EQUIPO PARA BOMBEO DE GAS

INTRODUCCION

Los ventiladores, sopladores y compresores se utilizan para incrementar la presión y generar el flujo de aire y otros gases en un sistema de flujo de gas. Su función es similar a la de las bombas en un sistema de flujo de líquido. Algunos de los principios para el flujo de líquidos y la aplicación de las bombas pueden aplicarse también en el flujo de gases. Sin embargo, la compresibilidad de los gases provoca algunas diferencias importantes.

Como se puede observar en muchos hogares se usan ventiladores y sopladores; un ejemplo obvio son los ventiladores que se utilizan para hacer circular el aire cuando hace tanto calor que resulta incómodo. El ventilador impulsa el aire de la habitación, lo acelera con acción de sus aspas y lo envía a mayor velocidad. El aire que se mueve tiende a crear un efecto de enfriamiento.

PRESION Y FLUJO VOLUMETRICO DE LOS GASES

Unidades:

En el SI, las unidades que se utilizan con mayor frecuencia para medir velocidad

de flujo es el m3/s y para velocidad el m/s. Para sistemas que transportan relativamente bajas velocidades de flujo, con frecuencia se utiliza la unidad L/s. Las conversiones correspondientes se enlistan a continuación.

1,0 pies3/s = 60 pies3/min = 60 pcm

1,0 m3/s = 2120 pies3/min = 2120 pcm1,0 pies/s = 60 pies/min 1,0 m/s = 3,28 pies/s

1,0 m/s = 197 pies/min

Las presiones elevadas se miden en lb/pulg2 (psi). Sin embargo en los sistemas que manejan aire las presiones son pequeñas por lo que se mide en pulgadas de agua.

1psi = 27.7 pulg H2O

CLASIFICACION DE VENTILADORES, SOPLADORES Y COMPRESORES

VENTILADORES: se usa para crear flujo dentro de un fluido, típicamente un gas como el oxígeno. Los ventiladores son máquinas rotatorias capaces de mover una determinada masa de aire, a la que comunican una cierta presión, suficiente para que pueda vencer las pérdidas de carga que se producirán en la circulación por los conductos. La mayoría de los ventiladores modernos son impulsados por motores eléctricos, pero también pueden emplearse motores de combustión o hidráulicos, dependiendo de las posibilidades y gustos de cada persona.Es una turbomaquina que recibe energía mecánica para mantener un flujo continuo de aire, u otro gas.Los ventiladores producen flujos de aire con alto volumen y baja presión. Las aspas de un ventilador generalmente rotarán al ser expuestas a una corriente de aire y dispositivos que aprovechan este fenómeno tales como anemómetros y turbinas de aire generalmente están diseñadas de forma similar a un ventilador.Se componen de:- Elemento rotativo (hélice)- Soporte- Motor

SEGUN SU FUNCION

1. VENTILADORES CON ENVOLVENTE:

Suele ser tubular, por lo que también se les denomina Tubulares y tienen por objeto desplazar aire dentro de un conducto.

1.1 IMPULSORES: Son los ventiladores en los que la boca de aspiración está conectada directamente a un espacio libre, estando la boca de descarga conectada a un conducto.

1.2 EXTRACTORES: Son los ventiladores en los que la boca de aspiración está conectada a un conducto y la boca de descarga está conectada a un espacio libre.

1.3 IMPULSORES-EXTRACTORES: Son los ventiladores en los que tanto la boca de aspiración como la de descarga están conectadas a un conducto.

Opera a presiones pequeñas 0 a 6 pulg H2O (0 a 0.217psi - 1.5 KPa)

Ventiladores

Presiones medianas 2 psi hasta 10 psi (69 Kpa)

Sopladores

Se emplea para presiones altas (miles de psi)

Compresores

2. VENTILADORES MURALES: Conocidos también como, simplemente, Extractores, sirven para el traslado de aire entre dos espacios distintos, de una cara de pared a otra.

3. VENTILADORES DE CHORRO:Son aparatos que se utilizan cuando se necesita una determinada velocidad de aire incidiendo sobre una persona o cosa.

SEGUN LA TRAYECTORIA DEL AIRE EN EL VENTILADOR1. VENTILADORES CENTRIFUGOS: En los que el aire entra en el rodete con una

trayectoria esencialmente axial y sale en dirección perpendicular. Los rodetes de los ventiladores centrífugos pueden ser de tres tipos:

Alabes radialesAlabes hacia adelanteAlabes hacia atrás

2. VENTILADORES AXIALES: En los cuales el aire entra y sale de la hélice con trayectorias a lo largo de superficies cilíndricas coaxiales al ventilador. Las hélices de los ventiladores axiales pueden ser de dos tipos:

Perfil delgadoPerfil sustentador (o de ala de avión, portante).

3. VENTILADORES HELICOCENTRIFUGOS: En los cuales la trayectoria del aire en el rodete es intermedia entre las del ventilador centrífugo y axial.

4. VENTILADORES TANGENCIALES: En los cuales la trayectoria del aire en el rodete es sensiblemente normal al eje, tanto a la entrada como a la salida del mismo, en la zona periférica.

CURVA CARACTERISTICAEl ensayo de ventiladores tiene por objeto determinar la capacidad del aparato para transferir la potencia al aire que mueve. El ventilador se hace funcionar a un régimen de giro constante, tomando valores de diferentes caudales movidos, según sea la perdida de carga que debe vencerse. La curva característica de un ventilador se obtiene dibujando en unos ejes de coordenadas los distintos valores caudal-presión, obtenidos mediante ensayo en un laboratorio. Para entender mejor el concepto de curva característica pondremos el siguiente ejemplo: Supongamos un ventilador tubular trabajando. Al medir el caudal de aire que proporciona, encontramos Q1 = 10.000 m3/hora. Si repetimos el ensayo empalmando un conducto de 10 m por el lado de admisión y medimos de nuevo el caudal, nos encontramos con que ha bajado a Q2 = 8.000 m3/hora.En otro ensayo, acoplamos un tubo de 50 m de longitud y comprobamos que el caudal ha descendido a Q3 = 5.000 m3/hora. Las experiencias anteriores nos demuestran que no es suficiente conocer el caudal que es capaz de suministrar un ventilador a descarga libre, sin obstrucciones, para poder catalogarlo. Es necesario conocer que caudales ira proporcionando según sean las distintas perdidas de carga que deba vencer.En la figura tenemos representada una curva característica de un ventilador. Observemos en primer lugar en la figura curvas diferentes. Cada una de ellas representa un valor distinto y su lectura se hace en las diferentes escalas que están a la izquierda de la figura

Tres están relacionadas con la presión que da el ventilador para distintos caudales (son las denominadas Pt, Pe, Pd).Pe: es la Presión EstáticaPd: es la Presión Dinámica (debido a la velocidad)Pt: es la Presión TotalCumpliéndose en todo momento Pt = Pe + Pd

