EQUIPO PARA BOMBEO DE GASES

EQUIPO PARA BOMBEO 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.

II.- CONCEPTOS

Presiones y velocidades de flujo de gas

—  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.

—  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 H₂ O. Esta unidad se deriva de la práctica de utilizar un tubo pitot y manómetro de agua para medir la presión en ductos.

 

III.-  CLASIFICACIÓN DE VENTILADORES, SOPLADORES Y COMPRESORES

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. 

VENTILADOR:  

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).

SOPLADOR:

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.

COMPRESOR: 

Para desarrollar altas presiones, tan altas como algunos miles de lb/pulg², se utilizan compresores.

Fig. Ventilador

Fig. Soplador    

 Fig.Compresor

 

IV. Flujo de Aire Comprimido y otros gases

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. 

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). 

Cuando se presentan grandes cambios de presión o temperatura del aire comprimido a lo largo de la longitud de un sistema de flujo:

• —  Deberán tomarse en cuenta los cambios correspondientes en el peso específico del aire.

• —  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.

• 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.

• 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:

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.

Utilizando estos valores y los de la atmósfera estándar, podemos escribir la Ecuación en Sistema Británico de Unidades:

—  En unidades SI:  

Selección del tamaño de tubería:

             - Caída de presión.

            - Requerimiento de potencia en el compresor.

            - Costo de tubería.

            - Costo de un compresor.

            - Costos de instalación.

            - Espacio requerido.

            - Expansión futura.

            - Ruido.

PARAMETROS TECNICOS

Tamaño sugeridos para sistemas de aire comprimido:

 

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

 Resistencia en válculas y junturas como longitud equivalente:

—  Factor de Fricción en zonas turbulentas        

                                                                                   

—  Como en otros sistemas de línea de tubería, los sistemas de tubería con aire comprimido típicamente contienen válvulas y accesorios para controlar la cantidad y dirección de flujo. Tomamos en cuenta sus efectos utilizando la técnica de la longitud equivalente y los valores para el cociente L_e/D se enlistan en la Tabla 2

V. Flujo de aire en ductos

• 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.

• —  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.

• —  Dos tipos de pérdida de energía en sistemas de ductos provocan que la presión disminuya a lo largo de la trayectoria del flujo. 

•  —  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.

• —  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.

• —  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.

• —  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:

 donde a y b son los lados del rectángulo.

Esto permite utilizar las gráficas de pérdidas de fricción en las Figs.1 y 2 para ductos rectangulares así como también para los circulares.

Figura N°1

Pérdidas por fricción en ductos – Sistema Británico

Figura N°2

Pérdida por fricción en ductos - SI

VI.-  ANEXOS

Proceso de producción de aire comprimido