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“Año del Buen Servicio al Ciudadano” UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil

Departamento Académico de Construcción

CAPITULO 11: AIRE COMPRIMIDO Alumnos: • • • •

SALAZAR NIEVES, David Wilfredo CUBAS SULLUCHUCO, Sara Guadalupe SANTOS GOMEZ, Ricky Alexis HUAMAN SALAZAR, Hugo Jair

Curso: •

Tecnología de la Construcción I

Profesor: • ING. MIRANDA HOSPINAL, Oscar Guillermo

Sección: • “H”

2017- II

20160068G 20160098C 20164154E 20160107B

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ÍNDICE 1.

INTRODUCCIÓN: .................................................................................................................. 3

2.

AIRE COMPRIMIDO.............................................................................................................. 4 2.1.

SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO ............................................................................. 5

2.2.

DEFINICIONES GENERALES ...................................................................................... 5

2.3.

TIPOS DE COMPRESIÓN .............................................................................................. 7

2.3.1.

Compresión isotérmica. ............................................................................................ 7

2.3.2.

Compresión adiabática. ............................................................................................ 7

2.4.

LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES ............................................................. 8

2.4.1.

LA LEY DE BOYLE ............................................................................................... 8

2.4.2.

LA LEY DE BOYLE Y CHARLES ........................................................................ 8

2.5.

ENERGÍA REQUERIDA PARA COMPRIMIR EL AIRE ........................................... 10

2.6. EFECTO DE LA ALTITUD EN LA POTENCIA REQUERIDA PARA COMPRIMIR EL AIRE..................................................................................................................................... 14 2.7.

COMPRESORES ........................................................................................................... 14

2.7.1.

COMPRESORES ESTACIONARIOS .................................................................. 15

2.7.2.

COMPRESORES PORTÁTILES .......................................................................... 16

2.7.3.

COMPRESORES ALTERNATIVOS .................................................................... 16

2.7.4.

COMPRESORES DE TORNILLO ROTATIVO .................................................. 16

2.10.

ENFRIADOR INTERMEDIO ................................................................................... 19

2.11.

ENFRIADORES POSTERIORES ............................................................................. 20

2.12.

RECEPTORES ........................................................................................................... 21

2.13.

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO .................................... 21

2.14.

RECOLECTORES DE AIRE .................................................................................... 22

2.15.

PÉRDIDA DE PRESIÓN DE AIRE EN LA TUBERÍA ........................................... 22

2.16.

PÉRDIDA DE PRESIÓN DE AIRE EN LA MANGUERA ..................................... 29

2.17.

FACTOR DE DIVERSIDAD .................................................................................... 29

2.18.

EFECTOS DE LA ALTITUD EN EL CONSUMO DE AIRE POR ROCK DRILLS 33

2.19.

EL COSTE DEL AIRE COMPRIMIDO ................................................................... 35

2.20.

EL COSTO DE LAS FUGAS DE AIRE ................................................................... 36

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2.21.

EL COSTO DE UTILIZAR EL AIRE A PRESION BAJA....................................... 37

2.22.

LA SEGURIDAD ...................................................................................................... 37

2.22.1.

Compresores de aire ............................................................................................... 37

2.22.2.

Herramientas neumáticas. ...................................................................................... 38

3.

CONCLUSIONES ................................................................................................................. 38

4.

LISTA DE TABLAS.............................................................................................................. 39

5.

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ 40

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1. INTRODUCCIÓN: En la actualidad el aire comprimido es una energía importante usada en las construcciones para la obtención de trabajo mecánico, La capacidad de un compresor de aire está determinada por la cantidad de aire libre que puede comprimir a una presión especificada en 1 min, la energía suministrada por el aire comprimido es el método más conveniente para operar equipos y herramientas. Un sistema de aire comprimido consiste en uno o más compresores junto con un sistema de distribución para llevar el aire a los puntos de uso.

En el Perú en muchas industrias constructivas ya están viendo reflejadas el uso de aire comprimido, que realizan una mejora y mayor eficiencia en el trabajo que realizan, como por ejemplo los taladros de roca.

En este informe trataremos de darles a conocer la importancia que conlleva el uso de aire comprimido en varias indumentarias y herramientas en la industria constructiva, que con el tiempo fue tomando mayor auge en dicha industria, también se hará para su mejor comprensión distintos problemas, que están detalladamente explicados.

Es importante la información que se brindara en este informe, dando a conocer la función que tiene el aire comprimido como gas, como influye los compresores y los tipos que de este existen, la influencia de la altura en esta compresión el costo que implica la perdida y el uso de este medio.

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2. AIRE COMPRIMIDO El aire comprimido es ampliamente usado en obras de construcción para la alimentación de taladros en roca y en otras formaciones duras, para aflojar tierra, para limpiar, para operar motores neumáticos, herramientas de mano, piloteadoras, bombas, equipos de excavación, etc. En muchos casos, la energía proporcionada por el aire comprimido es el método más conveniente para operar equipos y herramientas.

La capacidad de un compresor de aire está determinada por la cantidad de aire libre que puede comprimir a una presión especificada en 1 min, bajo condiciones estándar. La pérdida de presión debida a la fricción a medida que el aire fluye a través de una tubería o una manguera es un factor que debe tenerse en cuenta al seleccionar el tamaño de una tubería o manguera para transportar el aire a herramientas o equipo en el sitio de construcción.

Figura 1: Perforador de roca con aire comprimido

Figura 2: Martillos con neumáticos de pilotes

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2.1.

SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

En muchos casos, la energía suministrada por el aire comprimido es el método más conveniente para operar equipos y herramientas. Un sistema de aire comprimido consiste en uno o más compresores junto con un sistema de distribución para llevar el aire a los puntos de uso. Cuando el aire es comprimido, recibe energía del compresor. Esta energía se transmite a través de una tubería o manguera al equipo de operación, donde una parte de la energía se convierte en trabajo mecánico. Las operaciones de compresión, transmisión y utilización del aire siempre darán como resultado una pérdida de energía que dará una eficiencia global inferior al 100%, a veces considerablemente menor. Como el aire es un gas, obedece las leyes fundamentales que se aplican a los gases.

Figura 3:Sistema de aire comprimido

2.2.

DEFINICIONES GENERALES

Debido a que el aire es un gas, por ende, obedece dentro de ciertos límites, las leyes fundamentales que se aplican a los gases. Las leyes que a nosotros nos interesan están relacionadas a la presión, al volumen, a la temperatura, y a la transmisión de aire. Para poder entender las leyes que se relacionan con el aire comprimido, es necesario definir ciertos términos que se utilizan en el desarrollo y aplicación de estas leyes. Las definiciones esenciales son las siguientes: •

Presión Manométrica. Es la presión ejercida por el aire en exceso de la presión atmosférica. Por lo general se expresa en psi o en pulgadas de mercurio, y se mide por medio de un manómetro de presión. O por medio de un manómetro de mercurio.

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•

Presión Absoluta. Es la presión total medida a partir del cero absoluto. Es igual a la suma de las presiones manométricas y atmosféricas, correspondiente a la lectura de barométrica. Debe utilizarse la presión absoluta al tratar con las leyes de los gases.

*Psi es la abreviación (en inglés) de libras por pulgada cuadrada de presión. *Psf es la abreviación (en inglés) de libras por pie cuadrado de presión. •

Vacío. Es la medida de la cantidad de presión inferior a la presión atmosférica. Por ejemplo, un vacío de 5 psi (lb/pulg2) es equivalente a una presión absoluta de 14.7 – 5 = 9.7 psi (lb/pulg2).