Obsérvese que a descarga libre, es decir cuando la Presión Estática (Pe) es nula, el ventilador da el máximo caudal que puede mover; en este punto la Presión Total es igual a la Dinámica (Pt = Pd).Asimismo, cuando el ventilador esta obturado, es decir que da el mínimo caudal, la Presión Dinámica (Pd) es nula; en este punto, la Presión Total es igual a la Estática (Pt = Pe).Otra curva que podemos ver en el grafico es: la curva de potencia absorbida (W), que leeremos en la escala vertical situada más a la izquierda (en watts). Esta curva nos da la potencia que consume el motor que acciona el ventilador, y podemos ver que presenta un máximo (en la figura corresponde al punto de caudal 3.000 m3/h). También tenemos representada la curva de rendimiento (η), que se lee en % en la escala vertical intermedia, se puede ver que el rendimiento del ventilador depende del caudal que está moviendo. El conjunto de estas curvas recibe el nombre de característica de un ventilador.Para saber exactamente en que condiciones funcionara el ventilador, debemos conocer la curva resistente de la instalación, es decir, la curva que relaciona la perdida de carga de la instalación con el caudal que pasa por ella. Podemos encontrar de forma fácil el punto de trabajo de un ventilador simplemente superponiendo las curvas características del ventilador y resistente del conducto según se indica en la fig. 4.21. Se puede comprobar que la perdida de carga de una conducción varia proporcionalmente con el cuadrado del caudal según la formula

∆ P2=∆ P1[Q2Q1 ]2

LEYES DE LOS VENTILADORESLas curvas características de los ventiladores siguen ciertas leyes, llamadas leyes de los ventiladores, que permiten determinar como varían caudal, presión y potencia absorbida por el ventilador al variar las condiciones de funcionamiento. Nosotros aplicamos estas leyes en el caso de la variación de velocidad de giro del ventilador:El caudal es proporcional a la relación de velocidades:

Q2=Q1 ∙[ n2n1 ]La presión es proporcional al cuadrado de la relación de velocidades:

P2=P1 ∙[ n2n1 ]2

La potencia absorbida es proporcional al cubo de la relación de velocidades:

N2=N1 ∙[ n2n1 ]3

SOPLADORES

Un soplador es un dispositivo mecánico que consiste de aspas móviles que tiene la función de forzar la circulación del aire a través de un venturí, que es una reducción que causa un incremento den la presión del aire, que se mueve a través del mismo. El soplador en un sistema de calefacción de aire forzado, es el componente que mueve el aire a través del intercambiador de calor o de las resistencias calefactoras y a través de los ductos distribuidores del aire al edificio. En los sistemas con grandes ductos, se usan sopladores de “ida” y “retorno”. Los sopladores usados en los sistemas de aire forzando incluyen ventiladores, sopladores centrífugos y sopladores de flujo axial.

TIPO DE SOPLADORESLos sopladores pueden ser de tipo:

CentrífugoAxialAspas AxialesDe Desplazamiento Positivo: Reciprocantes (de acción única ) o doble Rotatorios (lóbulo, paleta, tornillo)

LOS SOPLADORES CENTRÍFUGOS:

Consiste de un arrollamiento o cubierta metálica, la rueda de un soplador ylas aletas de entrada. En la medida que el volante gire sobre su eje, se crea un área de baja presión en el centro del volante. El aire pasa a través de las aletas de la rueda del soplador y es jalado por medio de una fuerza centrífuga a través de la descarga del soplador. La mayoría de los sopladores tienen ruedas con aletas para girar en las direcciones de frente y reversa, estas aletas tienen una cierta curvatura. Los sopladores centrífugos, se usan en sistemas de aire forzado de baja presión y algunos de media y alta presión.

Los sopladores centrífugos son compresores centrífugos a los que se los denomina sopladores, por operar en aplicaciones donde se requiera baja presión y alto caudal de funcionamiento.

El aire ingresa por el llamado impulsor, y las aspas giratorias lo lanzan hacia afuera por las aspas giratorias, por lo tanto agrega energía cinética. El gas a alta velocidad se colecta por la voluta que rodea al rotor, donde la energía cinética se convierte en una presión de gas aumentada para entregarse a través de un sistema de ductos para su uso posterior. Para la construcción del rotor existen cuatro diseños básicos. El aspa inclinada hacia atrás se fabrica con frecuencia con simples placas lisas. A medida que el rotor gira, el aire tiende a abandonar en dirección paralela al aspa a lo largo del vector

llamado υb . Sin embargo, éste se suma en forma vectorial a la velocidad tangencial de la misma aspa υr , que proporciona la velocidad resultante que se muestra como υR. Las aspas curvadas hacia delante proporcionan en general una velocidad resultante de aire más alta, debido a que los dos vectores componentes están casi en la misma dirección.

2. Los sopladores de Flujo Axial: Estos contienen una rueda con un soplador que trabaja como una turbina de rueda que se encuentra montada sobre un eje con sus ejes paralelos al flujo del aire. El volante o rueda gira a alta velocidad. Los motores de este soplador y de los otros tipos, son eléctricos y son los que proporcionan la potencia mecánica para accionar la rueda.

3.Los sopladores de aspas axiales: son similares a los ventiladores de ducto descritos, con la excepción de que en aquellos es común que los sopladores tengan aspas con forma de aeroplano e incluyan paletas dentro de la carcasa para reencauzar el flujo en forma axial dentro del ducto siguiente. Esto da como resultado una capacidad de presión estática mayor para el soplador, y reduce los remolinos del aire.

4. Los sopladores de desplazamiento positivo: Aquellos en los cuales un elemento rotatorio desplaza un volumen fijo con cada revolución. Los sopladores de desplazamiento positivo son requeridos para crear una cantidad predecible de gases químicos de manejo de flujo con varias propiedades, tales como gases inflamables, corrosivo, peligroso, de alta presión y de alta temperatura.

4.1Los sopladores de lóbulo van desde muy pequeños: Para compresores producidos en serie, desde unos 2ft3/min., hasta los más grandes, para unos 20000 PCMS. Se usan principalmente como sopladores de baja presión, que comprimen el aire o gases desde la presión atmosférica hasta 5 a 7 psig y, algunos hasta 25 psig, en tipos especiales. El más antiguo y conocido es el soplador de lóbulos, en el cual dos o tres rotores en forma de 8 se acoplan entre sí y se impulsan con engranes de sincronización montados en cada eje.

