Investigacion-enfocada-en-los-compresores-de-aire

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Biológicas / Saúde

Bolivia Montilla

15/6/2024

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Investigación enfocada en los compresores de aire.
Experiment Findings · March 2019
DOI: 10.13140/RG.2.2.14185.54882
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Ingeniería electromecánica

Curso:
Equipos Auxiliares

Proyecto:
Compresor de aire

Alumno:
Fabián Soto Sarkis
Fabián Arturo Vargas Guzmán
Nancy Campos Alfaro

Profesor
Steve Acosta Fonseca

Segundo cuatrimestre

Alajuela, 2018

Índice
Capítulo 1 ..................................................................................................................... 6
Introducción ............................................................................................................. 6
Objetivo general ................................................................................................... 6
Objetivos específicos ........................................................................................... 6
Descripción del proyecto ..................................................................................... 7
Materiales propuestos .......................................................................................... 7
Materiales usados ................................................................................................. 7
Capítulo 2 ..................................................................................................................... 8
Compresor de aire .................................................................................................... 8
2.1 Historia ........................................................................................................... 8
2.2 Funcionamiento del compresor .................................................................... 10
2.2.1 Tipos de compresores ............................................................................... 10
2.2.1.1 Compresores de desplazamiento positivo .............................................. 11
2.2.1.1.1 Compresores Rotativos ....................................................................... 11
De Lóbulos ..................................................................................................... 11
De Tornillo ..................................................................................................... 12
De Paletas ...................................................................................................... 13
De Scroll ........................................................................................................ 13
2.2.1.1.2 Compresores Reciprocantes ................................................................ 14
De Pistones .................................................................................................... 14
De Membrana ................................................................................................ 18
1.2.1.2 Compresores Dinámicos ........................................................................ 18
De Centrífuga ................................................................................................. 18
De Flujo Axial ............................................................................................... 19
1.2.1.2.1 Comparación de los Compresores Dinámicos .................................... 19
Capítulo 3 ................................................................................................................... 20
Componentes de los compresores .......................................................................... 20
3.1 El motor ....................................................................................................... 20
3.2 El depósito del aire comprimido .................................................................. 20
3.3 La válvula de seguridad o limitadores ......................................................... 21
3.4 Manómetros ................................................................................................. 22
3.5 Tuberías ....................................................................................................... 22
3.5.1 Materiales para las tuberías ....................................................................... 23
Tuberías de acero negro ................................................................................. 23
Tuberías de cobre ........................................................................................... 23
Tuberías de acero inoxidable ......................................................................... 24
3

Tuberías de aluminio ..................................................................................... 24
3.6 Filtro ............................................................................................................. 24
3.6.1 Tipos de filtros según su ubicación ........................................................... 25
Pre-filtros ....................................................................................................... 25
Filtros intermedios ......................................................................................... 25
Filtros finales ................................................................................................. 26
3.6.2 Partes de un filtro ...................................................................................... 26
El cuerpo (1) .................................................................................................. 26
Elemento filtrante (2) ..................................................................................... 26
Sistema de purga del condensado (3) ............................................................26
Manómetro de presión diferencial (4) ........................................................... 26
Indicador de nivel de líquido (6) .................................................................... 26
3.7 Lubricador .................................................................................................... 27
3.8 Válvulas reguladoras de caudal ................................................................... 28
3.9 Reguladora de presión ................................................................................. 28
3.10 Válvulas de dirección ................................................................................. 30
3.11 Válvulas de anti retorno ............................................................................. 30
3.12 Válvulas Selectoras .................................................................................... 31
3.13 Válvulas de simultaneidad ......................................................................... 31
3.14 Cilindros neumáticos ................................................................................. 32
3.14.1 Actuadores lineales ................................................................................. 32
Simple efecto ................................................................................................. 32
Doble efecto ................................................................................................... 33
3.14.2 Actuadores de giro .................................................................................. 34
Actuadores de giro limitado ........................................................................... 34
Motores neumáticos ....................................................................................... 35
3.14.3 Actuadores especiales ............................................................................. 35
Actuador plano ............................................................................................... 35
Actuador sin varilla ........................................................................................ 35
Capítulo 4 ................................................................................................................... 35
Principios de un compresor de aire ........................................................................ 35
4.1 Caudal .......................................................................................................... 35
4.2 Aire comprimido .......................................................................................... 35
4.3 Presión ......................................................................................................... 36
4.4 Volumen ....................................................................................................... 36
4.5 Aceite ........................................................................................................... 36
4.6 Pérdidas en la red por fricción ..................................................................... 37
4

4.7 ¿Cuáles son los aspectos significativos en la selección de un compresor?.. 37
4.8 ¿Cuáles son las fuentes principales de deterioro de los componentes
neumáticos? ............................................................................................................ 38
Capítulo 5 ................................................................................................................... 38
Tratamiento del aire comprimido .......................................................................... 38
5.1 Tipos de secado ................................................................................................ 38
Secado por frío o de refrigeración ..................................................................... 38
Secador de absorción ......................................................................................... 39
Secadores de membrana ..................................................................................... 39
Secado por adsorción ......................................................................................... 40
Capítulo 6 ................................................................................................................... 40
6.1 Mantenimiento ................................................................................................. 40
6.2 Establecimiento de un programa de mantenimiento preventivo ...................... 40
Inspección cada 24 horas (diaria) ...................................................................... 41
Inspección cada 4000 horas (semestral) ............................................................ 41
Inspección cada 8000 horas (anual) ................................................................... 41
Consejos para dar un mantenimiento base al compresor ................................... 42
Capítulo 7 ................................................................................................................... 43
Cálculo de la red de aire comprimido .................................................................... 43
Paso #1. .................................................................................................................. 43
Paso #2. .................................................................................................................. 43
Capítulo 8 ................................................................................................................... 44
La maqueta ............................................................................................................. 44
Conclusiones .............................................................................................................. 47
Bibliografía ................................................................................................................ 47

Tabla de ilustraciones

Fuelles manuales para producción de aire .............................................................................. 8
Construcción del túnel de Mont-cenis ..................................................................................... 9
Inventor de los frenos de aire .................................................................................................. 9
Planta de compresores, sistema neumático ............................................................................. 9
Compresor de tornillo ........................................................................................................... 10
Ilustración 1............................................................................................................................ 10
Ilustración 2............................................................................................................................ 11
Ilustración 3............................................................................................................................ 11
Ilustración 4............................................................................................................................ 12
Ilustración 5............................................................................................................................ 13
Ilustración 6............................................................................................................................ 14
Ilustración 7............................................................................................................................ 15
Ilustración 8............................................................................................................................ 15
Ilustración 9............................................................................................................................ 16
Ilustración 10..........................................................................................................................16
Ilustración 11.......................................................................................................................... 17
Ilustración 12.......................................................................................................................... 17
Ilustración 13.......................................................................................................................... 17
Ilustración 14.......................................................................................................................... 18
Ilustración 15.......................................................................................................................... 19
Ilustración 16.......................................................................................................................... 19
Ilustración 17.......................................................................................................................... 20
Ilustración 18.......................................................................................................................... 21
Ilustración 19.......................................................................................................................... 22
Ilustración 20.......................................................................................................................... 22
Ilustración 21.......................................................................................................................... 23
Ilustración 22.......................................................................................................................... 24
Ilustración 23.......................................................................................................................... 25
Ilustración 24.......................................................................................................................... 27
Ilustración 25.......................................................................................................................... 27
Ilustración 26.......................................................................................................................... 28
Ilustración 27.......................................................................................................................... 29
Ilustración 28.......................................................................................................................... 30
Ilustración 29.......................................................................................................................... 30
Ilustración 30.......................................................................................................................... 31
Ilustración 31.......................................................................................................................... 31
Ilustración 32.......................................................................................................................... 32
Ilustración 33.......................................................................................................................... 32
Ilustración 34.......................................................................................................................... 33
Ilustración 35.......................................................................................................................... 33
Ilustración 36.......................................................................................................................... 33
Ilustración 37.......................................................................................................................... 34
Ilustración 38.......................................................................................................................... 35
Ilustración 39.......................................................................................................................... 35
Ilustración 40.......................................................................................................................... 37
Ilustración 41.......................................................................................................................... 39
Ilustración 42.......................................................................................................................... 39
Ilustración 43.......................................................................................................................... 40
Ilustración 44.......................................................................................................................... 40
Ilustración 45.......................................................................................................................... 42
Ilustración 46.......................................................................................................................... 44
Ilustración 47.......................................................................................................................... 45
Ilustración 48.......................................................................................................................... 46
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6

