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Aire comprimido

El aire comprimido es aire que se mantiene bajo una presión mayor que la presión atmosférica . El aire comprimido en los neumáticos y amortiguadores de los vehículos se utiliza comúnmente para mejorar la tracción y reducir la vibración. El aire comprimido es un medio importante para la transferencia de energía en los procesos industriales y se utiliza para herramientas eléctricas como martillos neumáticos , taladros , llaves inglesas y otros, así como para atomizar pintura, para operar cilindros de aire para automatización y también se puede utilizar para propulsar vehículos. Los frenos aplicados por aire comprimido hicieron que los grandes trenes ferroviarios fueran más seguros y eficientes de operar. Los frenos de aire comprimido también se encuentran en grandes vehículos de carretera.

El aire comprimido se utiliza como gas respirable para los buceadores . El buceador puede llevarlo en un cilindro de buceo de alta presión o suministrarlo desde la superficie a una presión más baja a través de una línea de aire o del cordón umbilical del buceador . [1] Se utilizan dispositivos similares en los aparatos respiratorios que utilizan los bomberos, los trabajadores de rescate minero y los trabajadores industriales en atmósferas peligrosas.

En Europa, el 10 por ciento del consumo total de electricidad industrial se destina a la producción de aire comprimido, lo que equivale a un consumo de 80 teravatios hora al año. [2] [3]

El uso industrial del aire comprimido por tuberías para la transmisión de energía se desarrolló a mediados del siglo XIX; a diferencia del vapor , el aire comprimido podía transportarse por tuberías a grandes distancias sin perder presión debido a la condensación. Una de las primeras aplicaciones importantes del aire comprimido fue la perforación del túnel de Mont Cenis en Italia y Francia en 1861, donde una planta de aire comprimido de 600 kPa (87 psi) proporcionó energía a los taladros neumáticos , lo que aumentó enormemente la productividad con respecto a los métodos de perforación manual anteriores. Los taladros de aire comprimido se aplicaron en las minas de los Estados Unidos en la década de 1870. George Westinghouse inventó los frenos de aire para trenes a partir de 1869; estos frenos mejoraron considerablemente la seguridad de las operaciones ferroviarias. [4] En el siglo XIX, París tenía un sistema de tuberías instalado para la distribución municipal de aire comprimido para alimentar máquinas y operar generadores para iluminación. Los primeros compresores de aire funcionaban con vapor, pero en ciertos lugares un trompe podía obtener aire comprimido directamente de la fuerza del agua que caía. [5]

Respiración

El aire para respirar puede almacenarse a alta presión y liberarse gradualmente cuando sea necesario, como en el buceo , o producirse de forma continua para satisfacer las necesidades, como en el buceo con suministro desde la superficie . El aire para respirar debe estar libre de aceite y otros contaminantes; el monóxido de carbono, por ejemplo, en fracciones volumétricas traza que podrían no ser peligrosas a presión atmosférica normal pueden tener efectos mortales cuando se respira aire presurizado debido a una presión parcial proporcionalmente mayor . Los compresores de aire, filtros y sistemas de suministro destinados al aire respirable generalmente no se utilizan también para herramientas neumáticas u otros fines, ya que los requisitos de calidad del aire difieren. [6]

Los trabajadores que construyen los cimientos de puentes u otras estructuras pueden estar trabajando en un recinto presurizado llamado cajón , donde se evita que el agua entre en el fondo abierto del recinto llenándolo con aire a presión. Ya en el siglo XVII se sabía que los trabajadores con campanas de buceo experimentaban falta de aire y riesgo de asfixia, que se aliviaban con la liberación de aire fresco en la campana. Estos trabajadores también experimentaban dolor y otros síntomas al regresar a la superficie, ya que se aliviaba la presión. Denis Papin sugirió en 1691 que el tiempo de trabajo en una campana de buceo podría extenderse si se forzaba continuamente aire fresco de la superficie bajo presión en la campana. En el siglo XIX, los cajones se usaban regularmente en la construcción civil, pero los trabajadores experimentaban síntomas graves, a veces fatales, al regresar a la superficie, un síndrome llamado enfermedad del cajón o enfermedad por descompresión . Muchos trabajadores murieron a causa de la enfermedad en proyectos como el Puente de Brooklyn y el Puente Eads y no fue hasta la década de 1890 que se comprendió que los trabajadores debían descomprimirse lentamente, para evitar la formación de burbujas peligrosas en los tejidos. [7]

El aire bajo una presión moderadamente alta, como el que se utiliza para bucear a menos de 20 metros (70 pies), tiene un efecto narcótico cada vez mayor sobre el sistema nervioso. La narcosis por nitrógeno es un peligro durante el buceo. Para bucear a más de 30 metros (100 pies), es menos seguro utilizar solo aire y a menudo se utilizan mezclas especiales para respirar que contienen helio. [8]

Usos

Estación de compresión de aire en una central eléctrica

En la industria, el aire comprimido se utiliza tan ampliamente que a menudo se lo considera el cuarto servicio público, después de la electricidad, el gas natural y el agua. Sin embargo, el aire comprimido es más caro que los otros tres servicios públicos si se evalúa en función de la energía suministrada por unidad. [9]

Ilustración técnica de un compresor de aire portátil de una sola etapa
Compresor de aire de dos etapas montado sobre un tanque horizontal y equipado con un secador de aire comprimido refrigerado tipo Joule-Thomson (JT)

El aire comprimido se utiliza para muchos fines, entre ellos:

Diseño de sistemas

Las salas de compresores deben diseñarse con sistemas de ventilación para eliminar el calor residual producido por los compresores. [12]