Figura 4:Relación de presiones de un gas

•

Condiciones Normales. Debido a las variaciones en el volumen del aire con la presión y la temperatura, es necesario expresar el volumen en condiciones normales para que tenga un significado concreto. Las condiciones normales son una presión absoluta de 14.7 psi (lb/pulg2), y una temperatura de 60º F.

•

Temperatura Fahrenheit. Es la temperatura indicada por un termómetro calibrado de acuerdo con la escala Fahrenheit. Para este termómetro el agua pura se congela a los 32 grados y hierve a los 212 grados, a una presión de 14.7 psi (lb/pulg2). Así que, el número de grados entre la temperatura de congelación y la de ebullición del agua, es de 180.

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•

Temperatura centígrada. Es la temperatura indicada por un termómetro calibrado de acuerdo con la escala centígrada. Para este termómetro el agua se congela a los 0 grados y hierve a los 100 grados, a una presión de 14.7 psi (lb/pulg2) .

•

Relación entre las temperaturas Fahrenheit y centígrada. Como 180 grados en la escala Fahrenheit y equivalen a 100 grados en la escala centígrada, 1ªC es igual a 1.8ªF. La lectura de un termómetro Farhrenheit será de 32 grados cuando la lectura en un termómetro centígrado es de 0 grados.

Sea: Tf = temperatura Fahrenheit Tf = temperatura Centígrada.

Para cualquier temperatura dada, las lecturas del termómetro quedan expresadas por la siguiente ecuación:

Tf = 32 + 1.8 Tc

•

Temperatura absoluta. Es la temperatura de un gas medido sobre el acero absoluto. Es igual a los grados Fahrenheit más 459.6 o, como se emplea más comúnmente, 460.

2.3.

TIPOS DE COMPRESIÓN

2.3.1.

Compresión isotérmica.

Cuando un gas experimenta un cambio en volumen sin alterarse su temperatura, se dice que sufrió una expansión o compresión isotérmica.

2.3.2.

Compresión adiabática.

Cuando un gas experimenta un cambio en volumen sin ganar o perder calor, se dice que sufrió una expansión o compresión adiabática.

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Figura 5: Compresión adiabática e isotérmica

2.4.

LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES

2.4.1.

LA LEY DE BOYLE

Estipula que cuando un gas se sujeta a un cambio en volumen debido al cambio en la presión, a una temperatura constante. Esta relación se expresa por la ecuación:

P1 * V1 = P2 * V2 = K

Donde: P1 = presión absoluta inicial V1 = volumen inicial P2 = presión absoluta final V2 = volumen final K = constante

2.4.2.

LA LEY DE BOYLE Y CHARLES

Cuando un gas se somete a cambios de volumen o presión con un cambio de temperatura, la ley de Boyle no puede aplicarse. La ley de Charles determina el efecto de la temperatura absoluta en el volumen de un gas cuando la presión se mantiene constante. Se afirma que el volumen por un peso dado de gas a presión constante varía en proporción directa a su temperatura absoluta. Esto posiblemente puede ser expresado matemáticamente por la ecuación:

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V1 V2 = =C T1 T2 V1 = volumen inicial T1 = Temperatura inicial V2 = volumen final T2 = Temperatura final C = constante

La ley de Boyle y de Charles puede combinarse formando la ecuación: P1 ∗ V1 P2 ∗ V2 = =C T1 T2

Figura 6: Leyes fundamentales de los gases

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2.5.

ENERGÍA REQUERIDA PARA COMPRIMIR EL AIRE

Sabemos que: 𝐕 = 𝐤⁄𝐏 Donde K es una constante siempre que la temperatura se mantenga constante. Sin embargo, en la práctica real la temperatura generalmente no permanece constante, y la ecuación debe ser modificada para proporcionado para el efecto de los cambios de temperatura. El efecto de la temperatura puede ser contrarrestado mediante la introducción de un exponente n de V. De este modo se puede volver a escribir como: 𝐕 𝐧 = 𝐤⁄𝐏

Para el aire los valores de n varían de 1,0 para la compresión isotérmica a 1,4 para compresión adiabática. El valor real para cualquier condición de compresión puede determinarse

experimentalmente

de

una

tarjeta de indicador obtenida para un compresor dado.

Cuando la presión de un volumen dado de aire se incrementa en un compresor de aire, es necesario proporcionar energía para el aire. Considerar un solo ciclo de compresión para un compresor de aire, como se indica en de imagen. El aire es aspirado en el cilindro a

Figura 7: Ciclo de la compresión de aire

la presión P1.

El trabajo realizado larga se puede obtener la línea CD mediante la integración de la ecuación: dW = V dP

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Tenemos que: V n = k⁄P

→

1

dW = (K⁄P)n dP

Integrando se tiene 𝟏

𝐖 = (𝐊)𝐧 ∫

𝐝𝐏 𝟏

𝐏𝐧

Para la compresión isotérmica n=1. Sustituyendo este valor en la ecuación se tiene.

W = (K) ∫

dP P2 = −K log e +C P P1

Cuando P2 = P1 y no se hace trabajo, la constante integración es igual a cero. El signo menos puede despreciarse. De tal manera que, para la compresión isotérmica del aire, la ecuación puede escribirse como W = −K log e

P2 P1

Si se desea hacer la conversión de logaritmos naturales, a logaritmos en base 10, puede reemplazarse a (P2/P1) por 2.302 log10 (P2/P1). Para las condiciones de comprensión dadas, n = 1, y K = P1V1. Si la comprensión se comienza en el aire en condiciones normales, P1 será 14.7 psi (lb/pulg2) a 60ºF. Como el trabajo comúnmente se expresa en ft-1b (pie-libra), es necesario expresar a P1 en psf (lb/pie2). Esto se hace multiplicando a P1 por 144. Cuando se hacen esas sustituciones, puede escribirse como: W = 14.969 psi × 144 in2 /ft 2 V1 × 2.3026 log

𝐖 = 𝟒. 𝟖𝟕𝟑 𝐩𝐬𝐟 𝐕𝟏 𝐥𝐨𝐠

P2 P1

𝐏𝟐 𝐏𝟏

El valor de W está en pies-libra por ciclo. Un caballo-vapor es igual a 33,000 ft-1b (pie-libra) por min. Si V1 en la ecuación se reemplaza por V, que es el volumen de aire libre por minuto

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en condiciones normales, la potencia necesaria para comprimir V ft3 de aire de la presión absoluta de P1 a P2 psi (lb/pulg2), será: hp =

4.873 V log

P2 P1

33

𝐡𝐩 = 𝟎. 𝟏𝟒𝟕𝟕 𝐕 𝐥𝐨𝐠

𝐏𝟐 𝐏𝟏

Si el aire se comprime en condiciones que no sean isotérmicas, la ecuación de la potencia necesaria puede derivarse de manera semejante. Sin embargo, como n no será igual a 1, deberá aparecer como exponente en la ecuación. La ecuación da la potencia para condiciones no isotérmicas. 𝐧−𝟏⁄ 𝐧

𝐧 𝐏𝟐 𝐡𝐩 = 𝟎. 𝟎𝟔𝟒𝟐 𝐕 [ 𝐧−𝟏 𝐏𝟏

− 𝟏]

En donde los términos son los mismos que los empleados en las ecuaciones anteriores.