Capítulo 1
Introducción
Objetivo general
Construir un compresor de aire con materiales desechables y casero, que infle un
globo elástico a su 50%, aproximadamente, demostrando los principios de
funcionamiento de un compresor de aire, para el segundo cuatrimestre del año 2018,
UTN.
Objetivos específicos
• Averiguar los principios básicos que permiten el funcionamiento de un
compresor de aire.
• Justificar los principios básicos del aire comprimido y del compresor, en una
maqueta casera y de materiales desechables.
• Comprobar, con la repetición necesaria, el funcionamiento de la maqueta en
diversos ensayos.
• Demostrar los resultados del uso de la maqueta a la clase de Equipos
Auxiliares, primer grupo, segundo cuatrimestre, 2018.

Descripción del proyecto
El objetivo general se enfoca en la realización de una maqueta sencilla, pero
funcional, que permita el trasfondo de una investigación concreta, coherente, y compleja
del funcionamiento de un compresor del aire y del aire comprimido. Para ello, el equipo
ha propuesto realizar tal maqueta con un diseño práctico para argumentar los principios
que dominan el tema del aire comprimido.

Materiales propuestos
● 1 botella de plástico.
● 2 jeringas.
● 30 cm de manguera.
● 1 batería de 9 V.
● Silicón.
● Alambre grueso.
● Cable para la instalación.
● Un interruptor.
● Un motor DC
● Un globo.

Materiales usados
● Base de madera.
● Motor y carcasa de ventilador para interiores.
● Alambre.
● Tornillos.
● Madera.
● Inflador de bicicleta.
● Una botella de plástico.
● Gusano de inflador.
● Válvulas de bicicleta.
● Tapones plásticos.
● Pegamento.

Capítulo 2
Compresor de aire
2.1 Historia
Desde una perspectiva orgánica,el primer compresor de aire utilizado por los seres
humanos, fueron sus propios pulmones. Los pulmones son capaces de tratar 100𝐿𝑃𝑀=
6𝑚3/ℎ y ejercen una presión entre 0.02 𝑏𝑎𝑟 𝑦 0.08 𝑏𝑎𝑟. Aunque, ha de saberse que el
interés por comprimir aire humanamente, perdió fuerza 3000 A.C, cuando la metalurgia
tomó su lugar con temperaturas superiores a los 1000℃.
El segundo compresor de aire, o el primero mecánicamente, se diseñó 1500 D.C, y
consistía en una bolsa flexible que al ser aplastada liberaba aire comprimido (esto para
ayudar a mantener las altas temperaturas de los hornos que se usaban para la fundición).
Un claro ejemplo serían los egipcios, que decoraban sus tumbas con bronce (aleación de
cobre estaño) y oro.

Fuelles manuales para producción de aire 1
La primera persona que estableció los principios de la neumática, fue el matemático
e inventor griego Ktesibios (282 a.C hasta 222 a.C.), quien escribió los primeros
tratados acerca de este tema y hoy se le recuerda como el padre de la neumática.
En 1762, un ingeniero llamado John Smeaton diseñó un cilindro soplador manejado
por energía hidráulica. Pero a pesar de que el invento de Smeaton era eficiente, fue
reemplazado por una máquina inventada por Johm Wilkinson en 1776. El diseño de
Johm Wilkinson se consideró el prototipo de todos los compresores mecánicos, y fue
incluso, instalada en su fábrica de Wilby en Shropshire.
Ya los compresores de esa época, se comenzaron a utilizar para la minería y
ventilación de áreas subterráneas. De hecho, durante la construcción del sistema de
trenes de Italia-Francia, en 1857, una perforadora de aire comprimido con presiones de
hasta 6 bares se encargaban de mover grandes volúmenes de aire en la construcción del
túnel de 13,6 kilómetros.

Construcción del túnel de Mont-cenis 1
Esto desencadenó que otras ideas aparecieran, como lo fue el primer martillo
neumático inventado en 1880.
En 1846-1914, George Westinghouse inventa los frenos de aire comprimido y los
patenta en 1869.

Inventor de los frenos de aire 1
Otro ejemplo sería en 1888, en donde el ingeniero austriaco Viktor Popp crea la
primera planta de compresores, y en solo tres años la planta de 1,500kW de Popp crece
a 18,000kW. Esta había sido instalada en las alcantarillas de París, rondando los siete
kilómetros, sin incluir cincuenta kilómetros de líneas secundarias.

Planta de compresores, sistema neumático 1
En 1934, el profesor Lysholm (1893-1973) presenta en Suecia su patente del
compresor de tornillo con dos rotores circulares.
10

Compresor de tornillo 1
Llegando ya a la actualidad, la diversificación en el área de los compresores de aire
se ha expandido rotundamente. No solo existen uno o dos tipos de compresores, sino
una gran rama que permite la exigencia para diferentes demandas. Enfatizar que, los
compresores se han comercializado, y es común verlos en industrias grandes, pequeñas,
y en casas. Los compresores de aire se clasifican de la siguiente manera:
.
Ilustración 1

2.2 Funcionamiento del compresor
Para poder hablar del funcionamiento de un compresor de aire, y sus principios,
primero hay que definir su trabajo. En otras palabras sencillas, el compresor de aire es
una máquina diseñada para aumentar la presión del aire a través de la compresión del
gas en un espacio confinado, permitiendo el transporte de un caudal que sea capaz de
traspasar energía.
Básicamente, se podrían definir cuatro etapas de un compresor de aire: aspiración,
desplazamiento, compresión (no aplica para todos los casos), y escape.

2.2.1 Tipos de compresores
A la hora de hablar del funcionamiento de un compresor de aire, no se puede
simplemente describir un mecanismo genérico, sino, hablar de los tipos de compresores
11

(ya mencionados en la historia del compresor de aire, página ocho) y detallar sus
propias características. Los cuales son:
2.2.1.1 Compresores de desplazamiento positivo
Dentro de la clasificación de compresores de desplazamiento positivo, se encuentran
también los reciprocantes (pistones y membrana) y los rotativos (lóbulos, tornillo,
paletas y compresores scroll), así como lo muestra el siguiente esquema:

Ilustración 2

Los compresores de desplazamiento positivo poseen dimensiones fijas, y por cada
movimiento del eje de un extremo al otro se mantiene la misma reducción en volumen y
el correspondiente aumento de presión y temperatura.
2.2.1.1.1 Compresores Rotativos
La principal característica de los compresores rotativos es su uso de rotores para
trabajar.
De Lóbulos
Los compresores de lóbulos, también conocidos como “Roots”, son aquellos
compresores de aire de desplazamiento positivo-rotativos que poseen dos rotores en
forma de ocho (lóbulos) que giran sincronizadamente uno contra otro. Para ilustrar el
concepto vea la siguiente imagen:

Ilustración 3
12

El funcionamiento de este compresor se basa en el giro ordenado e inverso de ambos
rotores dentro de la carcasa, que a su vez, forman concavidades o cámaras en las cuales
desplazan el gas de un extremo a otro.

