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PROYECTO DE INVESTIGACIÓN QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECÁNICO PRESENTAN: CYNTHIA BERENICE LABASTIDA GUTIÉRREZ MALLELY ASTORGA GARCÍA OMAR ZAMORA GARIBAY VÍCTOR VENEGAS PÉREZ PROPUESTA DE UN SISTEMA DE MANTENIMIENTO PREVENTIVO A COMPRESORES ATLAS COPCO GA 160, COMO RESULTADO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN CGPI 2004 848 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO México, DF Octubre 2005 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. AGRADECIMIENTO Le agradezco a Dios por haberme acompañado y cuidado en este camino, en el termino de uno de mis sueños. A mi Padre por brindarme su apoyo y confianza incondicional en todo momento. Gracias Papá, por tus desvelos, tu fortaleza, dedicación y constancia en tu trabajo. Pero sobre todo por tu cariño, porque fue tu ejemplo el que me enseño y ayudo a concluir la carrera de Ingeniería Mecánica. Espero con esto brindarte un poco de todo lo que me has dado. A mi Madre porque gracias a ella no hubo un solo día en el cual me faltará la fuerza necesaria para realizar mis tareas y actividades diarias. Gracias por escucharme y guiarme cuando lo necesite. A mi Hermana por contagiarme de la alegría que me inspira a continuar aún en los momentos más difíciles. A mis amigos: Laura, Cynthia, Hilario, Albino, V íctor, Ismael, por brindarme su amistad sincera y por apoyarme durante el tiempo en la escuela. “Nuestros sueños nos inspiran a pensar, actuar y sentir para convertirnos en exactamente la persona que debemos ser para que nuestros sueños sean una realidad” MALLELY ASTORGA GARCÍA INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. AGRADECIMIENTO Siempre he renegado de Dios y dicho, que si conseguí terminar la carrera fue por mi propio esfuerzo, pero debo de reconocer que gran parte de la fortaleza que tuve para lograr lo alcanzado es gracias a él, pues siempre estuvo conmigo en los peores momentos y gracias a él puede resolverlos. En segundo lugar y no menos importantes en mi vida son mis padres y mis hermanos, ya qué ellos siempre han sido mi respaldo y un apoyo incondicional en cualquier momento o circunstancia adversa, ellos son quienes han dedicado su vida entera a tratar de formar a un hijo y un hermano con buenos principios. Agradezco al Instituto Politécnico Nacional y en especial a la ESIME que me dio la oportunidad de poder estar entre sus filas y la que arropada de tantos profesores, es la misma que me vio entrar y la misma que me verá salir, pero esta vez será de un modo diferente, pues en esta ocasión saldré como un profesionista y gracias a las enseñanzas de todos los profesores que tuvieron la dedicación y esmerada preocupación de transmitirme sus conocimientos. Gracias a todas las personas que estuvieron cerca de mí. OMAR ZAMORA GARIBAY INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. AGRADECIMIENTOS A Dios Doy gracias a Dios y a la Santísima Virgen de Guadalupe por haberme permitido dar la oportunidad y fortaleza de terminar el mayor y más grande de mis anhelos. A Mis Padres: Mauro Venegas López y Ma. Inocencia Pérez Graciano Mi primera y mayor deuda de gratitud es para mis padres, porque gracias a su apoyo y consejos he llegado ha realizar una de mis metas más grandes. La cual constituye la herencia más valiosa que pudiera recibir. A quienes la ilusión de su existencia ha sido convertirme en una persona de provecho. Doy gracias a ti Señor por haberme dado a estas personas queridas y por darme la oportunidad de entrar en el bello y maravilloso mundo del saber. Porque ahí donde tu me has puesto debo florecer y luchar por mi realización. A los seres universalmente más queridos. Gracias mamá, gracias papá. Que Dios me los bendiga hoy y siempre y donde quiera que se encuentren. A mi hermana: Ma. Teresa Venegas Pérez Te doy las gracias por el apoyo y el ejemplo que en cada segundo de mi vida me has brindado. Y así como también se que no existe una forma de agradecer una vida de sacrificio y esfuerzo quiero que sientas que el objetivo logrado también es tuyo y que la fuerza que me ayudo a conseguirlo fue con tu apoyo cariño y admiración. A: Israel Valdez Romualdo Por ser hoy mi segundo hermano te doy también las gracias por que se que eres de esa clase de personas que todo lo comprenden y dan lo mejor de si mismos sin esperar nada a cambio, porque sabes escuchar y brindar ayuda cuando es necesario porque te has ganado el cariño, admiración y respeto de todo el que te conoce, sinceramente gracias por el apoyo y todo lo que he recibido de ti y además por haber traído al mundo junto con mi hermana a mi peque Lucy Angélica. A: Lucy Angélica Valdez Venegas Doy gracias a Díos por haber concedido la dicha de traerte al mundo y llenar de luz y alegría a esta casa, así como llenar este pequeño vacío que teníamos. Por esto y por todo gracias “peque”. Al Sr.: Raúl Rodríguez Guzmán Por ser la persona que confió en mí, me ayudo y apoyo en lo más que pudo y que además a través de su trabajo honrado y honesto formo, forjo y esculpió mi carácter y mi forma de ser, mil gracias y no me cansare de agradecer. Sr. Rodríguez donde quiera que se encuentre en paz descanse. A la Sra.: Raquel Hernández Pérez Por ser la mujer que ha tejido mi alma con sus conocimientos su ternura y paciencia y que siempre me ha concedido su comprensión ayuda y apoyo incondicional; gracias. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. A: Laura Angélica Rodríguez Hernández Por ser como una hermana y ser una persona excepcional que además saber escuchar te doy las gracias por brindarme la confianza y el apoyo necesario para poder cumplir mis objetivos. Por toda la paciencia y comprensión que he recibido y por haber compartido conmigo y al igual que tu familia mis derrotas y fracasos, así como también disfrutando por igual mis triunfos y alegrías. Lo cual ha sido un verdadero aliciente para emprender hoy un nuevo camino. A: Isabel Tlanepantla Luis y Zayne Jesús Núñez Tlanepantla Hay cosas que prefiero expresártelas por escrito, porque de alguna forma siento que dejo plasmados mis mas profundos sentimientos. Sin embargo no encuentro palabras que reflejen fielmente todo lo que significas en mi vida, pero sí puedo asegurarte que eres indispensable para sentirme feliz. Además debo admitir que con tu ejemplo me has enseñado cosas que valoro y agradezco, y que gracias a ti y a tu hijo Zayne Jesús, siempre tendré un objetivo nuevo que alcanzar. A mi Familia El destino no es casualidad, sino elección, no es lo que se espera sino lo que se realiza, por ayudarme a lograrlo GRACIAS. A Mis Amigos Los de la ESIME, el Colegio de Bachilleres y la escuela en general, así como la Estudiantina Santa Cecilia, La rondalla del Amor (Cynthia, Mallely, Sandra, Laura, Omar, Hilario, Chucho, Albino, Orlando Severiano, Miguel Rivera A., Diana Leticia Arreola T., Bertha, Blanca, Karina, Fernando, Oscar, Emigdio, Ma. de Lourdes Pineda T., Yessica, Laura Robles, Guadalupe, Diana G., Rafael, Jorge, Eduardo, David, Edgar Alejandro, Javier Sánchez Luis, Juan Manuel Rodríguez, Alejandro Alpizar, Juan José, Julio Cesar Jacobo, Julio Cesar Contreras, Narciso, José B., Marquitos, Alicia Murillo, Cesar Flores); para ustedes que siempre han estado conmigo y que de quienes solo he recibido apoyo y comprensión hoy que he terminado mi carrera quiero darles las más sentidas gracias. A: Librado Sánchez Evangelista y Martha Luis Gaona Por ser unas personas ejemplares, y como una muestra de cariño de mi parte, con un sentimiento de gratitud y eterno reconocimiento al apoyo que siempre me han brindadoles dedico este presente agradecimiento así también por la bondad de permitirme entrar estos últimos años en su núcleo familiar, además de darme la confianza de contar con ustedes y compartir hoy el final de este camino en el cual han quedado marcadas huellas muy profundas de este largo recorrido. GRACIAS y sigan así hasta el final. Al: Instituto Politécnico Nacional Por ser la institución que me dio la oportunidad de formarme profesionalmente y como persona, y sentir con orgullo el respeto que esta máxima casa de estudios tiene y que hoy en día he adoptado. Gracias por haberme dado la dicha de estar entre una de tus filas. A: La ESIME Azcapotzalco Por haber compartido con migo la etapa de experiencias, conocimientos y superación por medio de sus profesores, ya que gracias a sus enseñanzas hicieron posible este gran reto para mí. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. Al: Ing. Jorge Gómez Villareal Por ser uno de mis profesores más humildes y preparado y que se entrega totalmente a su docencia para la formación de cada uno de sus alumnos. Gracias por haberse preocupado por mi durante mi formación profesional. Me permito felicitarlo por ser hoy el director de la ESIME Azcapotzalco. VÍCTOR VENEGAS PÉREZ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. AGRADECIMIENTO Primero que nada quiero agradecerle al Instituto Politécnico Nacional por haberme dado la oportunidad de aprender en sus glorosísimas aulas, dado que dicha formación me ha ayudado a abrirme las puertas en el ámbito laboral y llevar en alto mi alma mater. Así pues también agradezco a todos mis profesores que fueron parte importante en mi formación académica y solo algunos personal. Gracias Ing. Andrés Quintero por su apoyo y guía a lo largo de este trayecto. No obstante dedico este trabajo a mis padres porque gracias a su apoyo y dedicación estoy escribiendo estas líneas para decirles que son todo en mi vida y que si bien uno fue el apoyo económico, el otro fue el emocional que fue la formula exacta que me impulsaba cada día a salir adelante. Gracias Papá y Mamá viviré eternamente agradecida. Este logro es suyo. Por ultimo quiero dedicárselo a todos aquellos que fueron año tras año mis amigos y que si bien aumentaron mis dudas también las resolvieron pero siempre juntos y sobre todo a mi equipo de tesis que me apoyaron y comprendieron en la elaboración de este trabajo. CYNTHIA B. LABASTIDA GUTIÉRREZ INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. INDICE OBJETIVO............................................................................................................ 1 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. 2 INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 3 CAPITULO 1 1. DESCRIPCION DE LA EMPRESA............................................................. 5 1.1. Antecedentes Históricos............................................................................. 5 1.2 Instalaciones. ............................................................................................. 7 1.2.1 Autopartes. ................................................................................................ 9 1.2.2 Conductores eléctricos. ............................................................................. 10 1.2.3 Cables para telecomunicaciones. .............................................................. 11 1.2.4 Cable automotriz. .................................................................................... 12 1.2.5 Energía. .................................................................................................... 13 1.2.6 Electrónica................................................................................................ 15 1.3 Organización ............................................................................................ 16 1.3.1 Organigrama............................................................................................. 17 1.3.2 Descripción de puestos. ........................................................................... 17 1.4 Distribución de planta. .............................................................................. 19 1.5 Teoría del tema. ....................................................................................... 20 1.5.1 Compresores............................................................................................ 20 1.5.2 Tipos de compresores. ............................................................................ 21 1.5.2.1 Compresores de desplazamiento positivo............................................... 21 1.5.3 Compresores reciprocantes o alternativos. ............................................ 22 1.5.4 Compresores rotatorios. .......................................................................... 22 1.5.5 Compresores dinamicos – centrífugos. ................................................. 24 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1.5.6 Compresores de flujo axial. .................................................................... 24 1.5.7 Uso de los compresores. ...................................................................... 25 1.5.8 Mantenimiento. ........................................................................................ 25 1.5.9 Características generales de los compresores........................................ 26 CAPITULO 2 2. MANTENIMIENTO PRODUCTIVO TOTAL .................................................. 43 2.1. Historia del Mantenimiento. ........................................................................... 47 2.2. Definición de mantenimiento ......................................................................... 50 2.3. Misión del servicio de mantenimiento.......................................................... 51 2.4. Diferentes formas de acción posibles para un mantenimiento. ................... 54 2.5. Tipos de mantenimiento ................................................................................ 55 2.5.1. Mantenimiento preventivo. ........................................................................ 55 2.5.1.1. Submantenimiento (bajo mantenimiento)............................................... 55 2.5.1.2. Sobremantenimiento (exceso de mantenimiento) .................................. 55 2.5.1.3. Todas son condiciones necesarias para el desarrollo del mantenimiento preventivo............................................................................................................. 57 2.5.2. Mantenimiento autónomo ........................................................................... 57 2.5.3. Mantenimiento planificado.......................................................................... 60 2.5.3.1. Limitaciones de los enfoques tradicionales del mantenimiento planificado. ........................................................................................................... 63 2.5.4. Mantenimiento Sistemático. ....................................................................... 65 2.5.5. Mantenimiento de ronda............................................................................. 66 2.5.6. Mantenimiento condicional. ........................................................................ 67 2.5.7. Mantenimiento Correctivo........................................................................... 67 2.5.7.1. Dos formas posibles del mantenimiento correctivo. ................................ 68 2.5.7.2.Evolución del mantenimiento correctivo. ................................................. 69 2.5.8. El Mantenimiento en crisis......................................................................... 70 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2.5.9. Mantenimiento predictivo............................................................................ 70 2.6.10. Mantenimiento planificado o progresivo. .................................................. 72 2.5.10.1. Aportes del TPM a la mejora de mantenimiento planificado.................. 74 2.5.11. Mantenimiento de calidad o hinshitsu hozen. ......................................... 75 2.6. Mantenimiento Productivo Total. (TPM) ...................................................... 76 2.6.1 Qué es TPM? .............................................................................................. 77 2.6.2 Origen y Desarrollo del TPM. ...................................................................... 77 2.6.3 Antecedentes del TPM. ............................................................................... 79 2.6.4. Procesos fundamentales para sustentar el TPM ....................................... 82 2.6.5. TMP y la fábrica inteligente. ....................................................................... 88 2.7. Conceptos básicos de mantenimiento industrial. .......................................... 89 2.8. Campo de acción del mantenimiento. ........................................................... 90 2.9. Empleo del conocimiento en mantenimiento. ................................................ 91 CAPITULO 3 3 DESCRIPCION DE EQUIPOS IMPLICADOS EN LA GENERACION DE AIRE COMPRIMIDO...................................................................................................... 94 3.1 Objetivo................................................................................................. 94 3.2 Principio de generación del aire comprimido. ....................................... 94 3.2.1 Circuito de refrigerante .......................................................................... 97 3.3 Características principales del compresor GA160................................. 98 3.3.1 Opciones principales. ............................................................................ 99 3.3.2 Flujo de aire / Sistema de regulación. ................................................... 100 3.3.2.1 Flujo de aire........................................................................................... 100 3.3.2.2 Sistema de drenaje de condensado. ..................................................... 101 3.3.2.3 Sistema de aceite. ................................................................................. 101 3.3.2.4 Sistema de refrigeración........................................................................ 102 3.3.2.5 Sistema de regulación. .......................................................................... 102 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 3.3.2.5.1 Descarga. .............................................................................................. 