PROBLEMA PROPUESTO 11.3.Determine la potencia teórica que se requiere para comprimir 500 cfm (pies3/min) de aire libre, medido en condiciones normales, desde la presión atmosférica hasta una presión manométrica de 125 psi (lb/pulg2), cuando la compresión se lleva a cabo en condiciones isotérmicas.

SOLUCIÓN:

hp =

Se sabe que:

P2 P1

4.873 V log 33

; P2=14.7+125=139.7 psi

P1 =Patm =147psi

Sustituyendo en la ecuación, se tiene: hp = 0.1477 (500 ft3) log hp

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=

139.7psi 14.7psi

73.85 x log 9.503

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hp

=

73.85 x 0.9779 𝐡𝐩 = 72.2 hp

PROBLEMA PROPUESTO 11.5.-

Con los mismos datos del problema anterior, encontrar la potencia teórica, pero para una compresión adiabática.

SOLUCIÓN: 𝐡𝐩 =

Se sabe que:

𝐧−𝟏⁄ 𝐧 𝐧 𝐏𝟐 𝟎. 𝟎𝟔𝟒𝟐 𝐕 [ 𝐧−𝟏 𝐏𝟏

− 𝟏] ;

P2=14.7+125=139.7 psi

P1 =Patm =14,7psi

Sustituyendo en la ecuación, se tiene. 0.4⁄ 1.4

1.4 139.7 hp = 0.0642 (500) [( ) 1.4 − 1 14.7

− 1]

hp = 112.35[9.50.286 − 1] hp = 112.35 × 0.903 𝐡𝐩 = 𝟏𝟎𝟏. 𝟒𝟑 hp  OBSERVACIÓN:

Para proyectos de construcción, la compresión se realizará bajo condiciones entre isoterma y adiabático. Por lo tanto, la potencia teórica estará entre 72,2 y 101.43, dependiendo el valor real del grado de enfriamiento del compresor durante el funcionamiento. La diferencia en la potencia requerida ilustra la importancia de operar un compresor de aire a la temperatura más baja práctica.

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2.6.

EFECTO DE LA ALTITUD EN LA POTENCIA REQUERIDA PARA COMPRIMIR EL AIRE

La densidad de un pie cúbico de aire libre en altitudes más altas es menor que al nivel del mar. El volumen suministrado en un intervalo de tiempo dado será menor a la altitud más alta Debido a que un compresor de una capacidad especificada realmente suministra un menor volumen de aire a una presión de descarga dada a una altitud más alta, requiere una potencia mayor para operar un compresor a mayor altitud

Tabla 1: Potencia teórica requerida para comprimir 100 cf de aire libre por minuto a diferentes alturas

2.7.

COMPRESORES

La capacidad de un compresor de aire se determina por la cantidad de aire libre que puede comprimirse a una presión especificada en 1 min, bajo condiciones estándar (presión absoluta de 14,7 psi (lb/pulg2) a 60 ° F). El número de herramientas neumáticas que se pueden operar desde un compresor de aire depende de las necesidades de aire de las herramientas específicas.

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En los proyectos de construcción, es importante siempre ubicar los compresores de aire a la altura del trabajo para mantener fuera de los materiales extraños.

Figura 8 Compresor estacionario

2.7.1.

Figura 9 Compresor portátil

COMPRESORES ESTACIONARIOS

Los compresores estacionarios se usan generalmente para instalaciones donde se requerirá aire comprimido durante un largo período de tiempo en lugares fijos. Los compresores pueden ser de tipo alternativo o rotativo y de una sola etapa o multietapa. Uno o más compresores pueden suministrar la cantidad total de aire. El coste de instalación de un solo compresor suele ser menor que para varios compresores de la misma capacidad. Sin embargo, varios compresores ofrecen una mayor flexibilidad para variar las demandas de carga, y en el caso de una parada de las reparaciones no es necesario detener toda la planta. El vapor, los motores eléctricos o los motores de combustión interna pueden accionar los compresores estacionarios.

Figura 8: Compresor estacionario Sullair.

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2.7.2.

COMPRESORES PORTÁTILES

Los compresores portátiles se utilizan más comúnmente en los sitios de construcción donde es necesario satisfacer las demandas de trabajo que cambian con frecuencia, típicamente en varias ubicaciones en el sitio de trabajo. Los compresores pueden montarse sobre neumáticos de caucho, ruedas de acero o patines. Por lo general son accionados por motores de gasolina o diésel y la mayoría de los utilizados en la construcción son de tipo tornillo giratorio.

2.7.3.

COMPRESORES ALTERNATIVOS

Un compresor alternativo depende de un pistón que se mueve hacia adelante y hacia atrás en un cilindro, para la acción de compresión. El pistón puede comprimir aire mientras se mueve en una o ambas direcciones. Para el primero se define como de simple actuación, mientras que para el segundo se define como doble actuación. Un compresor puede tener uno o más cilindros.

Figura 9 Compresor alternativo

2.7.4.

Figura 10 Movimiento de los pistones de un compresor alternativo

COMPRESORES DE TORNILLO ROTATIVO

Estas máquinas ofrecen varias ventajas en comparación con los compresores alternativos, como la compacidad, el peso ligero, el flujo uniforme, el funcionamiento libre de mantenimiento de salida variable y la larga duración. Las piezas de trabajo de un compresor de tornillo son dos rotores de helicóptero. El rotor macho tiene cuatro lóbulos y gira 50% más rápido que el rotor hembra, que tiene seis flautas con las cuales el motor macho engrana. A medida que el aire entra y fluye a través del compresor, se comprime el espacio entre los lóbulos y las acanaladuras. Los puertos de entrada y salida son automáticamente cubiertos y descubierta por los extremos conformados de los rotores mientras giran. También hay UNI – FIC

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compresores monoestables que operan de manera similar. Los compresores de tornillo rotativo están disponibles en una gama relativamente amplia de capacidades, con compresión de una sola etapa o multietapa y con rotores que operan bajo condiciones lubricadas con aceite o sin aceite, este último para producir aire libre de aceite.

Los compresores de tornillo giratorio ofrecen varias ventajas en comparación con otros tipos de compresores, incluyendo, pero no limitándose a

1. Operación silenciosa, con poca o ninguna pérdida en la producción, para satisfacer una amplia gama de requisitos legales que limitan el ruido permisible. 2. Pocas piezas móviles, con mínimo desgaste mecánico y pocos requisitos de mantenimiento. 3. Controles automáticos actuados por la presión de salida que regulan la velocidad de la unidad motriz y el compresor para limitar la salida a solo la demanda requerida. 4. Poca o ninguna pulsación en el flujo de aire, y por lo tanto redujo las vibraciones.

Figura 11: Compresor de tornillo rotativo

2.8.

CAPACIDAD DEL COMPRESOR

Los compresores de aire se clasifican por el desplazamiento del pistón en cfm. Sin embargo, la capacidad de un compresor será menor que el desplazamiento del pistón debido a fugas de válvula y pistón y el aire que queda en los espacios de separación final de los cilindros. La capacidad de un compresor es el volumen real de aire libre aspirado en un compresor en un minuto. Se expresa en pies cúbicos. Para un compresor alternativo en buenas condiciones

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mecánicas, la capacidad real debe ser del 80 al 90% del desplazamiento del pistón. Esto se ilustra mediante un análisis de un compresor portátil de dos etapas de 315cfm. Las especificaciones del fabricante dan esta información:

N° de cilindros de baja presión, 4 N° de cilindros de alta presión, 2 Diámetro de los cilindros de baja presión, 7 pulg. Diámetro de cilindros de alta presión, 5 ¾ pulg. Longitud de carrera, 5 pulg. Rpm, 870

2.9.