Características:
❖ Producen altos volúmenes (caudal) de aire seco a relativamente baja presión.
❖ Este sistema es muy simple y su funcionamiento es muy parecido a la bomba de
aceite del motor de un auto donde se requiere un flujo constante.
❖ Tienen pocas piezas en movimiento.
❖ Son lubricados en general en el régimen de lubricación hidrodinámica aunque
algunas partes son lubricadas por salpicadura del aceite. A veces los
rodamientos o cojinetes pueden estar lubricados por grasas.
❖ Los rotores pueden ser bilobulares o trilobulares.
❖ Los lóbulos solo desplazan el gas, no lo comprime.
Una de las desventajas de este sistema es que existen múltiples fugas entre los
rotores, demás, se requiere de una gran exactitud mecánica para ambos lóbulos, y
robustos ejes para soportar los fuertes empujes laterales y perpendiculares al eje.

De Tornillo
Estos compresores de desplazamiento positivo-rotativos son conocidos usualmente
por el nombre de helicoidales. Su funcionamiento se basa prácticamente en dos rotores
(uno macho y otro hembra) paralelos y horizontales en forma de tornillos que giran en
sentido contrario en el interior de la carcasa, formando cámaras de trabajo que
desplazan el aire de un punto a otro.
El tamaño de las cámaras varía de la entrada del aire hasta su salida, compartiéndolo
y expulsándolo con mayor presión.
En el esquema inferior, se ve la sección de un conjunto rotórico, donde se pueden
apreciar los tornillos trabajando en el interior de la carcasa.

Características
❖ Silencioso, pequeño, bajo costo.
❖ Flujo continuo de aire o Fácil mantenimiento.
❖ Presiones y volúmenes moderados.
Este tipo de compresores se está usando cada vez más para aplicaciones de no muy
alta presión, como herramientas neumáticas, servicios generales de planta o
refrigeración. Suelen funcionar con pocas vibraciones, por lo que no precisan fundación
especial.
Ilustración 4
13

Existen dos tipos de compresores de tornillo:
❏ Húmedos: Los dos rotores trabajan en contacto con el aire y el lubricante, por lo
que, posterior al escape del gas este necesita ser limpiado.
❏ Secos: Los dos rotores trabajan solamente en contacto con el aire, y no poseen
una lubricación que contamine el gas. Solamente los engranajes con impulsan
los tornillos son lubricados, pero estos, no están en interacción con el aire.

De Paletas
Un diseño interesante de los compresores de desplazamiento positivo-rotativos, es el
que usa un rotor compuesto de paletas deslizables que gira excéntricamente por dentro
de la carcasa, la cual, al serhueca circularmente, las paletas salen y entran del rotor,
cambiando el área de almacenamiento del gas. Dichas cámaras toman el aire y lo
comprimen desplazándolo hacia el escape.

Ilustración 5

Características
❖ Silencioso y pequeño.
❖ Flujo continuo de aire.
❖ Buen funcionamiento en frío.
❖ Sensibles a partículas y tierra.
❖ Fácil mantenimiento.
❖ Presiones y volúmenes moderados.
Una de las desventajas de este compresor de aire, es la fricción presente entre las
paletas y la carcasa.

De Scroll
Los compresores de desplazamiento positivo-rotativos de Scroll no son muy
conocidos normalmente, pero, tienen una aplicación típica en las aplicaciones exentas
de aceite. El compresor Scroll se puede considerar como la última generación de los
compresores rotativos de paletas,
Estos compresores tienen un desplazamiento que se denomina orbital. La
compresión se realiza por reducción de volumen. El conjunto compresor está formado
por dos rotores con forma espiral. Uno de ellos es fijo en la carcasa y el otro es móvil,
accionado por el motor. Están montados con un desfase de 180º, lo que permite que en
su movimiento se creen cámaras de aire cada vez más pequeñas. En la siguiente
ilustración se puede apreciar su forma interna.
14

Ilustración 6
Ventajas
❖ Pequeño número de partes móviles, un 60% menos que en un compresor
alternativo
❖ Ausencia de válvulas
❖ Buena resistencia frente a los esfuerzos causados por la llegada al compresor de
líquido y/o partículas sólidas (suciedad)
❖ Excelente nivel sonoro.

2.2.1.1.2 Compresores Reciprocantes
Los compresores reciprocantes, son también nombrados alternativos, y dentro de
ellos se encuentran los que emplean pistones, y los que trabajan con membrana.
De Pistones
Los compresores de desplazamiento positivo-reciprocantes de pistón son esos que
usan un sistema de pistón para comprimir el aire.
El funcionamiento de este tipo de compresores es similar al de un motor de
combustión interna, pero en este caso, no existe una combustión que mueve al pistón,
sino que, es el pistón quien se encarga de mover el aire a comprimir.
En las siguientes ideas se explica brevemente cómo trabaja un compresor de pistón:
1) El fluido entra a una cámara cerrada de volumen variable.
2) Mediante la entrega de trabajo desde el exterior se reduce el volumen de la cámara,
por medio de una compresión de un pistón accionado por una biela y un cigüeñal.
3) Se extrae el gas con volumen específico reducido, y con mayor presión.
4) El procedimiento se repite indefinidamente.

Ilustración 7
También, el gas en el interior del cilindro experimenta una evolución cíclica que
consta de las siguientes etapas (ver figura 7):

❖ 4-1: aspiración de gas, a la presión p1 de entrada
❖ 1-2: compresión de dicho gas
❖ 2-3: expulsión del gas comprimido, a la presión p2 de descarga
❖ 3-4: caída brusca de la presión (al no quedar gas y moverse el pistón hacia el
P.M.I.)

Ilustración 8
Pero en realidad, el pistón en su P.M.S. no está tocando la culata del cilindro, ya que:
1) Hay que prever imprecisiones de construcción o desgastes en cojinetes o dilataciones
por cambio de temperatura.
2) Se necesita espacio para el movimiento de apertura y cierre de las válvulas.
Entonces, queda un espacio no barrido por el pistón, llamado "espacio nocivo"; este
espacio queda ocupado por gas que no es expulsado en la etapa 2-3 y que se expande en
la etapa 3-4.
Vea la siguiente imagen con el recorrido del gas corregido en el punto 3-4:
16

Ilustración 9
Detalles de la pasada imagen:
➔ 1-2 y 3-4 son procesos termodinámicos con masa fija.
➔ 2-3 y 4-1 son partes del ciclo donde varía la masa.
➔ Hay presencia de un calentamiento del gas al entrar y al salir.

Características de los compresores de pistón
❖ Ruidoso y pesado.
❖ Flujo de aire intermitente.
❖ Funciona en caliente (hasta 220° C) aproximadamente.
❖ Necesita mantenimiento costoso-periódico.
❖ Alta presión con moderado volumen.

Los compresores de pistón se clasifican de cuatro maneras diferentes:
❏ De simple efecto.
Un compresor de pistón de simple efecto, se define cuando la compresión del aire se
realiza en una sola de las caras del pistón. Como lo muestra la figura:

Ilustración 10

❏ De doble efecto.
Un compresor de pistón de doble efecto, se define cuando la compresión del aire se
realiza en una sola cámara de compresión pero con los dos lados o caras del pistón.
Como lo muestra la siguiente imagen:
17

Ilustración 11
❏ De etapas múltiples.
Se componen de elementos superpuestos de diámetros diferentes, que se
desplazan en cilindros concéntricos. El pistón de mayor diámetro puede trabajar a
simple o doble efecto, pero los otros pistones no porque lo harán en simple efecto. Esta
disposición es enormemente utilizada por los compresores de alta presión.

Ilustración 12
❏ De pistón diferencial.
Un compresor de pistón diferencial posee un sistema de doble efecto,
exceptuando que, trabaja con diámetros diferentes, para conseguir la compresión
en dos etapas.

Ilustración 13
Es bueno aclarar que los compresores de aire por pistón, pueden usar más de un
pistón en el eje, pero ninguno de ellos se sale de la clasificación anterior. Añadir que,
los compresores a pistón se usan ampliamente para los sistemas de fuerza neumática,
18

como consecuencia de sus ventajas generales de buenas relaciones de compresión,
variedad de tamaño, alta eficiencia, bajo costos de operación, altos pies cúbicos por
minuto por caballo de fuerza, y debido al hecho de que pueden pararse o descargarse
completamente cuando se necesita capacidad.
De Membrana
Los compresores de desplazamiento positivo-reciprocantes de membrana, son
compresores que persiguen los principios de funcionamiento de los compresores de
pistón. Consisten en una membrana adherida a una biela sobre un eje motor excéntrico.
El movimiento de este sistema es semejante o igual al vaivén dentro de un cilindro.

