Trabajo de Grado - Diagnóstico y Rediseño...

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DIAGNÓSTICO Y REDISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDO

SERVICIOS AUXILIARES C/M CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE GUATAPÉ

EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN

JUAN CARLOS VELÁSQUEZ BEDOYA

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

MEDELLÍN

2009



2

DIAGNÓSTICO Y REDISEÑO DE LA RED DE AIRE COMPRIMIDOSERVICIOS AUXILIARES C/M CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE GUATAPÉ

EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN

Presentado por:


Trabajo realizado en el semestre de práctica como requisito parcial para optar al

título de INGENIERO MECÁNICO

Asesor

SERGIO AGUDELO FLÓREZ

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

MEDELLÍN

2009



3

PAGINA DE ACEPTACIÓN

---------------------------------------------------------

ING. GABRIEL JAIME ESCUDERO A.

Tutor Empresas Públicas de Medellín

---------------------------------------------------------

ING. SERGIO AGUDELO FLÓREZ

Asesor Universidad de Antioquia

---------------------------------------------------------


Est. Ingeniería Mecánica

Medellín, Diciembre de 2009.



4

DEDICATORIA

Dedico este trabajo de grado a mi familia, en especial, a mis padres y

hermanos, quienes me han acompañado a lo largo de mi formación académica

y profesional, y a la vez me han ofrecido un apoyo incondicional en los distintos

objetivos que me he trazado.

A ellos, pues, dedico el fruto de este esfuerzo.



5

AGRADECIMIENTOS

Agradezco inicialmente, de manera sincera y respetuosa, al señor Ing. Asdrúbal

Lenis Escobar, Jefe de Zona Guatapé, por su cordialidad, sencillez y por haber

posibilitado esta plaza para la práctica universitaria.

A la Ing. Astrid Yolima Ramírez Rodríguez, al Ing. Gabriel Jaime Escudero

Arismendy, y al Ing. Mario Augusto Gómez Osorio, Técnicos Generación

Mantenimiento, por sus sugerencias, enseñanzas y colaboración permanente

durante mi práctica universitaria.

También quiero agradecer de manera muy especial a los Supervisores

Mecánicos Jaime Alberto Ramírez Rodríguez y Álvaro de Jesús Pérez

Monsalve, líderes Operación y Mantenimiento, a quienes respeto y admiro por

sus conocimientos y calidades humanas.

A operadores, contratistas y demás personal, que de alguna u otra manera me

brindaron su colaboración y apoyo de manera incondicional.

A los profesores Ing. Pedro Simanca, Decano del ITM e Ing. Francisco Cadavid

Profesor Investigador de la UdeA por sus asesorías académicas.

Al señor William Herrera, Gerente de AIREP (A.W. AIRE

REPRESENTACIONES) y a su asesora comercial Sandra Duque, de quienes

obtuve asesoría de de manera incondicional y porque siempre tuve las puertas

abiertas en su empresa.



7

CONTENIDO

Pág.

GLOSARIO ....................................................................................................... 14

RESUMEN ........................................................................................................ 18

ABSTRACT ...................................................................................................... 20

1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 22

2. OBJETIVOS ................................................................................................. 23

2.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................ 23

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 23

3. EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN ..................................................... 25

3.1 RESEÑA HISTÓRICA ............................................................................. 25

3.2 ESTRUCTURA ADMINISTRATIVA ........................................................ 28 3.2.1 Dirección, Administración y Representación ..................................... 28

3.2.2 Representación Legal........................................................................ 28

3.3 JUNTA DIRECTIVA ................................................................................ 29

3.4 GERENCIA GENERACIÓN ENERGÍA ................................................... 30

3.5 CENTRAL HIDROELÉCTRICA GUATAPÉ ............................................ 32

4. DESARROLLO DEL TRABAJO .................................................................. 34

4.1 TEORÍA DEL AIRE COMPRIMIDO ......................................................... 34

4.2 PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO ............................................ 35

4.3 FUNDAMENTOS FÍSICOS ..................................................................... 37



8

4.4 ECUACIÓN DE ESTADO ........................................................................ 37

4.5 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO ......................... 38 4.5.1 Demanda ........................................................................................... 38

4.5.2 Abastecimiento .................................................................................. 38

4.5.3 Calidad del aire ................................................................................. 39

4.5.4 Almacenamiento ................................................................................ 39

4.5.5 Distribución ........................................................................................ 39

4.6 TIPOS DE COMPRESORES ................................................................... 40

4.6.1 Compresores de émbolo o de pistón ................................................. 41

4.6.2 Compresor de émbolo oscilante ........................................................ 42

4.6.3 Compresor de tornillo helicoidal de dos ejes ..................................... 43

5. CASA DE MAQUINAS DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE

GUATAPE ........................................................................................................ 45

5.1 REDES DE AIRE COMPRIMIDO DE CASA DE MÁQUINAS ................. 46

5.2 RED DE ALTA PRESIÓN ....................................................................... 46

5.3 RED DE BAJA PRESIÓN ....................................................................... 47

5.4 DIAGNÓSTICO Y REDISEÑO DE LA RED DE SERVICIOS AUXILIARES

C/M ................................................................................................................ 48

5.5 DIAGNÓSTICO DE LOS ELEMENTOS BÁSICOS DE LA RED ............ 49

5.5.1 Demanda ........................................................................................... 49

5.5.2 Abastecimiento .................................................................................. 58

5.5.3 Calidad del aire ................................................................................. 59

5.5.4 Almacenamiento ................................................................................ 60

5.5.5 Distribución ........................................................................................ 62

5.6 CUARTO DE COMPRESORES .............................................................. 69

5.6.1 Condensados generados en el cuarto de compresores .................... 71



9

5.6.2 Distribución actual del cuarto de compresores .................................. 73

5.6.3 Propuesta de rediseño de configuración cuarto de compresores ...... 76

5.6.4 Manejo y control ................................................................................ 78

6. ANÁLISIS DE CONSUMO ENERGÉTICO EN COMPRESORES ................ 80

6.1 COMPRESOR SULLAIR MOD ES11-50L .............................................. 80

6.2 COMPRESOR KAESSER MOD SM 7.5 ................................................. 84

7. COTIZACIÓN ................................................................................................ 87

7.1 COTIZACIÓN TUBERÍA Y ACCESORIOS EN INOXIDABLE 1-1/2

PULGADAS .................................................................................................. 87

7.2 COTIZACIÓN DE EQUIPOS Y DISPOSITIVOS PARA CUARTO DE

COMPRESORES .......................................................................................... 89

7.3 ANÁLISIS DE COSTO DE CICLO DE VIDA ........................................... 89

8. CRONOGRAMA PARA IMPLEMENTACIÓN .............................................. 92

CONCLUSIONES ............................................................................................. 94

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 95

ANEXOS ........................................................................................................... 96


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10

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Consumo AC para cilindro de doble efecto ......................................... 52

