EQUIPOS PARA BOMBEOS DE GASES

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:

V_a= V_s +( p_atm-s/(p_atm + p_a ))(T_a/ T_s)

           

donde:

V_a = velocidad de flujo de volumen (caudal) en condiciones reales

              V_s = 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:

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

 Donde:  a y b son los lados del rectángulo.

 PROCESO DE PRODUCCION DE AIRE COMPRIMIDO