Ilustración 14
Los compresores de membrana son usualmente usados en situaciones donde no se
requiera contaminación del aire, debido a que la lubricación de las partes móviles está
fuera del contacto con el gas. Como por ejemplo en la medicina y en ciertos procesos
químicos.
1.2.1.2 Compresores Dinámicos
En la clasificación de compresores dinámicos (o mejor dicho: turbocompresores)
existen solamente dos tipos: los de centrífuga y los de flujo axial. Una de las
características que los resaltan entre los demás compresores es su entrega de flujo
uniforme usado pocas piezas móviles. Los turbocompresores dinámicos funcionan
según el principio de la dinámica de los fluidos, en donde el aumento de presión no se
obtiene a través del desplazamiento y reducción de volumen, sino por efectos dinámicos
del aire, en otros términos: el aire se pone en circulación por medio de una o varias
ruedas de turbina.
De Centrífuga
Los turbocompresores de aire dinámicos de centrífuga, son llamados también por el
nombre de radiales, y su funcionamiento se centra en la compresión del aire por medio
de fuerza centrífuga mediante un rotor centrífugo que gira dentro de una cámara espiral.
Este toma el aire en sentido axial y lo arroja a gran velocidad en sentido radial.
Con un sistema como este, se pueden llegar a presiones de 8 bar, caudales entre 10.000
y 200.000 Nm3/h, y velocidades de 15.000 a 20.000 r.p.m. y aún más.
19

Ilustración 15

Características:
❖ El gas o aire sale libre de aceite.
❖ Un flujo constante de aire.
❖ Caudal de flujo es variable con una presión fija.
❖ El caudal es alto a presiones moderadas y bajas.
❖ Funciona en seco.

De Flujo Axial
Los turbocompresores de aire dinámicos deflujo axial, con máquinas que consisten
en una serie de rodetes consecutivos con álabes que comprimen el aire, como lo muestra
la imagen de abajo:

Ilustración 16
Estos compresores de flujo axial, debido a su suministro de gran cantidad de
m3/min, y baja presión, están limitados a aplicaciones para procesar aire. No son de uso
común en la industria.
Características:
❖ Gas/Aire libre de aceite.
❖ Flujo de aire continuo.
❖ Presiones variables a caudal de flujo fijo.
❖ Alto caudal de flujo.
❖ Presiones moderadas y bajas.
1.2.1.2.1 Comparación de los Compresores Dinámicos
De acuerdo con lo visto en las últimas dos páginas sobre turbocompresores
dinámicos, es ilustrativo comparar los compresores radiales contra los axiales, y
viceversa.
20

❖ El turbocompresor centrífugo tiene las siguientes ventajas sobre el
turbocompresor axial:
a) Mayor robustez y, por tanto, mayor seguridad en la explotación.
b) Menor número de escalonamientos.
c) Mayor facilidad de alojamiento de los sistemas de refrigeración intermedia.
d) Mayor zona de estabilidad de funcionamiento, por lo que respecta al fenómeno de
bombeo.

❖ El turbocompresor axial ofrece las siguientes ventajas con relación al
turbocompresor radial:
a) Mejor rendimiento.
b) Para un mismo gasto másico y presión, mayor número de revoluciones.
c) El turbocompresor axial tiene menor volumen, menor superficie frontal, y menor
peso para igualdad de gasto másico y de relación de compresión.

Capítulo 3
Componentes de los compresores
Los componentes de los compresores de aire no solo se encasillan en los materiales,
o piezas interiores de un compresor de aire, sino algo más amplio, como lo son las
demás máquinas que permiten que el compresor cumpla con su misión, subrayar, que
también existen fenómenos naturales y físicos, de los cuales, se platicará en el siguiente
capítulo.

3.1 El motor
El motor de un compresor de aire, es la fuente generadora de la energía transmitida al
cigüeñal, que, por su parte, mueve el sistema, o sistemas ya platicados en el capítulo
pasado, que comprimen el aire.

Ilustración 17
Los motores para un sistema de aire comprimido suelen ser eléctricos, y estos, se
acoplan al compresor de aire.

3.2 El depósito del aire comprimido
Nombrado también acumulador, es el elemento dentro de un sistema que se encarga
de almacenar el aire comprimido y de adaptar el caudal al consumo de la red.

Ilustración 18
Vea la imagen anterior. El depósito tiene que cumplir con ciertos requisitos, como:
❖ Una puerta para inspección interior.
❖ Un grifo de purga, un manómetro.
❖ Válvula de seguridad.
❖ Válvula de cierre.
❖ Indicador de temperatura.
❖ Válvula de purga.

El depósito puede ser colocado de manera vertical, o de manera horizontal, eso
también dependerá del diseño del fabricante. Suelen ser construidos de chapa de acero.

Otras funcionalidades del acumulador dentro de la red de aire comprimido son:
• Obtener una considerable acumulación de energía, para afrontar picos de consumo que
superen la capacidad del compresor.
• Contribuir al enfriamiento del aire comprimido y la disminución de su velocidad,
actuando, así como separador de condensado y aceite proveniente del compresor.
• Amortiguar las pulsaciones originadas en los compresores, sobre todo en los
alternativos.
• Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar de
manera continua, sino intermitente.
Aclarar que la válvula de vaciado del agua, es para eso, para vaciar el agua condensada
por los cambios de temperatura del aire en el tanque.

3.3 La válvula de seguridad o limitadores
Las válvulas de seguridad son válvulas normalmente cerradas que regulan la presión
del sistema. Estas impiden que un exceso de presión, que la red no puede contener, pasa
22

al resto de dispositivos. Es común ver una también en el tanque del compresor de aire.

Ilustración 19
Las válvulas de seguridad pueden ser directas (para pequeños caudales) o pilotadas
(para grandes caudales). Por otro lado, las válvulas de seguridad no deberían ser
configuradas no más del diez por ciento de la presión de trabajo del sistema, y contener
una operación manual para la verificación manual de su correcto funcionamiento.
3.4 Manómetros
Los manómetros son instrumentos medidores de la presión del sistema. Un corto
ejemplo de ellos, serían los manómetros de tubo U, los manómetros de tubo Bourdon
(en “c”, helicoidales o en espiral), y los manómetros de Fuelle o de pulmón.

Ilustración 20
Los manómetros, como se puede apreciar en la imagen, son rellenados de glicerina
para evitar que la aguja oscile debido a los movimientos del sistema.
Rápidamente, para poder seleccionar un manómetro e instalarlo en la red, hay que
tomar en cuenta las siguientes características:
❖ Rangos de presión de trabajo del sistema.
❖ Dimensiones de la conexión.
❖ Costo del manómetro.
❖ Tamaño del dial.
❖ Ubicación de la conexión.
3.5 Tuberías
Las tuberías son las encargadas de transportar el caudal del compresor-tanque-
accesorios, a toda la red.
23

