Cap. 7: Equipo para Bombeo de Gases

Equipo para Bombeo de Gases

I) Introducción:

• Los ventiladores, sopladores y compresores se utilizan para incrementar la presión y generar el flujo de aire y otros gases en un sistema de flujo de gas. Su función es similar a la de las bombas en un sistema de flujo de líquido.
• Algunos de los principios para el flujo de líquidos y la aplicación de las bombas pueden aplicarse también en el flujo de gases. Sin embargo, la compresibilidad de los gases provoca algunas diferencias importantes.

II) Conceptos:

Presiones y Velocidades de Flujo de Gas.

• La velocidad de flujo de aire u otros gases se expresa con frecuencia en pie^3/min, abreviado cfm. Las velocidades se reportan típicamente en pies/min. Aunque estas no son las unidades estándar en el Sistema Británico de Unidades, son adecuadas en el rango de los flujos que típicamente se encuentran en aplicaciones industriales, comerciales y residenciales.
• Las presiones pueden medirse en lb/pulg^2 en el Sistema Británico de Unidades cuando se encuentran valores de presión relativamente grandes. Sin embargo, en la mayoría de los sistemas que manejan aire, las presiones son pequeñas y se miden en pulgadas de agua. Esta unidad se deriva de la práctica de utilizar un tubo "pitot" y manómetro de agua para medir la presión en ductos.

III) Clasificación de Ventiladores, Sopladores y Compresores:

• Los ventiladores, sopladores y compresores se utilizan para aumentar la presión del aire y mover éste u otros gases. Las diferencias básicas entre ellos se hallan en sus formas y las presiones que pueden desarrollar gracias a ese diseño.

- Un ventilador se diseña para operar contra presiones estáticas pequeñas, hasta 2 lb/pulg^2 (13,8 kPa). Pero las presiones típicas de operación para ventiladores son desde o hasta 6 pulg. de agua.

• A presiones desde 2 lb/pulg^2 hasta aproximadamente 10 lb/pulg^2 (69 kPa), el dispositivo que genera el movimiento de gas se le llama soplador.
• Para desarrollar altas presiones, tan altas como algunos miles de lb/pulg^2, se utilizan compresores.

Soplador semi-autómatica

de aire caliente

IV) Flujo de Aire Comprimido y otros Gases:

• Muchas industrias utilizan aire comprimido en sistemas de alimentación de fluidos para proveer de potencia al equipo de producción, a dispositivos para el manejo del material, y a máquinas de automatización.
• La presión de operación común para tales sistemas está en el rango de 60 hasta 125 lb/pulg^2 relativas (414 hasta 862 kPa).

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

1. Deberán tomarse en cuenta los cambios correspondientes en el peso específico del aire.
2. Si el cambio en presión es menor de aproximadamente el 10% de la presión de entrada, las variaciones en el peso específico tendrán efectos despreciables.
3. Cuando la caída de presión se encuentra entre el 10% y 40% de la presión de entrada, podemos utilizar el promedio del peso específico para las conducciones de entrada y salida para producir resultados con exactitud razonable.
4. Cuando el cambio de presión predecible es mayor al 40% deberá volver a diseñar el sistema o consultar otras referencias.

Propiedades y Parámetros para el Flujo de Aire Comprimido

• Densidad del aire.- La densidad para cualquiera de las condiciones de presión y temperatura pueden calcularse de la ley  de los gases ideales de la termodinámica.
•  Velocidades de flujo para líneas de aire comprimido.- Los valores dados a equipos que se utilizan para comprimir aire y para compresores que entregan aire se proporcionan en términos de aire libre, llamados en algunas ocasiones entrega de aire libre.

Selección del Tamaño de Tubería

1. Caída de presión
2.  Requerimiento de potencia en el compresor
3. Costo de tubería
4. Costo de un compresor
5. Costos de instalación
6. Espacio requerido
7. Expansión futura
8. Ruido 

• Es evidente que no existe un tamaño de tubería óptimo para cada instalación y el diseñador deberá evaluar el funcionamiento total de algunos de los tamaños antes de realizar la especificación final. Como ayuda para iniciar el proceso, la tabla1 en-lista algunos tamaños sugeridos.  

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

 V) Flujo de Aire en Ductos:

• Los sistemas de ventilación y aire acondicionado distribuyen el aire a través de ductos a relativamente baja presión.
• Los ventiladores o sopladores que son responsables del movimiento del aire pueden describirse como dispositivos de alto volumen y baja presión.
• Se requiere un conocimiento de las presiones en el sistema de ductos para adoptar en forma apropiada un ventilador a un sistema dado, para asegurar la entrega de energía de una cantidad adecuada de aire, para equilibrar el flujo en varias partes del sistema.
• Dos tipos de pérdida de energía en sistemas de ductos provocan que la presión disminuya a lo largo de la trayectoria del flujo.
• Las pérdidas por fricción pueden estimarse utilizando la ecuación de Darcy. Si embargo, se han preparado tablas por parte de la American Society of Heating, Refrigering and Air-Conditioning Engineers para las condiciones típicas encontradas en el diseño de ductos.

Sistema de Ventilación Industrial

• Aunque con frecuencia se usan los ductos circulares para distribuir aire a través de sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, es en general, más conveniente utilizar ductos debido a las limitaciones de espacio, en particular sobre techos.