π ×72

•

Área del cilindro………………………………… 4×144 = 0.267 pie2

•

Desplazamiento por cilindro por carrera…... 0.267 × 12 = 0.111 pie3

•

El desplazamiento por minuto……………….. 4 x 0.111 x 870 = 388 pie3/min

•

Capacidad especificada ……………………………… 315 pie3/min

•

Eficiencia volumétrica: ………………………………… 100 × 388 = 81.3%

5

315

EFECTO DE LA ALTITUD EN LA CAPACIDAD DEL COMPRESOR

La capacidad de un compresor de aire se clasifica en función de su rendimiento a nivel del mar, donde la presión barométrica absoluta normal es de aproximadamente 14,7 psi. Si un compresor se opera a una altitud más alta, como 5000 pies sobre el nivel del mar, la presión barométrica absoluta será de aproximadamente 12,2 psi. Así, a mayor altitud, la densidad del aire es menor y el peso del aire en un pie cúbico de volumen libre es menor que al nivel del mar. Si el aire es descargado por el compresor a una presión dada, se aumentará la relación de compresión y se reducirá la capacidad del compresor. Esto puede demostrarse aplicando la ecuación 11.2. Supongamos que el 100 cf de aire libre al nivel del mar es comprimido a 100 psi calibre sin cambio de temperatura.

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Por la ley de Boyle:

𝑉2

A nivel del mar

𝑃1 × 𝑉1 𝑃2 A 5000 pies sobre el nivel del mar:

3

V1 = 100 pies cúbicos P1=12.2 psi absolutos P2=112.,2 psi absolutos

V1 = 100 pie P1= 14,7 psi absolutos P2 = 114,7 psi absolutos V2=

𝟏𝟒.𝟕×𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟏𝟒.𝟕

= 12,82 pie

3

V2=

𝟏𝟐.𝟐×𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟏𝟐.𝟐

= 10,87 pie

3

Tabla 2: Eficiencia volumétrica para varios tipos de compresores a diferentes altitudes

Altitud Sobre

nivel

Del mar

COMPRESOR

COMPRESOR

ALTERNATIVO

ALTERNATIVO

DE UNA SOLA

DE

ETAPA

ETAPAS

ROTATIVO

DOS

COMPRESOR

2000

610.0

98.7

99.4

100

5000

1525.0

92.5

98.5

100

7000

2135.0

----

----

100

8000

2440.0

87.3

97.6

99.9

10 000

3050.0

84.

97

----

12 000

3660.0

---

---

98.6

2.10.

ENFRIADOR INTERMEDIO

Frecuentemente intercoolers se instalan entre las etapas de un compresor para reducir la temperatura del aire y para quitar la humedad del aire. La reducción de la temperatura antes de la compresión adicional puede reducir la potencia total requerida hasta en un 15%. A menos que se instale un intercooler, la potencia requerida por el compresor de dos etapas será la misma que para un compresor de una sola etapa. Un intercooler requiere un suministro continuo de agua fría circulante para eliminar el calor del aire. Se requerirá 1,0 a 1,5 gal de

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agua por minuto por cada 100 cfm de aire comprimido, la cantidad real dependiendo de la temperatura del agua.

Figura 12 Enfriador intermedio en un compresor

2.11.

ENFRIADORES POSTERIORES

Los refrigeradores posteriores a veces se instalan en el lado de descarga de un compresor para enfriar el aire a la temperatura deseada y para eliminar la humedad del aire. Es muy deseable eliminar el exceso de humedad del aire, ya que tiende a congelarse durante la expansión en herramientas de aire, y lava el aceite lubricante fuera de las herramientas, reduciendo la eficiencia de lubricación.

Figura 13 Enfriador posterior en un compresor

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2.12.

RECEPTORES

Se debe instalar un receptor de aire en el lado de descarga de un compresor para igualar las pulsaciones del compresor y servir como una cámara de condensación para la eliminación de vapores de agua y aceite. Un receptor debe tener un grifo de drenaje en su parte inferior para permitir la eliminación del condensado. Su volumen debe ser de una décima a una sexta parte de la capacidad del compresor. Es deseable una válvula de purga para limitar la presión máxima.

Figura 14 Receptor en un compresor

2.13.

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO

El objetivo de instalar un sistema de distribución de aire comprimido es el proveer un volumen de aire suficiente al lugar de trabajo a presiones adecuadas para el eficaz funcionamiento de la maquinaria. Cualquier caída de presión entre el compresor y el punto de uso es una pérdida irrecuperable. Por lo tanto, el sistema de distribución es un elemento importante en el esquema de suministro de aire total. Estas son reglas generales para diseñar un sistema de distribución de aire comprimido: •

El tamaño de las tuberías debe ser lo suficientemente grande para que la caída de presión entre el compresor y el punto de uso no supere el 10% de la presión inicial.

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•

Cada cabecera o línea principal deben estar provistas de salidas lo más cercanas posible del punto de uso. Esto permite longitudes de manguera más cortas y evita grandes caídas de presión a través de la manguera.

•

Los desagües de condensado deben ubicarse en los puntos bajos apropiados a lo largo de la cabecera o líneas principales.

2.14.

RECOLECTORES DE AIRE

Muchos proyectos de construcción requieren más aire comprimido por minuto que cualquier otro compresor de obra produciría. Un colector de aire es un tubo de gran diámetro utilizado para transportar aire comprimido de uno o más compresores de aire sin una pérdida perjudicial de la línea de fricción. Los colectores pueden ser construidos de cualquier tubo duradero. Los compresores están conectados al colector con mangueras flexibles. Debe instalarse una válvula de retención unidireccional entre el compresor y el colector. Esta válvula evita que la presión de retorno del colector vuelva al tanque receptor del compresor. Los compresores agrupados para suministrar a un colector de aire pueden ser de diferentes capacidades, pero la presión de descarga final de cada uno debe coordinarse a una presión especificada. En el caso de la construcción, esto suele ser de 100 psi. No se deben usar compresores de diferentes tipos en el mismo colector. La diferencia en los sistemas de control de presión de un compresor rotativo y uno alternativo podría hacer que un compresor se sobrecargara mientras el otro compresor se inactiva.

2.15.

PÉRDIDA DE PRESIÓN DE AIRE EN LA TUBERÍA

La pérdida de presión debida a la fricción al fluir el aire por un tubo o en una manguera es un factor que debe tenerse en cuenta al seleccionar el tamaño de estos. Si no se usa una línea lo suficientemente larga, la presión de aire puede caer tan bajo que no funcionará satisfactoriamente con la herramienta a la que está suministrando energía. La selección del tamaño de tubería para una línea de aire es un problema económico. La eficiencia de la mayoría de los equipos que funcionan con aire comprimido disminuye rápidamente a medida que se reduce la presión del aire. Cuando el costo de la eficiencia perdida excede el costo de proporcionar una línea grande, es rentable instalar una línea grande. Los fabricantes de equipos neumáticos generalmente especifican la presión mínima de aire a la que el equipo funcionará satisfactoriamente. Sin embargo, estos valores deben considerarse

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como mínimas y no como deseables presiones operativas. La presión real debe ser mayor que el mínimo especificado.

