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• Florentino Shion Aries

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE APIZACO.

ALUMNOS: JESUS ENRIQUE AGUILAR NAVA. ELOY HERNANDEZ RAMOS. ALEXIS PAUL CRUZ. FLORENTINO TELLEZ CUATIANQUIZ.

MATERIA: MAQUINAS Y EQUIPOS TERMICOS II TURNO: VESPERTINO. GRUPO: D4 ESPECIALIDAD: ING. ELECTROMECÁNICA.

2. PRODUCCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO 2.1 Generadores

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central. Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada uno de los consumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías. Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en máquinas que se desplazan frecuentemente. En el momento de la planificación es necesario prever un tamaño superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulte más tarde insuficiente, puesto que toda ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables. Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire comprimido tendrá una larga duración. También debería tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos de compresores.

2.2 Tipos de compresores Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción. Se distinguen dos tipos básicos de compresores: El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o rotativo). El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).

2.2.1 Compresores de émbolo o de pistón

Compresor de émbolo oscilante. Este es el tipo de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles de kPa (bar). Figura 6: Compresor de émbolo oscilante

Este compresor funciona en base a un mecanismo de excéntrica que controla el movimiento alternativo de los pistones en el cilindro. Cuando el pistón hace la carrera de retroceso aumenta el volumen de la cámara por lo que aumenta el volumen de la cámara, por lo que disminuye la presión interna, esto a su vez provoca la apertura de la válvula de admisión permitiendo la entrada de aire al cilindro. Una vez que el pistón ha llegado al punto muerto inferior inicia su carrera ascendente, cerrándose la válvula de aspiración y disminuyendo el volumen disponible para el aire, esta situación origina un aumento de presión que finalmente abre la válvula de descarga permitiendo la salida del aire comprimido ya sea a una segunda etapa o bien al acumulador.

Es el compresor mas difundido a nivel industrial, dada su capacidad de trabajar en cualquier rango de presión. Normalmente, se fabrican de una etapa hasta presiones de 5 bar, de dos etapas para presiones de 5 a 10 bar y para presiones mayores, 3 o mas etapas.

Algunos fabricantes ya están usando tecnología denominada libre de aceite, vale decir, sus compresores no utilizan aceite lo que los hace muy apetecibles para la industria químico farmacéutica y hospitales.

Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en conformidad con

la relación, más pequeño. Durante el trabajo de compresión se forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración. Los compresores de émbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por agua, y según las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:

Compresor de émbolo rotativo Consiste en un émbolo que está animado de un movimiento rotatorio. El aire es comprimido por la continua reducción del volumen en un recinto hermético.

Compresor Diafragma

de

FIGURA 7: compresor de dos etapas con refrigeración interna.

(Membrana) Este tipo forma parte del grupo de compresores de émbolo. Una membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estará exento de aceite. El movimiento obtenido del motor, acciona una excéntrica y por su intermedio el conjunto biela - pistón. Esta acción somete a la membrana a un vaivén de

desplazamientos cortos e intermitentes que desarrolla el principio de aspiración y compresión. Debido a que el aire no entra en contacto con elementos lubricados, el aire comprimido resulta de una mayor pureza, por lo que lo hace especialmente aplicable en industrias alimenticias, farmacéuticas, químicas y hospitales.

FIGURA 8: COMPESO DE DIAFACMA.

Compresor rotativo multicelular Un rotor excéntrico gira en el interior de un cárter cilíndrico provisto de ranuras de entrada y de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal prácticamente uniforme y sin sacudidas. El rotor está provisto de un cierto número de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman las células con la pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrífuga contra la pared del cárter, y debido a la excentricidad el volumen de las células varía constantemente. Tiene la ventaja de generar grandes cantidades de aire pero con vestigios de aceite, por lo que en aquellas empresas en que no es indispensable la esterilidad presta un gran servicio, al mismo tiempo el aceite pulverizado en el aire lubrica las válvulas y elementos de control y potencia.

FIGURA 9: COMPESOR OTATIVO MULTICELULAR.

Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cóncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. Los tornillos del tipo helicoidal engranan con sus perfiles y de ese modo se logra reducir el espacio de que dispone el aire. Esta situación genera un aumento de la presión interna del aire y además por la rotación y el sentido de las hélices es impulsado hacia el extremo opuesto. Los ciclos se traslapan, con lo cual se logra un flujo continuo. A fin de evitar el desgaste de los tornillos, estos no se tocan entre si, ni tampoco con la carcasa, lo cual obliga a utilizar un mecanismo de transmisión externo que permita sincronizar el movimiento de ambos elementos. Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000m³/h y 25 bar) pero menos presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente utilizado en la industria de la madera, por su limpieza y capacidad.

FIGURA 10: COMPRESOR DE TORNILLO ELICOIDAL.

Compresor Roots En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de impulsión, la estanqueidad se asegura mediante los bordes de los émbolos rotativos. Como ventaja presenta el hecho que puede proporcionar un gran caudal, lo que lo hace especial para empresas que requieren soplar, mover gran cantidad de aire, su uso es muy limitado. El accionamiento también se asegura exteriormente, ya que por la forma de los elementos y la acción del roce no es conveniente que los émbolos entren en contacto.

FIGURA 11: COMPRESOR ROOTS.

2.2.2 Turbocompresores

Trabajan según el principio de la dinámica de los fluidos, y son muy apropiados para grandes caudales. Se fabrican de tipo axial y radial. El aire se pone en circulación por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta energía cinética se convierte en una energía elástica de compresión. La rotación de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo.

Compresor Axial El proceso de obtener un aumento de la energía de presión a la salida del compresor se logra de la siguiente manera. La rotación acelera el fluido en el sentido axial comunicándole de esta forma una gran cantidad de energía cinética a la salida del compresor, y por la forma constructiva, se le ofrece al aire un mayor espacio de modo que obligan a una reducción de la velocidad. Esta reducción se traduce en una disminución de la energía cinética, lo que se justifica por haberse transformado en energía de presión. Con este tipo de compresor se pueden lograr grandes caudales (200.000 a 500.000 m³/h) con flujo uniforme, pero a presiones relativamente bajas (5 bar). Aceleración progresiva de cámara a cámara en sentido radial hacia afuera; el aire en circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí se vuelve a acelerar hacia afuera.

FIGURA 12: TURBO COMPRESOR AXIAL. LA ROTACION DE LAS LABES ACELERA EL AIRE EN SENTIDO AXIAL DE FLUJO.