Tabla 2. Demanda Efectiva de Aire .................................................................. 54

Tabla 3. Demanda neta red de servicios auxiliares .......................................... 54

Tabla 4. Eventos de red de aire comprimido de servicios auxiliares ................. 57

Tabla 5. Abastecimiento de la red ..................................................................... 58

Tabla 6. Volumen de almacenamiento de la red de servicios auxiliares Guatapé.......................................................................................................................... 60

Tabla 7. Cotización tubería y accesorios en inoxidable 1-1/2 pulgadas ............ 88

Tabla 8. Cotización de equipos y dispositivos para cuarto de compresores ..... 89

Tabla 9. Costos de mantenimiento para el sistema .......................................... 90

Tabla 10. Costo del ciclo de vida del sistema a implementar ........................... 90



11

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Compresores de desplazamiento ...................................................... 41

Figura 2. Compresor de émbolo ....................................................................... 41

Figura 3. Compresor de émbolo oscilante ........................................................ 42

Figura 4. Compresor de tornillo helicoidal de dos ejes ..................................... 44

Figura 5. Casa de máquinas Central Hidroeléctrica de Guatapé ...................... 45

Figura 6. Distribución de aire comprimido ......................................................... 63

Figura 7. Diámetro de tubería ........................................................................... 66

Figura 8. Propuesta rediseño red de aire Servicios Auxiliares .......................... 68

Figura 9. Cuarto de compresores ..................................................................... 69

Figura 10. Grado de saturación ........................................................................ 72

Figura 11. Distribución actual del cuarto de compresores ................................ 74

Figura 12. Propuesta de rediseño de configuración cuarto de compresores .... 76



12

LISTA DE ILUSTRACIONES

Pág.

Ilustración 1. Embalse de El Peñol. .................................................................. 32

Ilustración 2. Central Hidroeléctrica de Guatapé............................................... 33

Ilustración 3. Electroválvulas del Intercambiador de Placas Paralelas ............. 50

Ilustración 4. Resumen ejecutivo EPM Guatapé ............................................... 56

Ilustración 5. Abastecimiento de la red ............................................................. 58

Ilustración 6. Calidad del aire ............................................................................ 60

Ilustración 7. Sistema de tubería de la red ........................................................ 65

Ilustración 8. Cuarto de compresores ............................................................... 71

Ilustración 9. Compresor Sullair Mod ES11-50L ............................................... 80

Ilustración 10. Compresor KAESSER Mod SM 7.5 ........................................... 84



13

LISTA DE ANEXOS

Anexo A. Nomenclatura

Anexo B. Unidades empleadas y equivalencias

Anexo C. Clases de tubos según materiales

Anexo D. Información técnica



15

CICLO DE TRABAJO

Porcentaje de tiempo en que la unidad puede operar a carga plena en un

periodo de 30 minutos.

CONDICIONES ESTÁNDAR

Las condiciones estándar varían de acuerdo con la industria y la autoridad que

las especifica. Las condiciones estándar frecuentemente encontradas son:

según la ISO/CAGI/PNEUROP, 68 ˚F, 14.5 psia, seco (0% HR) ó 20 ˚C, 1 bar,

seco (0% HR); según API 60 ˚F, 14.7 psia, seco (0% HR). HR = HumedadRelativa .

FACTOR DE CARGA

Relación entre la carga promedio (consumo de aire comprimido) durante un

cierto período de tiempo y la capacidad nominal del compresor o herramienta

neumática.

GAS

Desde el punto de vista físico, el aire es un gas (uno de los tres estados de la

materia). En la práctica, sin embargo, el término se usa para describir gases

diferentes al aire.

HUMEDAD ESPECÍFICA

Peso del vapor de agua en una mezcla aire-vapor por unidad de peso del aire

seco.

HUMEDAD RELATIVA

Relación entre la presión parcial de vapor y la presión de saturación de vapor a

la temperatura de bulbo seco de la mezcla. Es decir, la relación entre el peso



16

real del vapor de agua en la mezcla y el peso máximo de vapor que la mezcla

puede soportar a una temperatura dada. También es el grado de saturación,

expresado como un porcentaje.

INTERCAMBIADOR

Un intercambiador de calor (enfriado por agua o por aire) usado para remover el

calor producido en la compresión entre las etapas de un compresor de etapas

múltiples. Generalmente condensa y remueve una cantidad significativa de

humedad.

INTERCAMBIADOR IPAAS

Intercambiador de placas paralelas, el cual se encarga de enfriar el agua

caliente proveniente del sistema del aire acondicionado con el agua fría de los

pozos.

POS ENFRIADOR

Intercambiador de calor para refrigerar la descarga de un compresor. El

enfriamiento puede ser por aire o por agua. Constituye un medio eficaz para

remover la humedad del aire comprimido.

PRESIÓN ABSOLUTA

Presión total medida con relación al cero absoluto, es decir, al vacío perfecto.

En términos prácticos, es la suma de las presiones manométrica y atmosférica.

PRESIÓN CRÍTICA

Valor límite de la presión de saturación cuando la temperatura de saturación se

aproxima a la temperatura crítica.



17

PRESIÓN MANOMÉTRICA

Presión medida en el manómetro. La presión manométrica es igual a la presión

absoluta menos la presión atmosférica, es decir, la presión por encima de la

atmosférica.

PUNTO DE ROCÍO

Temperatura a la cual el vapor en un espacio (generalmente el vapor de agua,

si no se especifica otra cosa) comenzará a condensarse (a formar rocío) a una

presión dada.



19

No se pretende con este documento un texto guía para los usuarios interesados

en la implementación o rediseño de redes de aire comprimido, ya que se

considera que las necesidades del aire comprimido en la industria son diversas,

como diversas son sus aplicaciones, pero desde el punto de vista de la

metodología puede interesar a personas de áreas afines del aire comprimido.



20

ABSTRACT

In the following work a solution to the raised requirements is suggested, cradle

as much in the learned theory of the Compressed air, like actually and

experience contributed by professors, suppliers and personnel who toils in

means.

It is begun then, with the search and collection of information concerning the

compressed air networks of the plant and in particular of the Auxiliary Rear areanet for his total compression and this way to center the analysis to the elements

conform that it.