Ilustración 21
Las tuberías en un sistema de aire comprimido se clasifican de tres formas:
❖ Tubería principal:
Conducen la totalidad del caudal de aire comprimido.
❖ Tubería secundaria:
Esta se deriva de la principal y se distribuye por las áreas de trabajo.
❖ Tuberías de servicio:
Se desprenden de las tuberías secundarias y son las que alimentan a los equipos.
3.5.1 Materiales para las tuberías
Las tuberías, sean principales, secundarias o de servicio, deben de cumplir no solo
con las exigencias que demanda la instalación, sino también con los factores
ambientales normales de cualquier sistema de aire comprimido; entonces ¿cuál es el
material más apto para una red de aire comprimido? Para ello, existen los siguientes
materiales en el mercado, cada uno, con sus propias finalidades y limitaciones. Añadir
como nota relevante que, el PVC no es recomendado para sistemas de presiones, ya que
son fáciles de romper, y a la hora de hacerlo, se astillan.
Tuberías de acero negro
Las tuberías de este material, son las más usadas en un sistema de aire comprimido
debido a su bajo precio y cierta durabilidad, sin embargo, la exposición con el oxígeno
las corroe fácilmente. La misma humedad del aire comprimido basta para oxidarlas
internamente.
Suelen encontrarse roscadas unas con otras a la hora de instalarlas, pero también se
pueden soldar.
El acero negro, entre los materiales usados para tuberías de aire comprimido, es el
más pesado y complicado de usar, lo cual, implica más horas de trabajo.
Si a la tubería no se le da un mantenimiento adecuado, la oxidación llegará a un punto
donde el mismo desprendimiento del acero negro obstruirá el paso del aire comprimido.
Este material entre el cobre, aluminio y acero inoxidable, es el más barato, pero menos
duradero con el pasar de los años.
Tuberías de cobre
Construir un sistema de tuberías de cobre, es una idea sensata, sin embargo, su
precio comercial aumenta con respecto al acero negro. Estas tuberías son más duraderas
y efectivas.
Pesan menos, y soportan temperaturas de 204 Celsius. Por otro lado, el cobre, al
igual que el acero negro, sí se oxida, pero con un lapso más considerable.
24

Tuberías de acero inoxidable
El acero, de entre todos los materiales mencionados, es el más caro, pero con una
respuesta corrosiva absoluta. Es también más ligero que el acero negro y más fácil de
manipular, sin embargo, este material no se puede instalar a no ser que sean soldadas las
piezas.
Tuberías de aluminio
Para cerrar con la lista de materias posibles para una instalación de tuberíaspara aire
comprimido, se encuentra el aluminio. El aluminio es extremo liviano y ha tomado
popularidad en sistemas como estos. No se oxida y es muy sencillo de utilizar. Su
estructura interna es lisa, lo cual, disminuye las pérdidas por fricción, y sus diámetros
son muy delgados en comparación a los ya mencionados materiales.
Es más caro que el acero negro, pero más barato al acero inoxidable, y soportan altas
presiones.
La instalación de tuberías de aluminio, es la más sencillas del mercado; consiste en
acoples rápidos que no requieren ni rosca y ser soldados. Se ponen o se quitan cuando
sea necesario.
3.6 Filtro
El filtro básicamente se encarga de limpiar el aire antes de entrar en contacto con los
demás dispositivos del sistema de aire comprimido. Esto para impedir que diversas
impurezas (partículas) entren en la red y no solo dañan lo equipos, sino también
obstruyan las vías del caudal.

Ilustración 22
Los filtros pueden ser instalados inmediatamente en la entrada del sistema, o si se
desea así, puede ser instalados antes del dispositivo a usar, con el fin de pulirlo aún más.
Habitualmente, la forma de estimar el nivel de calidad de aire se realiza siguiendo los
parámetros de la norma ISO 8573-1. Esta normativa regula el nivel máximo de
contaminantes en el aire comprimido, en lo referido a la cantidad de humedad,
partículas y residual de aceite. Véalo en la siguiente imagen:
25

Ilustración 23
Aclarar que el tema del secado del aire (eliminación de su humedad), se hablará más
adelante.

3.6.1 Tipos de filtros según su ubicación

Pre-filtros
Estos filtros son los que se instalan inmediatamente después del compresor. Su principal
misión es eliminar las partículas gruesas que podrían ser aspiradas por el compresor.
Los pre-filtros pueden eliminar una pequeña cantidad de agua y aceite al mismo tiempo
que eliminan las partículas sólidas. Su capacidad de filtrado suele ser superior a 1 micra
y 1 mg/m3 de aceite.

Filtros intermedios
Los filtros intermedios se instalan después de los pre-filtros, y su misión es de proteger
los accesorios y equipos que se instalan en la red de aire. Sus características se
determinan en función de la calidad de aire requerida. Así tendrían:

❖ Filtros de partículas. Son como los pre-filtros pero de un mayor grado de
filtrado. Para partículas hasta 0,1 micras y para aceite o agua hasta 0,1 m3/m3.
En la salida de los secadores de adsorción se suelen colocar estos filtros con un
grado de 1 micra.
❖ Filtros de carbón activo. Dedicados a la eliminación de vapores y olores de
aceite. No los eliminan del todo, pero el residual que dejan es muy pequeño.
Como media 0,003 mg/m3.
❖ Torres de carbón activo. Se emplean para reducir al máximo los residuales de
vapor de aceite y olores, con la idea de ser usadas en sistemas de respiración
humana.
❖ Filtros catalizadores. Utilizados en sistemas de respiración humana para la
eliminación del Monóxido de Carbono (CO).

Filtros finales
En este grupo incluimos todos los filtros específicos de protección del sistema antes de
su uso final. Como ejemplo, podemos considerar:

● Filtros reguladores. Son pequeños filtros que se instalan sobre la máquina de
accionamiento neumático. Están formados por un filtro de partículas y un
regulador de presión. Para máquinas que necesitan lubricación, el propio equipo
de filtrado monta un lubricador. Estos equipos son conocidos habitualmente
como FRL.
● Filtros bactericidas. Muy utilizados en aplicaciones medicinales o en
laboratorios. Se utilizan para la eliminación de determinadas bacterias en el aire
comprimido. Su mantenimiento requiere de una esterilización periódica.
Dependiendo de cada fabricante, ésta se puede realizar con vapor o por
autoclave. Tienen una vida útil muy corta, determinada por el número máximo
de esterilizaciones admitidas.
3.6.2 Partes de un filtro
El cuerpo (1)
Fabricado en distintos materiales, suele ser de fundición de aluminio. Está dividido
en dos partes, la superior incluye las conexiones a la tubería y la inferior es desmontable
para poder cambiar el elemento filtrante. Se pueden suministrar fabricados en acero y en
ejecuciones especiales de acero inoxidable.
Elemento filtrante (2)
Es la parte clave del filtro. Según su diseño podrá ser usado para diferentes trabajos.
Es muy importante conocer su eficiencia, tamaño de partículas y su capacidad de
coalescencia.
Sistema de purga del condensado (3)
En la sección tres de la imagen 24 se aprecia una purga interna de boya, que actúa por
flotación sobre el condensado acumulado en la parte inferior. Se pueden suministrar con
otro tipo de purgas diferentes, como las electrónicas, capacitivas o manuales.
Manómetro de presión diferencial (4)
Este accesorio indica el nivel de suciedad que tiene el elemento
Indicador de nivel de líquido (6)
En las últimas generaciones de filtros no se suelen incluir, debido a la fragilidad del
indicador y el riesgo de fugas, pero son de gran utilidad para ver si el sistema de purga
está funcionando correctamente.
27

Ilustración 24
3.7 Lubricador
El lubricador se encarga de inyectar gotas de aceite de tamaño muy fino dentro del
flujo de aire. Tiene como finalidad evitar que el aire produzca un desgaste excesivo de
los elementos del circuito. En el siguiente ejemplo se detalla cómo funciona un
lubricador cualquiera:

Ilustración 25

1. El aire que entra en el lubricador presuriza la campana a través del orificio (2).
2. El aire pasa a través de la válvula oscilante (3) que produce una ligera caída de
presión, que a través de un orificio en la propia válvula se transmite a la cúpula
mirilla (6) donde está alojado el tubo de goteo (9).
3. Debido a la diferencia de presión entre la campana (4) y la cúpula mirilla (6), el
aceite es aspirado a través del tubo de alimentación (5), pasando por la válvula
de retención (11) a la cámara dosificadora (10) y al tubo de goteo (9).
4. De aquí a través de la válvula oscilante (3) el aceite es introducido atomizado en
el flujo de aire.

3.8 Válvulas reguladoras de caudal
A veces es necesario el control de la velocidad de un cilindro para sincronizarlo con
otros movimientos que se verifican en un sistema. Para conseguirlo se controla el caudal
de fluido mediante las válvulas reguladoras de caudal. Existen dos tipos de reguladores:
de un solo sentido (unidireccional) y de dos sentidos. De ellos, el primero tiene mayor
interés y es el más utilizado.