Compresor Radial

En este caso, el aumento de presión del aire se obtiene utilizando el mismo principio anterior, con la diferencia de que en este caso el fluido es impulsado una o más veces en el sentido radial. Por efecto de la rotación, los álabes comunican energía cinética y lo dirigen radialmente hacia fuera, hasta encontrarse con la pared o carcasa que lo retorna al centro, cambiando su dirección. En esta parte del proceso el aire dispone de un mayor espacio disminuyendo por tanto la velocidad y la energía cinética, lo que se traduce en la transformación de presión. Este proceso se realiza tres veces en el caso de la figura, por lo cual el compresor es de tres etapas. Se logran grandes caudales, pero a presiones también bajas. El flujo obtenido es uniforme.

FIGURA 13: COMPRESOR RADIAL. ACELERACION PROGRESIVA DE CAMARA A CAMARA EN SENTIDO RADIAL HACIA AFUERA, EL AIRE EN CIRCULACION REGRESA DE NUEVO AL EJE. DESDE AQUÍ SE VUELVE ACELERAR HACIA AFUERA.

2.3 Elección del compresor 2.3.1 Caudal Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos. 1. El caudal teórico 2. El caudal efectivo o real En el compresor de émbolo oscilante, el caudal teórico es igual al producto de cilindrada * velocidad de rotación. El caudal efectivo depende de la construcción del compresor y de la presión. En este caso, el rendimiento volumétrico es muy importante.

Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Sólo éste es el que acciona y regula los equipos neumáticos. Los valores indicados según las normas representan valores efectivos (p. ej.: DIN 1945). El caudal se expresa en m3/min ó m3/h . No obstante, son numerosos los fabricantes que solamente indican el caudal teórico.

2.3.2 Presión También se distinguen dos conceptos: La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores. La presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presión.

Importante:

Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario que la presión tenga un valor constante. De ésta dependen : - la velocidad - las fuerzas - el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo.

2.3.3 Accionamiento

Los compresores se accionan, según las exigencias, por medio de un motor eléctrico o de explosión interna. En la industria, en la mayoría de los casos los compresores se arrastran por medio de un motor eléctrico. Generalmente el motor gira un número de rpm fijo por lo cual se hace necesario regular el movimiento a través de un sistema de transmisión compuesto en la mayoría de los casos por un sistema de poleas y correas.

Aunque la aplicación anterior es la más difundida y utilizada industrialmente, el elemento de accionamiento también puede ser un motor de combustión interna. Este tipo de energía es especialmente útil para trabajos en terreno en que no se cuenta con electricidad. Si se trata de un compresor móvil, éste en la mayoría de los casos se acciona por medio de un motor de combustión (gasolina, Diesel ).

2.3.4. Regulación Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo que fluctúa, se debe proceder a ciertas regulaciones del compresor. Existen diferentes clases de regulaciones. El caudal varía entro dos valores límites ajustados (presiones máxima y mínima). Regulación de marcha en vacío Regulación de carga parcial intermitencias.

Regulación por

Regulación de marcha en vacío: a) Regulación por escape a la atmósfera

En esta simple regulación se trabaja con una válvula reguladora de presión a la salida del compresor. Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado la presión deseada, dicha válvula abre el paso y permite que el aire escape a la atmósfera. Una válvula antirretorno impide que el depósito se vacíe (sólo en instalaciones muy pequeñas).

b) Regulación por aislamiento de la aspiración

En este tipo de regulación se bloquea el lado de aspiración. La tubuladura de aspiración del compresor está cerrada. El compresor no puede aspirar y sigue funcionando en el margen de depresión. Esta regulación se utiliza principalmente en los compresores rotativos y también en los de émbolo oscilante.

c) Regulación por apertura

de la aspiración

Se utiliza en compresores de émbolo de tamaño mayor. Por medio de una mordaza se mantiene abierta la válvula de aspiración y el aire circula sin que el compresor lo comprima. Esta regulación es muy sencilla.

Regulación de carga parcial e) Regulación de la velocidad de rotación El regulador de velocidad del motor de combustión interna se ajusta en función de la presión de servicio deseada, por medio de un elemento de mando manual o automático.

Si el accionamiento es eléctrico, la velocidad de rotación puede regularse de forma progresiva empleando motores de polos conmutables. No obstante, este procedimiento no es muy utilizado.

b) Regulación del caudal aspirado

Se obtiene por simple estrangulación de la tubuladura de aspiración. El compresor puede ajustarse así a cargas parciales predeterminadas. Este sistema se presenta en compresores rotativos o en turbocompresores.

Regulación por Intermitencias

Con este sistema, el compresor tiene dos estados de servicio (funciona a plena carga o está desconectado). El motor de accionamiento del compresor se para al alcanzar la presión Pmax. Se conecta de nuevo y el compresor trabaja, al alcanzar el valor mínimo Pmin. Los momentos de conexión y desconexión pueden ajustarse mediante un presóstato. Para mantener la frecuencia de conmutación dentro de los límites admisibles, es necesario prever un depósito de gran capacidad.

4. Preparación del aire comprimido 4.1 Impurezas

En la práctica se presentan muy a menudo los casos en que la calidad del aire comprimido desempeña un papel primordial. 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. Deben eliminarse todas las impurezas del aire, ya se antes de su introducción en la red distribuidora o antes de su utilización. Las impurezas que contiene el aire pueden ser: Sólidas. Polvo atmosférico y partículas del interior de las instalaciones Líquidas. Agua y niebla de aceite Gaseosas. Vapor de agua y aceite Los inconvenientes que estas partículas pueden generar son: Sólidas. Desgaste y abrasiones, obstrucciones en los conductos pequeños. Líquidas y gaseosas. El aceite que proviene de la lubricación de los compresores provoca: formación de partículas carbonases y depósitos gomosos por oxidación y contaminación del ambiente al descargar las válvulas. Por otro lado el agua en forma de vapor provoca: oxidación de tuberías y elementos, disminución de los pasos efectivos de las tuberías y elementos al acumularse las condensaciones, mal acabado en operaciones de pintura. En la actualidad se ha desarrollado y se está difundiendo cada vez con mayor velocidad los compresores libre de aceite, especialmente desarrollado para la industria alimenticia y farmacéutica, estos pueden ser del tipo pistón o tornillo, la gran ventaja de estos equipos es la entrega de un aire limpio, de alta pureza, pero siempre necesita un sistema de filtración posterior. 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. Hay que dedicar especial atención a la humedad que contiene el aire comprimido. El agua (humedad) llega al interior de la red con el. aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire, que -a su vez depende de la temperatura del aire y de las condiciones climatológicas.