4.2 Sopladores de paletas de desplazamiento positivo o fijo:Los sopladores de paletas de desplazamiento fijo pueden tener uno ovarios elementos de bombeo. Está formado por un elemento compacto que contiene el rotor, laspaletas, el anillo del estator y los discos del cabezal. El conjunto se puede extraer con facilidad sin necesidad de desmontar la bomba delcircuito hidráulico.E l p e r f i l e l í p t i c o d e l a n i l l o d e l e s t a t o r , c o n d o b l e s c á m a r a s d e aspiración e impulsión contrapuestas, anula las fuerzas de empujeradiales sobre el rotor reduciendo el desgaste de la bomba.El empleo de un rotor de paletas múltiples reduce las pulsaciones de la presión de impulsión, y con ellas las vibraciones y el ruido producidopor la bomba.

1. Estator mecanizado con una forma especial.2. Paletas monobloque en forma de "U".3. Cuerpo de bomba.4. Rotor.

COMPRESORES

Se llama compresores a las máquinas que sirven para comprimir los gases. Un compresor es una máquina térmica de fluido que está construida para aumentar la presión de una sustancia y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Ésta energía es adquirida por el fluido en forma de energía cinética y presión (energía de flujo). Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando supresión y energía cinética impulsándola a fluir. Su fluido de trabajo es compresible, por ello sufren un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan supresión, densidad o temperatura de manera considerable. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura manera considerable.

ESTRUCTURA DE LOS COMPRESORES

Los elementos principales de esta estructura son: motor, cuerpo, tapas, enfriador y á rboles .El cuerpo y las tapas del compresor se enfrían por el agua. Los elementos constructivos tienen ciertas particularidades. Para disminuir las perdidas de energía de la fricción mecánica de los extremos de las placas contra el cuerpo en este se colocan dos anillos de descarga que giran libremente en el cuerpo. A la superficie exterior de estos se envía lubricación. Al girar el motor los extremos de las placas se apoyan en el anillo de descarga y se deslizan parcialmente por la superficie interior de estos; los anillos de descarga giran simultáneamente en el cuerpo. Al fin de disminuir las fuerzas de fricción en las ranuras las placas se colocan no radicalmente sino desviándolas hacia adelante en dirección de la rotación. El ángulo de desviación constituye 7 a 10 grados. En este caso la dirección dela fuerza que actúa sobre las placas por lado del cuerpo y los anillos de descarga se aproxima a la dirección de desplazamiento de la placa en la ranura y la fuerza de fricción disminuye. Para disminuir las fugas de gas a través de los huelgos axiales, en el buje del motor se colocan anillos de empacaduras apretados con resortes contra las superficies de las tapas. Por el lado de salida del árbol a través de la tapa, se ha colocado una junta de prensa estopas con dispositivos tensor de resortes. El compresor esta compuesto por: bielas (barras), pistones, embobinado, bomba de lubricación, anillos de lubricación, anillos de presión, aceite, sedaso plato, cigüeñal, carter, bobinas, terminales que son siempre en conexiones de tipo estrella o estrella delta.

CLASIFICACION DE LOS COMPRESORES

Los Compresores de Desplazamiento Positivo son capaces de altas razones de compresión por etapa, pero como operan discontinuamente no pueden trabajar con caudales elevados. Ejemplo: En los compresores de gas donde el incremento de presión se logra introduciendo un volumen de gas en espacio determinado, que posteriormente es reducido por medios mecánicos. Entre los que se incluyen: compresores de pistón, de diafragma y de engranajes.

Los compresores de desplazamiento positivo se dividen a la vez en dos grupos, los reciprocantes y los rotativos.

•COMPRESORES ROTATORIOS / ROTATIVOS:

Hay varios tipos de compresores rotatorios pero todos tienen el mismo tipo de curva de rendimiento que el compresor reciprocantes: es decir, son de capacidad fija con contrapresión variable. Los compresores rotatorios se prestan más para las unidades motrices de velocidad variable, como las turbinas de vapor, que los compresores reciprocantes. Por lo general, estos compresores tienen una capacidad máxima de unos 25.000 ft3/min. Los tipos más comunes de compresores rotatorios son los de espiral y de lóbulos rotatorios, que ofrecen la ventaja de que el aire no contiene aceite, porque no hay contacto con ninguna parte en la zona de compresión. Su diseño rotatorio les da una capacidad mucho mayor que la del compresor reciprocante y sin problemas de pulsaciones.

COMPRESORES RECIPROCANTES:

Funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga. En estos equipos el elemento principal de compresión es un pistón que se mueve alternativamente dentro de un cilindro, lográndose así la reducción del volumen del gas a comprimir. Estos compresores rara vez se emplean como unidades individuales, salvo que el proceso requiera funcionamiento intermitente. Por ejemplo, si hay que regenerar un catalizador cada dos o tres meses o se tiene un suministro de reserva en otra fuente, esto daría tiempo para reparar o reemplazar las válvulas o anillos de los pistones , si es necesario. Los compresores reciprocantes tienen piezas en contacto como los anillos de los pistones con las paredes del cilindro, resortes y placas o discos de válvulas que se acoplan con sus asientos y entre la empaquetadura y labiela. Todas estas partes están sujetas a desgaste por fricción. Los compresores de pistón pueden ser se simple o doble efecto, según si una o ambas caras del pistón realicen compresión sobre el fluido. Los de simple efecto comprimen el aire en la parte superior del cilindro y normalmente son del tipo entroncado. Los de doble efecto requieren una acople mediante crucetas, para procurar que el movimiento de vástago sea lineal, con lo cual puede lograrse una reducción en el largo del pistón, creándose dos cámaras de

compresión: una por arriba y otra por abajo del mismo. Los compresores reciprocantes pueden ser además lubricados o no lubricados; estos últimos tienen anillos de politetrafluoretileno (PTFE) auto-lubricados. Los compresores no lubricados del tipo entroncado tienen carcaza seca, con rodamientos de engrase permanente, mientras que los de cruceta tienen la biela más larga de forma que su parte lubricada no entre en la cámara de compresión. Los compresores reciprocantes normalmente tienen válvula auto-accionadas las cuales abren y cierran según la diferencia de presión que exista a través de ellas. Los compresores alternativos son los equipos de compresión más usados; poseen un alto rango de tamaños y tipos diferentes, su potencia varía desde fracciones de hp hasta unidades de más de 12.000 hp, con rangos depresión desde menos de uno hasta más de 4000 bar. Otra ventaja de estos equipos, es que son más eficientes para la mayoría para la mayoría de las aplicaciones, pudiendo ser instalados con equipos de control de capacidad para mantener se eficiencia a cargas parciales. Debido al movimiento reciprocante de los pistones y a otras partes rodantes desbalanceadas, las fuerzas de inercia tienden a desbalancear la unidad; por ello es necesario emplear alguna base o función que establece la instalación. La aplicación de este requerimiento depende del tipo y tamaño del compresor. Dadas las características de funcionamiento de este tipo de compresores, el flujo del aire que ellos entregan no es continuo sino pulsante, lo que representa una desventaja. Sin embargo, ello puede minimizarse utilizando un amortiguador de pulsaciones. A continuación daremos un trato especial a algunos compresores reciprocantes debido a sus características muy particulares.

