SELECCIÓN DE UN COMPRESOR 1.0 SELECCIÓN DE UN COMPRESOR Para seleccionar un compresor es necesario conocer primeramente el significado del volumen normal de aire.
1.1 VOLUMEN NORMAL DE AIRE Las cantidades en N m3/min, scfm (pie3/min estándar) o referidas al aire libre (FAD), que se dan generalmente generalment e en los catálogos para el consumo de aire por las herramientas neumáticas o equipos, se refieren a aire libre por minuto (aire atmosférico a la presión y temperaturas normales). Debemos asegurarnos de que el dato de la capacidad del compresor que da el fabricante este también referido al aire libre, al objeto de que exista una correspondencia correspondencia entre consumo y capacidad. capacidad. Normalmente, estas dos especificaciones están dadas en aire libre y, por tanto no hace falta ninguna conversión. Sin embargo, cuando se trata del consumo de aire de otros equipos, es posible que no se haga en aire libre; entonces deberá recurrirse a la fórmula para la conversión del volumen de aire comprimido a una presión determinada en volumen de aire libre (a condiciones normales).
1.2 DETERMINACION DEL CONSUMO DE AIRE La principal consideración en la selección de un compresor es la producción de un suministro adecuado de aire comprimido al mínimo coste, asegurando un servicio permanente. La instalación de un sistema de generación de aire comprimido, precisa una inversión de capital con consiguientes costos de funcionamiento y mantenimiento. La información en la que basaremos la selección del compresor debe ser lo más exacta posible. Factores importantes a considerar:
1.2.1 Presión de trabajo La mayoría de equipos de aire trabajan a 6 bar (presión manométrica) y es habitual que el compresor suministre aire a la línea principal a 8 bar (presión manométrica) para absorber las pérdidas de carga. Si una parte del aire ha de utilizarse a baja presión, por ejemplo para instrumentos de control, ésta se reduce mediante un regulador de presión hasta la presión necesaria. Todos los equipos conectados al sistema deben admitir mayor presión que la suministrada por el compresor, de otro modo deben tomarse precauciones para asegurar que a ningún elemento le llegue mayor presión que la admitida por su diseño. Si se precisa de grandes volúmenes de aire a mayor o menor presión, será más económico instalar un compresor para trabajar aisladamente en esas condiciones.
1.2.2 Carga máxima y media El cálculo de la capacidad total debería basarse en el conocimiento exacto del equipo o de las necesidades del proceso; si éste está calculado a la más baja, el compresor será pequeño y no será posible mantener la presión necesaria en el sistema. A la inversa, si el consumo total está sobredimensionado sería una inversión inversión de capital excesivo. Sin embargo, es más seguro calcular por exceso con una ligera sobredimensión, ya que como en la mayoría de las instalaciones el uso del aire comprimido se incrementará y pronto se utilizará la capacidad sobrante.
1.2.3 Factor de uso Antes de decidir la capacidad del compresor, es necesario calcular el consumo de aire previsto. En algunos casos, donde haya experiencia de una instalación anterior se puede hacer un análisis
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detallado comparando los datos obtenidos anteriormente. Por ejemplo un esmeril neumático, no trabaja las 8 horas de una jornada de trabajo, realmente lo hace por periodos de 5 minutos o 10 minutos; luego no trabaja en forma continua, por lo tanto el tiempo real de uso seria: el tiempo de 8 h multiplicado por un factor de uso que se determina por tablas que están en función del grado de utilización en diferentes instalaciones o talleres como por ejemplo talleres de la industria automotriz, talleres mecánicos, talleres de maquinaria pesada, talleres de la industria electrodoméstica. Tabla de Factor de Uso: Consumo de aire (l/s) 1
Tipo de Herramienta Llaves de impacto
2
Apretadoras
3
Taladro
4 5
Rectificadora Esmeriladora
6 7
Roscadora Polipastos
8
Martillos bulonador
9 10 11
Atornillador Pistola de limpieza Pistola de pintura
Tipo <=1/2” >1/2” <=M8 >=M10 <=12 mm >12 mm <6” >6” <=11” >11” leve pesado
Automático Manual
Factor de Uso 1 0,2 0,3 0,35 0,4 0,15 0,2 0,05 0,01 0,01 ----0,1 0,15 --------0,5 0,01 0,6 0,8
8 13 9 19 5 10 8 10 54 6 35 45 6 12 6 6 5 5
2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,35 ----0,01 0,05 0,15 0,01 0,1 0,05 0,25 ------
Utilización 3 0,2 0,1 0,05 0,01 0,25 0,1 ----0,2 0,4 0,1 0,05 0,05 0,1 0,2 ----0,1 0,15 ------
4 0,2 ----0,1 0,05 0,3 0,1 0,1 0,15 0,15 0,1 0,1 0,05 --------0,3 0,05 0,3 0,9
5 0,05 0,15 --------0,2 0,25 ----0,2 0,3 --------0,05 0,1 0,3 --------0,2 -----
Utilización: 1= Industria automotriz 2= Taller mecánico 3= Industria mecánica pesada 4= Industria de electrodomésticos 5= Instalaciones completas
1.2.4 Futuras ampliaciones Para la selección de la capacidad del compresor hay que tomar en cuenta expansiones futuras: Si la expansión no es conocida con seguridad se deberá considerar un crecimiento del 10 al 15 % anual durante 3 años, esto hace aproximadamente un 50%.