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

El grado de saturación es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como máximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces del 100% , como máximo (temperatura del punto de rocío). El diagrama de la figura 39 muestra la saturación del aire en función de la temperatura.

Ejemplo: Para un punto de rocío de 293 K (20'C), la humedad contenida en un m3 de aire es de 17,3 g. Remedio:

Filtrado correcto del aire aspirado por el compresor Utilización de compresores exentos de aceite. Si el aire comprimido contiene humedad, habrá de someterse a un secado.

Existen varios procedimientos: - Secado por absorción - Secado por adsorción - Secado por enfriamiento

Figura 39: Característica del punto de rocío

Ejemplo: Para un punto de rocío de 313 K (40 C) la humedad contenida en un m3 de aire es de 50 gramos.

Secado por absorción

El secado por absorción es un procedimiento puramente químico. El aire comprimido pasa a través de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina químicamente con ésta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante. Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede realizar manual o automáticamente. Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al año). Al mismo tiempo, en el secador por absorción se separan vapores y partículas de aceite. No obstante, las cantidades de aceite, si son grandes, influyen en el funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino delante de éste.

Figura 40: Secado por absorción

El procedimiento de absorción se distingue:

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

Secado por adsorción

Este principio se basa en un proceso físico. (Adsorber: Deposito de sustancias sobre la superficie de cuerpos sólidos.) El material de secado es granuloso con cantos vivos o en forma de perlas. Se compone de casi un 100% de dióxido de silicio. En general se le da el nombre de Gel . La misión del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua. El aire comprimido húmedo se hace pasar a través del lecho de gel, que fija la humedad. La capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada. Si está saturado, se regenera de forma simple. A través del secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado. El calor necesario para la regeneración puede aplicarse por medio de corriente eléctrica o también con aire comprimido caliente. Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el secado del aire, mientras el otro es regenera (soplándolo con aire caliente).

Figura 41: Secado por adsorción

Secado por enfriamiento

Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se basan en el principio de una reducción de la temperatura del punto de rocío. Se entiende por temperatura del punto de rocío aquella a la que hay que enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado intercambiador de calor de aire-aire. El aire caliente que entra en el secador se enfría mediante aire seco y frío proveniente del intercambiador de calor (vaporizador). El condensado de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a través del separador. Este aire preenfriado pasa por el grupo frigorífico (vaporizador) y se enfría más hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 °C) En este proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite condensados. Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino, al objeto de eliminar nuevamente partículas de suciedad.

Figura 42: Secado por enfriamiento

4.2 Filtro de aire comprimido con regulador de presión

El filtro tiene la misión de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua condensada. En los procesos de automatización neumática se tiende cada vez a miniaturizar los elementos (problemas de espacio), fabricarlos con materiales y procedimientos con los que se pretende el empleo cada vez menor de los lubricadores. Consecuencia de esto es que cada vez tenga mas importancia el conseguir un mayor grado de pureza en el aire comprimido, para lo cual se crea la necesidad de realizar un filtraje que garantice su utilización. El filtro tiene por misión:

Detener las partículas sólidas Eliminar el agua condensada en el aire

Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido tiene que atravesar la chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices. Como consecuencia se somete a un movimiento de rotación. Los componentes líquidos y las partículas grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrífuga y se acumulan en la parte inferior del recipiente. En el filtro sintetizado (4) [ancho medio de poros, 40 mm] sigue la depuración del aire comprimido. Dicho filtro (4) separa otras partículas de suciedad. Debe ser sustituido o limpiado de vez en cuando, según el grado de ensuciamiento del aire comprimido. El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador de presión y llega a la unidad de lubricación y de aquí a los consumidores. Los filtros se fabrican en diferentes modelos y deben tener drenajes accionados manualmente, semiautomática o automáticamente. Los depósitos deben construirse de material irrompible y transparente. Generalmente pueden limpiarse con cualquier detergente. Generalmente trabajan siguiendo el siguiente proceso: El aire entra en el depósito a través de un deflector direccional, que le obliga a fluir en forma de remolino. Consecuentemente, la fuerza centrífuga creada arroja las partículas líquidas contra la pared del vaso y éstas se deslizan hacia la parte inferior del mismo, depositándose en la zona de calma.

La pantalla separadora evita que con las turbulencias del aire retornen las condensaciones. El aire continúa su trayecto hacia la línea pasando a través del elemento filtrante que retiene las impurezas sólidas. Al abrir el grifo son expulsadas al exterior las partículas líquidas y sólidas en suspensión. El agua no debe pasar del nivel marcado que normalmente traen los elementos, puesto que en la zona turbulenta el agua sería de nuevo arrastrada por el aire. La condensación acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se deberá vaciar antes de que alcance la altura máxima admisible, a través del tornillo de purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar una purga automática de agua. Figura 43: Filtro de aire comprimido con regulador de presión.

Reguladores de presión: Los reguladores de presión son aparatos de gran importancia en aplicaciones neumáticas. Normalmente son llamados mano reductores, que son en realidad reguladores de presión. Para su aplicación en neumática debemos entender su funcionamiento y comportamiento ante las variaciones bruscas de presión de salida o frente a demandas altas de caudal. Al ingresar el aire a la válvula, su paso es restringido por el disco en la parte superior. La estrangulación se regula por acción del resorte inferior. El pasaje de aire reducido determina que la presión en la salida o secundario tenga un valor inferior. La presión secundaria a su vez actúa sobre la membrana de manera tal que cuando excede la presión del resorte se flecta y el disco superior baja hasta cerrar totalmente el paso de aire desde el primario. Si el aumento de presión es suficientemente alto, la flexión de la membrana permitirá destapar la perforación

central con lo cual el aire tendrá la posibilidad de escapar a la atmósfera aliviando la presión secundaria. Cuando la presión vuelve a su nivel normal la acción del resorte nuevamente abre la válvula y la deja en posición normal. Funcionamiento de la purga automática de agua. El agua condensada es separada por el filtro. De vez en cuando hay que vaciar la purga, porque de lo contrario el agua será arrastrada por el aire comprimido hasta los elementos de mando. En la purga de agua mostrada abajo, el vaciado tiene lugar de forma automática. El condensado del filtro llega, a través del tubo de unión (1), a la cámara del flotador (3). A medida que aumenta el nivel del condensado, el flotador (2) sube y a una altura determinada abre, por medio de una palanca, una tobera (10). Por el taladro (9) pasa aire comprimido a la otra cámara y empuja la membrana (6) contra la válvula de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir por el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10) a medida que disminuye el nivel de condensado. El aire restante escapa a la atmósfera por la tobera (5). La purga puede realizarse también de forma manual con el perno (8). Figura 44: Purga automática de agua.