Ilustración 26
3.9 Reguladora de presión
Los reguladores de presión se encargan de regular la presión a la entrada de los
dispositivos conectados a la red. No todos los dispositivos trabajan con la misma
presión que posee la red, y para ello, están los reguladores. Estas presiones las establece
el fabricante.
Para explicar cómo funciona un regulador de presión, vea la siguiente imagen de un
regulador cualquiera:
29

Ilustración 27
El aire comprimido entra por (P) y puede salir por (P') sólo si la válvula de asiento
estuviere abierta. La sección de paso regulable está situada debajo de la válvula de
asiento (C). Girando completamente la manija (D) en el sentido anti horario (muelle sin
compresión), el conjunto de la válvula de asiento (C) estará cerrado.
Girando la manija en sentido horario, se aplica una carga en un muelle calibrado de
regulación (A), haciendo que el diafragma (B) y la válvula de asiento (C) se desplazan
para bajo, permitiendo la pasaje del flujo de aire comprimido para el uso (H). La presión
sobre el diafragma (B) está balanceada a través del orificio de equilibrio (G) cuando el
regulador está en operación. La presión secundaria, al exceder la presión regulada,
causará, por medio del orificio (G), al diafragma (B), un movimiento ascendentecontra
el muelle de regulación (A), abriendo el orificio de sangría (F) contenido en el
diafragma.
El exceso de aire se lanza a la atmósfera a través del orificio (E) presente en la tapa
del regulador (sólo para reguladores con sangría). Por lo tanto, una salida de presión
pre-regulada es un proceso de apertura de la válvula de asiento (C), que podría causar
cierta vibración.
Esto se evita porque ciertos reguladores están equipados con un sistema de
amortiguación (I) por muelle o aire comprimido. A su vez, el dispositivo de auto
compensación (CI) permite montar el regulador en cualquier posición, y confiere al
equipo un pequeño tiempo de respuesta.
La presión de salida es alterada por la actuación del manije (D), no importa si para
decrecimiento (cuando la presión secundaria regulada es mayor, el aire excedente de
esta regulación es automáticamente expulsado hacia el exterior a través del orificio (F),
hasta que la presión deseada sea alcanzada) o acrecimiento. En este caso, el aumento de
la presión se procesa normalmente, actuando el manije (D) y comprimiendo el muelle
(A) de la forma ya mencionada, donde a través de un manómetro (J) se registran las
presiones secundarias reguladas.

3.10 Válvulas de dirección
Las válvulas de dirección son las que rigen la dirección del caudal. Se distinguen dos
características sobre ellas:
❖ El número de vías u orificios que tenga la válvula, tanto de entrada de aire como
de salida.
❖ El número de posiciones: que normalmente son dos. Una define el estado de
reposo y otra el estado de trabajo. Sin embargo existen válvulas con más de dos
posiciones.

Ilustración 28

Con la imagen anterior, se explique que el número de cuadros (que es el símbolo de
una válvula de dirección) es la cantidad de posiciones que una válvula posee, y las
líneas que las rodea es la cantidad de vías que las atraviesa. Por ejemplo:

Ilustración 29
En esta ilustración de válvula de dirección, hay tres vías y dos posiciones (3x2).
Otros ejemplos:
❖ Válvula 2x2 (2 vías / 2 posiciones): Son válvulas normalmente cerradas en su
posición de reposo.
❖ Válvula 3x2 (3 vías / 2 posiciones): Es una válvula normalmente cerrada en
posición de reposo. Se emplean para el mando de cilindros de simple efecto.
❖ Válvula 4x2 (4 vías / 2 posiciones): Realiza las mismas funciones que dos
❖ Válvula 3x2: combinadas. Con esta válvula de este tipo podemos comandar un
cilindro de doble efecto.
❖ Válvula 5x2 (5 vías / 2 posiciones): Con esta válvula se puede comandar un
cilindro de doble efecto.

3.11 Válvulas de anti retorno
Las válvulas de anti retorno son las que cumplen el papel de dejar pasar el aire en su
sentido contrario, impidiendo que se devuelva por la misma dirección. La obturación
31

del paso puede lograrse con una bola impulsada por la propia presión de trabajo, así
como se muestra en la imagen 30:

Ilustración 30
3.12 Válvulas Selectoras
Estas válvulas permiten la circulación de aire desde dos entradas opuestas a una
salida común. Esta válvula se utiliza para mandar una señal desde dos puntos distintos.
En la figura se puede comprobar que el aire entra por el conducto (Y) y desplaza a la
bola hacia (X),
bloqueando esta salida, y se va a través de la utilización (A). En el caso de que se dé la
entrada de aire por la vía (X), la bola se desplazará bloqueando la vía (Y) y el aire
circulará hacia la utilización (A).
3.13 Válvulas de simultaneidad
Se utilizan cuando se necesitan dos o más condiciones para que una señal sea
efectiva. En la figura se observa que toda señal procedente de (X) o de (Y) bloquea ella
misma su circulación hacia la utilización (A). Sólo cuando están presentes las dos
señales (X) e (Y) se tiene salida por (A).
Ilustración 31
32

Ilustración 32

3.14 Cilindros neumáticos
Un cilindro neumático, o actuador, es un tubo cilíndrico cerrado, en el cual, hay
dentro un émbolo que se desplaza fijo a un vástago que lo atraviesa, y con esto, realizar
trabajo.
Tipos de actuadores:

Ilustración 33
3.14.1 Actuadores lineales
Los actuadores dependen de su forma física, y dentro de esta clasificación común, están:
Simple efecto
Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo en un sentido con una sola
entrada de aire en el cilindro. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte
interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc.
33

Ilustración 34
La variedad para los actuadores de simple efecto es amplia, por ejemplo:

Ilustración 35
Doble efecto
Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance
como la de retroceso por acción del aire comprimido, con ayuda de dos entradas de aire
en el cilindro. La siguiente imagen puede ayudar a comprender la idea:

Ilustración 36
34

El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el
de los de simple, incluso cuando no es necesaria la realización de esfuerzo en ambos
sentidos. Esto es debido a que, por norma general (en función del tipo de válvula
empleada para el control), los cilindros de doble efecto siempre contienen aire en una de
sus dos cámaras, por lo que se asegura el posicionamiento.
En definitiva, es posible afirmar que los actuadores lineales de doble efecto son los
componentes más habituales en el control neumático. Esto es debido a:
• Se tiene la posibilidad de realizar trabajo en ambos sentidos (carreras de avance y
retroceso).
• No se pierde fuerza en el accionamiento debido a la inexistencia de muelle en
oposición.
• Para una misma longitud de cilindro, la carrera en doble efecto es mayor que en
disposición de simple, al no existir volumen de alojamiento.

3.14.2 Actuadores de giro
Los actuadores giro, o rotativos, son los encargados de transformar la energía
neumática en energía mecánica de rotación. Dependiendo de si el móvil de giro tiene un
ángulo limitado o no, se forman los dos grandes grupos:

Actuadores de giro limitado
Son aquellos que proporcionan movimiento de giro, pero no llegan a producir una
revolución (exceptuando alguna mecánica particular como por ejemplo piñón –
cremallera). Existen disposiciones de simple y doble efecto para ángulos de giro de 90º,
180º..etc, hasta un valor máximo de unos 300º (aproximadamente).
Ejemplo:
❖ Actuador piñón cremallera
En esta ejecución de cilindro de doble efecto, el vástago es una cremallera que
acciona un piñón y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, hacia
la izquierda o hacia la derecha, según el sentido del émbolo. Los ángulos de giro
corrientes pueden ser de 45º, 90º, 180º, 290º hasta 720º.Es posible determinar el margen
de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste que ajusta la carrera
del vástago.

Ilustración 37

Motores neumáticos
Son aquellos que proporcionan un movimiento rotatorio constante. Se caracterizan por
proporcionar un elevado número de revoluciones por minuto.

