CÁLCULO DE LOS PASOS, TEMPERATURA DE DESCARGA Y POTENCIA PARA UN COMPRESOR CON CILINDRO DE SIMPLE ACCIÓN

En esta sección se determinará la potencia del motor que hará posible el accionamiento del actuador. En este caso se requieren como datos la presión de salida o llamada también presión de descarga, la presión de entrada o presión atmosférica, la temperatura de entrada al compresor y la relación de compresión, así como los pasos de compresión del compresor. (19)

Etapas o escalones del compresor. 

En principio, cualquier compresor tanto de 1 paso, 2 ó más pasos puede usarse para activar el sistema dado, sin embargo, se hace necesario conocer el número de pasos necesarios que moverán al sistema. La relación 3.7. nos proporciona el importante valor m, llamado número de pasos.

La presión de descarga del compresor, calculado calculada con anterioridad, tiene un valor de 8.954 Kg/cm2 , que es muy grande para ser conseguida en una sola compresión, elegimos por tal motivo un compresor, de al menos 2 pasos o etapas. Calculemos entonces el número de pasos del compresor, tomando como primera presión de salida un valor de 2.00 Kg F / cm2 , lo cual es ejecutable para cualquier émbolo de compresor comercial.

La presión de entada al primer escalón o etapa y la presión local son idénticas. Substituimos datos en la ecuación 3.7. quedando:

Consecuentemente se toma el valor de m, aproximándolo, igual 3. Esto significa que el compresor será un compresor multietápico con tres pasos o etapas. La compresión será escalonada.

Temperatura de descarga. 

Primera etapa o escalón. 

En primer término calculamos la eficiencia volumétrica teniendo como parámetros importantes las condiciones iniciales del sistema, tales como temperatura absoluta a la entrada, relación de temperaturas, y relación de presiones.

Donde: T C = Temperatura crítica absoluta, temperatura por encima de la cual un gas no se licua a pesar de cualquier incremento en la presión = -140.56 o C

T1 = Temperatura de entrada (al compresor) absoluta. ( o K ) 

T r = Temperatura reducida, número adimensional

se consigue que, al cruzar los valores de la presión reducida con valor de 3.51 ( eje X u horizontal ) con la curva de temperatura reducida con valor de 2.19 se tiene el factor de compresibilidad Z1 (Ver “Factor de compresibilidad” en Anexo C en página 152.):

Z 1 = 0.97

En segundo término calculamos la temperatura de descarga para obtener el factor de compresibilidad Z2 en la descarga en la primera etapa o escalón del compresor; así la relación de compresión en la primera etapa es:

Substituyendo datos en la ecuación 3.12:

se consigue que Z2 es (Ver “Factor de compresibilidad” en Anexo C en página 152 y 153.)

Z 2 = 1.05 

La relación de factores de compresibilidad es 

f = Z 2 / Z 1 . f = 1.05 / 0.97 = 1.08247 

La eficiencia volumétrica se determina con la ecuación 3.14

En tercer término se calcula la velocidad del pistón usando la carrera del pistón y las revoluciones por minuto con la relación 3.16.

La velocidad del pistón no excede la velocidad recomendada en la norma(16), que es de 3.556 m/s ( 700 pies / min ), lo cual es un indicador para comprobar que se ha procedido justamente, tanto al elegir datos comerciales, como de aplicar correctamente el método.

Cálculo de la potencia del motor. 

La potencia requerida por el motor es calculada por la relación 3.17.

el valor promedio del rendimiento entre 75-88%, el cual debe ser afectado por 0.95, ya que el compresor será accionado por motor eléctrico.

Los resultados de las etapas 2 y 3 se presentan resumidos en la tabla 3. 4. (ver pág. 90) 

El motor eléctrico es el más usual como máquina motriz para compresores, en relación al motor como máquina motriz, se recomienda el uso de motores de inducción tipo jaula de ardilla, siempre y cuando se tenga un rango de 0 a 50 kW, y se cae en un rango mayor de 50 kW deben usarse motores síncronos. (Ver “Selección del motor eléctrico” en Anexo D en página 154.)

SELECCIÓN DEL ACTUADOR. 

Seleccionar el actuador implica conocer la fuerza de trabajo, tanto como la presión de trabajo. Supondremos una carrera del cilindro de 150 mm. Nos interesa conocer el diámetro del cilindro, vástago normal o reforzado. (ver diagrama Núm. 5). El diagrama Núm. 5 es un diagrama por medio del es un diagrama por medio del cual se puede seleccionar el actuador indicado si sabemos la fuerza de compresión y la presión de trabajo, los pasos a seguir para selecciona r el actuador se mencionan en el párrafo siguiente. (20) 

Como primer paso debe buscarse la intersección de 965.1 Kg F ó 965.1 Kp con la presión 8.8 bar ( 8.954 Kg F / cm2 ). Leer diámetro del émbolo inmediato superior = 140 mm de diámetro. Como segundo paso tenemos que buscar el punto de intersección de 965.1 Kp con el diámetro del émbolo seleccionado; presión de trabajo a ajustar = 7.8 bar. 