COMPRESORES DE PISTÓN LIBRE:

El principio de operación de estos equipos es el siguiente: Haciendo uso del aire comprimido se logra el movimiento hacia adentro delos dos pistones, comprimiéndose el aire contenido en la cámara de combustión. Cuando los pistones se encuentran cerca del punto muerto inferior, se inyecta el combustible, produciéndose la combustión por efecto de la temperatura. Al incrementarse bruscamente la presión en la cámara de combustión, los pistones son forzados hacia fuera, obteniéndose la compresión del aire en las cámaras de compresión.

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO

COMPRESORES CENTRIFUGOS: Los compresores centrífugos, no son capaces de producir altas razones de compresión por etapa, pero pueden trabajar con grandes volúmenes de flujo, debido a que operan continuamente. La mayoría de las bombas y compresores usados en operaciones normales de procesos son del tipo centrífugo (lo que está de acuerdo con nuestra observación previa de que la mayoría de los procesos tienden a ser de tipo continuo).

Las condiciones que es preciso tomar en cuenta son:

1. La presión barométrica más baja

2. La presión de admisión más baja

3. La temperatura máxima de admisión

4. La razón más alta de calores específicos

5. La menor densidad relativa

6. El volumen máximo de admisión

7. La presión máxima de descarga

COMPRESOR AXIAL:

El compresor axial se desarrollo para utilizarse con turbinas de gas y posee diversas ventajas para servicios en motores de reacción de la aviación. Su aceptación por la industria para instalaciones estacionarias fue lenta; pero se construyeron varias unidades de gran capacidad para altos hornos, elevadores de la presión de gas y servicios en túneles aerodinámicos.

APLICACIONES

Los compresores se emplean para aumentar la presión de una gran variedad de gases y vapores para un gran número de aplicaciones. Un caso común es el compresor de aire, que suministra aire a elevada presión para transporte, pintura a pistola, inflamiento de neumáticos, limpieza, herramientas neumáticas y perforadoras. Otro es el compresor de refrigeración, empleado para comprimir el gas del vaporizador. Otras aplicaciones abarcan procesos químicos, conducción de gases, turbinas de gas y construcción. Las máquinas para comprimir y mover gases tienen tantas aplicaciones como necesidades de gases a diferentes presiones, se presentan en todo tipo de actividades industriales. Las aplicaciones más conocidas son las de los sistemas de aire acondicionado en todo tipo de edificios y recintos. Se aplican, también, para el enfriamiento de motores eléctricos, motores de combustión interna, en motores turbo, transformadores, generadores, etc. Se usan para hacer circular los gases de combustión en las calderas y máquinas de vapor. Se aplican en los sistemas de transporte neumático y en muchos procesos industriales, como la criogenia, la siderurgia, en diferentes proess químicos, etc.

1. El aire comprimido en la industria

El aire comprimido es, junto con la corriente eléctrica, la fuente de energía mas importante en plantas industriales, talleres y en otros sectores. Aunque en la Edad Antigua ya se sabía que el aire permite transportar energía, las primeras maquinas neumáticas útiles aparecieron solo en el siglo XIX. En esa época se construyeron numerosos tipos de martillos neumáticos, en muchos casos con embolo percutor con sistema de control propio. Diversos aparatos de carrera corta conseguían ejecutar entre 10 000 y 15 000 movimientos por minuto. Para cincelar y escoplear (hacer cortes o agujeros) se utilizaban herramientas que ejecutaban hasta 2 000 movimientos por minuto (fig. 1-1).

Fig. 1-1El martillo neumático fue la herramienta neumática más utilizada hace un siglo

La aceptación generalizada que disfrutan las maquinas neumáticas se explica por varias razones:

• Posibilidad de generar aire comprimido en cualquier lugar y en cantidades ilimitadas.• Gran eficiencia energética, fluidez y transporte sencillo de la energía.• Posibilidad de almacenar el aire comprimido en depósitos que, además, pueden transportarse con facilidad.• El aire comprimido es incombustible y no es inflamable; no existe peligro de explosión.• Por su naturaleza, los componentes neumáticos están protegidos contra sobrecargas.• Mantenimiento y cuidados simples, diseño sencillo de proyectos.• Posibilidad de utilizar varios niveles de presión en función del margen admitido.

Esas ventajas son más que convincentes. La mayoría de las empresas industriales disponen actualmente de una red de aire comprimido para utilizar numerosas maquinas y diversos actuadores. El actuador mas difundido es el cilindro neumático, empleado para ejecutar movimientos. Pero para que el aire contenga energía, primero hay que transferirle energía. Para ello se utilizan compresores. Pero el compresor no es más que la primera estación.

La preparación y distribución del aire comprimido son los puntos que merecen especial atención, ya que en ellos se puede producir una pérdida de energía que es preferible

evitar. Las redes de tuberías constituyen una fuente de perdidas si están mal tendidas y si no se lleva a cabo un mantenimiento apropiado.Dichas pérdidas pueden originar costos considerables. En ese contexto, deberán tenerse en cuenta los siguientes factores de especial importancia:

• El estado de la red de tuberías. Las fugas, aunque sean pequeñas, pueden resultar muy costosas en el transcurso del tiempo.• Las dimensiones de los tubos. Si los diámetros de los tubos son demasiado pequeños, es posible que se produzca una caída de presión considerable.• Las características cambiantes del consumo. Esos cambios exigen una adaptación de la red a las nuevas circunstancias.• La evacuación del condensado y la preparación del aire. Si los sistemas utilizados con ese fin están anticuados, deben ser sustituidos por soluciones más modernas.

2. Fundamentos físicos

El aire comprimido es aire atmosférico sometido a presión, compuesto en un 78% de nitrógeno, un 21% de oxigeno y en un 1% de otros gases (especialmente argón). La presión del aire atmosférico depende de la altura geográfica. Como magnitudes de referencia para la presión y la temperatura del aire suelen utilizarse las siguientes:

po = 1,013 bar y to = 20 °C o po = 1,013 bar y to = 0 °C

2.1. El flujo

El movimiento de los líquidos y de los gases se llama flujo. Estos dos fluidos se diferencia entre sí en la medida en que los líquidos casi no se pueden comprimir, mientras que el volumen de los gases depende en buena parte de la presión. No obstante, los cambios de volumen tienen poca importancia si los gases fluyen a una velocidad inferior que la velocidad del sonido de 340 m/s. Hasta esa velocidad se puede afirmar que el aire tiene un volumen constante. Además, el aire se comporta casi como un gas ideal a temperaturas entre 0 °C y 200 °C y con presiones de hasta 30 bar (sin considerar la fricción interna). Partiendo de estas consideraciones, se pueden aplicar diversas ecuaciones básicas relacionadas con la mecánica de los fluidos. La presión (p), la temperatura (t) y el volumen específico (Vesp) son magnitudes que están proporcionalmente relacionadas entre sí. Por lo tanto, tiene validez la siguiente ecuación general:

p×V espT

=const .