EJEMPLO: Se estima que el costo de la eficiencia perdida en una obra, debido a la operación de los equipos neumáticos a presión reducida, es de $2,000. La pérdida de la eficiencia puede eliminarse instalando una línea de tubería de mayor tamaño a un costo adicional de $600. En este caso el contratista se ahorraría $500 con la instalación de un tubo más grande. Así que es rentable el utilizar un tubo más grande. Por lo tanto, es rentable gastar $1500 para eliminar una pérdida de operación de $2 000. Se utilizan diversas fórmulas para determinar la perdida de presión en un tubo, debido a la fricción. La siguiente formula es de uso general uno

f=

CL. Q2 r. d5

En donde f= Caída de presión, psi.

L= Longitud del tubo, ft.(pies) Q= ft 3 de aire libre por segundo (pies^3) r= relación de compresión d= diámetro interior al tubo, pulg. C= Coeficiente experimental. Para un tubo de acero común se ha encontrado el valor de C es igual a 0.1025 d0.31 . Si se sustituye este valor en la ecuación se tiene:

f=

0.1025. Q2 r. d5.31

EJEMPLO: Este ejemplo ilustra el empleo de la gráfica tabla 3. Determínese la perdida de presión por cada 100ft(Pies) de tubería resulta de la transmisión de 1,000 cfm(Pies cúbicos por minuto) de aire libre, a una presión manométrica de 100psi, a través de los tubos de acero de peso normal. Éntrese a la gráfica en la parte posterior con el valor de 100psi; procédase

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verticalmente hacia abajo hasta encontrar el valor de 1,000cfm; de ahí procédase paralelamente a las líneas guía inclinadas hasta un punto opuesto al tubo de 4 pulgadas; sígase la línea vertical hacia abajo hasta el fondo de la gráfica, en donde está indicada una caída de presión de 0.225 psi.

La tabla 4 proporciona la perdida de presión neumática en 1000ft(Pies) de peso normal, debida a la fricción. Para longitudes de tubos mayores o menores la perdida por fricción estará en proporción a la longitud. Las pérdidas que se dan en la tabla son para una presión manométrica inicial de 100psi. Tabla 3: Grafica de flujo de aire comprimido

Caída de presión psi por cada 100 pies

Inicial de 80 psi será 1.21 veces la perdida de presión inicial de 100 psi. Para otras pérdidas iniciales se dan los factores siguientes:

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Tabla 4:Perdida de presión, en psi, en 1,000 ft de tubo con peso normal, debido a la fricción para una presión manométrica inicial de 100psi.

Presión manométrica. psi

Factor

80

1.210

90

1.095

100

1.000

110

0.912

120

0.853

125

0.822

Aire libre

Diámetro Nominal, pulg.

por min ft3 1/2

3/4

1

10

6.50

0.99

0.28

1*1/4

1*1/2

20

25.90

3.90

30

68.50

9.01

40 50

2

2*1/2

1.11

0.25

0.11

2.51

0.57

0.26

16.00

4.45

1.03

0.46

25.10

6.96

1.61

0.71

0.19

60

36.20

10.00

2.32

1.02

0.28

70

49.30

13.70

3.16

1.40

0.37

80

64.50

17.80

4.14

1.83

0.49

0.19

90

82.80

3

3*1/2

22.60

5.23

2.32

0.62

0.24

100

27.90

6.47

2.86

0.77

0.30

125

48.60

10.20

4.49

1.19

0.46

150

62.80

14.60

6.43

1.72

0.66

0.21

175

19.80

8.72

2.36

0.91

0.28

200

25.90

11.40

3.06

1.19

0.37

0.17

250

40.40

17.90

4.78

1.85

0.58

0.27

300

58.20

4

4*1/2

25.80

6.85

2.67

0.84

0.39

0.20

350

35.10

9.36

3.64

1.14

0.53

0.27

400

45.80

12.10

4.75

1.50

0.69

0.35

0.19

450

58.00

15.40

5.98

1.89

0.88

0.46

0.25

500

71.00

19.20

7.42

2.34

1.09

0.55

0.30

600

27.60

10.70

3.336

1.56

0.79

0.44

700

37.70

14.50

4.55

2.13

1.09

0.59

800

49.00

19.00

5.89

2.77

1.42

0.78

900

62.30

24.10

7.60

2.51

1.80

0.99

1000

76.90

29.80

9.30

4.35

2.21

1.22

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5

6

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE CONSTRUCCIÓN 1500

21.00

9.80

4.90

2.73

1.51

0.57

2000

67.00

37.40

17.30

8.80

4.90

2.73

0.99

2500

58.40

27.20

13.80

8.30

4.20

1.57

3000

58.20

27.20

14.70

8.20

3.04

3500

69.40

35.50

19.40

10.70

4.01

4000

45.00

24.50

13.50

5.10

4500

55.60

30.20

16.80

6.30

5000

80.00

43.70

24.10

9.10

6000

59.50

32.80

12.20

7000

77.50

42.90

16.10

54.30

20.40

8000 9000

25.10

10000

30.40

11000

36.20

12000

42.60

13000

49.20

14000

56.60

15000

59.60

Si la presión inicial es diferente de 100psi, pueden obtenerse las perdidas correspondientes multiplicando los valores de la Tabla por un factor adecuado. Puede verse que para un flujo determinado, a través de un tubo de tamaño dado, la última variable es r, que es la relación de compresión, basada en presiones absolutas. Para una presión manométrica de 100psi, r = 114.7 14.7

94.7

= 7.8, mientras que para una presión manométrica de 80psi, r = 14.7 = 6.44. La relación 7.8

de estos valores e, r = 6.44 = 1.211. De tal manera que la perdida para una presión inicial de 80psi será 1.211 veces la perdida de una presión inicial de 100 psi. Para otras pérdidas iniciales, se dan los siguientes factores:

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Presión manométrica, psi

Factor

80

1.210

90

1.095

100

1.000

110

0.912

120

0.853

125

0.822

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Para calcular la perdida de presión que resulta del flujo de aire a través de las conexiones, se acostumbra convertir las conexiones a una longitud equivalente de un tubo nominal que tenga el mismo diámetro. Esta longitud equivalente deberá sumarse a la longitud real del tubo para determinar las pérdidas de presión. La tabla da la longitud equivalente de tubo de peso normal, para calcular las pérdidas de presión.

Tabla 5:: Longitud equivalente en pies de tubo, peso normal, con pérdidas de presión semejantes a las de conexiones atornilladas. Tamaño nominal del tubo pulg.

Válvula de compuerta

Válvula esférica

Válvula angular

Codo amplio o a través de una T estándar

Codo estándar o a través de una T

Salida Normal de una T

1/2

0.4

17.3

8.6

0.6

1.6

3.1

¾

0.5

22.9

11.4

0.8

2.1

4.1

1

0.6

29.1

14.6

1.1

2.6

5.2

1*1/4

0.8

38.3

19.1

1.4

3.5

6.9

1*1/2

0.9

44.7

22.4

1.6

4.0

8.0

2

1.2

57.4

28.7

2.1

5.2

10.3

2*1/2

1.4

68.5

34.3

2.5

6.2

15.3

3

1.8

85.2

42.6

3.1

6.2

15.3

4

2.4

112.0

56.0

4.0

7.7

20.2

5

2.9

140.0

70.0

5.0

10.1

25.2

6

3.5

168.0

84.1

6.1

15.2

30.4

8

4.7

222.0

111.0

8.0

20.0

40.0

10

5.9

278.0

139.0

10.0

25.0

50.0

12

7.0

332.0

166.0

11.0

29.8

59.6

Tamaños de tubo recomendados para la transmisión de aire comprimido Al transmitir el aire de un compresor al equipo neumático, es necesario limitar la caída de presión a lo largo de la línea. Si no se toma esta precaución, la presión puede caer más bajo de aquella para la cual se diseñaron los equipos neumáticos y esto será en detrimento de la producción.

