carrera y a parte de la comunidad universitaria en general, que en un momento determinado requiere de éste servicio. El trabajo de la forma que se desarrolla hoy en día presenta, serios riesgos de deterioros de equipamientos tantos nuestros como recepcionados,) y sin perjuicio de una mayor probabilidad de accidentes, tanto para alumnos como para funcionarios, producto de prácticas ergonómicas - ya estudiadas – y que se desarrollan de forma indebida. Lo anterior, no es menor con las disposiciones legales vigentes en términos de lo indicado en el Reglamento de Higiene y Seguridad Industrial, específicamente en su Titulo II, Responsabilidad por la seguridad, inciso segundo: “Las Jefaturas, en especial son responsables de que los trabajos se efectúen con la máxima seguridad de acuerdo a las normas y reglamentos vigentes. E j e r c e r án c o n t r o l sobre el personal para garantizar la seguridad dentro de su área de trabajo”. En virtud de todo lo expuesto, es necesario implementar el proyecto aquí presentado. a continuación se muestra en el Plano topográfico N° 1: El Taller Mecánico Automotriz.

Plano Nº1 : Infraestructura Talle Mecánica Automotriz

Fuente: Dirección de Infraestructura, USM Casa Central.

Figura 5-1. Plano Nº1 : Infraestructura Talle Mecánica Automotriz

__ Corresponde al perímetro del Taller Mecánica Automotriz.

A continuación se detalla la utilización por semestre de la carrera tomando en consideración tres años, es decir 6 semestres. Se distribuyen de la forma que se indica en el gráfico Nº2.


Gráfico 5-2. Utilidad de la red aire comprimido por semestre

De acuerdo a lo estudiado la Red se utilizaría en un porcentaje bastante alto para los requerimientos que hoy en día presenta la carrera. En la práctica, ésta Red de Aire será utilizada en el transcurso de toda su carrera - por un estudiante en un 88 % lo cual en términos de herramienta educacional es un gran pilar. A su vez, la cantidad de dependencias beneficiadas con el proyecto no solo puede beneficiar al Taller ya que como se comentó más arriba ésta se encuentra diseñada con un 30% de expansión y cercana a los terrenos donde en un futuro próximo se pudiesen ejecutar nuevos proyectos.

5.7.

ALINEACION CARRERAS

CON LA

ACREDITACION

INSTITUCIONAL

Y DE

De acuerdo a lo establecido por la Comisión Nacional de Acreditación (CNA), la infraestructura y los recursos para la enseñanza son parte de los ítems en los criterios para evaluar la certificación de la calidad de la educación. A su vez en el marco de acreditación de las carreras, dicha comisión dictamina, entre otros puntos, la necesidad de alinear el perfil de egreso declarado por competencia con los planes de estudios respectivos.

Para lo anterior, resulta indispensable adecuar los planes de estudio basados en competencias, lo que implica cambios en la modalidad de enseñanza – aprendizaje siendo la infraestructura uno de los factores críticos que puede facilitar o entorpecer el proceso.

5.8.

DESCRIPCIÓN DE ETAPAS O MACROCTIVIDADES DEL PROYECTO

ETAPAS O MACROACTIVIDADES Cotización Se solicitó una cubicación y presupuesto estimativo del proyecto, el cual se adjunta dentro de los antecedentes de acuerdo a lo estipulado en los Términos de referencia del Concurso. Implementación Actualmente se realizó el diseño y presupuesto estando a la espera de una respuesta positiva para el desarrollo de tal proyecto. Mantención En términos de compresores la desarrolla fabricante con lo que respecta a las línea principal estarán instaladas trampas de condensado para las línea secundarias Filtro, Regulador, Lubricador en un solo equipo, y para el depósito un decantador y condensador incorporado todo lo anterior exceptuando el compresor lo realiza el usuario.

5.9.