Cuando fluye aire comprimido a través de un tubo, el caudal se expresa en unidades de volumen divididas por unidades de tiempo. Considerando las condiciones de la fig. 2-1:

= A ・ L en m3/s

A Diámetro interior del tubo en m2; A = (D2 ・ π)/4L Longitud del segmento de volumen que fluye en un segundo, expresado en m/s

Fig. 2-1Flujo sin fricción

a) Caudal por segundob) Caudal al cambiar el diámetro del tubo

Suponiendo que el aire se encuentra en un circuito, también tiene que pasar por la sección de menor diámetro del tubo. En ese caso se aplica la ecuación de continuidad (fig. 2-1b):

A1 ・ v1 = A2 ・ v2 =

v: Velocidad

Expresado en otros términos, ello significa que las velocidades del caudal son inversamente proporcionales a los diámetros, siempre y cuando no varié la cantidad del caudal.

En los sistemas neumáticos, el caudal del aire representa el consumo de los actuadores o de los equipos conectados a la red neumática. El caudal se suele expresar en litros por unidad de tiempo. El caudal es una referencia para el rendimiento o, para ser más precisos, para el rendimiento necesario. Deberán diferenciarse los siguientes caudales:

• El caudal de un compresor, medido en el lado de aspiración o en el lado de presión.• El caudal de la unidad consumidora, expresada en términos absolutos en función de la demanda o considerando los factores de equilibrio.

Si el caudal se expresa en metros cúbicos normalizados por hora (Nm3/h), siempre está relacionado con una presión p = 1,013 bar y una temperatura t = 0 °C.

El flujo del aire es laminar si los tubos no tienen elementos perturbadores, aunque el flujo es ligeramente menor junto a la pared interior del tubo que en el centro (fig. 2-2). Cualquier desviación o derivación del tubo, la presencia de válvulas, accesorios o instrumentos de medición provocan remolinos. El índice de Reynolds (O. Reynolds;

1842-1912) indica el límite entre caudal laminar y caudal turbulento. Este índice expresa la influencia que tienen las fuerzas de fricción ocasionadas por los elementos perturbadores del flujo.

Fig. 2-2Tipos de flujo

a) Flujo laminarb) Paso a flujo turbulento detrás de un elemento perturbador

El tipo de flujo se define en función del índice de Reynolds Re. Si Re es inferior a 2 000, entonces el flujo es laminar. Si el índice Re es superior a 4000, el flujo es turbulento.

Las turbulencias oponen una resistencia al flujo, con lo que se produce una pérdida de presión en la red. Las turbulencias son aproximadamente proporcionales al cuadrado de la velocidad del flujo. Ello significa que la meta consiste en disponer de tubos con paredes interiores lo mas lisas posible y en configurar la red de tal modo que oponga la mínima resistencia posible al flujo. Para calcular la velocidad media del flujo, debe aplicarse la formula siguiente:

V m= A×V esp m/s

Flujo de la masa (kg/s)A Seccion del tubo (m2)V esp Volumen específico (m3/kg)

La velocidad media del flujo V m también se incluye en el cálculo del índice Reynolds:

ℜ=V m×d

v

d Diametro del tubo en mV mViscosidad cinemática en m2/s

El caudal por unidad de tiempo (m3/s) se obtiene multiplicando el diámetro del tubo A (m2) por la velocidad media del flujo.

¿Qué influencia tiene la temperatura?

La interdependencia existente entre el volumen V (m3/kg), la presión p (N/m2) y la temperatura T (°C) se expresa mediante la ecuación general para el estado de los gases. Esta ecuación se obtiene combinando las leyes de Boyle (Boyle, R.; 1627-1691), de Mariotte (Mariotte, E.; 1620-1684) y de Gay-Lussac (Gay-Lussac, L.J.; 1778-1850). Suponiendo que p, V y T cambian al mismo tiempo, son validas las siguientes ecuaciones:

• Modificación de la presión p1 a p2, sin cambiar la temperatura T 1(según Boyle y Mariotte)

V 1V X

=p2p1

o V X=V 1× p1p2

V X Volumen especifico en calidad de estado pasajero (según la derivada)

• Modificación de la temperatura T1 a T2, sin cambiar la presión p2 (según Gay-Lussac)

V 1V 2

=T 1T 2

o V 2=V X×T 2T1

=V 1× p1×T 2p2×T1

Combinando estas ecuaciones, se obtiene el cambio general del estado:

p2×V 2

T2=p1×V 1T 1

=const .=Ri

La constante del aire es Ri = 287 J/kgK, siendo 1 J (Joule) = 1 Nm.

2.2. La presión y sus unidades

Bajo presión se entiende la parte de una fuerza F que se aplica sobre una superficie determinada (A). En consecuencia, el cociente de la presión es el siguiente:

p= FA

Considerando la libre movilidad térmica de sus moléculas, los gases tienen la propiedad de llenar cualquier espacio cerrado en el que se encuentran. Ese espacio cerrado puede ser un depósito. Las partículas oscilantes del gas chocan con la pared interior del depósito, con lo que aplican brevemente una fuerza en dicha pared. La suma de estas fuerzas redunda en la aplicación de una fuerza constante que se expresa como presión aplicada a la pared exterior del depósito. Siendo constante la temperatura, dicha fuerza es proporcional a la cantidad de moléculas contenidas en el depósito. Puede diferenciarse entre diversos márgenes de presión:

• Presión atmosférica (presión barométrica del aire)• Presión absoluta (presión comparada con vacio absoluto en calidad de valor cero)• Presión diferencial (presión que expresa la diferencia existente entre dos presiones absolutas)• Sobrepresión (presión que es superior a la presión atmosférica, considerando que esta representa el valor cero)• Vacio (presión que es inferior a la presión atmosférica, considerando que esta representa el valor cero)• Presión de flujo (presión en la unidad consumidora en el momento de la toma de aire comprimido)• Presión dinámica (presión existente en una red de tuberías mientras no se consume aire comprimido)

Los márgenes de presión del aire están representados en la grafica 2-3.