Obtained this data, it is come to identify the weak points of these elements and

their repercussion in the system, giving like result a diagnosis of the Auxiliary

Rear area net that was of great importance for redesign effects.

Later, it is suggested then, a redesign that besides fulfilling the standardisation

established by this field of the compressed air, was chosen by its cost-efficient

viability, as it is corroborated with the power analysis of the system at the

moment installed and the suggested one which, besides proposing new

elements, takes advantage of existing elements optimizing this way expenses

for its execution.

And in the final part, one is the costs of this implementation with its respective

cronogram of activities where the mechanical assembly of the new network is

included.



21

A text is not tried with this document guides for the users interested in the

implementation or redesign of compressed air networks, since it is considered

that the needs of the compressed air in the industry are diverse, as diverse they

are his applications, but from the point of view of the methodology it can interest

people of compatible areas of the compressed air.



22

1. INTRODUCCIÓN

Se podría decir que el aire comprimido para la Central Hidroeléctrica de

Guatapé, es una energía imprescindible no solo para el proceso de generación

de energía eléctrica propiamente, sino también de manera indirecta para otros

procesos en la planta como de mantenimiento preventivo y correctivo de

equipos auxiliares, por esta razón se considera este proceso dentro la dinámica

de generación energética como esencial, y por esto Empresas Públicas de

Medellín, en su compromiso de mejoramiento continuo, tiene programado

intervenir estas redes de Casa de Maquinas de la Central comenzando con la

Red de Servicios Auxiliares, la cual además de su antigüedad (40 años aprox.),

no cumple con la normatividad exigida haciendo que su desempeño no sea el

mejor sobre todo, desde el punto de vista de la eficiencia y en este punto

entonces, es donde entra la Universidad aportar su granito de arena para el

mejoramiento continuo no solo de la empresa sino de la relación Empresa-

Universidad-Sociedad.



23

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Implementar la teoría de la mecánica de fluidos al subsistema de aire

comprimido de Servicios Generales de las unidades de generación de la Central

Hidroeléctrica de Guatapé, con el propósito de obtener información de lo que

está instalado y de lo que podemos mejorar a futuro.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Identificar por medio de planos detallados, la distribución y elementos

que conforman actualmente la Red de Servicios Auxiliares.

• Recopilar información pertinente al subsistema como tipo de flujo,

presiones, temperaturas, consumo, condensados generados.

• Calcular el diámetro apropiado que debe tener de la tubería principal,

teniendo en cuenta la demanda existente en la red con la ayuda de la

Mecánica de Fluidos.

• Proponer un rediseño apropiado del cuarto de compresores y tubería de

distribución.

• Plantear una configuración de manejo y control de compresores

apropiado desde el punto de vista Costo-Eficiencia.



24

• Dibujar planos y esquemas detallados de rediseño tanto de la red como

del cuarto de compresores.

• Mostrar costo de adquisición de equipos, tubería y dispositivos

necesarios para una futura remodelación del subsistema.

• Implementar cronograma de actividades para su implementación donde

se incluya el tiempo estimado para el montaje mecánico de la red y

equipos.



25

3. EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍN

3.1 RESEÑA HISTÓRICA

EPM es una empresa de propiedad del municipio de Medellín, creada en 1955.

Sin embargo, los antecedentes de los servicios públicos, en forma organizada,

se remontan al siglo pasado: acueducto desde 1888 (servicios consolidados

eventualmente en la Empresa del Acueducto), telefonía desde 1891 (sucedida

por la Compañía Telefónica de Medellín en 1914), y electricidad desde 1895

(Compañía Antioqueña de Instalaciones Eléctricas). Durante las dos primeras

décadas del siglo XX se fundaron algunas empresas textileras que fueron base

del desarrollo industrial de la ciudad (Coltejer, Fabricato, Rosellón).

Gradualmente, la ciudad pasó a depender de este sector, relegando a un

segundo plano la minería y el café.

En 1920 se conformaron las Empresas Públicas Municipales, entidad que

además estuvo encargada del tranvía eléctrico (1921), del matadero municipal yde la plaza de mercado. Entre 1954 y 1955 cedieron sus activos de aguas,

telefonía y electricidad a un ente autónomo, del orden municipal, que se llamó

Empresas Públicas de Medellín.

El Banco Mundial fue determinante en su creación, y como condición para el

otorgamiento de créditos, exigió la separación contable de la Empresa de

Energía. Por su parte, la dirigencia antioqueña, liderada por la Asociación

Nacional de Industriales, ANDI, reclamó una verdadera autonomía para la

nueva empresa y la integración de tres servicios públicos básicos: energía,

aguas y telefonía.



26

En 1957 EPM inauguró su primera sede en el Edificio Miguel de Aguinaga, en

pleno centro de Medellín. Para ese entonces la ciudad ya llegaba a los 500 mil

habitantes, con un crecimiento anual de 30 mil personas. Desde esa época, la

empresa definió unos principios básicos de cultura empresarial:

• Planeación técnica, financiera y jurídica para sus proyectos.

• Transparencia frente a lo público.

• Una política de "carácter social de las tarifas", aplicando tarifas

diferenciales con base en la capacidad económica de los usuarios, sinmenoscabar la expansión y sostenibilidad de los servicios.

• Una cultura de lealtad y orgullo de sus trabajadores, traducida en

estabilidad laboral, espíritu de servicio y sentido cívico.

• Una administración y una Junta independientes, en su mayoría

provenientes del sector privado, con altas calidades y experiencia, ajenaa partidismos.

• Una política agresiva de cobertura de servicios en barrios marginales de

la ciudad (Programa Habilitación Viviendas), que luego se extendió al

Área Metropolitana.

Durante las últimas décadas del siglo XX, EE.PP.M. creció gracias a la

ejecución de proyectos cada vez más complejos e importantes, financiados por

entes como el Banco Mundial, Banco Interamericano de Desarrollo, Japan Bank

for International Cooperation, Corporación Andina de Fomento, la banca



27

privada, el Gobierno Nacional y por la misma ciudadanía (recolecta de fondos

en los años 40).

En esa lista figuran los desarrollos hidroeléctricos de Guadalupe III y IV, Peñol-

Guatapé, Riogrande I y II, Playas y, más recientemente, la termoeléctrica La

Sierra y Porce II. Durante las décadas de los 60 y los 70 EE.PP.M. también

apoyó la creación del sistema interconectado nacional (hoy en día ISA e

ISAGEN), que abrió la venta de la energía generada en Antioquia al resto del

país.