GANTT DE ACTIVIDADES

Fuente: Elaboración Propia

Figura 5-2. Carta Gantt

5.10.

EVALUACIÓN ECONÓMICA

Tabla 5-1. Valorizacion proyecto red aire comprimido

5.11.

INDICADORES DE RESULTADOS O IMPACTO

Descripción indicador (se detalla a continuación de la tabla la definición de indicadores)

Tipo de indicador (A = acumulado; V = variable)

1. 2. 3. 4.

5.

6.

Fuente:

Valor actual

Valor esperado

CONCLUSIONES

Se analizarán las conclusiones para los objetivos planteados al principio de este proyecto. En forma general, se logró el principal objetivo, el cual era el diseño de la red. Sin embargo, se debieron enfrentar varias circunstancias en las cuales se tomaron decisiones, como por ejemplo el diseñar la red de forma abierta o cerrada, tomándose la opción de una red Cerrada. Esto debido a los beneficios que ésta presenta en términos de costo de operación y mantenimiento, Además las cañerías que alimentan las unidades consumidoras irán a la vista y en voladizo por lo cual se tuvo que pensar en un diseño que no obstaculice el trabajo y futuras ampliaciones. También, al realizar el cálculo de pérdidas de carga sin considerar velocidades recomendadas éstas tornan demasiado altas. Por esto se toma la decisión de aumentar los diámetros de las cañerías y con esto se logra reducir considerablemente esta pérdida de presión, de no ejecutar este procedimiento hubiese redundado en adquirir un compresor de 2 bar por sobre lo estipulado en este proyecto que 6 bar. Es muy importante señalar que la red de aire comprimido se podrá ampliar para futuras conexiones hasta un 30% del caudal calculado. Por otro lado, para suministrar aire comprimido a todos los equipos que componen las unidades consumidoras se debía fijar una calidad adecuada del aire comprimido. Para ello se recurrió a la Norma ISO 8573-1, escogiéndose un tratamiento de aire para maquinas y herramientas, es decir, con factores de, aceite (5), polvo (5) y agua (4).lo cual representa para la norma sin exigencias de calidad, a excepción del agua. Sin embargo parte de la calidad se logra gracias a los efectivos filtros con que cuenta el compresor y en relación al condensado se ve minorizado con las trampas de condensado con que cuentan el depósito, en la Red, y filtro integrado antes de cada unidad consumidora. Con respecto a las tuberías seleccionadas, se tomó la opción de que estas fueran de cobre tipo L, debido a la ausencia de corrosión, paredes interiores lisas y posibilidades de doblar con amplia gama de diámetros en el comercio y fitting. Las tuberías se montarán a la vista por, y para la sujeción de Éstas se utilizarán abrazaderas de Zincalum, con un espesor de 1 mm y tornillos en 3/8”. Una particularidad de la red aquí diseñada es la ausencia tanto de secador de aire como del post-enfriador. Sin embargo, esta ausencia se debe a que el compresor que se selecciona posee incorporados ambos equipos. Se vio la necesidad de suministrar un regulador de presión antes de ingresar a las unidades consumidoras debido a factores de unos en la línea. Con esto se soluciona el problema versatibilidad de la red. Además, se selecciona un tanque de almacenamiento de una capacidad de 1000 litros. Con esto se consigue que el compresor no trabaje en forma continua. De ésta forma se da solución al requerimiento del Taller mecánico Automotriz

BIBLIOGRAFÍA

1. Catálogo “Depósitos de aire comprimido”. Autor: KAESER Compresores. 2. Catálogo “Filtros”. Autor: KAESER Compresores. 3. Catálogo “Automación neumática. Sección II”. Autor: VIGNOLA. 4. Catálogo sillón dental. Autores: Nardo & Herrero. 5. Catálogo tuberías de cobre. Autor: FLU CHILE LTDA. 6. Manual Atlas Copco. Autor: ATLAS COPCO.

diseño de red de aire comprimido para taller

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