Compresores de aire comprimido

1. 1
Neumática e Hidráulica
Ingeniería Eléctrica y Energética
Máquinas y Motores Térmicos
Departamento:
Area:
CARLOS J RENEDO renedoc@unican.es
Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28
http://personales.unican.es/renedoc/index.htm
Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82
N. T11.- Compresores, Acumuladores y Red de Tuberías
Las trasparencias son el material de apoyo del profesor
para impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.
Al alumno le pueden servir como guía para recopilar
información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes
2
El Compresor: es el elemento que tomando aire atmosférico, eleva su presión y
se encarga de suministrarlo por la instalación
Los acumuladores: son depósitos para almacenar aire comprimido
Amortiguan el consumo
Evitan grandes secciones de tuberías
Reducen el número de arranques del compresor
Las red de distribución: reparte el aire comprimido por la instalación
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS

2. 3
Compresores (I):
Motor de accionamiento:
• Eléctricos
• Motor combustión
• Motor de gas, …
Separación compresor accionamiento:
• Herméticos
• Semiabiertos
• Abiertos
Modo de compresión:
• Alternativos
• Rotativos
• Axiales
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
4
Compresores (II):
Modo de compresión (I):
• Alternativos o reciprocantes
2 válvulas, presión se ajusta
Vibraciones y ruido
• Rotativos (I)
– De paletas
– De rodillo
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Silenciosos
Sin válvula de admisión
Sensibles golpe de líquido
Débil estanqueidad
(bajas relaciones de
compresión)

3. 5
Compresores (III):
Modo de compresión (II):
• Rotativos (II)
–De tornillo
De doble tornillo
De tornillo simple
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Sellado con aceite
Sin válvulas
Relación de compresión fija
Regulación de capacidad
6
Compresores (IV):
Modo de compresión (III):
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Dos volutas en forma de espiral
Varias cámaras enfrentadas
Flujo continuo
Sin válvulas
Relación de compresión fija
Necesita válvula antirretorno
El sellado no soporta toda la diferencia de presión
Resistente a la entrada de líquido
Regulación de capacidad con varias lumbreras de descarga
• Rotativos (III)
–De engranajes
Uno accionado
–Scroll

4. 7
Compresores (V):
Modo de compresión (IV):
• Rotativos (IV)
–Scroll (II)
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
8
Compresores (VI):
Modo de compresión (V):
• Rotativos (V)
– Centrífugos
Grandes volúmenes
Bajas relaciones de compresión
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
– Axiales
Grandes volúmenes
Bajas relaciones de compresión

5. 9
Compresores (VII):
La compresión ⇒ ↑Tª en el aire comprimido ⇒ ↑Tª la cámara de compresión ⇒
⇒ ↑Tª en el aire admitido comprimido ⇒ ↓ masa de aire admitido
El efecto se mejora refrigerando la cámara de compresión
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
γ
γ 1
1
2
12
−






=
p
p
TT
γ exponente adibático aire (≈1,4)
T (Kelvin)
10
Compresores (VIII):
Refrigeración intermedia
Reduce el trabajo de la compresión
La compresión ideal:
La presión intermedia ideal:
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
dcd1 pp;TT ==








−





−γ
γ
+








−





−γ
γ
= γ
−γ
γ
−γ
1
p
p
T
1
R
1
p
p
T
1
R
W
1
d
2
2
1
1
c
1comp








−





−γ
γ
= γ
−γ
1
p
p
T
1
R
W
1
1
2
1comp
cdp
dW
d
2
1
c
p
p
p
p
=
21c ppp =

6. 11
Bombas de Vacío:
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
1100 VpVp =
Supuesta la expansión isotérmica
)( 0
0
01
VV
V
pp
∆+
=
otra embolada …
)( 0
0
12
VV
V
pp
∆+
=
)( 01 VVp ∆+=
nInstalació0 VV =p0
n
n
VV
V
pp 





∆+
=
)( 0
0
0
n emboladas
2
0
0
0
)( 





∆+
=
VV
V
p
12
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Acumuladores de aire (I):
Almacenar al aire (reserva)
Estabilizar las fluctuaciones de presión (ayuda al compresor)
Limita las demandas punta
Ayudan a enfriar el aire
Retener impurezas (tiempo de retención largo, tomas en los extremos)
Retienen el agua condensada (toma de purga)
Un acumulador principal, varios secundarios o intermedios

7. 13
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Acumuladores de aire (II):
(bar)presiónPérdida.horanesConmutacio
/min)(mactuadoresConsumo.15
)(mnacumulacióVolumen
3
3
=
∆Vcil)(Vac.PacVac.Pac 21 +=
∆P
Vcil.Pac
Vac 2
=
21 PacPac∆PpresiónPérdida −==
Volumen generoso ⇒ posibles ampliaciones de la red
14
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Acumuladores de aire (III):
5 a 24 l/sAmoladora15 a 30 l/s
Destornillador
percusor
17 l/s
Lijadora
0,75 kW
16 l/s
Cortador de
roscas
5 l/s
Destornillador
0,3 kW
35 l/s
Taladradora
2 kW
8 l/s
Martillo
cincelador
10 l/s
Pistola de
inyección
18 l/s
Taladradora
1 kW
84 l/s
Motor
3,5 kW
20 a 32 l/s
Pistola chorro
de arena
3 a 22 l/sTaladro
36 l/s
Motor
1,4 kW
8 l/sPistola20 a 55 l/s
Elevador
(0,5 a 5 Ton)
ConsumoDispositivoConsumoDispositivoConsumoDispositivo

8. 15
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Acumuladores de aire (IV):
Gráfico de selección rápida
16
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Acumuladores de aire (V):
Caudal suministrado: 20 m3/min
Dif presión 1 bar (100 kPa)
Conmutaciones/h 20
Gráfico de selección rápida

