Todo sobre el Aire Atmosférico, Comprimido y su Aplicación en Compresores y Perforadoras

Aire Atmosférico

El aire atmosférico es un fluido gaseoso constituido por la mezcla de gases con la siguiente composición (en porcentajes volumétricos): N₂: 78,02%, O₂: 20,95%, CO₂: 0,003%, Ar: 0,93%. Además, contiene trazas de otros gases como Ne, He, Metano, H₂ y ozono. Su composición es constante hasta aproximadamente 20 km de altura. Sus componentes pueden separarse enfriando el aire a -196°C (aplicando procesos de destilación fraccionada). Las propiedades del aire atmosférico son: incoloro, inodoro, insípido y comprensible. Esta última propiedad, la comprensibilidad, se aprovecha para generar energía neumática.

Las principales formas de energía son: eléctrica, hidráulica, neumática, eólica y nuclear. El objetivo principal de estas formas de energía es generar calor y movimiento. La energía neumática utiliza el aire atmosférico como materia prima. En consecuencia, el aire atmosférico puede ser comprimido y, de esta manera, adquirir energía que se transformará en trabajo.

Aire Comprimido

El aire comprimido es aire atmosférico que se encuentra a una presión mayor que la presión atmosférica. La compresión del aire atmosférico se realiza utilizando equipos llamados compresores. El aire comprimido es almacenado en depósitos y, a través de tuberías, es distribuido hacia los puestos de consumo (herramientas, motores, máquinas).

Principales Características

• Se regula y controla fácilmente.
• No es tóxico.
• No es inflamable ni combustible.
• No es explosivo.
• No presenta riesgo de chispas.
• No implica peligro de accidentes.
• Admite su combinación con otras formas de energía.
• Las instalaciones de aire comprimido son de mantenimiento sencillo y económico.

Aire Libre

El aire libre es el aire atmosférico a presión y temperatura normales, es decir, en estado normal. El estado normal está dado por: presión barométrica a nivel del mar 750 mmHg (1,033 kg/cm²) y temperatura de 20°C. Entonces, en consecuencia, la cantidad de aire libre está dada por Nl y Nm³, donde N indica el estado normal. El caudal de aire libre estará dado por: Q (Nl/min) y (Nm³/min).

Relación entre Aire Libre y Aire Comprimido

Para utilizar una herramienta o máquina con aire comprimido como fuente de energía, es necesario conocer la cantidad de aire libre que hay que aspirar de la atmósfera para producir la cantidad de aire comprimido que necesita la herramienta. Las características técnicas de los compresores indican la cantidad de aire libre que requieren para producir la cantidad de aire comprimido necesaria: Q = Qc (P + 1,033 / 1,033). Esta fórmula permite calcular la cantidad de aire libre necesario para producir la cantidad de aire comprimido a la presión de trabajo requerida por la herramienta.

• Q: Cantidad de aire libre/Minuto (Nl/min o Nm³/min).
• Qc: Cantidad de aire comprimido/minuto (L/min o M³/min).
• P: Presión de aire comprimido (kg/cm²).

Unidades de Presión

Las unidades industriales en las que se mide la presión del aire comprimido son: lb/pulg², atm, kg/cm², Kpa, lb/pie², N/m².

Factores de Conversión de Unidades

Unidades de Longitud

• 1 pulg = 25,4 mm = 2,54 cm 1 pie = 12 pulg
• 1 mm = 0,03937 pulg 1 m = 2,281 pie
• 1 cm = 0,8987 pulg 1 m = 39,3701 pulg
• 1 pie = 304,5 mm = 0,3045 m

Unidades de Superficie

• 1 pulg² = 6,4516 cm² 1 m² = 10,7639 pie²
• 1 cm² = 0,155 pulg² 1 pie² = 0,0929 m²

Unidades de Volumen

• 1 m³ = 35,315 pie³ 1 galón = 4,5459 l
• 1 pie³ = 0,0283 1 barril = 159 l
• 1 pulg³ = 16,387 cm³

Unidades de Peso

1lb:0,453kg                                                        1onza=28,35gr

UNIDADES DE PRESION

1lb/pulg2=0,06804atm=0,0732kg/cm2=6,8448Kpa           1lb/pie2=47,88N/m2=4,88kg/m2

1atm=14,69lb/pulg2=1,033kg/cm2=101,32KPa                  1kg/pulg2=1,52N/m2

1kg/cm2=14,22lb/pulg2=0,96ATM=98,06KPa                     1Bar=1,019atm

1KPa=1KN/m2=0,145lb/pulg2=0,0098atm=0,010kg/cm2

1Pa=1N/m2=0,02lb/pie2=0,6578kg/pulg2

COMPRESORES: los compresores son maquinas que aspiran el aire ambiente (a presion atm) y lo comprime hasta una presion superior:

CLASIFICACION DE LOSCOPMRESORES:

Compresores(por desplazamientos): A PISTON: DE UNA SOLA ETAPA(monofásico): SIMPLE EFECTO; DOBLE EFECTO Y DE DOS O MAS ETAPAS: SIMPLE EFECTO Y DOBLE EFECTO. ROTATIVOS(a tornillo)