Fig. 2-3Representación gráfica de los márgenes de presión del aire

Al aprobarse el sistema internacional de unidades (sistema SI) en 1978, el Pascal (Pa) se acepto como unidad oficial de la presión, siendo

1 Pa = 1 N/m2 = 1 kg/ms2105 Pa = 0,1 MPa = 1 bar

En sistemas de aire comprimido se utilizan diversos tipos de compresores para generar aire comprimido. Puede diferenciarse entre los siguientes tipos de compresores:

• Compresores rotativos (helicoidal, de laminillas, de anillo líquido y tipo Roots)

• Compresores de embolo (de embolo de sumersión, de cruceta, de embolo libre, de embolo lineal, de membrana)• Turbocompresores (radiales y axiales)

Para obtener aire comprimido de baja presión (entre 6 y 15 bar), se utilizan principalmente compresores de embolo de dos fases y lubricados y, también, compresores helicoidales de una fase con inyección de aceite.

2.3. La humedad del aire

El aire húmedo es una mezcla entre aire seco y vapor de agua. El aire solo puede contener vapor de agua en cantidades limitadas. La cantidad depende de lo que indique el barómetro y, además, de la temperatura. Si el aire se enfría (por ejemplo, entrando en contacto con un cristal frio), el vapor de agua se deposita en el cristal en forma de pequeñas gotas. Este efecto de condensación que se produce con el enfriamiento se conoce desde épocas ancestrales, tal como lo demuestran los pozos de aire. Se trata de grandes cúpulas de piedra que con el frio de la noche extraen agua del aire húmedo. Los límites de la condensación están determinados por el punto de rocío y por el punto de condensación bajo presión.

3. La preparación del aire comprimido

La finalidad de la preparación del aire consiste en conseguir que el aire comprimido tenga la calidad que exige la unidad consumidora. El proceso de preparación del aire puede clasificarse en tres fases. En primer lugar, la eliminación de partículas gruesas, en segundo lugar el secado y, en tercer lugar, la preparación fina del aire. Inmediatamente detrás del compresor se procede a la eliminación de las partículas gruesas.

El aire comprimido debe prepararse lo mínimo posible, aunque siempre tanto como sea necesario. En otras palabras, el aire comprimido debe estar únicamente tan limpio como sea indispensable. Además, deben tenerse en cuenta los siguientes criterios:

• Si se necesita aire comprimido de diversas calidades, puede prepararse el aire de modo centralizado de tal manera que su calidad corresponda a la clase de calidad más alta necesaria. Sin embargo, es mas económico preparar el aire de mayor calidad por separado, junto a los consumidores que lo exigen (preparación fina descentralizada).• Si se necesita aire comprimido con diversas presiones, es más económico utilizar intensificadores de presión descentralizados, ya que así la presión puede ser inferior en el resto de la red neumática.• El aire aspirado por el compresor debe ser lo más frio, seco y limpio posible. Si se aspira aire caliente y húmedo, se produce una mayor cantidad de condensado.• Si la red de aire comprimido sufre fuertes oscilaciones de presión, es recomendable montar un pequeño depósito delante de la unidad de mantenimiento.• En la parte más baja de la red de tuberías debería colocarse un equipo para acumular y evacuar el condensado que se va formando en la red.

• La necesidad de preparar el aire no se explica únicamente por las exigencias que plantean los procesos de fabricación, ya que también es recomendable por razones de salud. El aire de escape que contiene aceite puede dañar la salud de los operarios y, además, es dañino para el medio ambiente.

3.1. La calidad del aire comprimido

Para que el aire atmosférico se transforme en la fuente energética “aire comprimido”, es necesario conseguir que el aire reduzca su volumen considerablemente. ¿Qué características tiene el aire en su calidad de materia prima?El aire tiene las siguientes propiedades físicas:

Según la norma ISO 6358, la densidad normal del aire es de 1,185 kg/m3. La compresión del aire implica determinados problemas, ya que al comprimirse el aire, también se comprimen todas las impurezas que contiene, tales como polvo, hollín, suciedad, hidrocarburos, gérmenes y vapor de agua. A estas impurezas se suman las partículas que provienen del propio compresor, tales como polvo de abrasión por desgaste, aceites coquizados y aerosoles. Ello significa que al comprimir a 8 bar el aire atmosférico, aumenta la concentración de las impurezas multiplicándose por nueve. Pero ese no es el único problema. Además, la red de tuberías también contiene residuos y depósitos, tales como oxido, cascarilla, residuos de soldadura y de substancias hermetizantes que pueden producirse durante el montaje de la valvuleria. En el cuadro general de la fig. 3-1 se aprecia el tipo y tamaño de las partículas que puede contener el aire. En las grandes ciudades, el aire contiene aproximadamente 140 millones de partículas de polvo por 1 m3. De esas partículas, el 80 por ciento tiene un tamaño inferior a 5 μm. Para que el aire que respiramos pueda considerarse limpio, no debe contener partículas de tamaño superior a 0,01 µm.

Fig. 3-1Tipos y tamaños de las impurezas más comunes contenidas en el aire (1 μm = 0,001

mm)

Ello significa que, en estado natural, el aire no es limpio. Las impurezas pueden ocasionar fallos en las unidades consumidoras y dañar la red neumática. Las impurezas incluso pueden tener una influencia reciproca negativa. Las partículas de polvo, por ejemplo, crean partículas más grandes si entran en contacto con agua o aceite. El aceite, por su parte, crea una emulsión si entra en contacto con agua.

En sistemas de aire comprimido se utilizan diversos tipos de compresores para generar aire comprimido. Puede diferenciarse entre los siguientes tipos de compresores:• Compresores rotativos (helicoidal, de laminillas, de anillo liquido y tipo Roots)• Compresores de embolo (de embolo de sumersión, de cruceta, de embolo libre, de embolo lineal, de membrana)• Turbocompresores (radiales y axiales)Para obtener aire comprimido de baja presión (entre 6 y 15 bar), se utilizan principalmente compresores de embolo de dos fases y lubricados y, también, compresores helicoidales de una fase con inyección de aceite.

3.2. Procedimientos de secado

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

T 2=T1 [ p2p1 ]k−1k

Pudiendo ser k desde 1,38 hasta 1,4.

¿Cómo se puede secar el aire?El aire se puede secar de diversas formas. En la fig. 3-2 se muestra un desglose de los métodos de secado.

Fig. 3-2Métodos para secar el aire

3.3. Filtración

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

• Filtro: Los filtros comunes son capaces de retener partículas de tamaños superiores a 40 µm o a 5 µm, según su grado de filtración y el tipo de cartucho filtrante.• Microfiltro: Estos filtros retienen partículas de tamaños superiores a 0,1 µm.• Filtro submicrónico: Estos filtros pueden retener partículas de tamaños superiores a 0,01 µm. Sin embargo, antes de pasar por estos filtros, el aire tiene que haber pasado previamente por otro, capaz de retener partículas de hasta 5 µm.• Filtros de carbón activo: Estos filtros son capaces de retener partículas a partir de 0,003 µm, lo que significa que pueden retener substancias aromatizantes u odoríferas. Los filtros de carbón activo también se llaman filtros submicronicos.