Gracias a su solidez y liderazgo, EE.PP.M. logró superar retos como el

"apagón" de 1992 (racionamiento causado por el fenómeno de El Niño) y la

sequía de 1998 (intervención de embalses), sin olvidar los factores

perturbadores de orden público, la reestructuración del sector de de servicios

públicos luego de la nueva Constitución de 1991 y las leyes 142 (de Servicios

Públicos) y 143 (Eléctrica) de 1994.

También ha construido represas y plantas de agua potable como La Fe y

Piedras Blancas, San Cristóbal, La Ayurá y Manantiales, y plantas para el

tratamiento de aguas residuales, como las de El Retiro y San Fernando.

Además es líder en la expansión y adopción de tecnologías de punta en los

servicios de telefonía, acueducto, alcantarillado, gas y distribución eléctrica.

Durante la última década, la organización se ha expandido a otros mercados

regionales gracias a la adquisición de acciones de otras empresas, dando vida

al Grupo Empresarial EPM. De él forman parte hoy, entre otras, EDATEL,

EMTELSA, EMTELCO, ETP, EPM Bogotá, Orbitel y Colombia Móvil.



28

En 1997 EE.PP.M. inauguró su nueva sede, unl edificio del tipo "inteligente".

Desde él administra lo que hoy es el Grupo Empresarial de servicios públicos

más grande del país.

En el 2005 Empresas Públicas de Medellín está cumpliendo 50 años de

existencia, refrendando una trayectoria exitosa, dinámica, base del progreso

local y regional1.

3.2 ESTRUCTURA ADMINISTRATIVA

3.2.1 Dirección, Administración y Representación

Para los fines de su dirección, administración y representación, EPM tienen los

siguientes órganos: Junta Directiva y Gerente General. Cada uno de estos

órganos ejerce las funciones que le son propias, de acuerdo con la ley y con los

Estatutos de la organización.

3.2.2 Representación Legal

La administración de EPM, su representación y la gestión de sus negocios

estarán a cargo del Gerente General, quien tiene facultades para celebrar o

ejecutar, sin otras limitaciones que las establecidas en los estatutos, todos los

actos comprendidos en su objeto o que se relacionen directamente con su

existencia o funcionamiento.

1 EPM. Historia institucional. [En Internet] http://www.epm.com.co/epm/institucional/acerca_hist_inst_2.html?id=1 [Consultado ennoviembre de 2009].



29

Otros empleados podrán tener, por delegación con responsabilidad, del Gerente

General, la representación de EPM en los asuntos expresamente señalados por

éste en el acto administrativo que ello disponga.

A la fecha ejerce el cargo de Gerente General el doctor Federico Restrepo

Posada.

Las funciones del Gerente General se encuentran relacionadas en el Artículo 20

de los estatutos de la empresa2.

3.3 JUNTA DIRECTIVA

De conformidad con el artículo 27.6 de la Ley 142 de 1994, la Junta Directiva

está integrada por:

• El Alcalde de Medellín, quien la preside, o el delegado que él designe

para que lo reemplace en las ausencias temporales. Éste deberá ser

funcionario de la administración municipal.• Cinco (5) personas designadas libremente por el Alcalde de Medellín.

• Tres (3) personas escogidas por el Alcalde de Medellín, entre los vocales

de control registrados por los Comités de Desarrollo y Control Social de

los Servicios Públicos Domiciliarios.

Adicionalmente, tienen voz en la Junta Directiva el Gerente General, el

Secretario General y los demás funcionarios y personas a quienes aquella se la

otorgue3.

2 Ibid.3 Ibid.



30

3.4 GERENCIA GENERACIÓN ENERGÍA

El objetivo primordial de esta dependencia es generar energía eléctrica y

prestar servicios asociados y complementarios de manera oportuna y confiable,

a través de la administración, operación y mantenimiento de infraestructuras y

recursos de generación, con responsabilidad ambiental, cumpliendo los

requisitos legales, para maximizar la rentabilidad del Negocio y satisfacer las

necesidades y expectativas de los clientes. El proceso Generar Energía está

conformado por dos subprocesos: Operar y Mantener.

Para operar el Sistema Integrado de Generación se debe administrar lainfraestructura física e institucional de los recursos de generación con criterios

de oportunidad y confiabilidad, buscando una máxima disponibilidad, para lo

cual se requiere supervisar, maniobrar, controlar y supervisar la infraestructura

civil y electromecánica de las centrales de generación. Además, se requiere del

planeamiento y la evaluación de la operación individual (por planta de

generación) e integrada de todo el sistema operativo de generación, entre las

diferentes Áreas involucradas; realizar las tareas requeridas para efectuar la

coordinación, supervisión y control en tiempo real de los recursos energéticos y

de la infraestructura de generación utilizando como herramienta el Centro de

Control de Generación (CCG); velar por el cumplimiento del despacho

económico horario de generación, prestar los servicios complementarios a la

generación, atender los redespachos al programa original del despacho

económico horario, autorizar el paro o arranque de las unidades de generación

y recolectar la información estadística de la operación relacionada con eventos,

medidas de energía y potencia de las fronteras comerciales de generación,

consumo de combustibles y variables hidrometeoro lógicas.

El objetivo del proceso operar consiste en operar el Sistema Integrado de

Generación con criterios de oportunidad y confiabilidad, buscando una máxima



32

3.5 CENTRAL HIDROELÉCTRICA GUATAPÉ

Esta central pertenece al aprovechamiento del río Nare, regulado por el

embalse El Peñol. Está ubicada en el sitio conocido como la Araña, jurisdicción

del municipio de San Rafael, al Oriente del departamento de Antioquia a 100

kilómetros de Medellín. Su capacidad instalada totaliza 560 MW (nominal y

efectiva) entregados por ocho unidades generadoras de igual capacidad

accionadas por turbinas tipo PELTON de eje vertical. La Central Hidroeléctrica

de Guatapé utiliza el río Nare que se desvía al río Guatapé.

Ilustración 1. Embalse de El Peñol.

Aprovecha una caída bruta de 831,85 metros y un caudal de 10,4 metros

cúbicos por segundo (m3/s). La primera etapa fue puesta en servicio en los

años 1971 y 1972 y la segunda en 1979. Cada etapa está compuesta por cuatro

unidades generadoras. Esta Central contribuye al sistema con 2.730 GWh de

energía media anual, los cuales prácticamente son todos firmes, dada la gran

capacidad de regulación del embalse El Peñol.