4.2.1 Filtro finísimo de aire comprimido Este filtro se emplea en aquellos ramos en que se necesita aire filtrado finísimamente (p. ej., en las industrias alimenticias, químicas y farmacéuticas, en la técnica de procedimientos y en sistemas que trabajan con módulos de baja presión). Elimina del aire comprimido, casi sin restos, las partículas de agua y aceite. El aire comprimido se filtra hasta un 99,999% (referido a 0,01 micrón). Funcionamiento Este filtro se diferencia del filtro normal en el hecho de que el aire comprimido atraviesa el cartucho filtrante de dentro hacia afuera. El aire comprimido entra en el filtro por (1), y atraviesa el elemento filtrante (2) (fibras de vidrio boro silicato de dentro hacia afuera. El aire comprimido limpio pasa por la salida (5) a los consumidores. La separación de partículas finísimas hasta 0,01 micrón es posible debido a la finura extraordinaria del tejido filtrante. Las partículas separadas se eliminan del recipiente del filtro, por el tornillo de purga (4). Para que las partículas de agua y aceite no puedan ser arrastradas por el aire que circula, deben observarse los valores de flujo. Al montarlo hay que tener presente lo siguiente: El prefiltrado aumenta la duración del cartucho filtrante; el filtro ha de montarse en posición vertical, prestando atención al sentido de flujo (flecha). Figura 45: Filtro finísimo de aire comprimido

4.3 Reguladores de presión 4.3.1. Regulador de presión con orificio de escape

El regulador tiene la misión de mantener la presión de trabajo (secundaria) lo más constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red (primaria) y del consumo de aire. La presión primaria siempre ha de ser mayor que la secundaria. Es regulada por la membrana (1), que es sometida, por un lado, a la presión de trabajo, y por el otro a la fuerza de un resorte (2), ajustable por medio de un tornillo (3). A medida que la presión de trabajo aumenta, la membrana actúa contra la fuerza del muelle. La sección de paso en el asiento de válvula (4) disminuye hasta que la válvula cierra el paso por completo. En otros términos, la presión es regulada por el caudal que circula. Al tomar aire, la presión de trabajo disminuye y el muelle abre la válvula. La regulación de la presión de salida ajustada consiste, pues, en la apertura y cierre constantes de la válvula. Al objeto de evitar oscilaciones, encima del platillo de válvula (6) hay dispuesto un amortiguador neumático o de muelle (5). La presión de trabajo se visualiza en un manómetro. Cuando la presión secundaria aumenta demasiado, la membrana es empujada contra el muelle. Entonces se abre el orificio de escape en la parte central de la membrana y el aire puede salir a la atmósfera por los orificios de escape existentes en la caja.

Figura 46: Regulador de presión con orificio de escape.

4.3.2 Regulador de presión sin orificio de escape

En el comercio se encuentran válvulas de regulación de presión sin orificio de escape. Con estas válvulas no es posible evacuar el aire comprimido que se encuentra en las tuberías. Funcionamiento: Por medio del tornillo de ajuste (2) se pretensa el muelle (8) solidario a la membrana (3). Según el ajuste del muelle (8), se abre más o menos el paso del lado primario al secundario. El vástago (6) con la membrana (5) se separa más o menos del asiento de junta. Si no se toma aire comprimido del lado secundario, la presión aumenta y empuja la membrana (3) venciendo la fuerza del muelle (8). El muelle (7) empuja el vástago hacia abajo, y en el asiento se cierra el paso de aire. Sólo después de haber tomado aire del lado secundario, puede afluir de nuevo aire comprimido del lado primario.

Figura 47: Regulador de presión sin orificio de escape.

4.4 Lubricador de aire comprimido

El lubricador tiene la misión de lubricar los elementos neumáticos en medida suficiente. La forma práctica más lógica para lograr el correcto funcionamiento de todo aparato en el que se verifiquen movimientos es, sin duda la lubricación.

Entre los componentes neumáticos existen dos formas de llevar a cabo esta lubricación: con lubricantes sólidos y con lubricantes líquidos. En muchos casos se prefiere el lubricante sólido (que durará lo que el componente en cuestión) pues existe menos riesgo de contaminación del producto que se estuviera elaborando. Cuando en cambio, se trata de lubricante líquido, la solución formal es instalar lubricadores. La función de estos aparatos es incorporar al aire ya tratado, una determinada cantidad de aceite. Una clasificación razonable para ellos puede hacerse atendiendo a su zona de influencia, así tenemos: A1) Unidades individuales de lubricación. A2) Unidades centrales de lubricación. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas móviles, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosión. Son aparatos que regulan y controlan la mezcla de aire-aceite. Los aceites que se emplean deben: Muy fluidos Contener aditivos antioxidantes Contener aditivos antiespumantes No perjudicar los materiales de las juntas Tener una viscosidad poco variable trabajando entre 20 y 50° C No pueden emplearse aceites vegetales (Forman espuma) Los lubricadores trabajan generalmente según el principio "Venturi". La diferencia de presión Ap (caída de presión) entre la presión reinante antes de la tobera y la presión en el lugar más estrecho de ésta se emplea para aspirar líquido (aceite) de un depósito y mezclarlo con el aire. El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del flujo es suficientemente grande. Si se consume poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza para producir una depresión suficiente y aspirar el aceite del depósito. Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el fabricante,

4.4.1 Funcionamiento de un lubricador

El lubricador mostrado en este lugar trabaja según el principio Venturi. Figura 48: Principio de Venturi

Figura 49: Lubricador de aire comprimido

El aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1) hasta la salida (2). Por el estrechamiento de sección en la válvula (5), se produce una caída de presión. En el canal (8) y en la cámara de goteo (7) se produce una depresión (efecto de succión). A través del canal (6) y del tubo elevador (4) se aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a través de la cámara de goteo (7) y del canal (8) hasta el aire comprimido, que afluye hacia la salida (2). Las gotas de aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este estado hasta el consumidor. La sección de flujo varía según la cantidad de aire que pasa y varía la caída de presión, o sea, varía la cantidad de aceite. En la parte superior del tubo elevador (4) se puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por medio de un tornillo. Una determinada cantidad de aceite ejerce presión sobre el aceite que le encuentra en el depósito, a través de la válvula de retención (3).