Para conseguir aire de clases de mayor calidad, la filtración de las substancias solidas siempre deberá hacerse por fases, para lo que puede montarse, por ejemplo, un filtro submicronico detrás de un filtro micronico.

3.4. Lubricadores de aire comprimido

En determinadas aplicaciones es necesario disponer de aire comprimido lubricado. Así sucede si el aire no solamente es agente energético, sino también lubricante de las partes móviles de los elementos de trabajo. Los lubricadores se encargan automáticamente de dosificar la niebla de aceite necesaria. El aire enriquecido con niebla de aceite evita que se produzca una fricción seca en las partes móviles de los actuadores y las unidades consumidoras y, además, contribuye a evitar su desgaste prematuro. Sin embargo, sería incorrecto creer que el aceite proveniente del compresor es apropiado para cumplir estas funciones.Buena parte de la estructura molecular de este aceite se destruye por la presión y el calor durante la operación de compresión, con lo que se convierte en un medio acido muy agresivo. Ello significa que este aceite es completamente inapropiado para la lubricación de los componentes de la red.

El cabezal del lubricador estándar tiene una tobera Venturi por la que pasa el aire comprimido. A raíz de la forma convergente de la tobera, se produce un vacio en el lado de aspiración, mediante el cual se aspira el aceite desde el depósito a través de un tubo ascendente (fig. 3-3). A continuación, el aceite gotea y, al hacerlo, se nebuliza. Con una válvula reguladora es posible dosificar la cantidad de gotas que deben caer en la corriente de aire comprimido.

Fig. 3-3Lubricador de aire comprimido

1 Cabezal del lubricador2 Tobera de aspiración

3 Tubo ascendente4 Depósito

5 Boquilla cuentagotas6 Tuerca de vaciado

4. La distribución del aire comprimido

Es evidente que el aire comprimido tiene que llegar desde el compresor hasta la unidad consumidora (maquina, herramienta). Para ello es necesario disponer de un sistema eficiente de distribución del aire comprimido constituido por tubos y válvulas. El aire comprimido tiene que llegar hasta la unidad consumidora en la cantidad correcta y la calidad necesaria y con la presión requerida. El sistema de distribución se configura normalmente de tal manera que en la entrada de aire de la unidad consumidora siempre se disponga de la presión mínima necesaria, sin importar cuán alejada este dicha unidad.

4.1 Componentes de la red de aire comprimido

Los componentes principales de una red de aire comprimido son los siguientes:• Tubería principalA través de esta tubería se transporta al aire comprimido desde el compresor hasta el taller en el que es necesario disponer de aire comprimido.• Tubería de distribuciónLa tubería de distribución suele ser una tubería circular (anular). Es la que se encarga de llevar el aire comprimido desde la tubería principal hasta los diversos puestos de trabajo.• Tubería de uniónSe trata de la última parte de la red de tubos fijamente instalados. La tubería de unión une la tubería de distribución con cada uno de los puestos de trabajo. Los tubos de unión con frecuencia son tubos flexibles.• DerivaciónSe trata de un tubo que lleva desde la tubería de distribución hasta un determinado lugar del taller; este tubo no es circular y termina en un punto muerto. Su ventaja consiste en que se necesita menos material que una tubería circular.• Tubería circularEn este caso, los tubos forman un anillo de distribución. La ventaja de una tubería circular consiste en que permite bloquear determinados tramos y aun así disponer de aire comprimido en otros puntos. El diámetro nominal de estas tuberías puede ser más pequeño. Además, también ofrecen la ventaja que aunque se consuma aire comprimido simultáneamente en varios puntos vecinos (por ejemplo, en A de la figura 4-2), se dispone de suficiente aire comprimido en B. Si se conectan entre sí varias tuberías circulares, se obtiene una red de tuberías circulares. Una red puede dividirse en varias partes que se pueden bloquear por separado.En la fig. 4-1 se muestra el esquema simplificado de una red.

Fig. 4-1Ejemplo de esquema de una red de tuberías circulares

• Valvulas y accesorios para conexionesLas valvulas y las conexiones incluyen componentes que se conectan a las tuberías y que inciden en el caudal. En la fig. 4-2 se muestra el ejemplo de un sistema que incluye los componentes más importantes. Tal como se puede apreciar, estos componentes tienen que montarse en la parte superior debido al condensado (montaje en forma de cuello de cisne). Las derivaciones para la purga del condensado tienen que montarse en la parte inferior del tubo en la zona más baja de la red. Si la unidad de purga del condensado se monta directamente en el tubo, deberá evitarse que el caudal arrastre consigo el condensado.

Fig. 4-2Partes de una red de aire

comprimido1 Tubería principal

2 Tubería de distribución (en este caso, circular)

3 Tubería de unión (toma de aire en la parte superior)

4 Compresor5 Codo de 90°

6 Horquilla para montaje en la pared7 Tubo

8Válvula esférica9 Tubo acodado

10 Disco de pared11 Empalme con rosca interior

12 Filtro13 Lubricador

14 Unidad consumidora15 Condensado16 Tubo flexible

17 Derivación18 Llave de cierre

4.2. Dimensiones de la red

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

• Definir el lugar en el que se montaran las unidades consumidoras• Definir la cantidad de unidades consumidoras, distinguiéndolas según su tipo y la calidad de aire que necesitan• Preparar una lista que incluye el consumo de aire de cada uno de las unidades consumidoras• Determinar el consumo medio, considerando la duración de la conexión, la simultaneidad de funcionamiento y las reservas necesarias para una posible posterior ampliación de la red• Confección del plano de las tuberías, incluyendo su longitud, los accesorios (derivaciones, codos, reductores) y los racores necesarios• Calcular la resistencia que se opone al caudal, convirtiendo la resistencia de los componentes en el equivalente de la resistencia en las tuberías en función de su longitud• Determinación de la pérdida de presión admisible• Determinar la longitud nominal de los tubos para, a continuación, determinar su diámetro interior• Elección del material de los tubos

4.3. Tuberías y conexiones

Para elegir el material de los tubos utilizados en redes de aire comprimido, hay que tener en cuenta los siguientes factores:• Calidad del aire comprimido (tuberías resistentes a la corrosión, empalmes que no provoquen la acumulación de depósitos)• Dimensiones de los tubos• Presión (poca perdida de presión; máximo 0,1 bar); fugas mínimas• Condiciones del entorno (estabilidad a la incidencia de luz solar, resistencia a bacterias y a temperaturas tropicales)• Trabajo de montaje (tendido sencillo de los tubos y montaje de los empalmes, utilización de herramientas y materiales especiales, necesidad de disponer de conocimientos especiales)• Costos del material (válvulas y accesorios de alta calidad y robustos a precios económicos)• Rigidez de los materiales (utilización de componentes auxiliares para el montaje, por ejemplo escuadras de montaje)• Coeficiente de dilatación térmica del material• Experiencias y conocimientos en materia de las técnicas necesarias

En una misma red pueden utilizarse diversos materiales. Además, también hay que tener en cuenta siempre los costos de instalación. Los tubos de material sintético

pueden unirse de modo completamente estanco utilizando pegamentos. Sin embargo, para ello es necesario tener experiencia en el uso de pegamentos.Los tubos de metal suelen ser más baratos, pero hay que soldarlos o unirlos con conexiones roscadas, por lo que es posible que el interior de los tubos contenga residuos. La perdida de presión también depende de la rugosidad de la pared interior de los tubos. En la tabla siguiente se ofrecen datos resumidos sobre la rugosidad de diversos tipos de tubos.