3.14.3 Actuadores especiales
Los actuadores especiales, se aquellos que su funcionamiento está diseñado de forma
muy específica.
Ejemplos
Actuador plano

Ilustración 38

Actuador sin varilla

Ilustración 39
Capítulo 4
Principios de un compresor de aire

4.1 Caudal
El caudal es la cantidad de aire comprimido que puede almacenar o expulsar el
compresor de aire. El caudal, entre otras variables, es el encargado de dosificar la
potencia en todo el sistema, así, como a las herramientas que estén acopladas.

4.2 Aire comprimido
Entiéndase por aire comprimido al aire compactado por medios mecánicos,
confinado en un reservorio a una determinada presión.
Distintos a los líquidos que son virtualmente incomprensibles,el aire es fácilmente
comprensible y puede almacenarse en grandes cantidades en recipientes relativamente
36

pequeños. Mientras más se comprima el aire, más alta es su presión. Mientras más alta
sea la presión en su recipiente, mayor tiene que ser la resistencia del recipiente. En los
sistemas de aire comprimido, el aire aspirado por el compresor entra a la presión y
temperatura ambiente con su consiguiente humedad relativa. Entonces se lo comprime a
una presión más elevada lo que produce un calentamiento del aire al grado que toda su
humedad pasará por el compresor al ser aspirado.
Este aire, ahora comprimido, al ir enfriándose en el depósito y tuberías de
distribución hasta igualar la temperatura ambiente, condensa parte de su humedad en
forma de gotas de agua; para esto, se hablará más adelante del secador de aire.

4.3 Presión
La presión (pressio en el vocablo latino) hace referencia al acto y resultado de
comprimir o apretar (es decir, contraer algún cuerpo contra otro cuerpo). De esta
manera puede entenderse por presión a la fuerza que se aplica sobre una determinada
materia.
Se conoce a la presión por ser la fuerza normal por unidad de área, es decir, equivale a
la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.
𝑃 =
𝐹
𝐴

Donde P es presión, F es fuerza y A es el área donde se aplica la fuerza.

4.4 Volumen
El volumen puede ser el espacio que ocupa un cuerpo en determinado lugar, es decir,
la cantidad de espacio que ocupa su materia, este no podrá ser ocupado por otro cuerpo
a la vez. A la misma vez el volumen es la propiedad intrínseca de esa materia que nos
permitirá distinguir un tipo de materia de otra, ya que todas ocupan un volumen
específico.
4.5 Aceite
El aceite, como elemento fundamental en un compresor, es el encargado de lubricar las
piezas móviles. Y para ello, el aceite tiene que cumplir los siguientes requerimientos:
● Viscosidad correcta para el tipo de compresor.
● Estabilidad de oxidación para evitar la formación de depósitos, bloqueo de
filtros, fuego.
● Baja tendencia a la formación de carbón/carbonilla para evitar el clavado de
válvulas, excesivo desgaste, fuego y explosiones.
● Protección contra la herrumbre y la corrosión.
● Protección anti-desgaste para evitar la pérdida de eficiencia y altos gastos de
mantenimiento.
● Alto resistencia a la formación de espuma para evitar el rebalse de aceite, la
cavitación de cojinetes y desgaste.
● Alto punto de inflamación y punto de autoencendido para evitar fuego.
● Compatibilidad con el gas a ser comprimido para evitar reacciones o absorción.
● En la mayoría de los compresores el aceite debería tener buena demulsibilidad.
● Compatibilidad con los sellos y retenes para evitar pérdidas y reparaciones.

4.6 Pérdidas en la red por fricción

Ilustración 40

4.7 ¿Cuáles son los aspectos significativos en la selección de un compresor?
• Caudal de desplazamiento dado generalmente en m3/min.
• Temperatura de descarga del aire comprimido.
• Nivel de presión de funcionamiento del compresor.
• Elevación de la instalación (altitud)
• Rango de admisión de temperatura / humedad.
• Agua / aire de enfriamiento disponible.
• Tipo de impulsión (eléctrica, turbina, motores)
• Condiciones atmosféricas (corrosivas, polvorientas, húmedas)
• Condiciones de descargas (sin aceite, refrigerada, seca)
• Accesorios - controles de arranques y capacidad, filtros, controles de seguridad.

Los compresores de aire poseen una amplia gama de usos, tanto caseros como
industriales. Por ejemplo:
Industrial:
● Perforación de agujeros.
● Corte de materiales.
● Vertido de hormigón.
● Machaque de roca.
● Proyección de pinturas, lacas y barnices.
● Herramientas accionadas por el aire.
● Neumáticas para equipos de elevación.
● Refrigeración y calefacción.
● Portátil granallado.
Casero:
● Pintado de paredes.
● Barnizado.
● Limpieza
● Mantenimiento de neumáticos del coche.
● Hinchado de colchones, pelotas, etc.

4.8 ¿Cuáles son las fuentes principales de deterioro de los componentes
neumáticos?
La cantidad de separados y arrastres dependerá de la eficiencia de los equipos de
tratamiento de aire incorporados a esa línea. Estas condensaciones juntamente con los
condensados de aceites o degradados provenientes del compresor, partículas metálicas
producto de su desgaste, así como óxidos metálicos desprendidos de cañerías y polvo
atmosférico, serán arrastrados por el flujo de aire hacia los puntos de utilización,
constituyéndose en la fuente principal de deterioro de los componentes neumáticos,
tales como:
• Corrosión en tuberías metálicas
• Entorpecimiento de los accionamientos mecánicos
• Errores de medición en equipos de control
• Obturación de boquillas de arena
• Obturación de pistolas de pintura
• Degradación del poder lubricante de los aceites
• Oxidación de los órganos internos en equipos receptores
• Bajo rendimiento de la instalación
• Atascamiento en válvulas
• Prematuro desgaste de órganos móviles, etc.

Capítulo 5

Tratamiento del aire comprimido
El aire comprimido, por el hecho de comprimirse, comprime también todas las
impurezas que contiene, tales como polvo, hollín, suciedad, hidrocarburos, gérmenes y
vapor de agua. A estas impurezas se suman las partículas que provienen del propio
compresor, tales como polvo de abrasión por desgaste, aceites y aerosoles y los residuos
y depósitos de la red de tuberías, tales como óxido, residuos de soldadura, y las
substancias hermetizantes que pueden producirse durante el montaje de las tuberías y
accesorios.
Estas impurezas pueden crear partículas más grandes (polvo +aceite) por lo que dan
origen muchas veces a averías y pueden conducir a la destrucción de los elementos
neumáticos. Es vital eliminarlas en los procesos de producción de aire comprimido, en
los compresores y en el de preparación para la alimentación directa de los dispositivos
neumáticos. Por otro lado, desde el punto de vista de prevención de los riesgos
laborales, el aire de escape que contiene aceite puede dañar la salud de los operarios y,
además, es perjudicial para el medio ambiente.

5.1 Tipos de secado
Secado por frío o de refrigeración
Del aire disminuye por efecto de un agente refrigerante formándose condensado y
disminuyendo así el contenido de agua del aire.

Ilustración 41

Secador de absorción
La humedad es absorbida y se disuelve en una sustancia química. La sustancia
química es una solución salina a base de NaCl que se consume a razón de un kilogramo
de sal por cada 13 kg de condensado, por lo que debe reponerse constantemente.

Ilustración 42
Secadores de membrana
Están compuestos por un haz de fibras huecas permeables al vapor y que está
rodeada por aire seco derivado del aire que ya fue sometido al proceso de secado. El
secado se produce por la diferencia parcial de presión entre el aire húmedo en el interior
de las fibras huecas y el flujo en sentido contrario del aire seco.
Las fibras huecas son de material exento de silicona y están cubiertas de una ínfima
capa que forma la superficie de la membrana. Las membranas pueden ser porosas que
impiden el paso de agua y aceite y homogéneas que sólo permiten el paso del vapor de
agua. El aire de enjuague al proceder del proceso de secado representa un consumo
importante de aire que reduce el rendimiento del secador. Estos secadores se utilizan
preferentemente en tramos parciales de la red o en sus puntos finales.