9. 17
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Red de distribución:
Consumo instantáneo
Minimizar pérdidas de cargas (< 5%)
Facilitar eliminación del agua (pendientes)
Fácil montaje y ampliación
Red en anillo
Pendientes de las tuberías
Salidas de la tubería
Velocidades 6 a 10 m/s
(previsión de ampliación)
Pérdidas de carga por fricción en tubos y accesorios
0,650,710,830,860,890,94Factor simultan.
15105432Nº elementos
18
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
f (λ) el factor de fricción
L es la longitud de una tubería
v la velocidad
D el diámetro de la tubería
g la gravedad
En tuberías (I): marcadas por la ec. de Darcy, HL (en régimen laminar y turbulento)
)m(
g2
v
D
L
fH
2
L =
Flujo laminar (Re < 2.000):
Re
64
f = )m(
D
vL32
H 2L
γ
µ
=






+
ε
−=
fRe
51,2
d7,3
log2
f
1
Flujo turbulento ( Re > 4.000):
Diagrama de Moody
Pérdidas de carga (I):
fHL yRe,
ν
= cLV
Re
ν la viscosidad cinemática
Lc la longitud característica,
en tubería el diámetro

10. 19
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Diagrama de Moody
f
Re
ε/D
0,025
Pérdidas de carga (II):
En tuberías (II)
20
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
(Longitud equivalente: Leq)
Pérdidas de carga (III):
En accesorios

11. 21
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Calculo de la red de distribución (I):
P (bar)
Øi (mm)
∆P (bar)
10m
Q (L/min)
22
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Calculo de la red de distribución (II):
m16Leq
;bar6P
;min/l000.3Q
=
=
=

12. 23
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Calculo de la red de distribución (III):
Refer.
Refer.
24
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Calculo de la red de distribución (IV):
m300Leq
bar2,0P
;bar6P
;h/m500.1Q
admisible
3
=
=∆
=
=

13. 25
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Selección rápida (NTE) de la tubería por tablas de Q y P (I)
P ( kPa)
222835Dos tubDos tub.50
182228354225
151822354220
151518283515
121518222810
10101218225
88810101
1.5001.000500200100Q (l/s)
26
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
P ( kPa)dP (kPa/m)
8,43,72,2Dos tubDos tub.50
6,43,41,91,20,725
10,56,14,10,80,520
6,29,02,41,50,715
8,94,23,12,31,010
6,18,96,61,71,05
1,01,42,51,72,51
1.5001.000500200100Q (l/s)
10
][ ∑+
=∆ eLLdP
P
L: longitud del tramo
Le: longitud equivalente de accesorios
Selección rápida (NTE) de la tubería por tablas de Q y P (II)

14. 27
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
D tubería (mm)Le (m)
2,001,500,950,750,15Válvula de bola
0,520,450,350,260,21T flujo directo
2,752,101,351,000,80T flujo a 90º
1,601,200,750,550,40Codo a 90º
0,340,280,180,140,10Codo a 45º
0,700,600,370,280,20Curva 90º (rc = 3D)
0,500,450,250,180,15Curva 90º (rc = 5D)
42352215< 10Q (l/s)
10
][ ∑+
=∆ eLLdP
P
L: longitud del tramo
Le: longitud equivalente de accesorios
Selección rápida (NTE) de la tubería por tablas de Q y P (III)
28
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
[ ]litros60 321 kkkQV =
Selección rápida (NTE) del acumulador
Q: caudal en l/s
10,990,960,910,840,750,640,560,360,19k1
0,500,450,400,350,300,250,200,150,100,05f´
2,501,671,250,830,710,630,560,450,420,380,36k2
0,400,600,801,201,401,601,802,202,402,602,80∆∆∆∆P
2,141,671,361,161,070,750,600,500,380,300,25k3
79111314202530405060z
f: es el factor de carga del compresor, si está entre 0,5 y 1: f = 1-f
∆∆∆∆P: es la caída de presión admisible entre la salida del compresor y la del acumulador
z: es el número de arranques posibles por hora del compresor

15. 29
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Espesor de la tubería:
)(
]/[2
][]/[
2
2
mm
cmk
mmdcmkP
e
fadmisible
f
σ
=
seguridaddeeCoeficient
rotura
admisible
σ
σ =
30
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Calcular el diámetro de una tubería de red de 200 m para una presión de trabajo
de 7 bar y un consumo de 6 m3N/min que dispone de: 4 T de salida recta, 6 codos
de R = 2D, 1 válvula de compuerta y 1 tubo reductor
– Incremento del caudal del 150% en 5 años
– Pérdidas por fugas del 30%
– Pérdida de presión admisible 5%

16. 31
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Calcular el diámetro de una tubería de red de 20 m para una presión de trabajo de
7 bar y un consumo de 6 m3N/min que dispone de: 4 T de salida recta, 6 codos de
R = 2D, 1 válvula de compuerta y 1 tubo reductor
– Incremento del caudal del 150% en 5 años
– Pérdidas por fugas del 30%
– Pérdida de presión admisible 5%
32
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
En una empresa hay una instalación de aire de 250 m de longitud, diámetro 50
mm, 30 codos de R = 2D, 10 Ts de salida recta y una válvula de compuerta.
Si las pérdidas de carga admisibles son de 0,15 bar y la presión de trabajo de 7,
cual sería el caudal máximo de trabajo

17. 33
T 11.- COMPRESORES, ACUMULADORES
Y RED DE TUBERIAS
Qué pérdida de presión se produciría en la instalación anterior si el caudal de aire
fuera de 20.000 l/min