4.5 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: 1. 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. 2. La presión de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad , y la temperatura no deberá ser tampoco superior a 50 C (valores máximos para recipiente de plástico).

Figura 50: Unidad de mantenimiento

4.5.1 Conservación de las unidades de mantenimiento

Es necesario efectuar en intervalos regulares los trabajos siguientes de conservación a) Filtro de aire comprimido: Debe examinarse periódicamente el nivel de¡ agua condensada, porque no debe sobrepasar la altura indicada en la mirilla de control. De lo contrario, el agua podría ser arrastrada hasta la tubería por el aire comprimido. Para purgar el agua condensada hay que abrir el tornillo existente en la mirilla. Asimismo, debe limpiarse el cartucho filtrante. b) Regulador de presión: Cuando está precedido de un filtro, no requiere ningún mantenimiento. c) 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 tricloroetileno. Para los lubricadores, utilizar únicamente aceites minerales.

4.5.2 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 M caudal de paso y de la presión de alimentación correspondiente. En el diagrama están representadas varias curvas, por ejemplo, para En la abscisa está indicada la pérdida de presión A p. Esta es la diferencia entre la presión reinante en el regulador de presión (p,) y la presión a la salida de la unidad (p2). La pérdida máxima de presión A p puede corresponder por tanto a la presión P2. En este caso, la resistencia después de la unidad ha disminuido hasta el valor cero y, por tanto, se dispone de caudal máximo de flujo.

Ejemplo: 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. Figura 52: Unidad de mantenimiento de R 1/8"

7. Válvulas 7.1 Generalidades Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y una porte de trabajo, Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Los sistemas neumáticos e hidráulicos lo constituyen: Elementos de información Órganos de mando Elementos de trabajo Para el tratamiento de la información y órganos de mando es preciso emplear aparatos que controlen y dirijan el flujo de forma preestablecida, lo que obliga a disponer de una serie de elementos que efectúen las funciones deseadas relativas al control y dirección del flujo del aire comprimido o aceite. En los principios del automatismo, los elementos reseñados se mandan manual o mecánicamente. Cuando por necesidades de trabajo se precisaba efectuar el mando a distancia, se utilizaban elementos de comando por émbolo neumático (servo). Actualmente, además de los mandos manuales para la actuación de estos elementos, se emplean para el comando procedimientos servo-neumáticos y electro-neumáticos que efectúan en casi su totalidad el tratamiento de la información y de la amplificación de señales. La gran evolución de la neumática y la hidráulica ha hecho, a su vez, evolucionar los procesos para el tratamiento y amplificación de señales, y por tanto, hoy en día se dispone de una gama muy extensa de válvulas y distribuidores que nos permiten elegir el sistema que mejor se adapte a las necesidades. Hay veces que el comando se realiza neumáticamente o hidráulicamente y otras nos obliga a recurrir a la electricidad por razones diversas, sobre todo cuando las distancias son importantes y no existen circunstancias adversas. Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones: Distribuir el fluido Regular caudal Regular presión

Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc. Esta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européan des Transmissions hydrauliques et Pneumatiques). Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos: 1. Válvulas de vías o distribuidoras 2. Válvulas de bloqueo

4. Válvulas de caudal

5. Válvulas de cierre

3. Válvulas de presión

7.2 Válvulas distribuidoras Estas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de tomar la corriente de aire, a saber, principalmente puesta en marcha y paro (StartStop).Son válvulas de varios orificios (vías) los cuales determinan el camino el camino que debe seguir el fluido bajo presión para efectuar operaciones tales como puesta en marcha, paro, dirección, etc. Pueden ser de dos, tres, cuatro y cinco vías correspondientes a las zonas de trabajo y, a la aplicación de cada una de ellas, estará en función de las operaciones a realizar. 7.2.1 Representación esquemática de las válvulas Para representar las válvulas distribuidoras en los esquemas de circuito se utilizan símbolos; éstos no dan ninguna orientación sobre el método constructivo de la válvula; solamente indican su función. Hay que distinguir, principalmente: Las vías, número de orificios correspondientes a la parte de trabajo. Las posiciones, las que puede adoptar el distribuidor para dirigir el flujo por una u otra vía, según necesidades de trabajo. Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados.

La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de. posiciones de la válvula distribuidora.

El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de las casillas (cuadros).

Las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación del fluido.

Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas transversales.

La unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto. Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo o inicial.

La otra posición se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.

Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a, b, c ... y 0.

Válvula de 3 posiciones. Posición intermedia = Posición de reposo.

Por posición de reposo se entiende, en el caso de válvulas con dispositivo de reposición, p. ej., un muelle, aquella posición que las piezas móviles ocupan cuando la válvula no está conectada. La posición inicial es la que tienen las piezas móviles de la válvula después del montaje de ésta, establecimiento de la presión y, en caso dado conexión de la tensión eléctrica. Es la posición por medio de la cual comienza el programa preestablecido. Conductos de escape sin empalme de tubo (aire evacuado a la atmósfera). Triángulo directamente junto al símbolo.

Conductos de escape con empalme de tubo (aire evacuado a un punto de reunión). Triángulo ligeramente separado del símbolo.

Para evitar errores durante el montaje, los empalmes se identifican por medio de letras mayúsculas: Rige lo siguiente: Tuberías o conductos de trabajo A, B, C ........................ Empalme de energía P ................................... Salida de escape R, S, T .......................... Tuberías o conductos de pilotaje Z, Y, X ...........................