33

El embalse El Peñol es el mayor embalse de regulación del país, tiene una

capacidad de almacenamiento total de 1.070,21 millones de metros cúbicos

(Mm3). Sus aguas son conducidas a la casa de máquinas a través de dos

sistemas paralelos, correspondientes a las dos etapas de construcción de la

central.

Ilustración 2. Central Hidroeléctrica de Guatapé



34

4. DESARROLLO DEL TRABAJO

4.1 TEORÍA DEL AIRE COMPRIMIDO

El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce el

hombre y aprovecha para reforzar sus recursos físicos.

El descubrimiento consciente del aire como medio que nos rodea se remonta a

muchos siglos, lo mismo que un trabajo más o menos consciente con dicho

medio.

Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más antiguos

conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando

empezaron a investigarse sistemáticamente su comportamiento y sus reglas.

Sólo desde 1950 aprox. se puede hablar de una verdadera aplicación industrial

de la neumática en los procesos de fabricación.

A pesar de que esta técnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayoría de

los casos a falta de conocimiento y de formación, fueron ampliándose los

diversos sectores de aplicación.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire

comprimido. Éste es el motivo de que en los ramos industriales más variados se

utilicen aparatos neumáticos cuya alimentación continua y adecuada de aire

garantizará el exitoso y eficiente desempeño de los procesos involucrados en la

producción.



35

El diseño y mantenimiento adecuado de redes de aire comprimido y sus

respectivos accesorios, juega un papel decisivo en los procesos productivos

involucrados cuya energía utilizada es el aire.

4.2 PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO

Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en todo el

mundo, en cantidades ilimitadas.

Transporte: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías,incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno.

Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en

servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de

éstos. Además, se puede transportar en recipientes (botellas).

Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de

temperatura, garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas.

Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto,

no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que son caras.

Limpio: El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de estanqueidad en

elementos, no produce ningún ensuciamiento Esto es muy importante por

ejemplo, en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero.

Constitución de los elementos: La concepción de los elementos de trabajo es

simple, por tanto, precio económico.



36

Velocidad: Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso, permite obtener

velocidades de trabajo muy elevadas (La velocidad de trabajo de cilindros

neumáticos pueden regularse sin escalones).

A prueba de sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo

neumáticos pueden detenerse incluso simultáneamente sin riesgo alguno de

sobrecargas.

Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer

también las propiedades adversas:Preparación: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilización.

Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste

prematuro de los componentes).

Compresible: Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos o

pistones velocidades uniformes y constantes.

Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza.

Condicionado por la presión de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar),

el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000

N (2000 a 3000 kp).

Escape: El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha

resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes.

Costos: El aire comprimido es una fuente de energía relativamente cara; este

elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio

económico y el buen rendimiento (cadencias elevadas).



37

4.3 FUNDAMENTOS FÍSICOS

La superficie del globo terrestre está rodeada de una envoltura aérea. Esta es

una mezcla indispensable para la vida y tiene la siguiente composición:

• Nitrógeno aprox. 78% en volumen

• Oxígeno aprox. 21% en volumen

• Además contiene trazas, de bióxido de carbono, argón, hidrógeno, neón,

helio, criptón y xenón.

4.4 ECUACIÓN DE ESTADO

Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la del

recipiente que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido

(compresión) y tiene la tendencia a dilatarse (expansión).

La ley que rige estos fenómenos es la de Boyle-Mariotte.

A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es

inversamente proporcional a la presión absoluta, o sea, el producto de lapresión absoluta y el volumen es constante para una cantidad determinada de

gas.

Y de donde se desprende la Ecuación de Estado de los Gases:



38

4.5 ELEMENTOS DEL SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

Para que un sistema de aire comprimido, funcione de manera apropiada y sea

eficiente, debe tener en cuenta los siguientes elementos:

4.5.1 Demanda

Es muy importante determinar la demanda del sistema, ya que esta es la que

determina las características que deben tener otros elementos como los

compresores para el abastecimiento, volumen mínimo de los acumuladores y

diámetro mínimo de la tubería de distribución, con el fin de que se cubra la

demanda sin tener la necesidad de instalar compresores adicionales.

La demanda de flujo promedio en sistemas nuevos puede determinarse

examinando los requisitos de presión de operación, de aire comprimido y el

ciclo de trabajo del equipo existente.

4.5.2 Abastecimiento

Este abastecimiento el proporcionado entonces, por los compresores de aire.

La mayoría de los compresores, son controlados por la presión de la tubería, ya

que está al caer, indica que hay un aumento en la demanda, la cual se corrige

con un incremento en la capacidad del compresor y por el contrario, cuando hay

un aumento en la presión, es que hay una caída de la demanda y por

consiguiente el compresor dependiendo de su configuración, entra en modo

vacio o espera.

Los compresores cuentan con dispositivos de control para monitorear estas

oscilaciones en la presión con el fin de adaptar el suministro de aire a la

demanda. Uno de los sistemas de control más eficientes, es el Control Dual,

que hace funcionar el compresor a plena carga o marcha en vacío, atenuando

así las variaciones de la demanda.



39

Este abastecimiento puede hacerse con uno o varios compresores,

dependiendo de la necesidad de la planta. Para el caso de varios compresores,

se hace indispensable un controlador PLC (Controlador Lógico Programable),

con el fin flexibilizar la operación del los compresores.

4.5.3 Calidad del aire

Si las aplicaciones en la planta son diferentes, entonces los niveles de calidad

de aire comprimido también son diferentes. Debido a que el costo del aire se

incrementa con cada nivel, es importante cubrir, pero no exceder los nivelesrequeridos de calidad de aire cuando se diseñe un sistema de aire comprimido.

4.5.4 Almacenamiento

Es indispensable contar con energía disponible para ser liberada en cualquier

momento, además este volumen hace que la frecuencia o ciclaje del compresor

(arranque/parada y carga/vacío) no sea excesivo, optimizando de esta manera

el consumo de energía.

Otra ventaja, es la posibilidad de abastecer un flujo suficiente de aire en

demandas pico evitando que caiga la presión de manera abrupta en la tubería

del sistema.

4.5.5 Distribución

Este elemento es de vital importancia para el sistema, ya que permite el vinculo

entre el abastecimiento, almacenamiento y la demanda. El sistema ideal de

distribución, proporciona un abastecimiento suficiente de aire comprimido a la

presión requerida en todas las ubicaciones en las cuales se necesita el aire

comprimido.



40

Para garantizar que no haya una caída de presión mayor a 2 psi, se debe tener

en cuenta los siguientes pasos:

• Reducir la distancia de transporte del aire.