103 3.3.2.5.2 Carga..................................................................................................... 103 3.3.3 Sistema de control Elektronikon. .......................................................... 105 3.3.3.1 Regulador Elektronikon. ........................................................................ 105 3.3.3.2 Proteger el compresor. .......................................................................... 106 3.3.3.3 Monitorizar los componentes sujetos a servicio. ................................... 106 3.3.3.4 Arranque permitido................................................................................ 107 3.4 Instalación .............................................................................................. 108 3.5 Instrucciones de funcionamiento ............................................................ 110 3.5.1 Funcionamiento a la intemperie/altitud ................................................... 110 3.5.2 Desplazamiento/levantamiento............................................................... 110 3.6 Características Principales Secador FD 350. ....................................... 111 3.6.1 Descripción General. .............................................................................. 111 3.6.2 Air circuit................................................................................................. 112 3.6.3 Circuito de refrigeración. ........................................................................ 112 3.6.4 Sistema de regulación automática.......................................................... 115 3.6.5 Sistema eléctrico .................................................................................... 115 3.6.6 Propuesta de instalación (Fig. 3.11). ................................................. 117 3.6.7 Instrucciones de instalación .................................................................. 117 3.6.8 Instrucciones de funcionamiento. ........................................................... 119 CAPITULO 4 4. MANTENIMIENTO ACTUAL DE LA EMPRESA........................................ 121 4.1 Programa de mantenimiento preventivo del compresor GA 160. .............. 121 4.2 Motores. .................................................................................................... 123 4.2.1 Motores de ventilador en compresor GA 160. ........................................... 123 4.2.2 Motores de accionamiento compresor GA 160.......................................... 123 4.3 Especificaciones del aceite. ...................................................................... 123 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 4.4 Cambio de aceite. ...................................................................................... 123 4.5 Reemplazo del filtro de aceite.................................................................... 124 4.6 Almacenamiento después de la instalación. .............................................. 125 4.7 Service kits................................................................................................. 125 4.8 Ajustes y procedimientos de servicio. ........................................................ 126 4.8.1 Filtro de aire. ....................................................................................................... 126 4.8.2 Refrigeradores. ............................................................................................ 126 4.8.3 Válvula de seguridad. ................................................................................ 127 4.9 Solución de problemas.............................................................................. 127 4.10 Mantenimiento secadora FD 380............................................................... 129 4.11Precauciones de Seguridad dentro del mantenimiento a secadora FD 380.. 131 CAPITULO 5 5 Mantenimiento propuesto para el proceso de generación de aire comprimido. 135 5.1. Objetivo y campo de Aplicación del programa de mantenimiento. ............... 136 5.2. Objetivo de Mantenimiento............................................................................ 136 5.2.1 Estrategia. ................................................................................................... 136 5.2.2 Análisis de la estrategia. ............................................................................. 136 5.3. Sistema de Mantenimiento. ...........................................................................137 5.3.1 Planeación................................................................................................... 137 5.3.2 Programación y seguimiento de órdenes de trabajo. .................................. 138 5.3. 3 Control de ordenes de trabajo. ................................................................... 139 5.4. Registro = bitácora de mantenimiento........................................................... 139 5.4.1 Completar órdenes de trabajo. .............................................................. 139 5.5. Evaluación de la eficiencia de mantenimiento............................................... 140 5.6. Banco de datos. ............................................................................................ 140 5.6.1. Archivo de departamentos. ..................................................................... 141 5.6.2. Archivo de equipos / sub. equipos............................................................. 141 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 5.6.3. Archivo de especialidades.......................................................................... 141 5.6.4 Archivo de planes de trabajos (tareas). ....................................................... 142 5.6.5 Archivo de planes maestros de M. P. .......................................................... 142 5.7 Diagrama de flujo del proceso de mantenimiento. ......................................... 143 5.8. Revisiones..................................................................................................... 144 5.9. Documentos relacionados. ............................................................................ 144 5.9.1 Procedimiento de acceso al sistema de mantenimiento Máximo. ............... 144 5.9.1.1. Procedimiento.......................................................................................... 145 5.9.2 Procedimiento de evaluación de la eficiencia de mantenimiento. ............... 145 5.9.3 Procedimiento para dar de alta y controlar las ordenes de trabajo de mantenimiento preventivo. ................................................................................... 147 5. 9. 3.1 Acerca de “Máximo”. .............................................................................. 149 5.9.3.2 Imprimir ordenes de trabajo que ya están generadas en el sistema. ....... 150 5.9.3.3 Reportes de Mantenimiento Preventivo.................................................... 155 5.9.3.4 Cambiar estado a las órdenes de trabajo de [COMP] a [CERR] ............. 156 5.9.4 Procedimiento para la solicitud de órdenes de trabajo. ............................... 157 5.9.4.1 Ayudas Visuales. ................................................................................. 158 5.10 Procedimiento para dar de alta y controlar ordenes de Mantto. Predictivo. 160 5.10.1 Objetivo. .................................................................................................... 160 CONCLUSIONES................................................................................................. 178 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 179 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 1 OBJETIVO El objetivo principal es establecer el Programa de Mantenimiento Productivo del sistema de generación de Aire Comprimido, describiendo así como deben ser manejadas las máquinas para asegurar un funcionamiento seguro, un rendimiento óptimo y una larga duración de servicio. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 2 JUSTIFICACIÓN Este programa se realizó para garantizar los servicios de aire comprimido dentro de NACEL. Muchas de las máquinas que producen este servicio trabajan en conjunto con otras durante las 24 hrs., de tal manera que se ha tenido que desarrollar este programa para evitar posibles fallas que vendrían a afectar directamente a la producción de la empresa, traduciéndose en perdidas. Cabe mencionar que actualmente el mantenimiento de dicho proceso es efectuado por contratistas causando costos innecesarios. Por lo cual el Programa de Mantenimiento logrará que este se realice por el Departamento de Fluidos de dicha empresa. Se pretende con este Programa de Mantenimiento Productivo Total Anual 2005, dar a conocer al personal, las actividades a realizar a cada máquina en los periodos de tiempo establecidos. Se cuenta con planos de localización de las máquinas implicadas en el proceso antes mencionado de manera que su localización sea de manera rápida, también con una carta de actividades básicas a realizar y su frecuencia. De esta manera en conjunto con el Departamento de Fluidos y Servicios se pretende que este programa brinde el mejor servicio para que en conjunto con los demás departamentos, se alcance un objetivo en común, la CALIDAD TOTAL. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 3 INTRODUCCIÓN La tendencia en la industria es construir plantas cada vez más grandes con equipos de un solo componente, más grande y confiable. La confiabilidad del equipo rotatorio siempre se debe definir en términos de la duración esperada de la planta y el tiempo de amortización requerido para producir utilidades al propietario. Por ejemplo, muchas plantas de productos químicos tienen una duración de cinco años o menos, pues el proceso ya será anticuado al cabo de ese tiempo, mientras que las refinerías o las plantas petroquímicas tienen un tiempo de amortización de diez a quince años o más. El “corazón” de muchos procesos y el que más problemas puede ocasionar es el compresor. Cuando se selecciona un compresor, es indispensable contar con todas las condiciones del proceso para su examen. Si hay algún especialista en la planta, debe estar informado de esas condiciones; de no hacerlo, ha de ocasionar infinidad de problemas. El conocimiento de los distintos tipos de compresores que actualmente utilizan las empresas, es absolutamente necesario para el desempeño de un mecánico en mantenimiento. Es por ello que el presente trabajo tiene como finalidad entender de manera sencilla el funcionamiento de los compresores anteriormente descritos y de esta forma, comprender las nociones básicas para realizar las tareas que en el futuro deberemos enfrentar. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 5 1.1. Antecedentes Históricos. Este año GRUPO CONDUMEX, S.A. DE C.V. cumple 50 años de haber iniciado operaciones. A lo largo de estas cinco décadas, el Grupo ha desarrollado y acumulado una amplia experiencia en el ramo de la fabricación de conductores eléctricos, cables para las telecomunicaciones, bienes de capital y autopartes, así como en la instalación de redes para voz, datos y video. Se ha destacado como una de las organizaciones industriales más dinámicas del país; el prestigio de sus marcas y la calidad de sus productos se han consolidado tanto en México como en los mercados del exterior. En 1954 comenzó sus actividades con la empresa Nacional de Conductores Eléctricos, S.A. de C.V., (NACEL) en Vallejo, D.F., con únicamente 48 empleados. A la fecha, el Grupo está integrado por más de treinta empresas, más de cuarenta plantas y alrededor de 20,000 empleados. Además, sus operaciones se han extendido más allá de las fronteras delterritorio nacional: a la fecha tiene plantas en España y Brasil y una extensa red de distribuidores y oficinas de venta en varios países. En el 2002 ganó el Premio Nacional de Tecnología, el reconocimiento más importante en nuestro país que otorga el gobierno de México a las empresas que se distinguen por el uso y gestión de tecnologías, que se traduzcan en ventajas competitivas para sus negocios y en beneficio de sus clientes. La experiencia y capacidad que a lo largo de los años ha adquirido la organización en el campo de la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías y INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 6 sistemas para producir, comercializar y administrar, son elementos fundamentales para consolidar el crecimiento del Grupo. Los principios y valores del Grupo, que forman parte de su filosofía y cultura para el trabajo, ponen de relieve la búsqueda y optimización de sinergias entre las empresas, la satisfacción con eficiencia, calidad y servicio de las necesidades de nuestros clientes, y el cuidado de la rentabilidad de las operaciones y la productividad de los recursos. El Grupo trabaja sin cesar para conservar y reafirmar los valiosos logros que ha obtenido, pensando siempre en superar lo que ha hecho y en aprovechar las oportunidades y posibilidades para que sus operaciones sean cada vez más eficientes y competitivas. Además de ser una importante fuente generadora de empleo, las empresas del Grupo son proveedoras de productos para los sectores de la construcción, energía, automotriz y de telecomunicaciones. Consorcio industrial de clase mundial, integrado por más de 30 empresas. Es fuente directa de trabajo para casi 18,000 personas. El inicio de sus actividades se remonta a la década de los cincuenta. En la actualidad el grupo se ha consolidado en México como líder en la fabricación de conductores eléctricos de alta, media y baja tensión, cables para las telecomunicaciones y para la industria automotriz. Además, ha ampliado exitosamente sus actividades hacia los campos de la manufactura de una amplia gama de productos como autopartes, bienes de capital y equipos para la generación y distribución de energía, así como la instalación de sistemas de redes de voz, datos y video. El prestigio de sus marcas, la calidad reconocida de sus productos y el servicio de primera que proporciona a sus clientes, le han permitido reafirmar su posición competitiva en el mercado mexicano y participar de forma creciente en mercados de exportación. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 7 1.2 Instalaciones. GRUPO CONDUMEX ha extendido su sector de instalaciones de empresas en México (Fig. 1.2), teniendo actividades al campo de la construcción e instalación de redes de telecomunicaciones, y al diseño y construcción de proyectos eléctricos de medio y alto voltaje; así, se ha convertido en un importante integrador de estos sistemas. Figura: 1.2 Empresas del sector instalaciones de GRUPO CONDUMEX en México. Con la garantía del conocimiento y experiencia, las empresas del sector Instalaciones de GRUPO CONDUMEX ofrecen el diseño y la instalación de redes para planta externa y telefonía pública, enlaces de fibra óptica para el servicio de larga distancia, redes para sistemas de televisión por cable y proyectos especiales para redes privadas de telecomunicación, utilizando cables de cobre y fibra óptica. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 8 También se ofrece el diseño e instalación de sistemas de automatización para edificios e industrias, que solucionan las necesidades de control de acceso, vigilancia, control de aire acondicionado, medición de potencia, riesgo, detección de incendios y ahorro de energía. Además, se cuenta con áreas de servicio de campo para el diseño, construcción y montaje de proyectos eléctricos para transmisión y distribución de energía. Los principales clientes en este campo son empresas industriales, comerciales y de servicios, instituciones educativas, edificios para oficinas, fraccionamientos, hoteles, hospitales, operadores de televisión por cable y empresas telefónicas. La política de calidad en nuestra empresa, debemos asegurar siempre la satisfacción de nuestros clientes internos y externos proporcionando productos y servicios que cumplan permanentemente sus requisitos. Las actividades que desarrollan las empresas de GRUPO CONDUMEX se clasifican dentro de las siguientes áreas de negocio: • Autopartes y Electrónica • Cables • Cable automotriz • Energía • Instalaciones INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 9 1.2.1 Autopartes. El rubro de autopartes es un renglón de gran importancia dentro de las operaciones de GRUPO CONDUMEX. En las plantas especializadas que se localizan en varios estados de la República Mexicana, se producen autopartes para el mercado automotriz de equipo original y de repuesto (Figura: 1.2.1), que se distribuyen en México, Estados Unidos, Canadá, Alemania, Latinoamérica y otros importantes centros mundiales. Las plantas de autopartes cumplen con las normas de calidad ISO/QS 9000 y VDA 6. Figura: 1.2.1 Autopartes de equipo original y de repuesto. Los principales productos de este sector son: • Arneses eléctricos automotrices. • Amortiguadores y struts, hidráulicos y de gas GABRIEL. • Anillos para pistón y camisas para cilindro CAR PRO. • Módulos automotrices en entrega secuencial. • Tarjetas de distribución general. • Componentes electrónicos automotrices. • Componentes electrónicos para telecomunicaciones. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 10 1.2.2 Conductores eléctricos. GRUPO CONDUMEX también es líder en la fabricación de alambres y cables eléctricos (Ver figura: 1.2.2) en sus diferentes plantas, cuyos sistemas de calidad están certificados de acuerdo con la norma internacional ISO 9000. Las principales líneas de productos de este sector son: • Cables de energía de cobre y aluminio, en una gama completa de calibres y aplicaciones, que incluye cables de alta tensión hasta 230 KV y cables para usos industriales y mineros. • Cables para construcción utilizados para distribución eléctrica en casas y edificios, que se distinguen por cumplir con las más estrictas normas de seguridad a nivel internacional, como son: la resistencia a la propagación de incendios y la mínima emisión de humos. Alambre magneto esmaltado y forrado en clases térmicas de hasta 220°C y calibres de hasta 52 AWG, para uso en motores, transformadores, bobinas, balastras y otras aplicaciones en el área de la electrónica. Figura: 1.2.2 Alambre magneto y cables eléctricos. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 11 Los conductores eléctricos se comercializan exitosamente desde hace ya muchos años en México, Estados Unidos, Canadá, Centro y Sudamérica y el Caribe; y desde 1954, año de inicio de operaciones, se han distinguido por la insuperable calidad que satisface los requerimientos de sus clientes, al contar con la mejor tecnología de materiales, diseño y procesos de manufactura, únicos en México. 1.2.3 Cables para telecomunicaciones. GRUPO CONDUMEX es el productor mexicano más importantede cables para la industria de las telecomunicaciones. En los últimos años ha sido necesario incrementar en forma notable la capacidad de producción de sus plantas, con el fin de abastecer la demanda de cables para los sistemas de telecomunicaciones, tanto de México como de diferentes países. En la actualidad se cuenta con seis plantas industriales, todas ellas con sistemas de calidad certificados de acuerdo con ISO 9001. Hoy por hoy, es el fabricante mexicano más grande de cables de fibra óptica, con tecnología de punta, que le permite incursionar en los mercados internacionales y cumplir con las normas de calidad más exigentes del mundo. A la fecha, cubre necesidades de las empresas telefónicas y televisoras, fabricantes de equipo electrónico y de cómputo; así como las de los instaladores de redes de voz, datos y video. Las principales líneas de productos del sector telecomunicaciones son: • Cables de fibra óptica, con la gama más completa de aplicaciones para planta externa e interna, y el uso de las fibras específicas que cada condición requiere. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 12 • Cables telefónicos de cobre para instalaciones aéreas, en ducto o directamente enterrados para planta externa, además de toda la gama de productos para planta interna. • Cables para electrónica y redes en aplicaciones de alta velocidad, que cumplen con las normas internacionales y garantizan su perfecto funcionamiento. • Cables coaxiales para alta frecuencia y televisión por cable, que satisfacen los requerimientos del mercado de telecomunicaciones. 1.2.4 Cable automotriz. GRUPO CONDUMEX, ha integrado sus operaciones a nivel global con las plantas más modernas para la fabricación de Cables Flexibles para uso automotriz, electrodomésticos (Ver figura: 1.2.4), e industria en general en Norteamérica, Europa y Sudamérica, bajo especificaciones americanas (SAE/UL/CSA), europeas (DIN) y japonesas (JIS) para la fabricación de: • Cables automotrices primarios. • Cables Especiales para uso automotriz. • Cables bujía (Ignición). • Cables batería. • Cables flexibles para salidas de motor y bombas sumergibles. • Cables y Alambres para salidas de balastros. Figura: 1.2.4 Cables flexibles para uso automotriz. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 13 Los productos que fabrica, cuentan con aprobaciones globales y son utilizados por las empresas líderes mundiales en la fabricación de arneses automotrices (TIER1) como: DELPHIAUTOMOTIVE, SIEMENS, YAZAKI, LEAR, LABINAL, AFL, AMP, etc., quienes a su vez abastecen a las principales armadoras como: GENERAL MOTORS, CHRYSLER, FORD, NISSAN, HONDA, TOYOTA, VOLKSWAGEN, BMW, MERCEDEZ BENZ, FIAT, VOLVO, SAAB, RENAULT, PEUGEOT, así como los principales fabricantes de aparatos electrodomésticos, eléctricos, maquinas herramientas, enseres menores, motores, balastros, etc., entre otras. Este sector ofrece una gran variedad de opciones de empaque, los cuales abastecen al mercado mediante sistemas de servicio justo a tiempo (JIT) y se adaptan de acuerdo a los requerimientos de los clientes. Más de 45 años de experiencia, le han permitido desarrollar Cables Flexibles para uso automotriz con la más alta tecnología, como por ejemplo, cables con muy reducidos espesores de aislamiento y núcleos compactados que soportan condiciones severas de uso y mejoran la ingeniería de un arnés automotriz y de un automóvil en general, optimizando el espacio y el peso. Así como cables flexibles de alta temperatura para la industria en general que mejoran las características de capacidad de conducción de corriente, permitiendo utilizar secciones eléctricas menores a las convencionales. 1.2.5 Energía. Ante la necesidad de participar con mayor eficiencia en el desarrollo industrial del país, GRUPO CONDUMEX aplica la ventaja del conocimiento especializado en el ramo del sector energía, para unificar la experiencia de sus empresas y ofrecer, bajo el nuevo concepto comercial y de servicio SINERGIA. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 14 Figura: 1.2.5 Plantas de emergencia y subestaciones A través de SINERGIA, se busca satisfacer el mercado nacional y de exportación con tecnología de vanguardia, ingeniería, calidad y disponibilidad de productos, rápida respuesta en los servicios y desarrollo de sistemas integrales para dar solución a las múltiples necesidades de energía. Los principales servicios y productos que se ofrecen en este sector son: • Servicios de ingeniería: análisis y diseño de sistemas eléctricos y diagnóstico de soluciones para ahorro de energía. • Equipo y material eléctrico: conductores eléctricos, motores eléctricos, equipos de protección y desconexión, equipo fotovoltaico y eólico, y transformadores de distribución y de potencia. • Bienes de capital eléctricos: plantas de emergencia, subestaciones eléctricas (Ver figura: 1.2.5), industriales y de potencia, motores de gran capacidad y transformadores de potencia tipo columna y tipo acorazado, siendo GRUPO CONDUMEX el único fabricante en América con posibilidades de ofrecer ambas tecnologías, columna y acorazado. • Equipo y material de transferencia de calor: tubería de acero al carbón, empaquetaduras espirometálicas y tipo anillo, intercambiadores de calor, condensadores de superficie, recipientes a presión y calderas industriales. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 15 • Otros productos: equipos de energía ininterrumpible (UPS), aire acondicionado de precisión, instrumentación para calderas, equipos distribuidores de energía y refacciones originales para todos los productos. • Servicios de campo: montaje, instalación y puesta en marcha, capacitación, mantenimiento, venta de refacciones originales, diagnóstico preventivo en campo, detección de fallas, pruebas de certificación para transformadores, motores y conductores eléctricos. • Sistemas: generación de energía fotovoltaica y eólica, para aplicaciones rurales, protección catódica y telecomunicaciones. • Materias primas: cátodo electrolítico y alambrón de cobre. • Subestaciones de potencia "llave en mano": Para desarrollar subestaciones en alta tensión. 1.2.6 Electrónica. En el área de componentes electrónicos y como parte de su programa de diversificación, GRUPO CONDUMEX inició en 1996 la producción de aparatos y accesorios para telefonía (Ver figura: 1.2.6). Esta actividad se desarrolla con apoyo del CIDEC (Centro de Investigación y Desarrollo de Condumex), que cuenta con la tecnología más avanzada en electrónica y diseño de producto. Figura: 1.2.6 Componentes electrónicos. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 16 Como parte de la manufactura electrónica GRUPO CONDUMEX ha suministrado identificadores de llamadas para Teléfonos de México, paneles de instrumentos para General Motors y alarmas para vehículos del sector automotriz. Aunado a lo anterior el Sector Electrónica de GRUPO CONDUMEX se ha visto fortalecido con la integración de productos y servicios como sistemas de automatización, sistemas para edificios inteligentes, redes LAN, sistemas de cableado estructurado,aplicaciones de PBX y centros de llamadas. El Sector Electrónica también ofrece los servicios de instalación de redes de cableado para sistemas de televisión por cable, y la instalación de dispositivos inalámbricos para telecomunicaciones orientados a enlaces puntomultipunto para aprovechar al máximo el ancho de banda existente usando la tecnología LMDS (sistema de distribución local multipunto) que representa la vanguardia en este tipo de soluciones de última milla. 1.3 Organización Dentro de la empresa la organización es un punto importante para el establecimiento de relaciones efectivas de comportamiento entre personas de manera que puedan trabajar juntas con eficiencia y puedan obtener una satisfacción personal al hacer tareas seleccionadas bajo condiciones ambientales y de esa forma logra los objetivos establecidos por la empresa que son: Objetivos de Calidad. • Lograr la competitividad en los servicios que proporcionamos a nuestros clientes a través de los recursos necesarios y disponibles. • Obtener constantemente la rentabilidad de los servicios que proporcionamos • Mantener una confianza mutua con nuestros clientes para que acepten y busquen nuestros servicios en una relación permanente. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 17 • Buscar una creciente participación en los mercados nacional e internacional mediante precio, calidad y servicio. • Generar una cultura permanente de reducción de costos Para dichos propósitos la empresa esta organizada de la siguiente manera. 1.3.1 Organigrama. Organigrama de GRUPO CONDUMEX 1.3.2 Descripción de puestos. Los titulares deben asegurar la disponibilidad de recursos humanos y materiales para el cumplimiento de los objetivos de la empresa. Lograr los niveles de competitividad que permitan la permanencia, el óptimo crecimiento y la máxima rentabilidad, mediante el adecuado aprovechamiento y desarrollo de los recursos humanos, materiales y financieros. ALBERTO DÁVILA Ingeniero de Calidad BENITO GARCÍA Jefe de Diseños JUNIOR AMÉZQUITA Supte. Técnico y de Aseg. de Calidad Operadores DANIEL MALDONADO VELAZCO Ingeniero Electronico Operadores JUAN LOZA ZUÑIGA Supervisor de mantenimiento RUBÉN LUEVANO Supte. de Mantenimiento ALFONSO FIGUEROA Gerente de Manufactura JOSÉ LUIS SANCIPRIAN Gerente de Relaciones Industriales OCTAVIO CASTELLANOS Supte. de Ingeniería JUAN CARLOS ESPINOSA Gerente de Abastecimientos JOSE ANTONIO DE MIGUEL Gerente General INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 18 Gerente General Unidad Vallejo: Debe proporcionar a la Planta Potencia y Magneto la tecnología de fabricación de los productos; así también es el responsable de asegurar la calidad de los productos, mediante el diseño e implementación del Sistema de Gestión de la Calidad. El titular del puesto debe contar con una licenciatura, debe tener al menos dos años en algunas de las áreas de operación de la planta como producción, técnico, ingeniería o aseguramiento de calidad. Gerente de Manufactura: Asegurar la fabricación de los productos de la Planta Potencia en los tiempos ofrecidos al cliente, con el mínimo costo y con la calidad solicitada; administrando las funciones de control de producción, mantenimiento y producción, mediante un adecuado funcionamiento del sistema de manufactura y administración de los recursos humanos y materiales asignados. El titular del puesto debe contar con una licenciatura de ingeniería, debe tener al menos dos años en las áreas de: producción, técnico y aseguramiento de calidad. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 19 1.4 Distribución de planta. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 20 1.5 Teoría del tema. 1.5.1 Compresores. Son maquinas que aspiran aire ambiente a la presión y temperatura atmosférica y lo comprime hasta conferirle una presión superior. Son las maquinas generadoras de aire comprimido. Existen varios tipos de compresores (Ver figura: 1.5), dependiendo la elección de las necesidades y características de utilización. Figura: 1.5 Tipos de compresores Son maquinas de flujo continuo en donde se transforma la energía cinética (velocidad) en presión. La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado del mismo, debido a razones tales como: INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 21 • Caída de presión en la succión. • Calentamiento del aire de entrada. • Expansión del gas retenido en el volumen muerto. • Fugas internas y externas. 1.5.2 Tipos de compresores. De desplazamiento positivo: • Compresores de embolo • Ventiladores compresores • Ventiladores no compresores De desplazamiento no positivo, o dinámicos: • Ventiladores centrífugos de flujo radial. • Compresores de flujo axial. • Compresores de flujo mixto. 1.5.2.1 Compresores de desplazamiento positivo. Los tipos de desplazamiento positivo son de dos categorías básicas: Reciprocantes y Rotatorias. El compresor reciprocante tienen uno o más cilindros en los cuales hay un pistón o embolo de movimiento alternativo que desplaza un volumen positivo en cada carrera. Los rotatorios incluyen los tipos de lóbulos, espiral, aspas o paletas y anillo de liquido. Cada uno con una carcasa, o con mas elementos rotatorios que se acoplan entre sí, como los lóbulos o las espirales, o desplazan un volumen fijo en cada rotación. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 22 1.5.3 Compresores reciprocantes o alternativos. Los compresores reciprocantes abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3000 PCMS. Para equipo de procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaños grandes y se prefieren los centrífugos. Si hay alta presión y un gasto más bien bajo, se necesitan los reciprocantes. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar con relación a las o temperaturas de descarga, tamaño disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor. Los tamaños más bien pequeños, hasta unos 100 hp, pueden tener cilindros de acción sencilla, enfriamiento con aire, y se pueden permitir que los valores de aceite en el depósito se mezclen con el aire o gas comprimidos. Los tipos pequeños para procesos, de un cilindro y 25 o 200 hp, tienen enfriamiento por agua, pitón de doble acción, prensaestopas separado que permite fugas controladas y pueden ser del tipo no lubricado, en el cual el lubricante no toca el aire o gas comprimido. Se utilizan para aire para instrumentos o en aplicaciones pequeñas para gas de proceso. Los compresores más grandes para aire o gas son de dos o más cilindros. En casi todas las instalaciones, los cilindros se disponen en forma horizontal y en serie de modo que presenten dos o más etapas de compresión. 1.5.4 Compresores rotatorios. Los sopladores, bombas de vacío y compresores rotatorios son todos de desplazamiento positivo, en los cuales un elemento rotatorio desplaza un volumen fijo con cada revolución. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 23 El más antiguo y conocido es el soplador de lóbulos, en el cual dos o tres rotores en forma de ∙8∙se acoplan entre sí y se impulsan con engranes de sincronización montados en cada eje. Los sopladores de lóbulos van desde muy pequeños, para compresores producidos en serie, desde unos 2ft3/min., hasta los más grandes, para unos 20000 PCMS. Se usan principalmente como sopladores de baja presión, que comprimen el aire o gases desde la presión atmosferica hasta 5 a 7 psig y, algunos hasta 25 psig, en tipos especiales. Tambien se utilizan mucho como bombas de vacío, que son en realidad compresores que funcionan con presiones de succión inferiores a la atmosférica y con presiones de descarga iguales a la atmosférica o un poco mayores. El segundo estilo es el de aspas o paletas deslizantes, que tiene un rotor con ranuras, dentro de las cuales se deslizan las aspas hacia dentro y afuera en cada revolución. Las aspas atrapan el aire o gas y en forma gradual reducen su volumen y aumentan la presión, hasta que escapa por orificios en la carcasa. En las industrias de procesos químicos los tipos de lóbulos y de aspas tienen aplicación limitada porque producen presiones bajas y sólo se pueden obtener, en general con carcasa de hierro fundido, que los hacen inadecuados para ciertos gases corrosivos o peligrosos. Un tercer tipo es el compresor de espiral rotatorio que se utilizan para altas presiones y vienen en tamaños grandes. Están disponibles en estructuras enfriadas por aceite y secas. Sus capacidades van desde unos 50 hasta 3500 PCMS en el tipo inundado por aceite, y de 1000 a 20000 PCMS en los de tipo seco, estos pueden funcionar a velocidades de 10000 a 12000 rpm y con presiones de descarga de 200 a 400 psig, o sea un aumento de 50 psig por carcasa. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 24 1.5.5 Compresores dinámicos – centrífugos. Los compresores centrífugos son el tipo que más se emplea en la industria de procesos químicos porque su construcción sencilla, libre de mantenimiento permite un funcionamiento continuo durante largos periodos. El compresor centrifugo más sencillo es el suspendido, de una sola etapa. Los hay disponible para flujo desde 3000 hasta 150000 PCMS. El impulsor convencional, cerrado o con placas se utilizaría para cargas adiabáticas hasta de unas 12000(ftlb)/lb. El impulsor abierto, de álabes radiales producirá mas carga con los mismos diámetros y velocidad, sus variantes, con inductor o alabes tridimensionales producirá hasta 20000(ftlb)/lb de carga. Se utilizan diseños similares, hechos con materiales más resistentes y a velocidades más altas, en aplicaciones especiales como compresores de aire con engranes integrales, para aplicaciones aerospaciales, en los turbocargadores para motores de combustión, compresores de carga, etc. 1.5.6 Compresores de flujo axial. En estos compresores, el flujo del gas es paralelo al eje o al árbol del compresor y no cambia de sentido como en los centrífugos de flujo radial. La carga por etapa del axial es mucho menor (menos de la mitad) que la de un tipo centrifugo, por ello, la mayor parte de los axiales son de cierto numero de etapas en serie. Cada etapa consta de aspas rotatorias y fijas. En un diseño de reacción de 50 %, la mitad del aumento de la presión ocurre en las aspas del rotor, y las de la segunda mitad en las del estator. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 25 Los compresores de flujo axial están disponibles desde unos 20000 PCMS hasta más de 40000 PCMS y producen presiones de hasta 65 psig en un compresor industrial típico de 12 etapas, o de un poco más de 100 psig, con los turbocompresores de 15 etapas, estos tipos se emplean en turbinas de gas y motores de reacción (jet) para aviones, excepto los muy pequeños. También se emplean mucho en aplicaciones que requieren flujos de gas superiores a 75000 o 100000 PCMS en especial porque son más eficientes que los centrífugos de etapas múltiples, de tamaño comparable. El axial suele costar más que el centrífugo y, en tamaños más pequeños, solo se justifica por su mayor eficiencia. 1.5.7 Uso de los compresores. El aire comprimido se utiliza para la operación de máquinas y herramientas, taladrar, pintar, soplar hollín, en transportadores neumáticos, en la preparación de alimentos, en la operación de instrumentos y para operaciones en el sitio de uso (por ejemplo, combustión subterránea) las presiones van desde 25 psig (172 kpa) hasta 60000 psig (413,8 kpa). El empleo más frecuente es a presiones de 90 a 110 psig, que son los límites de la presión normal en casi todas las fabricas. Los compresores para gas se emplean para refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción transporte por tuberías. Acopio de gas natural, craqueó ∙ catalítico, polimerización y en otros procesos químicos. 1.5.8 Mantenimiento. Una vez que se a puesto a funcionar el compresor, hay que seguir un estricto programa de mantenimiento preventivo. Los representantes técnicos, de los fabricantes, especializados en reacondicionar compresores, muchas veces entrenan el personal de la planta en los métodos de mantenimiento. Una importante ayuda para el mantenimiento, a lo cual no siempre se presta mucha INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 26 atención, son los manuales de operación y mantenimiento que publica el fabricante. Durante el funcionamiento normal hay que vigilar lo siguiente: flujo de agua de enfriamiento, nivel, presión y temperatura del aceite, funcionamiento de los controles y presión del control, presiones y temperaturas de succión y descarga, ruidos anormales y carga y temperatura del motor. Es indispensable un registro diario del funcionamiento del compresor, en especial de los de etapas múltiples, para un mantenimiento eficiente. Se debe registrar cuando menos lo siguiente: 1) temperatura y presiones de succión, descarga y entre etapas 2) temperaturas del agua de las camisas de entrada, salida y entre etapas 3) temperatura y presión de aceite para lubricar los cojinetes 4) carga, amperaje y voltaje del motor 5) temperatura ambiente 6) hora y fecha. Con ese registro, el supervisor puede observar cambios en la presión o temperatura que indican un mal funcionamiento del sistema. La corrección rápida evitara problemas serios más tarde. Hay que seguir asiendo inspecciones frecuente de la parte abierta de la carcasa entre el cilindro y el depósito de aceite, con una luz negra, para ver si hay contaminación arrastre de aceite del depósito. 1.5.9 Características generales de los compresores. Los compresores rotativos incorporan un bloque rotor de tornillos asimétricos montados sobre rodamientos. Su accionamiento se realiza mediante motor eléctrico asíncrono con protección IP 55/FB, a través de correas trapezoidales. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 27 El montaje del conjunto y demás equipamiento, está realizado sobre un chasis de viga de acero el cual apoya en el suelo mediante tacos antrivibratorios. Todas las tuberías por donde circula la mezcla aireaceite están fabricadas en acero y con cierres herméticos para evitar pérdidas. Al objeto de simplificar la mecánica, la coordinación de arranques, paradas yaperturas de válvulas está sincronizada por una sola electroválvula, sin necesidad de cilindros neumáticos ni demás mecanismos que puedan dar lugar a averías con el consiguiente paro de la máquina. Para evitar la posible aparición de partículas en el bloque rotor, el filtro de aceite se ha dispuesto a la entrada del mismo. De este modo cualquier impureza arrastrada a lo largo del circuito queda depositada. Para no originar cambios bruscos de temperatura y consecuentemente la aparición de condensados, el termostato realiza su apertura de forma progresiva, equilibrando de este modo todo el circuito. Es decir, sólo pasará a través del refrigerador la cantidad de aceite necesaria para conseguir este propósito. El resto del aceite retornará directamente al rotor. El aire comprimido es conducido a través de un refrigeradorfinal, obteniendo de este modo una temperatura de salida de ± 15 ºC sobre la del ambiente. Todo el conjunto está carrozado mediante unos paneles frontales, superiores y laterales fabricados en chapa de acero, con recubrimiento interior de aislante ignífugo y con propiedades de absorción acústica, formando de este modo un mueble compacto y de atractivo diseño. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 28 Pensando siempre en facilitar la labor de los técnicos de mantenimiento, este sistema de carrocería es fácilmente desmontable en un tiempo aproximado de 22", dando así acceso completo a todos los elementos del compresor. El panel de mandos está situado en la parte superior y controla todos los parámetros (temperatura, intervalos de mantenimiento, horas de trabajo, consumo El turbocompresor o turboalimentador Es básicamente un compresor accionado por los gases de escape, cuya misión fundamental es presionar el aire de admisión, para de este modo incrementar la cantidad que entra en los cilindros del motor en la carrera de admisión, permitiendo que se queme eficazmente más cantidad de combustible. De este modo, el par motor y la potencia final pueden incrementarse hasta un 35%, gracias a la acción del turbocompresor. Este dispositivo ha sido proyectado para aumentar la eficiencia total del motor. La energía para el accionamiento del turbocompresor se extrae de la energía desperdiciada en el gas de escape del motor, está compuesto de una rueda de turbina y eje, una rueda de compresor, un alojamiento central que sirve para sostener el conjunto rotatorio, cojinetes, un alojamiento de turbina y un alojamiento de compresor. La rueda de turbina está situada en el alojamiento de turbina y está montada en un extremo del eje de turbina. La rueda del compresor está situada en el alojamiento dcl compresor y está montada en el extremo opuesto del eje de la rueda de turbina para formar un conjunto integral rotatorio. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 29 El conjunto rotatorio se compone de una rueda de turbina y eje formando conjunto, un aro de pistón, un espaciador de empuje, rueda de compresor y tuerca de retención de rueda. El conjunto rotatorio se apoya sobre dos cojinetes lubricados a presión mantenidos en el alojamiento central por aros de resorte. Conductos internos de aceite están perforados en el alojamiento central para proveer lubricación a los cojinetes de eje de rueda de turbina, la arandela de empuje, collarín de empuje y espaciador de empuje. El alojamiento de la turbina es una pieza de fundición de aleación resistente al calor que aloja la rueda de turbina y proporciona una entrada embridada de gas de escape del motor y una salida axialmente situada de gas de escape del turbocompresor. El alojamiento de turbina está empernado al extremo de turbina del alojamiento central, proporcionando así un conjunto compacto y libre de vibraciones. El alojamiento de compresor que aloja la rueda de compresor provee una entrada de aire de ambiente y una salida de descarga de aire comprimido. El alojamiento de compresor está sujeto por abrazaderas al extremo de compresor del alojamiento central. Según el método empleado para conseguir esta densidad superior a la normal (comprimir el aire) podemos distinguir: Compresores Volumétricos: utilizan parte del par transmitido por el motor. Turbocompresores y Sistema Comprex: en ambos sistemas se aprovecha la energía de los gases de escape. Los compresores volumétricos funcionan acoplados directamente al cigüeñal del motor, que transmite el giro a alguna parte del compresor volumétrico INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 30 (según del tipo que se trate) que a su vez introduce el aire a alta presión en los cilindros del motor. La ventaja fundamental sobre los turbocompresores es que los efectos de los compresores volumétricos se aprecian incluso a regímenes bajos del motor. Su desventaja es que roban parte de la potencia del motor para poder funcionar aunque luego la devuelven con creces. Algunas de las marcas comerciales de compresores desarrollados son: Constitución del turbocompresor El turbocompresor está compuesto de tres secciones: la carcasa central, la turbina y el compresor. La carcasa central contiene dos cojinetes planos, juntas de tipo segmento y un manguito de separación. Posee también conductos para el suministro y vaciado del aceite que entra y sale de la carcasa. La rueda de la turbina gira dentro de su carcasa y es solidaria con el eje central, que gira apoyado en unos cojinetes lisos, acoplados en el interior de la carcasa central. La rueda del compresor, que se monta en el otro extremo del eje, forma con la de la turbina un conjunto de rotación simultánea. Un turbocompresor puede girar a velocidades de 120.000 RPM. En algunas unidades de alto rendimiento. Funcionamiento del turbocompresor: En términos generales existen dos tipos de turbocompresor: el de impulso y el de presión constante. Cada uno tiene sus propias características de funcionamiento y, sin embargo, ambos actúan de la misma forma básica. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 31 El turbocompresor está montado en la brida de salida de escape del colector de escape del motor. Una vez puesto en marcha el motor, los gases de escape de motor que pasan a través del alojamiento de turbina hacen que giren la rueda de turbina y el eje, los gases se descargan a la atmósfera después de pasar por el alojamiento de turbina. La rueda del compresor, que está montada en el extremo opuesto del eje de la rueda de turbina, gira con la rueda de turbina. La rueda de compresor aspira el aire de ambiente al alojamiento de compresor, comprime el aire y lo manda al soplador del motor. Durante el funcionamiento, el turbocompresor responde a las exigencias de carga del motor reaccionando al flujo de los gases de escape del motor. Al ir aumentando el rendimiento del motor aumenta el flujo de los gases de escape y la velocidad y el rendimiento del conjunto rotatorio aumentan proporcionalmente mandando más aire al soplador del motor. Algunos motores están dotados de Ínter enfriadores para reducir la temperatura de descarga del aire del turbocompresor antes de su entrada en el soplador. El turbocompresor tipo impulso, necesita un colector de escape especialmente diseñadopara llevar impulsos de escape de alta energía a la turbina del turbocompresor. Este diseño, con sus bifurcaciones individuales, evita la interferencia entre las descargas de gas de escape procedentes de los distintos cilindros del motor, produciéndose de este modo una corriente de impulso de alta velocidad, que no se consigue con otros diseños. En algunas aplicaciones, la carcasa de la turbina se divide en dos zonas (impulso dividido), consiguiéndose con ello una mejor ayuda para cebar el INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 32 conjunto de rotación, al inicio de ésta. El diseño presenta dos cámaras en espiral, en vez de una. El término "cámara en espiral" viene dado por la forma en espiral de la carcasa de la turbina, la cual disminuye en volumen hacia el centro, como la concha de un caracol. Cada cámara recibe la mitad de la corriente de escape del motor, por ejemplo, en un motor de cuatro cilindros, los dos delanteros vierten el gas de escape en la cámara primera, mientras que los otros dos lo hacen en la segunda. Con el tipo de turbocompresor de presión constante, el gas de escape de todos los cilindros fluye al interior de un colector común, donde desaparecen los impulsos, dando lugar a una entrada del gas en la turbina a una presión constante. En ambos tipos de turbocompresor, el gas de escape entra en la turbina formando un anillo en espiral (toroide), lo que produce una aceleración radial a una presión reducida y velocidad incrementada sobre las paletas de la turbina, las cuales están especialmente diseñadas, de tal forma que se aproveche la fuerza del gas para la impulsión de la turbina, su eje y la rueda del compresor unida a él. El conjunto del compresor es de diseño y construcción similar, tanto en el turbocompresor de impulso, como en el de presión constante. El compresor consta de una rueda y una carcasa, que lleva incorporada una única espiral o difusor. El aire entra en la cámara del compresor (aspirado por el giro del mismo) entre las paletas de la rueda, y es expulsado por efecto de la fuerza centrífuga, al interior de la espiral durante la rotación de la rueda. En este momento la velocidad del aire disminuye y se produce el correspondiente incremento de la presión. A medida que el aire asciende alrededor de la espiral, se va reduciendo su velocidad y la presión aumenta en función del diámetro de la sección transversal de la cámara. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 33 En resumen, el turbocompresor tipo impulso presenta una rápida excitación del conjunto giratorio, debido a la rápida sucesión de impulsos de gas de escape sobre el conjunto de la turbina. Se usa principalmente en aplicaciones automotrices, cuando es importante la respuesta en aceleración. Los turbocompresores de presión constante son utilizados principalmente en grandes motores Diesel, en máquinas excavadoras y en aplicaciones marinas, donde la respuesta de aceleración no es tan crítica. Para motores alimentados con carburador, según donde se coloque el sistema de sobrealimentación se pueden distinguir dos casos: Compresor comprex El compresor tipo Comprex utiliza la energía transmitida, por contacto directo, entre los gases de escape y los de admisión, mediante las ondas de presión y depresión generadas en los procesos de admisión y escape. El Comprex resulta de un tamaño bastante grande, y es accionado por el cigüeñal a través de una correa. Por ambas razones las posibilidades para elegir ubicación son muy reducidas. • Cámara de gases. • Rotor. • Correa de transmisión cigüeñalcomprex. • Colector de admisión. • Mezcla de admisión. • Mezcla de presión. • Gases de escape del motor • Escape. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 34 El sistema Comprex, al igual que los sistemas turbo, aprovecha la energía de los gases de escape. Su principal ventaja es que responde con mayor rapidez a los cambios de carga del motor, por lo que éste tendrá un comportamiento más alegre. Los principales inconvenientes que presenta este sistema son: • Precios dos o tres veces mayores que los de un turbocompresor equivalente. • Presencia de un silbido agudo durante las aceleraciones. • Altas temperaturas de los gases de admisión, al haber estado en contacto las paredes con los gases del escape. Turbocompresores de tipo axial. Los turbocompresores axiales funcionan como los ventiladores del mismo tipo, pero normalmente están construidos de varias etapas. Cada corona de alabes fijos juega el panel de difusor para el rotor precedente y de distribuidor para el siguiente. Su constitución general nos recuerda la turbina a reacción. El porcentaje de compresión por etapa es sensiblemente más bajo que el correspondiente a un compresor centrífugo. Con una velocidad circunferencial de 200 a 250 m/s se puede obtener, para el aire, una relación de compresión de 1,08 por rotor, aproximadamente. La corrección del perfil de los álabes es de la máxima importancia; dicho perfil debe estudiarse de acuerdo con las leyes de la mecánica de los fluidos. En efecto, la fuerza centrifuga no permite, como en el caso de compresores centrífugos, la adherencia del fluido con la pared del alabé; una desviación mínima de la inclinación de esta última da lugar a la formación de torbellinos, al despegue de la vena aeráulica y al descebado del compresor. O sea, el rendimiento óptimo corresponde a un margen de variación del caudal muy estrecho y como por otro INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO. 35 lado, la curva característica de presióncaudal presenta una pendiente muy pronunciada, los compresores axiales sólo son indicados para aquellas aplicaciones en que, para una velocidad constante, el caudal esté bien determinado. No obstante, ciertos compresores axiales están dotados de un dispositivo de regulación de la orientación de los álabes, sea con turbocompresor parado, o bien con la máquina en funcionamiento, lo cual permite adaptarlos a las condiciones de utilización. El trayecto recorrido por el fluido es mucho más directo que en el caso de compresores centrífugos, lo que permite una construcción con dimensiones más reducidas y de menor peso; en régimen normal puede obtenerse un incremento sensible del rendimiento óptimo el rendimiento adiabático puede llegar hasta el 85%. Los compresores axiales se utilizan en el ciclo de las turbinas de gas y de los turborreactores de avión. Su empleo característico es el de turbocompresores no refrigerados, para grandes caudales (300 a 3000 m 3 /min.) y débiles presiones (2 ó 3 Kg/cm 2 efectivos) para la inyección de aire en altos hornos. Asimismo, se construyen compresores mixtos, en los cuales las primeras etapas son del tipo axial y las restantes del tipo centrifugo. Ciclos ideales y sus procesos. A pesar de que el motor de combustión no funciona de acuerdo con un ciclo termodinámico el concepto del ciclo sigue siendo un expediente muy útil para mostrar los efectos de los cambios en las condiciones de operación, para indicar el rendimiento máximo y para comparar un tipo de motor de combustión con uno respecto a otro. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIRIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO.
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