Neumática e Hidráulica - Diagramas básicos y sistemas - Simbología neumática

En los sistemas tanto neumáticos como hidráulicos de potencia fluida, mientras que tener un conocimiento de los componentes del sistema es esencial, es difícil de entender las interrelaciones de estos componentes al simplemente observar al sistema operar. El conocimiento de la interrelación del sistema es requerido para efectivamente solucionar problemas y mantener al sistema de potencia fluida en funcionamiento. Los diagramas proporcionados en publicaciones técnicas o gráficos son una valiosa ayuda en el entendimiento de la operación del sistema y en el diagnóstico de las causas del mal funcionamiento. Vemos a continuación los diferentes tipos de diagramas usados para ilustrar los circuitos de potencia fluida, incluyendo algunos de los símbolos que describen los componentes de potencia fluida. Diagramas Según dijimos, para hacer reparaciones en los sistemas de potencia fluida en forma inteligente, un mecánico o técnico debe estar familiarizado con el sistema sobre el cual está trabajando. El mecánico debe conocer la función de cada componente en el sistema y tener una imagen mental de su ubicación en relación con otros componentes. Esto puede ser mejor hecho estudiando los diagramas del sistema. Un diagrama puede ser definido como una representación gráfica de un conjunto o sistema que indica las diferentes partes y expresa los métodos o principios de operación. La habilidad para leer diagramas es un requerimiento básico para la comprensión de la operación del sistema de potencia fluida. El entendimiento de los diagramas de un sistema requiere tener un conocimiento de los símbolos usados en los diagramas esquemáticos.

Los símbolos proporcionan la base para un trabajo individual con los sistemas de potencia fluida. Algunas reglas aplicables a los símbolos gráficos para los diagramas fluidos son los siguientes: Los símbolos muestran conexiones, recorridos de flujo, y la función del componente representado solamente. Los mismo no indican las condiciones que ocurren durante la transición de un recorrido al otro; ni indican la construcción del componente o sus valores, tales como la presión o régimen de caudal. Los símbolos no indican la ubicación de los puertos, dirección de conmutación de las bobinas, o la posición de los elementos de control o componentes reales. Los símbolos pueden ser rotados o invertidos sin alterar su significado excepto en casos de líneas de reservorios o múltiples de escape Los símbolos pueden ser dibujados en cualquier tamaño Cada símbolo es dibujado para mostrar la condición normal o neutral de cada componente, excepto que varios diagramas de circuitos sean provistos mostrando varias fases de la operación del circuito Tipos de diagramas Existen muchos tipos de diagramas. Aquellos que son mas pertinentes a los sistemas de potencia fluida son tratados a continuación. Diagramas pictóricos

Los diagramas pictóricos muestran la ubicación general y la apariencia real de cada componente, todas las cañerías interconectadas y la distribución general de cañerías. Este tipo de diagrama es a veces identificado como diagrama de instalación. Los diagramas de este tipo son invalorables para el personal de mantenimiento en la identificación y localización de los componentes del sistema.

Fig. 1 - Diagrama pictórico de un sistema hidráulico (Referencias: 1- Unidad de filtrado;2- Bomba elevadora; 3- Tanque de gravedad; 4- Retorno al tanque de gravedad a través del enfriador externo; 5- Línea de desborde desde las bombas; 6- A manómetro; 7- Al acumulador hidráulico principal; 8- Desde línea auxiliar; 9- A manómetro; 10-Bomba principal; 11- Bomba de recirculación; 12- A manómetro; 13- A tanque auxiliar; 14- Desde tanque de suministro; 15- Bomba de drenaje; 16- Leyendas : Baja presión hidráulica, presión hidráulica media. )

Diagramas en corte Los diagramas en corte muestran las partes de trabajo internas de todos los componentes de potencia fluida en un sistema. Esto incluye controles y mecanismos actuadores en todas las cañerías interconectadas. Los diagramas en corte normalmente no usan símbolos.

Fig. 2- Diagrama en corte de un sistema neumático (Referencias: 1- Servicio de suministro de aire de baja presión del barco; 2- Válvula globo; 3Acumulador; 4- Filtro; 5- Lubricador; 6- Regulador; 7- Válvula globo de retención de clapeta; 8- Energizador cerrado de solenoide; 9- Silenciador; 10- Válvula de control de velocidad; 11- Válvula de control direccional ; 12- Válvula de retención; 13- Válvula de control de velocidad; 14- Restricción de flujo; 15- Pistón; 16Vástago; 17- Cilindro operativo; 18- Leyendas : aire sin filtrar, aire filtrado, aceite, presión de aire de 80 a 100 psi, presión de aire venteado)

Diagramas gráficos. El propósito principal de un diagrama gráfico (esquema) es permitir al personal de mantenimiento trazar el recorrido del fluido de componente a componente dentro del sistema. Este tipo de diagrama usa símbolos estándar para mostrar cada componente e incluye todas las cañerías interconectadas. Además, el diagrama contiene una lista de componentes, tamaño de caños, datos sobre la secuencia de operación y otra información pertinente. El diagrama gráfico no indica la

localización física de varios componentes, pero muestra la relación de cada componente con otro dentro del sistema.

Fig. 3- Diagrama gráfico de un sistema neumático. Diagramas combinados Un gráfico combinado usa una combinación de símbolos gráficos, de corte y pictóricos. Este gráfico además incluye todas las cañerías interconectadas.

Simbología de neumática.

Eficiencia en Compresores La eficiencia en una máquina motriz es la relación de la energía de entrada entre el trabajo / (energía útil) de salida, entre la energía de entrada (calor).

Cuando hablamos de qué tan bien se hacen las cosas, nos referimos indirectamente a qué tan eficiente o ineficientemente las hacemos. Una máquina motriz será más eficiente si realiza su trabajo en menos tiempo y con la menor cantidad de energía suministrada. Las máquinas térmicas motrices requieren una cantidad de energía para poder realizar un trabajo como el combustible que se transforma en energía calorífica en el caso de un motor de combustión interna de automóvil. En el caso de una máquina de refrigeración el ciclo se invierte, se requiere darle una cantidad de trabajo para mover una cantidad de energía térmica o calorífica. Toda máquina térmica, ya sea motriz o de refrigeración, requiere ceder Indudablemente una cantidad de calor al medio ambiente, por lo que su funcionamiento está gobernado por nuestra madre naturaleza o las condiciones ambientales que la rodean. Un mismo refrigerador o sistema de aire acondicionado operan muy diferente en Alaska o en el Desierto del Medio Oriente, en la Ciudad de México o en la ciudad de Yucatán, Inclusive el mismo equipo no funciona igual en diferentes condiciones ambientales o épocas del año (en invierno y en verano). La eficiencia en una máquina motriz es la relación de la energía de entrada entre el trabajo (energía útil) de salida, entre la energía de entrada (calor). En una máquina frigorífica o de enfriamiento, es la relación del calor o energía de entrada (refrigeración), entre el trabajo o energía de entrada requerida para producir la refrigeración. Fig. 1. Fig. 1 Diagrama de flujo de energías en maquinas frigoríficas