• Evitando al máximo accesorios innecesarios y teniendo un diámetro

adecuado de tubería principal, se minimiza la fricción del aire.

• Eliminar o minimizar fugas.

• Procurar para tuberías muy largas, la implementación de lazos cerrados

que proporcionan un flujo en doble sentido evitando así aumento de la

velocidad del aire.

• Minimizar caídas de presión, a través de los componentes del sistema.

Otros aspectos importantes de diseño incluyen: Ventilación adecuada,

requisitos de cimentación, requisitos del cuarto de compresores y materiales

adecuados para tubería.

4.6 TIPOS DE COMPRESORESSegún las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de

suministro, se pueden emplear diversos tipos de construcción.

Se distinguen dos tipos básicos de compresores: El primero trabaja según el

principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisión del aire

en un recinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el

compresor de émbolo (oscilante o rotativo). El otro trabaja según el principio de

la dinámica de los fluidos. El aire es aspirado por un lado y comprimido como

consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).



41

Figura 1. Compresores de desplazamiento

4.6.1 Compresores de émbolo o de pistón

Los compresores más utilizados son los de émbolo, ya que son relativamente

baratos y aportan gran flexibilidad de funcionamiento.

Figura 2. Compresor de émbolo

Fuente: TECHNOLOGY DIGITAL. Tecnología industrial.

http://www.tecnologiaindustrial.info/index.php?main_page=document_general_info&products_id

=354



42

El funcionamiento de los compresores de émbolo es muy similar al de un motor

de combustión interna de un automóvil. Un eje sobre el cual se encaja la pieza

1 es el elemento motor que gira transmitiendo el movimiento a la pieza 2 (biela).

Este movimiento de rotación se transforma en un movimiento alternativo de

ascenso y descenso del pistón. Se distinguen dos fases:

• Aspiración: El pistón desciende y el aire atmosférico entra por la válvula

de aspiración.

• Compresión: El pistón asciende comprimiendo el aire. En el momento enel cual el aire alcanza la presión deseada se abre la válvula de escape y

el aire se dirige hacia el depósito donde es almacenado.

4.6.2 Compresor de émbolo oscilante

Este es el tipo de compresor más difundido actualmente. Es apropiado para

comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde

unos 1.100 kPa (1 bar) a varios miles de kPa (bar).

Figura 3. Compresor de émbolo oscilante

Este compresor funciona en base a un mecanismo de excéntrica que controla el

movimiento alternativo de los pistones en el cilindro. Cuando el pistón hace la

carrera de retroceso aumenta el volumen de la cámara, por lo que disminuye la



43

presión interna, esto a su vez provoca la apertura de la válvula de admisión

permitiendo la entrada de aire al cilindro. Una vez que el pistón ha llegado al

punto muerto inferior inicia su carrera ascendente, cerrándose la válvula de

aspiración y disminuyendo el volumen disponible para el aire, esta situación

origina un aumento de presión que finalmente abre la válvula de descarga

permitiendo la salida del aire comprimido ya sea a una segunda etapa o bien al

acumulador.

Es el compresor mas difundido a nivel industrial, dada su capacidad de trabajar

en cualquier rango de presión. Normalmente, se fabrican de una etapa hastapresiones de 5 bar, de dos etapas para presiones de 5 a 10 bar y para

presiones mayores, 3 o más etapas.

Algunos fabricantes ya están usando tecnología denominada libre de aceite,

vale decir, sus compresores no utilizan aceite lo que los hace muy apetecibles

para la industria químico farmacéutica y hospitales.

Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas

compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer

émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente

émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es, en conformidad

con la relación, más pequeño. Durante el trabajo de compresión se forma una

cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.

4.6.3 Compresor de tornillo helicoidal de dos ejes

Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cóncavo y convexo

impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. Los tornillos del tipo

helicoidal engranan con sus perfiles y de ese modo se logra reducir el espacio

de que dispone el aire. Esta situación genera un aumento de la presión interna



44

del aire y además por la rotación y el sentido de las hélices es impulsado hacia

el extremo opuesto.

Figura 4. Compresor de tornillo helicoidal de dos ejes

Los ciclos se traslapan, con lo cual se logra un flujo continuo. A fin de evitar el

desgaste de los tornillos, estos no se tocan entre sí, ni tampoco con la carcasa,

lo cual obliga a utilizar un mecanismo de transmisión externo que permita

sincronizar el movimiento de ambos elementos.

Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40000m³/h y 25 bar) pero

menos presencia de aceite que el de paletas. Ampliamente utilizado en la

industria de la madera, por su limpieza y capacidad.



45

5. CASA DE MAQUINAS DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DEGUATAPE

Figura 5. Casa de máquinas Central Hidroeléctrica de Guatapé



46

5.1 REDES DE AIRE COMPRIMIDO DE CASA DE MÁQUINAS

El Aire Comprimido para la planta es fundamental no solo para operación de

herramientas sino que constituye dentro del proceso de generación de energíauna función esencial para el control automático de mecanismos. Desde el punto

de vista de presiones de trabajo, podríamos decir que la red de aire comprimido

de la planta está dividida en dos, alta y baja presión.

5.2 RED DE ALTA PRESIÓN

La red de alta cuya presión de trabajo es de 38 bares, está conformada por dossistemas de aire comprimido. Una, cuyas funciones son la de operar la apertura

y cierre de los interruptores y extinción de arco, producidas al momento de la

apertura del interruptor de las unidades generadoras y la otra, tiene como

función principal, presionar aceite hidráulico en un tanque mixto (aire



47

presurizado-aceite hidráulico) hacia los reguladores de las agujas, deflectores,

contra chorro, válvula esférica y By Pass.

5.3 RED DE BAJA PRESIÓN

La red de baja presión o Red de Servicios Auxiliares tiene como funciones

principales:

• Sistema de frenado de las unidades de generación, que utiliza 6 cilindros de

simple efecto a una presión de 8 bares, que actúan cuando la velocidad de

la unidad se ha reducido al 25% de la velocidad nominal, es decir a 128.5

rpm (de 514 rpm) y se desconectan cuando la velocidad disminuye al 0.5%

de la velocidad nominal, o sea 10.28 rpm. Los frenos actúan sobre un disco

de frenado metálico seccionado, ensamblado en la parte inferior del rotor.

Cabe anotar que estos cilindros también funcionan con fluido hidráulico a

una presión de 130 bares para eventualidades como extracción de rotor.