1.2.5 Tolerancia de fugas de aire La experiencia nos enseña que la capacidad total del compresor calculada inicialmente debe incluir una tolerancia para fugas. Las fugas en las tuberías pueden sobrevenir por el propio uso de la instalación, una gran proporción de la totalidad de las fugas se producen en las mangueras, acoplamientos y válvulas. Para instalaciones con inspecciones y mantenimiento regular, un factor mínimo 5% sería el apropiado La importancia de esto es obvia si recordamos que una herramienta o instrumento puede consumir una cantidad considerable de aire, sólo trabajando intermitentemente, mientras una fuga aunque sea de un orificio muy pequeño, es continua y significativa. Un sistema correctamente diseñado tiene un margen de fuga del 5 al 10 %, pero poco mantenimiento o negligencia podrían provocar fugas del 30 %.
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1.2.6 Factor de Simultaneidad Todas las máquinas no trabajan a la vez: Además cuando un esmeril este trabajando, no necesariamente estará trabajando por ejemplo un motor neumático…. y así cuando estas máquinas estén trabajando no necesariamente estará trabajando un taladro neumático. A sí el consumo de aire de cada má quina hay que afectarlas por un factor de simultaneidad ya que no todas las máquinas trabajan a la vez.
1.3 DETERMINACION DEL CAUDAL NECESARIO EN UNA INSTALACION DE AIRE COMPRIMIDO
Ejemplo Si una máquina consume 4 m 3 de aire/hora a 4 bar entonces pasado a condiciones normales (1 bar absoluto) p1*V1=p2*V2 5*4=1*x Lo que significa que consume: x = 20 m 3 de aire/hora Pero no lo hace en forma continua sino que lo consume con un ciert o coeficiente de uso, por ejemplo 0,5. Luego lo que realmente consume en una hora a condiciones normales (1 bar absoluto) es solo 10 m3/hora. Si hubieran otras máquinas trabajando entonces a la suma del consumo de todas las máquinas le debemos de afectar del factor de simultaneidad que indica que todas las máquinas no trabajan exactamente a la vez. Si consideramos una ampliación del 90% y fugas del 10 % entonces la cantidad de 10 m 3/hora debe ser afectada por estos dos factores por un valor agregado del 100 %.
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Luego el caudal de diseño es de 20 m 3/hora. Con este valor elegiremos el compresor.
EJERCICIOS Problema 1 El número y los tipos de herramientas que se emplearán en la producción, en un taller de alto consumo de aire son: 0,33 m3/min. 0,45 m3/min. 1,50 m3/min. 0,33 m 3/min. 0,45 m3/min. 1,10 m3/min.
6 taladradoras 3 taladradoras 1 taladradora 12 atornilladores 3 rebarbadoras 3 rebarbadoras Factor de uso, para este taller es:
Rectificadoras 0,5 Pulidoras 0,3 Taladradoras 0,4 Terrajadoras 0,2 Atornilladoras 0,2 Mordazas 0,1 Cinceladores 0,4 Remachadores 0,1 Pisones 0,2 Chorros de arena 0,1 Pistolas de pintura 0,5 Pistolas de limpieza 0,1 Amoladoras 0,3 Determinación del Factor de simultaneidad
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Completar e determinar el Consumo Total de aire a Condiciones Normales:
Tipo Taladradora 1
Cantidad
Caudal m3 /min
F. Uso
F. Simultaneidad
Caudal Total
6
0,33
0,4
0,8
0,633
Total Adición por fugas y por ampliaciones: Ampliaciones futuras y pérdidas: Considerando un incremento por fugas y ampliaciones del 50%
Selección del compresor:
5
6
Compresor
Tipo de compreso
seleccionado:
Presión máxima (bar)
Capacidad m3 /h
Potencia HP
Nivel sonoro dB
Problema 2 Dada la instalación mostrada en la figura, seleccionar el compresor adecuado, considere por futura ampliación un 90% y por fugas de aire un 10%. (barg = Presión manométrica) (Cu = Coeficiente de utilización = Coeficiente de uso x factor de simultaneidad)
Maquina 4 3
1 m /hora 4 barg Cu = 0,5
Maquina 1 3
5 m /hora 4 barg Cu = 0,5
7
Maquina 30 28 80m m 23 33
0,5 3 mm /hora /hora 65 barg Cu = 0,9 0,8
Problema 3 Seleccionar el compresor adecuado, si se deben marcar 360 piezas / hora. Considere una futura ampliación de 40 piezas / hora y considere un 10% de perdidas por fuga. Dimensiones
Presión (bar)
Cilindro A
80 / 20 / 200
4
Cilindro B
80 / 20 / 200
6
Cilindro C
80 / 20 / 200
4
Ing. E. Soto S. Set. 2010
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