Ilustración 43
Secado por adsorción
Las fuerzas moleculares inducen el enlace de las moléculas del gas o del vapor. El
agente secante es un gel que también se consume, aunque puede regenerarse.

Ilustración 44
Capítulo 6
6.1 Mantenimiento
Las condiciones defuncionamiento del compresor, como temperatura, presión,
velocidad, gas de proceso, etc., afectan directamente la vida operativa de los
componentes individuales del compresor y ,en última instancia, la vida útil del propio
compresor. Debido a muchas variables, no es posible proporcionar un programa
predeterminado de inspección, mantenimiento y reparación para cada uso. La
inspección del compresor puede llevar a realizar un mantenimiento general, o bien
generar la necesidad de reparar el compresor.

6.2 Establecimiento de un programa de mantenimiento preventivo
Un buen programa de mantenimiento debe establecer la inspección periódica del
compresor. La composición del gas, la temperatura de funcionamiento, la velocidad de
funcionamiento y la presión diferencial determinarán la extensión del mantenimiento
preventivo necesario.
41

Inspección cada 24 horas (diaria)

● Supervisar las condiciones de funcionamiento del compresor, como las
presiones y las temperaturas del gas de proceso, las temperaturas del
refrigerante, etc. Los cambios repentinos pueden ser indicio de un problema
dentro del compresor.
● Confirmar que las temperaturas de descarga del gas se encuentren dentro del
intervalo de funcionamiento previsto para el uso correspondiente.
● Drenar todos los puntos de acumulación de líquido del sistema de gas
(recipientes, líneas de control, piernas colectoras, tuberías de interconexión,
separadores, etc.).
● Verificar el nivel de aceite de la mirilla de la bomba lubricadora.
● Llenar el tanque de suministro de aceite del lubricador y confirmar que el
sistema de lubricación funcione de manera correcta.
● Verificar la presencia de fugas de refrigerante, aceite y gas en el compresor.
● Comprobar la presencia de cambios de color en la pintura, que pueden ser
indicio de exceso de calor.
● Verificar la presencia de equipo periférico suelto, como líneas de inyección de
aceite, líneas de refrigerante, tuberías de gas de proceso, instrumentación, etc.

Inspección cada 4000 horas (semestral)
● Seguir los procedimientos de mantenimiento preventivo enumerados en el
apartado "Inspección cada 24 horas (diaria)".
● Verificar la alineación del acoplamiento o la tensión de la banda.
● Evaluar si las paletas son aceptables para su reutilización.

Inspección cada 8000 horas (anual)
Desensamblar el compresor por completo e inspeccionar los siguientes elementos:
● Empaques y sellos.
● Anillos de sellado.
● Sello mecánico.
● Paletas.
● Rotor.
● Cojinetes.
● Tapas del cilindro.
● Cilindro.

Reemplazar los anillos de sellado, los empaques y los sellos al volver a ensamblar el
equipo.

Consejos para dar un mantenimiento base al compresor

Ilustración 45
43

Capítulo 7

Cálculo de la red de aire comprimido

Paso #1.
Determinar consumo específico de la red.
Hay que analizar cada consumo de las máquinas que se van a conectar a la red y las
presiones, la máquina que tenga la mayor presión, será la presión la cual debe de estar el
sistema. También hay que hacer un ajuste con los caudales, las presiones deben de ser
absoluta, entonces se debe de sumar 1 atmósfera.

𝑄2 = (
𝑃1
𝑃2
) ∗ (
𝑇2
𝑇1
) ∗ 𝑄1

Paso #2.
Hay que calcular el consumo de aire comprimido en los cilindros neumáticos.
Cilindro simple efecto 𝑄 = 𝑠 ∗ 𝑛 ∗ 𝑞
Cilindro doble efecto 𝑄 = 2(𝑠 ∗ 𝑛 ∗ 𝑞)

Donde
Q = Consumo de aire total en N L/min.
s = Carrera en centímetros.
n = Número de carreras por minuto.
q = Consumo de aire por centímetro de carrera en N Litros/ min.

Capítulo 8
La maqueta

Posterior a la investigación, la maqueta más viable se consideró de categoría
alternativo de pistón, esto, como consecuencia a las facilidades de la construcción de
esta con materiales caseros. La maqueta tuvo diversas evoluciones durante el transcurso
de su elaboración; ya que los integrantes del equipo no convivían lo suficientemente
cerca como para reunirse seguido, y por la falta de recursos en diversas casas de
reunión, se concluyó que la mejor manera de elaborar dicha maqueta, era llevando a
cabo diferentes propuestas, con el fin de que cada estudiante ideara de alguna manera la
solución ante la problemática que todo el equipo se estaba planteando en ese momento:
¿qué motor sería el más apto para la tarea?. El motor no debía de ser muy grande ni muy
pesado para no complicar el traslado, por otro lado, tampoco debía de ser muy pequeño
y sin el torque necesario como para no poder mover los pistones.
La idea inicial, era de construir un compresor de aire con dos pistones, sin embargo,
al final, esto no llegó a ocurrir.
La siguiente imagen demuestra una de las tres maquetas que se hicieron:

Ilustración 46
45

Como se puede apreciar en la imagen, la maqueta consta de una base, de un motor de
corriente alterna, de una sola jeringa (el pistón), y de la fuente. En sí, esa maqueta no
está terminada; el tanque de contención no se le instaló, y tampoco el otro pistón. El
motor, el cual fue el primero al que se acudió, no fue bastante fuerte para realizar el
trabajo deseado. Además, el esfuerzo sobrecalentaba el motor y el movimiento a la
jeringa. Una de las soluciones para solventar el calentamiento de la jeringa era
engrasarla, ello, hasta cierto punto, funcionó.
La segunda maqueta, que se fabricó simultáneamente a la primera, utilizó un motor
más potente, un motor de licuadora para ser más directo. Aunque tal motor si era capaz
de mover el pistón, más bien, sobrepasaba los requerimientos de velocidad, y como
consecuencia, la maqueta vibraba en exceso y descontroladamente.
En la siguiente imagen se puede apreciar la maqueta:

La maqueta del motor de licuadora, fue instalada en cuatro tornillos de buena
longitud y diámetro, y estos a su vez, en una base de madera. La causa de que el motor
vibrara tanto, se debía la faltante de un contra peso en el cilindro giratorio, el cual, se
añadió en la última y tercera maqueta de la siguiente imagen:
Ilustración 47
46

Ilustración 48
Manteniendo la base de la segunda maqueta, se acopló un motor de un ventilador
para interiores que poseía un disco hueco y pesado que proporcionaba un mayor control
del movimiento, y aprendido de la maqueta anterior, se le instaló un contrapaso al
mismo, y con esto, el problema quedó solucionado. La maqueta se constituye por un
motor de interiores, por una base de madera y cuatro tornillos, de un inflador de
bicicleta (el pistón) y de un tanque de almacenamiento.
El motor es de corriente alterna, y posee tres diferentes velocidades con diferentes
potencias.
En fin, la maqueta evidencia el éxito de los objetivos redactados y de la descripción
del proyecto, ya que la misma, en una de las pruebas que se le aplicaron, infló un globo
más allá de los parámetros cavilados, y para concluir su eficiencia, se le aplicaron
también otras pruebas, como por ejemplo: inflar un neumático de bicicleta.
Por cuestiones de tiempo, y al ser solo una representación de un verdadero
compresor de aire, la maqueta no consigna de otros accesorios presentados en el marco
teórico, como sería el caso de un filtro, secado del aire, y entre otros.

Conclusiones
• La maqueta final es capaz de comprimir el aire requerido para inflar un globo
a su 50%.
• La investigación fungió un papel de importancia en la escogencia y
entendimiento del funcionamiento de la maqueta.
• La reiteración y corrección de los errores a través de las diversas maquetas
concretadas,

Investigacion-enfocada-en-los-compresores-de-aire

Biológicas / Saúde

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