Energía de Energía dada al Sistema de QH = Energía de Salida entrada ó Calor Refrigeración en este caso Energía ó Calor rechazado al del evaporador Eléctrica al motor (Watts) Medio Ambiente (Btu/h) (Bth/h) W = QH – QC Trabajo de entrada del Compresor (Watts)

QC = Calor de entrada en el Evaporador (Btu/h) Eficiencia = QC / QH – QC = QC / W (Btu/h – W) En este artículo nos dedicaremos en principio al estudio de la eficiencia de las máquinas o sistemas de enfriamiento (de Aire Acondicionado y de Refrigeración). Concepto de la Relación de Eficiencia de Energías (en inglés, Energy Efficiecy Rating EER). En relación a la Fig. 1 el ciclo de enfriamiento de mayor eficiencia es aquel que toma la mayor cantidad de calor QC de la máquina, con el consumo mínimo de trabajo mecánico del compresor (mínima energía eléctrica). Por lo tanto, se define como eficiencia de una máquina frigorífica o Relación de Eficiencia de Energías a la relación de QC entre W, en unidades Btu/h-W, ó Kcal./h-W. Dado que el Watt-h es una unidad de energía eléctrica, equivalente a la energía calorífica de 3.413 Btu, se puede también expresar la eficiencia de una máquina frigorífica en término de W/W (valor sin unidades, expresado por unidad p/u) el cual se denomina Coeficiente de Funcionamiento (en inglés, Coefficient of Performance COP). Coefficient of Performance COP; su valor es p/u, relación de la Potencia Térmica en Watts, entre la Potencia Eléctrica de entrada al Motor del compresor en Watts. En Refrigeración; COP, Potencia Térmica de Refrigeración en Watts (Qc enfriamiento) / Potencia de Entrada (W). En Calefacción o Bomba Térmica; COP, Potencia Térmica de Calefacción en Watts (QH Calentamiento) / Potencia de Entrada (W). Dentro del Ciclo de Refrigeración en lo que a eficiencias concierne, el compresor es quizás el de más consideración, se ve afectado por las siguientes pérdidas o ineficiencias: Perdidas en compresores Eficiencia Mecánica: Es la que toma en cuenta las pérdidas de potencia mecánica, (pérdidas por fricción interna, de lubricación, bomba de lubricación, etc.). El uso de aceite especificado, con sus características adecuadas de viscosidad, lubricidad, solubilidad y miscibilidad con los refrigerantes, son determinantes en la reducción de las pérdidas por fricción. Eficiencia Volumétrica: Debida principalmente a la reexpansión del gas refrigerante dentro del cilindro, a la fuga del gas por válvulas y anillos de pistones (blowby), obstrucción o pérdida de carga del flujo de gases refrigerantes, estas pérdidas son función de la relación de compresión en la que el compresor opera y las temperaturas de operación del ciclo.

Eficiencia Eléctrica: Es debida a que las pérdidas suceden en los motores eléctricos, la mayor de éstas está en el cobre, debido a las pérdidas por efecto Joule P=I2R, (proporcional al cuadrado de la corriente de operación del motor por la resistencia eléctrica de sus devanados). Diseños de mejor eficiencia utilizan conductores de mayor diámetro, para acomodarlos dentro del motor se requiere que éste sea de mayor tamaño con ranuras mayores, aumentando también el número de laminaciones. Otras pérdidas son las pérdidas en el hierro y en las Laminaciones, las cuales se dividen en Pérdidas por Corrientes Parásitas o de Foucault, las que se producen proporcionalmente por el efecto inductivo magnetízante de la corriente y su frecuencia eléctrica. y las Pérdidas por Histéresis causada por la magnetización y desmagnetización del rotor y el estator del motor, las cuales son función de la frecuencia eléctrica, y de los materiales de las laminaciones. La disminución del espesor de las laminaciones, aisladas eléctricamente entre ellas, y aleaciones de hierro adecuadas reducen considerablemente estas pérdidas. Rotores más grandes ayudan a disminuir estos problemas, pero las laminaciones son el factor principal para su reducción. La mayoría de los motores de uso común usan laminaciones de acero al carbón, de espesores del orden de 0.025 pg con pérdidas aprox. de 6 Watts por kg. Motores de alta eficiencia usan laminaciones de Acero al Silicio con espesores del orden de 0.018 pg con pérdidas del orden de 3 Watts por kg. Adicional es el aislamiento de las laminaciones. Además de reducir las pérdidas magnéticas en los motores de Alta Eficiencia su temperatura de operación disminuye, y la vida del motor se aumenta, por cada 10 °F de reducción de temperatura la vida del motor y sus devanados se dobla. Eficiencia Térmica: Debido a las pérdidas de calor en la compresión del gas en el compresor. A que la compresión no es perfectamente adiabática. La alta temperatura de la compresión hace disipar calor a través del cuerpo y las paredes del cilindro del compresor, es energía o calor perdido al medio ambiente. Eficiencia de los Refrigerantes: Sus características presión-temperatura, su coeficiente de transmisión de calor, su coeficiente adiabático, etc. La eficiencia del ciclo de refrigeración es variable, depende de los parámetros que lo rigen en sus dos temperaturas (y correspondientes presiones), como es bien sabido una máquina térmica debe funcionar siempre entre dos temperaturas. En nuestro caso de la Temperatura de Evaporación y la Temperatura de Condensación, ambas son continuamente variables. La temperatura de evaporación varía de acuerdo a la aplicación de las condiciones del producto a enfriar, su temperatura de entrada, su frecuencia de rotación, humedad relativa, rapidez de enfriamiento, la carga térmica, etcétera. La Temperatura de Condensación dependerá de las condiciones ambiéntales de temperatura; verano, invierno, etcétera, y las condiciones ambientales del lugar; Mexicali, Distrito Federal, Yucatán, Alaska. Si la temperatura ambiente aumenta 10

°F la temperatura de condensación tenderá a aumentar la misma cantidad de 10 °F, y viceversa: la temperatura (y su presión de saturación correspondiente), son función de la temperatura ambiente. En la Fig. 2 se muestran algunos de los valores de funcionamiento de un compresor Semihermético Discus. Fig. 2 Algunos Valores de funcionamiento característicos, de un compresor semihermetico Discus “3DEH” R-404A, Mediana Temperatura).