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Deben tomarse en cuenta cuando menos dos factores al determinar el diámetro mínimo del tubo.

1.- Es la necesidad de proporcionar el aire a la presión requerida. 2.- Es la conveniencia de proporcionar energía atravesó de aire comprimido, al menor costo total, tomando en cuenta el costo del tubo, y el costo de producción que se obtenga del equipo obtenido del equipo que está siendo alimentado por el aire.

Considerando el primer factor, puede utilizarse un tubo más pequeño en longitudes cortas que en longitudes largas. No obstante que esto es posible, puede no ser económico. Para el último factor, la economía puede dictaminar el empleo de un tubo de diámetro mayor que el mínimo posible. El costo de instalación de un tubo grande estará completamente justificado para una instalación que se utilizara durante un largo periodo de tiempo, pero no para uno que se vaya a utilizar durante una corta temporada . Ningún libro, tabla, o dato fijo puede proporcionar el tamaño correcto de una tubería para todas las instalaciones. El método correcto para determinar el tamaño del tubo, para una instalación determinada, es completo análisis de ingeniería de la instalación en particular.

Tabla 6:proporciona los tamaños recomendados de tubo para la transmisión de aire comprimido para varias longitudes de tubería. Estos datos son útiles como una guía al seleccionar los tamaños de tubos.

Volumen

Tamaño nominal del tubo, pulgadas

De aire

50 - 200

200 – 500

Cfm(Pies cúbicos

500 – 1000

1000 – 2500

2500 - 5000

Longitud de tubo,(pies) por

minuto ) 30 – 60

1

1

1*1/4

1*1/2

1*1/2

60 – 100

1

1*1/4

1*1/4

2

2

100 – 200

1*1/4

1*1/2

2

2*1/2

2*1/2

200 – 500

2

2*1/2

3

3*1/2

3*1/2

500 – 1000

2*1/2

3

3*1/2

4

4*1/2

1000 – 2000

2*1/2

4

4*1/2

5

6

2000 – 4000

3*1/2

5

6

8

8

4000 - 8000

6

8

8

10

10

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2.16.

PÉRDIDA DE PRESIÓN DE AIRE EN LA MANGUERA

La manguera de la línea de aire es una manguera de caucho, de tipo presión usada para transmitir el aire comprimido. Normalmente, la manguera está equipada con accesorios de acción rápida para acoplar una herramienta, un compresor u otra manguera. El tamaño de la manguera se basa en la cantidad de aire que se debe entregar a la herramienta. Cuando se transmite aire comprimido a una presión de 80 a 125 psi, la guía descrita aquí es válida para mangueras de longitudes cortas (25 pies o menos). Según se requiera, la longitud de la manguera aumenta, también se debe aumentar el tamaño nominal. Las pautas están seleccionando la manguera de la línea de aire son: •

Se recomienda un tamaño nominal de 1/4 para herramientas que requieren hasta 15 cfm de aire: pequeños taladros y martillos neumáticos

•

Se recomienda un tamaño nominal de 3/8 para herramientas que requieren hasta 40 cfm de aire: llaves de impacto, amoladoras y martillos de astillado

•

Se recomienda un tamaño nominal de 1/2 para herramientas que requieren hasta 80 cfm de aire: martillos pesados y martillos de remaches

•

Se recomienda un tamaño nominal de 3/4 para herramientas que requieren hasta 100 cfm de aire: taladro de roca, vibradores de hormigón grandes y bombas de sumidero

•

Se recomienda un tamaño nominal de 1 para herramientas que requieren hasta 75 cfm de aire: taladros de roca y driffers

2.17.

FACTOR DE DIVERSIDAD

Es necesario proporcionar tanto aire comprimido como sea necesario. Sin embargo, para suplir las necesidades de todos los equipos operativos y las muchas herramientas diferentes que se pueden conectar a un sistema, (ver Fig. 17) requeriría más capacidad de aire de lo que realmente se necesita. Es probable que todo el equipo a utilizar en un proyecto no esté en funcionamiento al mismo tiempo. Se debe hacer un análisis del trabajo para determinar la probable necesidad real máxima, antes de diseñar el sistema de aire comprimido.

Por ejemplo, si 10 martillos neumáticos están en un trabajo de perforación, normalmente no más de 5 o 6 consumirá aire en un momento dado. Los otros estarán fuera de uso

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temporalmente para cambios en bits o taladrar acero o moverse a nuevas ubicaciones. Por lo tanto, la cantidad real de demanda de aire debe basarse en 5 o 6 taladros en lugar de 10. La misma condición se aplicará a otras herramientas neumáticas.

Figura 15: Herramientas accionadas por aire que se pueden conectar a un sistema de aire

El factor de diversidad es la relación entre la carga real y la carga calculada máxima que existiría si todas las herramientas funcionaran al mismo tiempo. Por ejemplo, si un martillo requería 90 cfm (pies 3 /min) de aire, 10 martillos requerirían un total de 900 cfm (pies 3 /min) si todos fueran operados al mismo tiempo. Sin embargo, con sólo 5 martillos operando al mismo tiempo, la demanda de aire sería de 450 cfm (pies 3 /min). Así, el factor de diversidad sería 450 = 0,5 900

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Las cantidades aproximadas de aire comprimido requeridas por los equipos neumáticos y las herramientas se dan en la TABLA 7. Las cantidades se basan en un funcionamiento continuo a una presión de 90 psi (lb/pulg2 ) Tabla 7:Cantidades de aire comprimido requeridas por los equipos neumáticos y las herramientas (1)

Tabla 8: Cantidad de aire comprimida requerido por equipos y herramientas (2)

Equipos y herramientas Martillo neumático

Excavadores de arcilla

Vibradores de concreto

Taladros o Perforadores

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Capacidad o tamaño

Consumo de aire cfm-(pies 3 /min )

ligeros

15-25

Pesado

25-30

Ligeros, 20 lb (libras)

20-25

Medianos, 25 lb (libras)

25-30

Pesados, 35lb

30-35

Tubo diámetro de 2 ½”

20-30

Tubo diámetro de 3”

40-50

Tubo diámetro de 4”

45-55

Tubo diámetro de 5”

75-85

1” diámetro

35-40

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Malacates

2” diámetro

50-75

4” diámetro

50-75

De un solo tambor, 2,000 libras

200-220

de tirón De doble tambor, 2,400 libras de

250-260

tiron Llaves de impacto

Perno de 5/8”

15-20

Perno de 3/4”

30-40

Perno de 1 ¼”

60-70

Perno de 1 ½”

70-80

Perno de 1 ¾”

80-90

Tabla 9: Cantidad de aire comprimida requerido por equipos y herramientas (3)

Equipos y herramientas

Capacidad o tamaño

Consumo de aire (cfm)( (pies 3 /min )

Sierra: circular

Hoja de 12”

40-60

De cadena

Hoja de 18-30”

85-95

Hoja de 36”

135-150

Hoja de 48”

150-160

20 “

45-50

Trabajo ligero

2-3

Trabajo medio

8-15

Trabajo pesado

14-30

Alternativa Pistolas atomizadoras

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Bomba de sumidero

Apisonadores de tierra

Taladros de vagoneta

2.18.