Eliminación de vapor de agua y aceite

Cuando el aire a presión atmosférica se comprime, contiene mucho más vapor de agua del que puede contener el aire a alta presión. La humedad relativa está determinada por las propiedades del agua y no se ve afectada por la presión del aire. [13] Una vez que el aire comprimido se enfría, el agua vaporizada se convierte en agua licuada. [14] [15]

Al enfriar el aire cuando sale del compresor, se eliminará la mayor parte de la humedad antes de que ingrese a las tuberías. El posenfriador, los tanques de almacenamiento, etc. pueden ayudar a que el aire comprimido se enfríe a 104 °F; dos tercios del agua luego se convierte en líquido. [16]

El control del exceso de humedad es un requisito de un sistema de distribución de aire comprimido. Los diseñadores del sistema deben asegurarse de que las tuberías mantengan una pendiente para evitar la acumulación de humedad en las partes bajas del sistema de tuberías. Se pueden instalar válvulas de drenaje en varios puntos de un sistema grande para permitir que el agua atrapada se expulse. Los grifos de los colectores de tuberías se pueden colocar en la parte superior de las tuberías, de modo que la humedad no se traslade a las ramas de las tuberías que alimentan el equipo. [17] Los tamaños de las tuberías se seleccionan para evitar la pérdida excesiva de energía en el sistema de tuberías debido al exceso de velocidad en las tuberías rectas en momentos de demanda máxima, [18] o debido a la turbulencia en los accesorios de las tuberías. [19]

Véase también

Notas

  1. ^ US Navy (1 de diciembre de 2016). Manual de buceo de la Marina de los EE. UU. Revisión 7 SS521-AG-PRO-010 0910-LP-115-1921 (PDF) . Washington, DC.: Comando de sistemas marítimos de la Armada de los EE. UU. Archivado (PDF) del original el 28 de diciembre de 2016.
  2. ^ Leino, Raili (24 de febrero de 2009). "Paineilma hukkaa 15 hiilivoimalan tuotannon" (en finlandés). Archivado desde el original el 17 de julio de 2011 . Consultado el 24 de febrero de 2009 .
  3. ^ "Auditorías de sistemas de aire comprimido y resultados de evaluación comparativa de la campaña alemana de aire comprimido "Druckluft effizient"" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 24 de diciembre de 2011.
  4. ^ Lance Day, Ian McNeil (ed.), Diccionario biográfico de la historia de la tecnología , Routledge, 2002, ISBN 1134650205 , pág. 1294 
  5. ^ Peter Darling (ed.), Manual de ingeniería minera para SME, tercera edición, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration (EE. UU.) 2011, ISBN 0873352645 , pág. 705 
  6. ^ Supervisor de buceo de la Armada de los EE. UU. (2008). Manual de buceo de la Armada de los EE. UU. (PDF) . SS521-AG-PRO-010, revisión 6. Comando de sistemas marítimos de la Armada de los EE. UU. Archivado desde el original (PDF) el 10 de diciembre de 2014. Consultado el 21 de enero de 2014 .
  7. ^ E. Hugh Snell, Enfermedad del aire comprimido o la llamada enfermedad del cajón H. K. Lewis , 1896 págs.
  8. ^ Bennett, Peter; Rostain, Jean Claude (2003). "Narcosis por gas inerte". En Brubakk, Alf O; Neuman, Tom S (eds.). Fisiología y medicina del buceo de Bennett y Elliott (5.ª ed.). Estados Unidos: Saunders. ISBN 0-7020-2571-2.OCLC 51607923  .
  9. ^ Yuan, C., Zhang, T., Rangarajan, A., Dornfeld, D., Ziemba, B. y Whitbeck, R. “Un análisis basado en decisiones de los patrones de uso de aire comprimido en la fabricación de automóviles”, Journal of Manufacturing Systems, 25 (4), 2006, págs. 293-300
  10. ^ "Aplicaciones - Trabajo con aire comprimido - CAGI - Instituto de aire comprimido y gas" www.cagi.org . Archivado desde el original el 28 de enero de 2017 . Consultado el 12 de enero de 2017 .
  11. ^ "Selger frisk luft fra Preikestolen en eBay". Stavanger Aftenblad (en noruego). Archivado desde el original el 18 de agosto de 2016 . Consultado el 15 de agosto de 2016 .
  12. ^ "A algunos les gusta caliente... la sala de compresores no". Consejos sobre aire comprimido de Kaeser Talks Shop . 5 de mayo de 2015. Archivado desde el original el 13 de enero de 2017. Consultado el 12 de enero de 2017 .
  13. ^ Fluid-Aire Dynamics, Inc. | Humedad relativa frente a punto de rocío en sistemas de aire comprimido
  14. ^ Compresor Quincy
  15. ^ Atlas Copco | ¿Cómo puede el agua dañar mi sistema de aire comprimido?
  16. ^ Compresores Quincy | Todo sobre sistemas de tuberías de aire comprimido
  17. ^ TUBERÍA DE ENTRADA DEL COMPRESOR por Hank van Ormer, Air Power USA, Compressed Air Best Practices, 06/2012 Página 26, columna 2, Nota 12. Archivado el 10 de septiembre de 2015 en Wayback Machine.
  18. ^ "Servicios de planta (Colección 2005-2006) "Elimina al Sr. Tee"". pág. 5. Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2013.
  19. ^ Merritt, Rich (mayo de 2005). "Los 10 objetivos principales de una auditoría de aire comprimido" (PDF) . Revista Plant Services . pág. 31. Archivado desde el original (PDF) el 21 de diciembre de 2016.

Enlaces externos