C = Capacidad (Btu/h); P = Potencia (Watts); A = Corriente (Amperes) @ 460 V Por ejemplo, al tomar algún valor de capacidad (color rojo) se tiene que a 130 °F de condenación a 10 °F de evaporación, una capacidad de 45900 Btu/h y una potencia (color azul) de entrada de 8300 W. Ahora bien, si las condiciones varían a 120 °F de condensación y 10 °F de evaporación se tiene una capacidad de 51000 Btu/h y una potencia de entrada de 7950 W. Fig 3. La temperatura de Diseño Máximo de Condensado se presenta durante muy pocos días al año. Se mantiene alta artificialmente por medio de controles durante todo el año y se ignora la variación de la temperatura ambiente.

Se observa que una reducción de la temperatura de condensado (o en la temperatura ambiente) de 10 °F nos conduce a un aumento de capacidad del 11.1 % una reducción del consumo de potencia del 4 %. Las figuras 3 y 4 nos muestran la operación de dos sistemas, el primero Fig. 3 en el que la temperatura de condensación se mantiene alta artificialmente con el propósito de mantener su presión alta para mantener el flujo de refrigerante requerido en la válvula de expansión (con ciclado de ventiladores, reducción del flujo de aire, válvulas reguladoras de la presión de descarga, etcétera). (Nótese que esta alta temperatura de diseño dura pocos días al año, como ejemplo ver Fig. 6). Fig 4 La reducción en las temperaturas de condensado en operación repercute en un ahorro de energía y a una mayor eficiencia del sistema.

Con el uso de válvulas termostáticas de puerto balanceado de Emerson Climate Technologies, el efecto de caída de presión en el condensador no afecta mayormente al flujo de refrigerante durante el tiempo, ya que sigue la variación ambiental o a la naturaleza (Fig. 4), por lo que se puede trabajar con presiones menores, conduciendo a una mayor capacidad, mejor eficiencia y ahorros de operación.

Por varios años los valores publicados de capacidad y valores de eficiencia EER han sido basados en los estándares del ARI de acuerdo a lo siguiente: Temp. Saturación Evaporación 45.0 F / 7.2 C

de Temp. de Saturación Temp. Gas de Temp. de Temp. de de Condensación Retorno Líquido Ambiente

130 F / 54.4 C

65 F / 18.3

115 F/ 46.8

95 F / 35C

Las condiciones anteriores fueron usadas por muchos años con el propósito de cumplir con las condiciones más desfavorables, sin tomar mucho en cuenta el ahorro de energía, que hoy día es imperativo contemplar, por lo que ahora además de cumplir con condiciones extremas de operación, es necesario optimizar eficientemente los compresores en condiciones reales de operación. De la Fig. 5 se manifiesta en forma obvia que todos los sistemas de Aire Acondicionado (y Refrigeración) operan muy poco tiempo en las condiciones de alta temperatura ambiental. La mayoría de los sistemas de enfriamiento o su mayor tiempo de utilización lleva a temperaturas de condensado menores de 130 °F (54.4 C). Fig 5 Utilización aproximada del aire acondicionado durante el año.

La Fig. 6 nos muestra la variación de la temperatura ambiente en la ciudad de México, una gráfica similar y muy diferente debe existir para cada lugar; Monterrey, Acapulco, Río de Janeiro, Yucatán, Veracruz, etcétera. Fig 6 Variación aproximada de la temperatura ambiente en la ciudad de México

Como se puede ver el rango de tempera-turas ambientales en México está por debajo de 54.4 C (de condensado), por lo que considerar un sistema con esta temperatura sería muy costoso en su operación. Con lo anterior existe la pregunta ¿cuál es el COP o el EER? Para su determinación es necesario considerarlo en forma anualizada, y determinar el ACOP y el AEER como veremos a continuación. Se consideran los valores reales tomados de las tablas de funcionamiento, capacidad (en Btu/h ó Watts) y su potencia requerida en Watts, del compresor que se desea obtener el ACOP y el AEER, y con los valores de la gráfica de variación de la temperatura ambiente del lugar que se desean conocer los valores, en este ejemplo se toman los valores de la Fig. 6. Como se puede observar el valor ACOP obtenido que sería el representativo de todo un año en la ciudad de México comparado con el valor a 130F (54C) de 0,99 que no significa prácticamente nada.

Es importante mencionar algunos términos usados en relación a la eficiencia de compresores y de sistemas de enfriamiento principalmente en aire acondicionado, y se refieren principalmente al funcionamiento estacional.

Eliminación del agua  Inconvenientes del aire húmedo: 

Oxidación.



Desgaste del equipo neumático: la humedad lava y arrastra el aceite lubricante.

 Los secadores son elementos que separan automáticamente la humedad del aire comprimido en grado suficiente para evitar que se produzcan condensaciones posteriores.  Tipos de secadores: 

Secadores frigoríficos.



Secadores de absorción.



Secadores de adsorción.

Humedad del aire  Humedad absoluta: es la cantidad de agua en m 3 contenida en el aire.

 Humedad relativa:

 Tabla de punto de rocio:

Secadores frigoríficos  Se basan en el principio de una reducción de la temperatura del punto de rocío.  La capacidad del aire para retener agua es reducida a baja Tª.  Desventaja: 

Reduce volumen de aire.



Reduce energía del aire.

 Solución: prerefrigeración: 

Aumenta energía del aire suministrado.



Reduce consumo de energía por unidad de peso de aire.



Elimina corrosión en el interior del compresor.

 Más costosos que los que emplean agentes secantes.

Secadores de absorción

 Es un procedimiento puramente químico.  El aire comprimido pasa a través de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina químicamente con ésta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante.  Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor: 

Manual.



Automáticamente.

 Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al año).  Ventajas: 

Instalación simple



Reducido desgaste mecánico, porque el secador no tiene piezas móviles.



No necesita aportación de energía exterior

Tipos:  Sólidos: 

Insolubles: cal viva y perclorato de magnesio.



Delicuescentes: litio y cloruro



Inconvenientes: son muy agresivos.

a Tº >30ºC se ablandan y pegan > caída de presión  Líquidos 

ácido sulfúrico concentrado, ácido fosfórico, glicerina, glycol, cloruro de litio.



Industria de acondicionadores de aire.



Permiten el empleo de sistemas continuos a través de los que se pueden circular.



Permiten la purificación del gas hasta la obtención de aire estéril.

 Este principio se basa en un proceso físico:



Depósito de sustancias sobre la superficie de cuerpos sólidos.

 El material de secado: 

Es granuloso con cantos vivos o en forma de perlas.



Se compone de casi un 100% de dióxido de silicio (Gel).

 Características: 

Deben ser químicamente inertes.



Gran capacidad de adsorción.