De una etapa, 10-40 ft (pies)

80-90

De una etapa, 100-150 ft (pies)

150-170

De dos etapas, 100-150 ft (pies)

160-180

35 lb (Libras)

30-35

60 lb (Libras)

40-45

80 lb (Libras)

50-60

Pistón de 3”

150-175

Pistón de 3 ½”

180-210

Pistón de 4”

225-275

EFECTOS DE LA ALTITUD EN EL CONSUMO DE AIRE POR ROCK DRILLS

Como ya se ha explicado en este capítulo, la capacidad de un compresor de aire es el volumen de aire libre que entra en el compresor durante un tiempo determinado, usualmente expresado en cfm (pies 3 /min). Debido a la menor presión atmosférica a mayores altitudes. la cantidad de aire suministrada por un compresor a una presión manométrica dada será menor que en el nivel del mar.

Figura 16: Variación de la presión con el cambio de alturas

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Es necesario proporcionar más capacidad del compresor en las altitudes más altas para asegurar el suministro adecuado de aire a la presión especificada a los taladros de la roca.

La Tabla 10. da los factores representativos que se aplicarán a las capacidades especificadas del compresor para determinar las capacidades necesarias a diferentes altitudes. Por ejemplo, si un solo taladro requiere una capacidad de 600 cfm (pies3 /min) de aire al nivel del mar, requerirá una capacidad de 720 cfm (pies3 /min) a una altitud de 5000 ft (pies) y 780 cfm (pies3 /min) a una altitud de 10 000 ft (pies). Tabla 10: Factores que deben utilizarse para determinar las capacidades de aire comprimido requeridas por los ejercicios de roca a diferentes alturas

Número de ejercicios Altitud ( ft )(Pies)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Factor 0

1.0

1.8

2.7

3.4

4.1

4.8

5.4

6.0

6.5

7.1

1,000

1.0

1.9

2.8

3.5

4.2

4.9

5.6

6.2

6.7

7.3

2,000

1.1

1.9

2.9

3.6

4.4

5.1

5.8

6.4

7.0

7.6

3,000

1.1

2.0

3.0

3.7

4.5

5.3

5.9

6.6

7.2

7.8

4,000

1.1

2.1

3.1

3.9

4.7

5.5

6.1

6.8

7.4

8.1

5,000

1.2

2.1

3.2

4.0

4.8

5.6

6.3

7.0

7.6

8.3

6,000

1.2

2.2

3.2

4.1

4.9

5.8

6.5

7.2

7.8

8.5

7,000

1.2

2.2

3.3

4.2

5.0

5.9

6.6

7.4

8.0

8.7

8,000

1.3

2.3

3.4

4.3

5.2

6.1

6.8

7.6

8.2

9.0

9,000

1.3

2.3

3.5

4.4

5.3

6.2

7.0

7.7

8.4

9.2

10,000

1.3

2.4

3.6

4.5

5.4

6.3

7.1

7.9

8.6

9.4

12,000

1.4

2.5

3.8

4.6

5.6

6.6

7.4

8.2

8.9

9.7

15,000

1.4

2.6

3.9

4.7

5.9

6.9

7.7

8.6

9.3

10.2

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Los valores de los factores se ajustan para reflejar los factores de diversidad representativos para el uso de multidrills. debido a que estos factores se aplicarán necesariamente a todos los ejercicios y proyectos, deben usarse sólo como guía

2.19.

EL COSTE DEL AIRE COMPRIMIDO

El coste del aire comprimido se puede determinar en el compresor o en el punto de uso. El primero incluirá el costo de compresión más la transmisión, incluyendo las pérdidas de línea El costo de la compresión debe incluir el costo total del compresor, tanto de propiedad como de operación. El costo suele basarse en 1000 cf (pies 3) de aire libre.

Problema: Determine el costo de comprimir 1000 cf (pies3) de aire libre a una presión manométrica de 100 psi (lb/pulg2) usando un compresor portátil de dos etapas de 600 cfm (pies3 /min) impulsado por un motor Diesel de 180 hp (Caballos-fuerza)

Esta información se aplicará:

Costo de propiedad anual = $ 19.686 Hora de trabajo anual 1400 horas por año Combustible consumido por hora, 0.04 x 180 = 7.2 gal Aceite lubricante consumido por hora, 0.125 gal

Costos por hora:

Precio fijo $19.686 / 1400 horas = $14.06 Combustible 7.2 gal * 1.00 = 7.20 Aceite lubricante 0.125 gal * 3.20 = 0.40 Operador ½ time * $16.00 por hora = 8.00

Costo total por hora = $29.66

Este costo variará con los paquetes de beneficios de ubicación y empresa

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•

Volumen de aire comprimido por 50 min de hora, 50 x 600 = 30000 cf (pies3)

•

Costo por 1000 cf, $29.66/30= $0.989 o $ 0.99

Tabla 11:El costo por 1000 cf (pies3) de aire para un compresor que funcione bajo diversos factores de carga

Factor de carga (%) 100

75

50

Costos de las horas Precio fijo

$

14.06

$

14.06

$

14.06

Combustible

7.20

5.38

4.28

Aceite Lubricante

0.40

0.30

0.24

Operador, ½ tiempo

8.00

8.00

8.00

Costo total por hora

$ 29.66

$ 27.74

$ 26.58

Volumen de aire por hora (cf-pies3)

30,000

22,500

15,000

Costo por 1,000 cf (pies3)

$ 0.99

$ 1.23

$ 1.77

*Este costo puede variar ligeramente con el factor de carga. *El costo puede variar con las ubicaciones

2.20.

EL COSTO DE LAS FUGAS DE AIRE

La pérdida de aire a través de fugas en una línea de transmisión puede ser sorprendentemente grande y costosa. Las fugas son el resultado de malas conexiones de tubería, vástagos sueltos de la válvula, manguera deteriorada y conexiones de manguera sueltas. Si el coste de tales fugas era más conocido, el tamaño se puede determinar aplicando una fórmula para el flujo de aire a través de un orificio.

La Tabla.12 ilustra el costo de la fuga de aire para tamaños variables de aberturas y costos por 1000 cf (pies3) de aire.

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Tabla 12:Costo de la fuga de aire para diferentes tamaños de aberturas y costos por 1,000 pies cúbicos de aire

Tamaño de la abertura

Pies cúbicos de aire

Para el costo indicado por 1,000 cf (pies cúbicos)

perdidos por mes a 100 psi (Lb/pulg2)

$ 0.45

$ 0.60

$ 0.75

$ 1.20

1/32

45,500

$ 19.14

$ 27.30

$ 34.14

$ 45.50

1/16

182,300

82.2

109.5

136.95

182.3

1/8

740,200

333

444

555

740.2

1/4

2,920,000

1,314.00

1,782.00

2,190.00

2,920.00

2.21.

EL COSTO DE UTILIZAR EL AIRE A PRESION BAJA

El efecto sobre el costo de producción de los equipos neumáticos operativos a menos de la presión de aire recomendada se puede demostrar analizando el rendimiento de la instalación bajo diferentes presiones. Los ensayos realizados en equipos de perforación indican que los ejercicios que funcionan bajo presión, a saber, 75,2 psi (Lb/pulg2), tendrán una eficiencia equivalente al 80% de los que operan a 89,4 psi (Lb/pulg2). Por lo tanto, el aumento en la profundidad del agujero perforado a la presión más alta será de 100 – 80 ´pies, igual al 20%.

