Aire comprimido

aire bajo una presión superior a la atmosférica

Este artículo trata sobre el aire a presión. Para recipientes comercializados incorrectamente como "aire comprimido", consulte Plumero de gas .

El aire comprimido es aire mantenido a una presión mayor que la presión atmosférica . El aire comprimido es un medio importante para la transferencia de energía en los procesos industriales, y se usa para herramientas eléctricas como martillos neumáticos , taladros , llaves y otros, así como para atomizar pintura, operar cilindros de aire para automatización, y también se puede usar para propulsar vehículos. Los frenos aplicados por aire comprimido hicieron que los grandes trenes ferroviarios fueran más seguros y más eficientes de operar. Los frenos de aire comprimido también se encuentran en vehículos grandes de carretera.

Los buzos submarinos utilizan aire comprimido como gas respirable . El buceador puede llevarlo en un cilindro de buceo de alta presión , o puede ser suministrado desde la superficie a una presión más baja a través de una línea de aire o el cordón umbilical del buzo . ^[1] Se utilizan disposiciones similares en los aparatos respiratorios que utilizan los bomberos, los trabajadores de rescate en minas y los trabajadores industriales en atmósferas peligrosas.

En Europa, el 10 por ciento de todo el consumo de electricidad industrial es para producir aire comprimido, lo que equivale a un consumo de 80 teravatios hora al año. ^{[2] [3]}

Historia

El uso industrial de aire comprimido entubado para la transmisión de energía se desarrolló a mediados del siglo XIX; a diferencia del vapor , el aire comprimido se puede canalizar a largas distancias sin perder presión debido a la condensación. Una de las primeras aplicaciones importantes del aire comprimido fue la perforación del túnel 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 , aumentando la productividad en gran medida 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 instaló un sistema de tuberías para la distribución municipal de aire comprimido para alimentar máquinas y para operar generadores de iluminación. Los primeros compresores de aire funcionaban con vapor, pero en ciertos lugares un trampantojo 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 continuamente para cumplir con los requisitos, como en el buceo desde superficie . El aire para respirar debe estar libre de aceite y otros contaminantes; El monóxido de carbono, por ejemplo, en trazas de fracciones volumétricas que podrían no ser peligrosas a una presión atmosférica normal, puede tener efectos mortales al respirar aire presurizado debido a una presión parcial proporcionalmente más alta . Los compresores de aire, los filtros y los sistemas de suministro destinados a respirar aire 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 ingrese al fondo abierto del recinto llenándolo con aire a presión. Ya en el siglo XVII se sabía que los trabajadores de las campanas de buceo experimentaban dificultad para respirar y corrían el riesgo de asfixia, aliviados por la liberación de aire fresco en la campana. Estos trabajadores también experimentaron dolor y otros síntomas al regresar a la superficie, ya que se alivió la presión. Denis Papinsugirió en 1691 que el tiempo de trabajo en una campana de buceo podría extenderse si el aire fresco de la superficie fuera continuamente forzado bajo presión hacia la campana. En el siglo XIX, los cajones se usaban regularmente en la construcción civil, pero los trabajadores experimentaron síntomas graves, a veces fatales, al regresar a la superficie, un síndrome llamado enfermedad de cajón o enfermedad por descompresión . Muchos trabajadores murieron por la enfermedad en proyectos como el Puente de Brooklyn y el Puente de Eads y no fue hasta la década de 1890 que se entendió que los trabajadores debían descomprimirse lentamente, para evitar la formación de peligrosas burbujas en los tejidos. ^[7]

El aire a presión moderadamente alta, como el que se usa cuando se bucea por debajo de los 20 metros (70 pies), tiene un efecto narcótico creciente en el sistema nervioso. La narcosis por nitrógeno es un peligro al bucear. Para bucear mucho más allá de los 30 metros (100 pies), es menos seguro usar aire solo y a menudo se usan mezclas respiratorias especiales que contienen helio. ^[8]

Usos del aire comprimido

Estación de compresor de aire en una planta de energía

En la industria, el aire comprimido se usa tan ampliamente que a menudo se lo considera como 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 cuando se evalúa por unidad de energía suministrada. ^[9]

Ilustración técnica del compresor de aire portátil de una etapa

Compresor de aire de dos etapas montado en un tanque horizontal y equipado con un secador de aire comprimido refrigerado tipo Joule-Thompson (JT)

El aire comprimido se usa para muchos propósitos, que incluyen:

• Neumática , el uso de gases a presión para realizar el trabajo
  • Poste neumático , que utiliza cápsulas para mover papel y pequeños productos a través de tubos.
  • Herramientas de aire
  • Sistemas de control HVAC
  • pintura con pistola
• Propulsión del vehículo ( ver vehículo de aire comprimido )
• Almacenamiento de energía ( ver almacenamiento de energía de aire comprimido )
• Frenos de aire, que incluyen:
  • sistemas de frenado ferroviario
  • sistemas de frenado de vehículos de carretera
• Buceo submarino , para respirar , para inflar dispositivos compensadores de flotabilidad y bolsas de elevación , y para dragado de transporte aéreo.
• Refrigeración mediante tubo de vórtice
• Sistemas de arranque neumático en motores
• Propulsión de municiones en:
  • Armas de aire
  • Equipo de airsoft
  • Equipo de paintball
• Limpieza de polvo y escombros pequeños en espacios reducidos
• Granallado abrasivo para eliminar productos y recubrimientos corrosivos
• Moldeo por inyección
• Aerografía utilizada por ferroviarios a escala y otros aficionados para pintar y meteorizar coches, barcos, aviones y trenes.
• Tapado y fermentación de alimentos y bebidas ^[10]
• El aire comprimido de Lysefjorden / Preikestolen (Noruega) se vende en latas, principalmente a China. ^[11]

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

El enfriamiento del aire a medida que sale del compresor eliminará la mayor parte de la humedad antes de que entre en la tubería. El posenfriador, los tanques de almacenamiento, etc. pueden ayudar a que el aire comprimido se enfríe a 104 ° F; dos tercios del agua se vuelven líquidas. ^[dieciséis]

La gestión de la humedad excesiva es un requisito de un sistema de distribución de aire comprimido. Los diseñadores de sistemas 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 salga. Los grifos de los cabezales de las tuberías se pueden colocar en la parte superior de las tuberías, de modo que la humedad no se transfiera a los equipos de alimentación de las ramas de las tuberías. ^[17] Los tamaños de las tuberías se seleccionan para evitar una pérdida excesiva de energía en el sistema de tuberías debido al exceso de velocidad en las tuberías rectas en los momentos de máxima demanda, ^[18] o debido a la turbulencia en los accesorios de las tuberías. ^[19]

Ver también

• Compresor de aire  - Máquina para presurizar aire
• Presurización de la cabina  : proceso para mantener la presión del aire interno en la aeronave
• Secador de aire comprimido  : sistemas de filtrado para reducir la humedad del aire comprimido
• Compresor  - Máquina para aumentar la presión del gas reduciendo su volumen.
• Espolvoreador de gas  : producto que se usa para limpiar o quitar el polvo de dispositivos sensibles que no se pueden limpiar con agua (generalmente usan fluorocarbonos, pero algunos usan aire comprimido).
• Compresor de tornillo rotativo: compresor de  gas que utiliza un mecanismo rotativo de desplazamiento positivo

Notas

1. US Navy (1 de diciembre de 2016). Revisión 7 del manual de buceo de la Marina de los EE. UU. SS521-AG-PRO-010 0910-LP-115-1921 (PDF) . Washington, DC: Comando de Sistemas Marítimos Navales de EE. UU. Archivado (PDF) desde el 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 del sistema 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 , p. 1294 
5. Peter Darling (ed.), SME Mining Engineering Handbook, Sociedad de la tercera edición para la minería, la metalurgia y la exploración (EE. UU.) 2011, ISBN 0873352645 , p. 705 
6. Supervisor de buceo de la Marina de los Estados Unidos (2008). Manual de buceo de la Marina de los EE. UU. (PDF) . SS521-AG-PRO-010, revisión 6. Comando de Sistemas Marítimos Navales de 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 de Caisson HK 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 (5ª 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 - Trabajar con aire comprimido - CAGI - Instituto de gas y aire comprimido" . www.cagi.org . Archivado desde el original el 28 de enero de 2017 . Consultado el 12 de enero de 2017 .
11. "Selger cacheo luft fra Preikestolen på 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 el calor ... Su sala de compresores no" . Puntas de aire comprimido de la tienda Kaeser Talks . 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 al 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 los 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 la Wayback Machine.
18. "Servicios de planta (colección 2005 - 2006)" Eliminar al Sr. Tee " " . pag. 5. Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2013.
19. Merritt, Rich (mayo de 2005). "Los 10 principales objetivos de una auditoría de aire comprimido" (PDF) . Revista Plant Services . pag. 31. Archivado desde el original (PDF) el 21 de diciembre de 2016.

enlaces externos

• Medios relacionados con el aire comprimido en Wikimedia Commons