• Conmutar cuatro electro-válvulas del intercambiador de placas paralelas

(IPAAS) cada 17 min aprox. las cuales poseen cilindros neumáticos de doble

efecto encargados de abrir y cerrar válvulas mariposas, que redireccionan el



48

agua cruda (o agua de refrigeración) en el intercambiador para efectos de

remoción de sedimento en las placas.

• Introducir aire a ocho bares de presión a los ductos de agua de radiadores e

intercambiadores de calor, tanto en unidades como transformadores, con el

propósito de limpieza de la tubería, ya que este aire crea una turbulencia

que desprende sedimentos adheridos en el interior de la tubería mejorando

de esta manera, su eficiencia.

• Abastecer de aire a todo tipo de herramientas neumáticas que posee laplanta con sus requerimientos propios de caudal y presión.

5.4 DIAGNÓSTICO Y REDISEÑO DE LA RED DE SERVICIOS AUXILIARES

C/M

La base para un buen rediseño, es obtener un diagnóstico acertado de los

elementos que conforman la red y de esta manera identificar cuáles de ellos no

cumplen con las normas establecidas para este tipo de procesos, con el fin de

rediseñarlas y de esta manera obtener un nivel de rendimiento superior.



49

5.5 DIAGNÓSTICO DE LOS ELEMENTOS BÁSICOS DE LA RED

5.5.1 Demanda

Se comienza entonces hallando el consumo de aire de cilindros de simple y

doble efecto que tiene la red. En la sección del Intercambiador de Placas

Paralelas (IPAAS), encontramos electroválvulas comandadas por señales

eléctricas y accionadas por aire que se encargan por medio de cilindros de

doble efecto, hacer el cierre o apertura según los requerimientos, de válvulas

mariposa en la tubería de agua que ingresa al Intercambiador.

Para calcular el consumo de aire en cilindros de simple efecto de los frenos de

las unidades y doble efecto para las electroválvulas de las IPAAS

(Intercambiador de Placas para Aire Acondicionado) se empleó la siguiente

formulación:



51

Y el consumo sería entonces:



De esta manera, se obtuvo el consumo de los cilindros como se muestra en la siguient

Tabla 1. Consumo AC para cilindro de doble efecto

MAQUINA O DISPOSITIVO CARACTERISTICAS PRESION (psi) CANTIDAD CAUDAL (CFM)

Electrovalvulas IPAS Cilindro doble efecto CHELIC SDA 32200 145 4 0,444

Electrovalvulas IPAS Cilindro doble efecto PRATT DURA CYL 150 2 0,0236

Cilindros de frenado Cilindro simple efecto Unidades Generadoras 116 48 0,0033

SUBTOTAL

COSUMO A.C. PARA CILINDROS DE DOBLE EFECTO RED SERVICIOS AUXILIARES



55

Se obtuvo entonces como resultado teórico, una demanda de , cuyo

resultado, generó algunas dudas a los supervisores mecánicos de la Central, ya

que afirmaban que este consumo era excesivamente bajo para las necesidades

de la planta. Pero este resultado se pudo corroborar, con un dispositivo llamado

Analizador Digital de Aire (ADA) suministrado por asesores de AIREP

representantes de KAESER COMPRESORES, una empresa reconocida en el

medio del aire comprimido a nivel industrial.

Este dispositivo fue conectado a uno de los acumuladores de la red, con el fin

de censar fluctuaciones de presión (psi) y consumo (cfm) por un periodo de 10

días de forma permanente, arrojando el siguiente informe ejecutivo del proceso:



56

Ilustración 4. Resumen ejecutivo EPM Guatapé

Además, este informe muestra otro resultado interesante. En la sala de

operaciones, se registra en un libro de notas, todos los procedimientos diarios a

manera de eventos que tengan que ver o puedan afectar en un momento dado

la generación de energía. Se tomaron entonces, los eventos que tenían que ver

con la red de aire comprimido de Servicios Auxiliares, durante esos diez días



57

que estuvo el dispositivo censando el comportamiento de ésta, mostrando la

siguiente información:

Tabla 4. Eventos de red de aire comprimido de servicios auxiliares

Se observa, que para este día (martes 19/08/08) hay una demanda casi

constante de 27 cfm aprox. y una oscilación de presión entre 90 y 100 psi, pero

los eventos realizados provocan unos picos de consumo de aire de hasta 144

cfm aprox., y unas caídas en la presión, consecuentes con este comportamiento



58

ya que al aumentar la demanda, aumenta la velocidad del flujo de aire por las

tuberías, haciendo caer la presión hasta 86 psi aprox.

5.5.2 Abastecimiento

El abastecimiento de la red es proporcionado por dos compresores que tienen

las siguientes características:

Ilustración 5. Abastecimiento de la red

Tabla 5. Abastecimiento de la red



59

Cuya configuración está planteada, de modo que el compresor A (Rotativo de

Tornillo), trabaja como principal en modo de control Dual, que hace funcionar el

compresor a plena carga o en marcha en vacío dependiendo de los

requerimientos de aire, y si pasa mucho tiempo en este último estado, se apaga

entrando a modo de espera y el compresor B (Alternativo de Pistón), como

respaldo por falla o mantenimiento del compresor A.

Además, teniendo en cuenta el análisis hecho de demanda de aire de la red de

Servicios Auxiliares (27 cfm aprox.), podemos afirmar, que los compresores

están sobredimensionados para los requerimientos normales de demanda deaire de la red. Y este sobredimensionamiento como veremos en un análisis

posterior no es conveniente para la eficiencia del sistema.

5.5.3 Calidad del aire

Por la configuración actual del Cuarto de Compresores donde sólo se cuenta

con filtros KFS (Filtros Separadores de Condensado) y tanques acumuladores

la calidad del aire entregada es muy baja y no es la más apropiada para los

requerimientos de la planta, ya que el aire entregado en los puntos de servicio

es altamente contaminado con partículas sólidas del ambiente y de la tubería

por corrosión, partículas de aceite y vapor de agua.

Este aire ni siquiera está en condiciones para limpieza y menos de

componentes electrónicos como tarjetas, paneles y tableros de mando y

además genera problemas de funcionamiento en herramientas neumáticas

incrementando las tareas de mantenimiento en estos elementos.