2.22.

LA SEGURIDAD

Se debe tener extremo cuidado al trabajar con aire comprimido. A corta distancia, es capaz de sacar los ojos, estallar tímpanos, causando ampollas graves de la piel, o incluso matar a un individuo.

2.22.1. Compresores de aire •

Asegúrese de que el aire de admisión esté fresco y libre de gases o vapores inflamables

•

Asegúrese de que todos los manómetros están en buen estado de funcionamiento.

•

Compruebe las válvulas de seguridad y los reguladores para determinar si funcionan correctamente antes de poner en marcha el compresor de aire.

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2.22.2. Herramientas neumáticas. •

Use ropa y equipo de protección (como gafas, guantes y respiradores) apropiados para la herramienta en particular que se está operando.

•

Mantenga un equilibrio adecuado y equilibrio en todo momento mientras opera herramientas neumáticas.

•

Apague el aire y desconecte la herramienta cuando se realizan reparaciones o ajustes o la herramienta no está en uso

•

Inspeccione la manguera para asegurarse de que está en buenas condiciones y libre de obstrucciones antes de conectar una herramienta neumática.

•

Retire las mangueras con fugas o defectuosas. La manguera de aire debe ser capaz de resistir la presión requerida para la herramienta

•

No doblar una manguera para detener el flujo de aire

•

Nunca apunte una manguera de aire directamente a otro personal

3. CONCLUSIONES •

El aire al ser un gas se rige por las leyes fundamentales del gas.

•

La energía del aire comprimido que se convierte en trabajo mecánico no es usada al 100%, debido a los que los distintos procesos y la fricción usan energía.

•

La potencia teoría varía de acuerdo con el tipo de compresión ya sea adiabática o isotérmica.

•

Podemos encontrar diferentes tipos de compresores siendo el que más se utiliza en la construcción los compresores portátiles.

•

La eficiencia volumétrica disminuye a medida que la altitud aumenta.

•

La capacidad de un compresor disminuye a medida que la altitud aumenta.

•

Tener un sistema de distribución de aire comprimido es una cosa que requiere planificación y un correcto desarrollo de la instalación de dicho sistema.

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•

Para evitar la pérdida de presión tomaremos los tamaños nominales de las herramientas que son recomendadas.

•

Al colocar un sistema de distribución de aire comprimido debemos visualizar que en dicha posición el sistema nos rendirá al máximo y sin problema alguno.

•

A medida que aumenta la altura baja la presión y la temperatura, esta variación afecta el rendimiento de los compresores, tal que el aire suministrado no será suficiente por ello es necesario proporcionar más capacidad al compresor en mayores altitudes.

•

Dado que el accionamiento del aire comprimido es debido a un fluido a presión, su empleo da lugar a la aparición de unos riesgos específicos, que se van a ver incrementados si se hace un mal uso del mismo. El aire comprimido es una corriente de aire concentrada con presión y velocidad altas que puede causar lesiones graves al operados y a las personas que están cerca.

4. LISTA DE TABLAS TABLA 1: POTENCIA TEÓRICA REQUERIDA PARA COMPRIMIR 100 CF DE AIRE LIBRE POR MINUTO A DIFERENTES ALTURAS ............................................................................................................................ 14 TABLA 2: EFICIENCIA VOLUMÉTRICA PARA VARIOS TIPOS DE COMPRESORES A DIFERENTES ALTITUDES .......... 19 TABLA 3: GRAFICA DE FLUJO DE AIRE COMPRIMIDO ................................................................................................... 24 TABLA 4:PERDIDA DE PRESIÓN, EN PSI, EN 1,000 FT DE TUBO CON PESO NORMAL, DEBIDO A LA FRICCIÓN PARA UNA PRESIÓN MANOMÉTRICA INICIAL DE 100PSI................................................................................................................. 25 TABLA 5:: LONGITUD EQUIVALENTE EN PIES DE TUBO, PESO NORMAL, CON PÉRDIDAS DE PRESIÓN SEMEJANTES A LAS DE CONEXIONES ATORNILLADAS......................................................................................................................... 27 TABLA 6:PROPORCIONA LOS TAMAÑOS RECOMENDADOS DE TUBO PARA LA TRANSMISIÓN DE AIRE COMPRIMIDO PARA VARIAS LONGITUDES DE TUBERÍA. ESTOS DATOS SON ÚTILES COMO UNA GUÍA AL SELECCIONAR LOS TAMAÑOS DE TUBOS. ......... 28 TABLA 7:CANTIDADES DE AIRE COMPRIMIDO REQUERIDAS POR LOS EQUIPOS NEUMÁTICOS Y LAS HERRAMIENTAS (1) ............. 31 TABLA 8: CANTIDAD DE AIRE COMPRIMIDA REQUERIDO POR EQUIPOS Y HERRAMIENTAS (2) .............................................. 31 TABLA 9: CANTIDAD DE AIRE COMPRIMIDA REQUERIDO POR EQUIPOS Y HERRAMIENTAS (3) .............................................. 32 TABLA 10: FACTORES QUE DEBEN UTILIZARSE PARA DETERMINAR LAS CAPACIDADES DE AIRE COMPRIMIDO REQUERIDAS POR LOS EJERCICIOS DE ROCA A DIFERENTES ALTURAS .................................................................................................... 34 TABLA 11:EL COSTO POR 1000 CF (PIES3) DE AIRE PARA UN COMPRESOR QUE FUNCIONE BAJO DIVERSOS FACTORES DE CARGA 36 TABLA 12:COSTO DE LA FUGA DE AIRE PARA DIFERENTES TAMAÑOS DE ABERTURAS Y COSTOS POR 1,000 PIES CÚBICOS DE AIRE .............................................................................................................................................................. 37

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5. LISTA DE FIGURAS FIGURA 1: PERFORADOR DE ROCA CON AIRE COMPRIMIDO_______________________________________________4 FIGURA 2: MARTILLOS CON NEUMÁTICOS DE PILOTES _____________________________________________4 FIGURA 3:SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO _____________________________________________________5 FIGURA 4:RELACIÓN DE PRESIONES DE UN GAS _________________________________________________6 FIGURA 5: COMPRESIÓN ADIABÁTICA E ISOTÉRMICA ___________________________________________________8 FIGURA 6: LEYES FUNDAMENTALES DE LOS GASES ______________________________________________9 FIGURA 7: CICLO DE LA COMPRESIÓN DE AIRE ______________________________________________________10 FIGURA 10: COMPRESOR ESTACIONARIO SULLAIR. ___________________________________________________15 FIGURA 11 COMPRESOR ALTERNATIVO ___________________________________________________________16 FIGURA 12 MOVIMIENTO DE LOS PISTONES DE UN COMPRESOR ALTERNATIVO ________________________________16 FIGURA 13: COMPRESOR DE TORNILLO ROTATIVO ___________________________________________________17 FIGURA 14 ENFRIADOR INTERMEDIO EN UN COMPRESOR _______________________________________________20 FIGURA 15 ENFRIADOR POSTERIOR EN UN COMPRESOR _______________________________________________20 FIGURA 16 RECEPTOR EN UN COMPRESOR ________________________________________________________21 FIGURA 17: HERRAMIENTAS ACCIONADAS POR AIRE QUE SE PUEDEN CONECTAR A UN SISTEMA DE AIRE ________________30 FIGURA 18: VARIACIÓN DE LA PRESIÓN CON EL CAMBIO DE ALTURAS _______________________________________33

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