Como tercer paso se tiene lo siguiente: los puntos de intersección de líneas para el diámetro están marcadas así, N = ejecución normal, S1 = vástago reforzado. Por el punto de intersección 965.1 Kp con el diámetro del vástago 32 mm se tiene que la carrera del pistón máxima admisible es de 750 mm, carrera que rebasa la carrera necesaria, que en nuestro caso es de 150mm. Este será por tanto nuestro cilindro correcto, con amortiguación y de doble efecto.

CÁLCULO DEL TAMAÑO DE LA VÁLVULA. 

En este apartado se calcula el diámetro de la válvula 3 / 2 a través de la cual transitará el flujo de aire comprimido . La relación siguiente, dada por el fabricante, involucra la presión de trabajo, el caudal de aire, la temperatura absoluta, además se asocia con el área del puerto de entrada a la válvula.(21)

despejando S se tiene:

Comercialmente puede usarse el diámetro (en pulgadas) de 1 / 4” o bien el diámetro 3 / 8” . En este caso se ha elegido el diámetro de 3 / 8” como el diámetro del orificio o puerto de entrada a la válvula. Por otro lado, se ha elegido una válvula 4 / 2 ( o indistintamente puede ser usada una válvula 5 / 2 ) para pilotear el cilindro, ya que se trata de un cilindro de doble efecto; siempre que se tenga un cilindro de doble efecto, debe pilotearse o recibir la señal de conmutación de una válvula como las mencionadas anteriormente.

BIBLIOGRAFÍA 

1.- www.conacyt.com.mx (pagina web de la Comisión Nacional de la Ciencia y Tecnología). 

2.- Indicadores de actividades científicas y tecnológicas. (Boletín informativo anual) Editorial. SEP-CONACYT México 1998 . 

3.- www.t1msn.com 

4.- Enciclopedia Moderna Larousse Volumen # 8 1998. 

5.- Enciclopedia Técnica McGraw Hill Volumen # 2 1999. 

6.- Procesos de Manufactura ( Versión SI ) Autores: B. H. Amstead / Ph. F. Ostwald / m. l. Begeman Editorial: C.E.C.S.A. 1990. 

7.- Procesos para Ingenieria de Manufactura Autor: Leo Alting Editorial. AlfaOmega. 

8.- Periódico “Reforma”, www.reforma.com Año 10 Número 3356, primera sección primera plana Sábado 22 de Febrero 2003 

9.- Elementos de Máquinas Autores: V. Dobrovolski / K. Zablonski / A. Radchik / L. Erlij. Editorial: Mir 1980. 

10.- Anuario de Producción Económica Editorial I.N.E.G.I. 2000. 

11.- Anuario de Producción Económica Editorial I.N.E.G.I. 2000. 

12.- Indicadores de actividades científicas y tecnológicas. (Boletín informativo anual) Editorial. SEP-CONACYT México 1998. 

13.- Diccionario de Física Larousse 2001. 

14.- www.sapiens.itgo.com 

15.- Manual del Ingeniero Mecánico Autor: Hütte. Editorial: Reverte 1985. 

16.- Manual de Compresores Autor: Richard w. Greene McGraw Hill 1999. 

17.- Manual de Compresores Autor: Richard w. Greene McGraw Hill 1999. 

18.- Manual de Compresores Autor: Richard w. Greene McGraw Hill 1999. 

19.- Compressors Selection and Sizing Autor: Royce N. Brown Editorial: Gulf 1997. 

20.- Apuntes de Neumática Avanzada Compañía SMC, International Training 2000. 

21.- Dispositivos Neumáticos Autores: W. Deppert / K. Stoll Editorial Alfaomega-marcombo 2000. 

22.- Introducción al Estudio del Elemento Finito en Ingenieria Autores: Chandrupatla / Belegunda Editorial: Prentice-Hall / Pearson. 

23.- Enciclopedia Barsa Tomo # 3 Cuerpo de Redacción de la Enciclopedia Británica. Edición 2000. 

24.- Problemas resueltos con autómatas programables Autores: Romera / Lorite y Montoro Editorial: Paraninfo 1995. 

25.- Enciclopedia Barsa Tomo # 3 Cuerpo de Redacción de la Enciclopedia Británica. Edición 2000. 26.- Wiring Manual Automation and Power distribution Autores: Company Moller 1st edition oct. 1997. 

27.- Dispositivos Neumáticos Autores: W. Deppert / K. Stoll Editorial Alfaomega-marcombo 2000. 

28.- Termodinámica Tomo I Yunus A Ҫengel / Michell A: Boles. McGraw Hill 1995. 

29.- Selección y Aplicación de Motores Eléctricos J. Roldan Viloria. Editorial Alfaomega 2000. 

30.- Termodinámica técnica Autores: V.A. Kirillin / V. V. Sichev / A. E. Sheindlin Editorial Mir