60

Ilustración 6. Calidad del aire

5.5.4 Almacenamiento

Es importante contar con almacenamiento suficiente de aire como energía

disponible para ser liberada cuando sea necesaria, pero también es importante

para el compresor, ya que evita un funcionamiento excesivo de su ciclaje(Carga-Vacio o Caga-Parada). La red de servicios auxiliares cuenta con la

siguiente capacidad de almacenamiento:

Tabla 6. Volumen de almacenamiento de la red de servicios auxiliares Guatapé

VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO EN LA RED DE

SERVICIOS AUXILIARES C/M GUATAPE

SECTOR PLANTA VOLUMEN (m3)

Cuarto de Compresores 3.35

Etapa I 1.2

Etapa II 1.0

TOTAL 5.55



61

Para saber si este volumen es suficiente, se uso la siguiente fórmula, la cual

nos indica el mínimo volumen de aire almacenado que debe tener la red,

partiendo del hecho de que el tanque debe ser lo suficientemente grande como

para contener todo el aire entregado por el compresor en un minuto:

; ;

; .

Pero antes, tenemos que hallar el FAD o Caudal Libre del compresor, el cual

nos indica la cantidad de volumen de aire desplazado por el compresor en

condiciones reales de operación, teniendo en cuenta la presión del aire

atmosférico y temperatura del lugar de trabajo del compresor a analizar.

Haciendo uso entonces, de la Ley de los Gases Ideales, tenemos que:



Figura 6. Distribución de aire comprimido



65

• La red presenta en sus puntos más alejados del Cuarto de Compresores,

caídas de presión, que superan los recomendados (2.6 psi aprox.).

• La longitud de la tubería es de 790.2m y la longitud equivalente por

accesorios es de 744.1m, es aproximadamente el 94% de la longitud de

la tubería, y es porque hay una gran cantidad de accesorios innecesarios

sin contar con algunos tramos en desuso.

Ilustración 7. Sistema de tubería de la red

Introduciendo los anteriores parámetros al nomograma Diámetro de Tubería,

tomado del Manual de Neumática de FMA Pokorny, Fráncfort tenemos que:

• Longitud de la tubería (con longitud equivalente): 1534.3 m

• Caudal =27.55 cfm= 46.8

• Presión de servicio: 7 bares.

• Perdida de presión P: 0.14 bares



66

Figura 7. Diámetro de tubería

Obtenemos un diámetro nominal de 36 mm, el cual aproximamos por encima a

un diámetro comercial de 40.9 mm ó . Este es el mínimo diámetro que

debería tener la tubería principal.



67

Como propuesta de mejoras en rediseño de la Red de Servicios Auxiliares, se

considera:

• La tubería principal debe tener como mínimo diámetro calculado para

evitar caídas de presión por velocidades altas de flujo de aire.

• Se optó por anillos cerrados adicionando una línea de tubería en el piso

de generadores haciendo que el régimen de flujo se reduzca en el

sistema, minimizando las caídas de presión, reduciendo la fricción y

estrangulamiento del aire.



Figura 8. Propuesta rediseño red de aire Servicios Auxiliares



5.6 CUARTO DE COMPRESORES

La ubicación de este Cuarto de Compresores, se encuentra en mismo piso de

generadores, un nivel inferior al piso de excitación. Contiguo a este se

encuentra el almacén, banco de baterías y el acceso a la Galería de Cables;

para acceder a este cuarto, normalmente se usan las escaleras de acceso

mostradas en la siguiente figura:

Figura 9. Cuarto de compresores



70

Este cuarto cuenta con un área suficiente de 58.5 m2, donde se encuentran

todos los compresores, tanto los de la Red de Servicios Auxiliares como los de

la Red de Reguladores e Interruptores; esta área hace que el acceso a los

compresores y dispositivos para efectos de mantenimiento sea el adecuado,

cuenta también con una buena ventilación forzada proporcionada por la red de

aire acondicionado de la planta.



71

Ilustración 8. Cuarto de compresores

5.6.1 Condensados generados en el cuarto de compresoresPara las siguientes condiciones del Cuarto de Compresores, y con la tabla de

Grado de Saturación, tenemos que los condensados generados por la red son:



72

Grado de saturación

Figura 10. Grado de saturación

Temperatura Cuarto Comp. =

Humedad relativa = 60%

Presión Manométrica de la Red = 700 kpa = 7 bar

Grado de saturación según tabla =



73

Y para una cantidad de aire aspirada por el compresor de 27.55 cfm, donde:

Tenemos que:

Generando por día: 4.1 galones de condensado aprox.

Como no se tiene un sistema de manejo de condensados en el Cuarto de

Compresores, este subproducto del proceso de compresión que es muy

contaminante y de difícil descomposición biológica, está siendo arrojado al

medio ambiente sin ningún tipo de control.

5.6.2 Distribución actual del cuarto de compresores

Para visualizar mejor esta distribución, tenemos el siguiente diagrama, que nos

muestra con más detalle la distribución y elementos que la componen.



Figura 11. Distribución actual del cuarto de compresores



• La función en estos momentos del secuenciador, no es más que de tener

al compresor A (de tornillo), como el principal, independiente de la

demanda. Solo si este compresor, sale de servicio por falla o

mantenimiento, el secuenciador conmuta el servicio para el compresor B

(alternativo).

• La configuración, no cuenta con secador refrigerativo cuya función es la

de disminuir la temperatura del aire comprimido hasta 3˚C, generando de

esta manera, mayor volumen de condensados.

• Tampoco cuenta, con filtro KPF, el cual permite remover partículas

mayores a 1 micrón, y removiendo hasta un 70% de aceite que es un

aire ideal para consumo de herramientas.

• No posee Unidad de Manejo de Condensados, el cual garantiza que el

condensado generado en separadores, filtros y secador sea desechado,

sin causar efectos negativos sobre el medio ambiente.

• Solo cuenta con filtros primarios de drenaje para recolección de

condensados, generados por los intercambiadores y acumuladores.



5.6.3 Propuesta de rediseño de configuración cuarto de compresores

Figura 12. Propuesta de rediseño de configuración cuarto de compresores



78

5.6.4 Manejo y control

Uno de los aspectos más interesantes de esta configuración, es que un PLC, se

encargaría de controlar la conmutación de los compresores dependiendo de la

necesidad, haciendo más eficiente el proceso.

Teniendo en cuenta que un compresor trabaja generalmente en forma dual

(carga y descarga), el control sería de la siguiente manera:

Para condiciones normales de operación (demanda = 27 cfm), el PLC, tendríacomo “maestro” al compresor A (7.5 hp), pero cuando haya un eventual

consumo de aire se generará una caída de presión, la cual sería la señal que

detectaría el PLC, para hacer la conmutación al compresor B “esclavo” (50 hp),

y este se encargaría del exceso de de

Trabajo de Grado - Diagnóstico y Rediseño...

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