Compresores dinamicos.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE LOS COMPRESORES A PISTON: El trabajo de compresión de aire dentro del cilindro se realiza mediante un piston, el cual es accionado por un motor atravez de un sistema cigüeñal-biela: EL motor puede ser eléctrico o de combustión interna:

COMPRESORES BIFASICOS O DE DOS ETEAPAS: Lacompresion del aire se realiza en dos fases. Primera fase: es la etapa de baja compresión hasta dos o 3kg/cm2.Segunda fase : Etapa de alta compresión( hasta una presión máxima o final de 8kg/cm2). EL aire comprimido en la primera etapa adquiere una temperatura superior a los 10°C por lo que debe ser refrigerado antes de ser comprimido nuevamente en la segunda etapa. Esta refrigeración asignada intermedia puede realizarse por medio de aire y agua. Despues de su compresión de la segunda etapa el aire comprimido sabe a una temperatura de aprox 130°C. La refrigeración final o posterior se realiza con agua.

ESQUEMA DE UN COMPRESOR BIFASICO(2ETAPAS) de simple efecto: este compresor la comprasion del aire aspirado se realiza en dos etapas de dos pistones.

LA compresión con 1 sola etapa es antieconómica para altas presiones y grandes caudales debido a la sig razón: para altas P y grandes caudales es necesario una mayor potencia del motor y también se obtiene un aire comprimido mas caliente lo que requiere una refrigeración posterior mas intensa. Luego para presiones de aire comprimido de 4 a 12kg/cm2 se utiliza compresosres de 2 etapas.

PRINCIPALES COMPONENTES DE UN COMPRESOR DE DOS ETAPAS: CARTER,CILINROS;PISTONES;BIELAS;CIGÜEÑAL;REFRIGERADOR INTERMEDIO;FILTRO DE AIRE

COMPRESOR DE DOS ETAPAS DE DOBLE EFECTO: principio de operación: El caudal de aire comprimido es prácticamente el doble del que proporciona un compresor de simple efecto. Los compresores mas utilizados completamente son los compresores de dos etapas de simple efecto debido a que son de construccion mas sencilla que el de doble efecto.

COMPRESORES A TORNILLOS: principio de funcionamiento: Estan compuestos por un par de rotures lobulos helicoidales que engranan constantemente entre si. Los rotores no se tocan entre si ni a la carcasa dentro de la cual se encuentra.

Entre los rotores de engraaje continuo el volumen de aire aspirado sufre una compresión. Cuando el aire alcanza la presión final el espacio interlobular queda conectado con el orificio de salida. Estos compresores se utilizan para producir grandes cantidades de aire comprimido. Dentro de la carcaza los rotores se encuentran en un baño de aceite el cual actua como refrigerante. EL aire comprimido que salen por el orificio de salida esta mezclado con aceite y en consecuencia pasa por un separador de aceite

PERFORADORAS: Consideraciones generales. ARRANQUE: EL arranque consiste en la fragmentación del macizo rocoso a un tamaño que permite que el material pueda ser manipulado con el sistema posterior de carga y transporte. EL arranque se puede realizar de forma directa o bien por medio de la voladura con explosivos(perforación y voladura)Se decide por el método mas económico posible. Por ejemplo se utiliza una voladura para el caso del arranque de rocas duiras se utiliza una rotopala para realizar el arranque en forma directa de roca blanda. En la gran mayoría de las minas a cielo abierto y voladura enteceden siempre el trabajo de excavación. Las operaciones de perforación y vladura se encuentran asociados.

PERFORACION: mediante la operación se penetra en la roca produciendo una cavidad cilíndrica para colocar posteriormente los explosivos siendo el objetivo principal en este caso  el de conseguir una optima distribución geométrica de la energía del explosivo en el macizo a volar se pueden distinguir varios métodos de perforación según sea para explotación exploración obras auxiliares por ejemplo obras civiles. En los casos de exploración y obras auxiliares los objetivos pueden ser: TOMAS de muestra de polvo para análisis, Drenar un flujo de liquido, Explotar un flujo de agua, Cimentar fundaciones civilies. EL método de perforación se selecciona en función de la resistencia que preseta la roca a la presentación( grado de consolidación) Existenvarios métodos de penetración en la roca siendo los de mayor aplicación los de ataque mecanico por perforación

Se compone de dos fases simultaneas: Fracturas del material de la roca y Remocion del detrito.

PERFORADORAS: Por su forma de trabajar las perforadoras pueden ser de dos tipos: de Percusion o de Rotacion

Principales componentes de una perforadora:

Maquina o cuerpo principal: este componente transforma la energía primaria en una fuerza de impacto y en un par de rotación. La energía primaria es suministrada por un equipo motriz

Barra: La barra transmite el movimiento de la mauqina a la herramienta. Se incluyen también barras prolongadoras.

Utiles o herramientas: Es la pieza que hace contacto con la superficie de la roca(broca punta cincel)

Fluido de circulación las funciones del fluido de circulación son: Extraer el detrito producido durante el avance del útil, manteniendo limpio el orificio de perforación. Refrigeracion de la broca y controlar el polvo producido