EQUIPOS
PARA BOMBEOS DE GASES
I. 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.
Fig. sistema de aire comprimido para equipos neumaticos
II. CONCEPTOS
Presiones y velocidades
de flujo de gas
ü
La
velocidad de flujo de aire u otros gases se expresa con frecuencia en pies3
/min, abreviado cfm. Las velocidades se reportan típicamente en pies/min.
Aunque estas no son las unidades estándar en el Sistema Británico de Unidades,
son adecuadas en el rango de los flujos que típicamente se encuentran en
aplicaciones industriales, comerciales y residenciales.
ü
Las
presiones pueden medirse en lb/pulg2 en el Sistema Británico de
Unidades cuando se encuentran valores de presión relativamente grandes. Sin
embargo, en la mayoría de las sistemas que manejan aire, las presiones son
pequeñas y se miden en pulgadas de agua, abreviada como en H2O.
Esta unidad se deriva de la práctica de utilizar un tubo pitot y
manómetro de agua para medir la presión en ductos.
III. CLASIFICACION
DE VENTILADORES, SOPLADORES Y COMPRESORES
ü
Los
ventiladores, sopladores y compresores se utilizan para aumentar la presión del
aire y mover éste u otros gases. Las diferencias básicas entre ellos se hallan
en sus formas y las presiones que pueden desarrollar gracias a ese diseño.
ü
Un
ventilador se diseña para operar contra presiones estáticas pequeñas, hasta 2,0
lb/pulg2 (13,8 kPa). Pero las presiones típicas de operación para ventiladores
son desde 0 hasta 6 pulg de H2O (0,00 hasta 0,217 lb/pulg 2 o 0,00 hasta 1500
Pa).
ü A presiones desde 2,0 lb/pulg2 hasta
aproximadamente 10,0 lb/pulg2 (69,0 kPa), el dispositivo que genera
el movimiento de gas se le llama soplador.
ü
Para
desarrollar altas presiones, tan altas como algunos miles de lb/pulg2,
se utilizan compresores.
Fig. Soplador semiautomática de aire caliente
IV. FLUJO
DE AIRE COMPRIMIDO Y OTROS GASES
ü Muchas industrias utilizan aire comprimido en sistemas de
alimentación de fluidos para proveer de potencia al equipo de producción, a
dispositivos para el manejo de material, y a máquinas de automatización.
ü
La
presión de operación común para tales sistemas está en el rango de 60 hasta 125
lb/pulg2 relativas (414 hasta 862 kPa de tamaño).
ü
Cuando
se presentan grandes cambios de presión o temperatura del aire comprimido a lo
largo de la longitud de un sistema de flujo:
ü
Deberán
tomarse en cuenta los cambios correspondientes en el peso específico del aire.
ü
Si
el cambio en presión es menor de aproximadamente el 10 % de la presión de
entrada, las variaciones en el peso específico tendrán efectos despreciables.
ü
Cuando
la caída de presión se encuentra entre el 10 y el 40 % de la presión de
entrada, podemos utilizar el promedio del peso específico para las conducciones
de entrada y salida para producir resultados con exactitud razonable.
ü
Cuando
el cambio de presión predecible es mayor al 40 %, deberá volver a diseñar el
sistema o consultar otras referencias.
Propiedades y parámetros para el flujo de aire
comprimido
Densidad del aire: La densidad para cualquiera de las condiciones de presión
y temperatura pueden calcularse de la ley de los gases ideales de la
termodinámica.
Velocidades de flujo para
líneas de aire comprimido :
Los valores dados a equipo que se utiliza para comprimir aire y para
compresores que entregan aire se proporcionan en términos de aire libre,
llamados en algunas ocasiones entrega de aire libre (FAD -
Free Air Delivery).
Propiedades y parámetros para el flujo de aire
comprimido
Esto proporciona la cantidad de aire entregada por unidad
de tiempo suponiendo que el aire se encuentra a presión atmosférica estándar
(14,7 lb/pulg2 absolutas o 101,3 kPa absolutos) y a la temperatura
estándar de 60 oF o 15 oC (temperaturas absolutas de 520 oR
o 285 K). Para determinar la velocidad de flujo en otras condiciones, se puede
utilizar la siguiente ecuación:
Va= Vs
+( patm-s/(patm + pa ))(Ta/ Ts)
donde:
Va =
velocidad de flujo de volumen (caudal) en condiciones reales
Vs = velocidad de flujo de volumen (caudal) en condiciones estándar
Patm-s = presión
atmosférica absoluta estándar
Patm=
presión atmosférica absoluta real
Pa=
presión real de medición
Ta= temperatura absoluta real
Ts=
temperatura absoluta estándar = 520 oR o 285 K.
Selección del tamaño de tubería:
Caída de presión. Debido a que las pérdidas por fricción son
proporcionales al cuadrado de la velocidad de flujo, es conveniente
utilizar tamaños de tubería tan grandes como sea factible, para asegurar una
presión adecuada en todos los puntos de uso en un sistema.
Requerimiento de potencia en el compresor. La potencia requerida para alimentar el compresor
se incrementa a medida que la caída de presión aumenta. Por lo tanto, es
adecuado utilizar tuberías con mayor diámetro para minimizar la caída de
presión.
Costo de tubería. Los costos de las tuberías con diámetros grandes son
mayores.
Costo de un compresor. En general, un compresor diseñado para operar a una
presión mayor costará más, lo que hace adecuado el uso de tuberías con
diámetro grande para minimizar la caída de presión.
Costos de instalación. Las tuberías más pequeñas son más fáciles de manejar,
aunque éste no es en general un factor importante.
Espacio requerido. Las tuberías pequeñas requieren de un menor espacio y
proporcionan menor interferencia con otro equipo u operaciones.
Expansión futura. Para permitir la adición de más equipo que utilice aire
en el futuro, se prefieren tuberías mayores.
Ruido.
Cuando el aire fluye a gran velocidad a través de tuberías, válvulas y accesorios,
éste genera un alto nivel de ruido. Es mejor utilizar tuberías de gran tamaño
para que las velocidades sean menores.
Es evidente que no existe un tamaño de tubería óptimo
para cada instalación y el diseñador deberá evaluar el funcionamiento total de
algunos de los tamaños antes de realizar la especificación final. Como ayuda
para iniciar el proceso, la tabla 1
enlista algunos tamaños sugeridos.
V.
FLUJO
DE AIRE EN DUCTOS
ü Los sistemas de ventilación y aire acondicionado
distribuyen el aire a través de ductos a relativamente baja presión.
ü
Los
ventiladores o sopladores que son responsables del movimiento del aire pueden
describirse como dispositivos de alto volumen y baja presión.
ü
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.
ü
Dos
tipos de pérdida de energía en sistemas de ductos provocan que la presión
disminuya a lo largo de la trayectoria del flujo.
ü
Las
pérdidas por fricción se presentan a medida que el aire fluya a través de
accesorios tales como T y Y y por medio de los dispositivos de control de
flujo.
ü
Las
pérdidas 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 las condiciones
típicas encontradas en el diseño de ductos.
ü
Aunque
con frecuencia se usan los ductos circulares para distribuir aire a través de
sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, es, en general, más
conveniente utilizar ductos debido a las limitaciones de espacio, en particular
sobre techos.
ü
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, número 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.
PROCESO DE PRODUCCION DE AIRE COMPRIMIDO