Flujo de aire en ductos

Para ventilar un espacio, un recinto o una máquina, ya sea impulsando aire o bien extrayéndolo, es muy corriente tener que conectar el ventilador/extractor por medio de un ducto, una tubería, de mayor o menor longitud y de una u otra forma o sección.

El fluir del aire por tal conducto absorbe energía del ventilador que lo impulsa/extrae debido al roce con las paredes, los cambios de dirección o los obstáculos que se hallan a su paso. La rentabilidad de una instalación exige que se minimice esta parte de energía consumida.Como el consumo de un ventilador es directamente proporcional a la presión total Pt a que trabaja, podemos constatar que, de no cuidar el diseño de una canalización, puede darse el caso de gastar mucha más energía de la necesaria.

Sistemas de ventilación: Los sistemas de ventilación y aire acondicionado distribuyen el aire a través de ductos a relativamente baja presión. Los ventiladores o sopladores que son responsables del movimiento del aire pueden describirse como dispositivos de alto volumen y baja presión. Asimismo se requiere un conocimiento de las presiones en el sistema de ductos para adoptar en forma apropiada un ventilador a un sistema dado para asegurar la entrega de energía de una cantidad adecuada de aire, para equilibrar el flujo en varias partes del sistema.

Perdida por fricción:

A la presión del aire necesaria para vencer la fricción en un ducto, que es la que determina el gasto de energía del ventilador, se le llama pérdida por fricción. Se calcula a base de la longitud de la conducción, el llamado diámetro hidráulico, la velocidad y el coeficiente de frotamiento, de la rugosidad de las paredes, de las dimensiones y la disposición del mismo.

Aunque con frecuencia se usan los ductos circulares para distribuir aire a través de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, es, en general, mas conveniente utilizar ductos debido a las limitaciones de espacio, en particular sobre techos. El radio hidráulico del ducto rectangular puede utilizarse para caracterizar su medida. Cuando se llevan a cabo las sustituciones necesarias del radio hidráulico para el diámetro en relaciones para velocidad, numero de Reynolds, rugosidad relativa y el correspondiente factor de fricción, vemos que el diámetro equivalente para un ducto rectangular es:

De = 1.3(ab)5/8 / (a + b)1/4

Donde a y b son los lados del rectángulo. Esto permite utilizar las graficas de pérdidas de fricción para ductos rectangulares así como también para los circulares.

Tramos Rectos:La forma práctica de hacerlo es recurriendo a nomogramas confeccionados en base a todo el bagaje técnico necesario y son válidos para conducciones con la rugosidad corriente en materiales habitualmente usados.

Ductos Rectangulares:Si la sección del conducto no es circular, caso frecuente en instalaciones de ventilación en donde se presentan formas rectangulares o cuadradas, es necesario determinar antes la sección circular equivalente, esto es, aquélla que presenta la misma pérdida de carga que la rectangular considerada.

Las perdidas por fricción pueden estimarse utilizando la ecuación de Darcy. Sin embargo, se han preparado tablas por parte de la American Society of Heating, Refrigering and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) para condiciones típicas encontradas en el diseño de ductos.Las unidades utilizadas para las diferentes cantidades y las condiciones supuestas se resumen en la siguiente tabla.

Accidentes frecuentes en la conducción de aire a través de ductos:

Las canalizaciones de aire no siempre se componen de tramos rectilíneos sino que a menudo se presentan accidentes en su trayectoria que obligan al uso de codos, desviaciones, entradas, salidas, obstáculos, etc., los cuales provocan una pérdida de carga adicional. En consecuencia, será necesario calcular las pérdidas de cada uno de tales accidentes y sumarlas a las de los tramos rectos.

Existen diversos métodos para calcular la pérdida de carga debida a los accidentes de una canalización, siendo el más usado en los manuales especializados (con muchos datos experimentales que permiten, con unas sencillas operaciones, determinar su valor).

Deben evitarse los obstáculos que atraviesen una conducción de aire y en especial en los codos y bifurcaciones del flujo. Nos referimos a cuerpos extraños a la canalización y no cuando se trate de ventilar los mismos, como es el caso de baterías intercambiadoras de calor en las que, por otra parte, se diseñan ya con las aletas orientadas de forma que obstruyan lo menos posible. Si no hay forma de evitarlos deben cubrirse con protecciones de silueta aerodinámica para no provocar pérdidas elevadas de carga.

Los obstáculos con frentes superiores a cinco centímetros deben carenarse con perfiles redondeados o, mejor, con siluetas de ala de avión, procurando que los soportes o apoyos sean paralelos a la vena de aire. Si la obstrucción es superior al 20% de la sección debe bifurcarse la canalización y hacerla confluir una vez superado el obstáculo.

CRITERIOS DE SELECCIÓN DE VENTILADORES, SOPLANTES Y COMPRESORES

Los criterios para la selección del tipo de aparato más adecuado para la impulsión de gases son en principio los mismos que para la selección del tipo de bomba. Se han de tener en cuenta, por un lado, las propiedades del gas y por otro, las condiciones de la impulsión. En principio, el primer factor a considerar es la presión de descarga que se ha de alcanzar, o mejor dicho, el "salto de presión" requerido. Ello determina la selección entre los tres grandes tipos de aparatos (ventiladores, soplantes y compresores). Dentro de cada grupo deben conocerse, además del caudal, las condiciones particulares de cada caso (funcionamiento continuo o intermitente, etc.).Por otra parte, si se representa el coste del motor de impulsión como porcentaje del coste del compresor, en función de la velocidad de giro del motor, se observa que el coste mínimo se encuentra para velocidades de 1000 a 2000 r.p.m. Motores de estas características se pueden acoplar directamente a compresores rotativos y centrífugos, incidiendo favorablemente en su coste. Otros factores dignos de consideración a la hora de seleccionar el aparato más adecuado serán su flexibilidad, hermeticidad, ruido, posible contaminación del gas, exigencias de cimentación, mantenimiento, repuestos, etc.