DIMENSIONAMIENTO DE UNA RED DE ALIMENTACIÓN DE DISPOSITIVOS NEUMÁTICOS

I. Hipótesis Asumiendo una longitud 300m como longitud de la red, y 5m. de distancia máxima entre

equipo y red Presión de funcionamiento 6bar y asumimos un perdida de carga máxima de 0.1 bar entre

la generación de aire comprimido y el punto más lejano de la red Asumimos ciclo de funcionamiento de 10 segundos

II. Elementos de nuestra red neumática

CANTIDAD DISPOSITIVO NEUMATICO1 Elevador Neumatico2 Amoladora2 Llave neumática de impacto2 Pistola4 Taladradora de 1KW2 Taladradora de 2KW6 Lijadora de 0.75KW3 Lijadora de 1.5KW2 Destornillador neumático de 0.3KW2 Motor neumático de 1.4KW1 Motor neumático de 3.5KW1 Martillo cincelador4 Cilindro de simple efecto8 Cilindro de doble efecto1 Pistola de inyección

Tabla 1: Consumo de aire de los dispositivos neumáticos

III. Calculo del consumo de los cilindros de simple efecto y doble efecto

Es necesario tener como dato esta figura 1 que nos muestra los consumos específicos en función del diámetro y presión de trabajo

Cilindro de simple efecto: Seleccionamos un cilindro de referencia 25522050, con 50mm de diámetro interior, y carrera 500mm. Duración de carrera de 2s y presión de

funcionamiento de 6 bar. De la figura 1 observamos que el consumo específico para nuestro cilindro de simple efecto es 0.00001 kg/mm

El consumo viene dado por la siguiente fórmula:

C onsumo ( kg )=1∗carrera (mm )∗consumoespecífico( kgmm )Consumo (kg )=1∗500mm∗0.00001 kg

mm=0.005kg

El volumen normalizado esta dado por:

QN=Consumo (kg)1.2kg /m3

QN=0.0051.2

=0.004m3

Hallamos el caudal por hora para un ciclo de 2s:

Qhora=QN

2 s=0.004m

3

2 s=0.002m

3

s=2Ls

=7.2m3/h

Cilindro de doble efecto: Seleccionamos un cilindro de referencia 25655500 con 50mm de diámetro interior, y carrera 500mm. Duración de carrera de 2s y presión de funcionamiento de 6 bar. De la figura 1 observamos que el consumo específico para nuestro cilindro de simple efecto es 0.00001 kg/mm

Como hemos considerado medidas similares en los cilindros observamos que el consumo por hora Qhora será igual al doble del cilindro de simple efecto entonces seria 4L/s. Así evitamos repetir el cálculo hecho anteriormente

IV. Calculo del dimensionamiento de la red en función al consumo

Para dimensionar correctamente una red neumática debe considerarse que el compresor debe

proporcionar tanto aire como el que las unidades consumen de forma intermitente.

Lo normal es que dichas unidades tengan tiempos muertos, ya que por ejemplo, el operario tiene

que parar el consumo de aire del dispositivo neumático para posicionar las piezas en la

maquinaria, cambiar los utensilios (broca, etc.), situar un perno en posición, etc., y en estos

tiempos muertos un compresor de menor capacidad tendría tiempo para cargar a presión el

depósito o la red de aire comprimido.

El tiempo en que la máquina está consumiendo aire, es decir la duración de la conexión, se

denomina factor de uso, que es propio de cada tipo de máquina y que está determinado por la

forma en que ésta trabaja. Estos coeficientes se han determinado mediante cronometraje en

diversos trabajos realizados en varias fábricas.

Tabla 2: Factor de uso neumático

Nota: puesto que no todos los elementos neumáticos de nuestro sistema han sido considerados en esta tabla algunos valores los asumiremos de manera conveniente

Otro factor que hay que tener en cuenta para calcular el consumo es el factor de simultaneidad, el cual depende del número de unidades que en cada momento consumen aire. Es prácticamente imposible que trabajen simultáneamente todas las unidades ya que siempre hay un desfase entre sus periodos de trabajo. El factor de simultaneidad se conoce por los datos determinados en distintas industrias

Tabla 3: Factor de simultaneidad

En nuestro sistema hay un total de 41 dispositivos de consumo, por ese motivo haremos una interpolación para hallar el valor exacto del factor

100−150.2−0.65

=100−410.2−x

x=0.554

Así pues, conociendo el número de dispositivos neumáticos a alimentar y los factores de uso y de simultaneidad es posible dimensionar la red de aire comprimido con todos sus componentes (compresor, depósito, filtro, red de tuberías y dispositivos neumáticos).

De este modo, es posible calcular el caudal de consumo de la instalación mediante la fórmula:

Para tener en cuenta las posibles ampliaciones de la instalación y las posibles fugas, el caudal anterior se corrige mediante la ecuación:

El factor 2 tiene la finalidad de compensar los picos de consumo ya que por experiencia se sabe que el consumo medio de aire es entre un 20% y un 60 % del consumo máximo de aire. Se estima un 30% de reserva y se considera que se realiza un buen mantenimiento en el taller por lo que se supone un 10% de fugas.

A continuación presentamos una tabla detallada del consumo de los dispositivos neumáticos

CANTIDAD

DISPOSITIVO NEUMATICO CONSUMO (L/s)

TOTAL CONSUMID

O

FACTOR DE USO

FACTOR DE SIMULTAENIDA

D

TOTAL

1 Elevador Neumático 35.5 35.5 0.15 0.554 2.950052 Amoladora 414.5 829 0.25 0.554 114.81652 Llave neumática de impacto 11 22 0.1 0.554 1.21882 Pistola 8 16 0.1 0.554 0.88644 Taladradora de 1KW 18 72 0.3 0.554 11.96642 Taladradora de 2KW 35 70 0.3 0.554 11.6346 Lijadora de 0.75KW 17 102 0.4 0.554 22.60323 Lijadora de 1.5KW 28 84 0.4 0.554 18.61442 Destornillador neumático de

0.3KW5 10 0.2 0.554 1.108

2 Motor neumático de 1.4KW 36 72 0.8 0.554 31.91041 Motor neumático de 3.5KW 84 84 0.8 0.554 37.22881 Martillo cincelador 8 8 0.3 0.554 1.32964 Cilindro de simple efecto 2 8 0.8 0.554 3.54568 Cilindro de doble efecto 4 32 0.8 0.554 14.18241 Pistola de inyeccion 10 10 0.1 0.554 0.554

TOTAL NETO (L/s)

274.54855

TOTAL NETO CORREGIDO

549.0971

TOTAL NETO (m3/h)

1976.74956

En nuestro taller, la red tiene una longitud de 300 m, la pérdida de carga máxima es de 0,1 bares y el consumo de aire es de 1976.75 m3/h

Figura 2: Calculo del diámetro interior del tubo

En el gráfico de la figura 2, para la longitud 300 metros, pérdida de carga de 0,1 bar y 1976.75 m3/h, se determina el valor de 100 mm como el diámetro interior de la tubería

El siguiente paso en el cálculo es determinar la pérdida de carga adicional que causan las válvulas, codos y accesorios en general. Para ello se asume que estos componentes añaden una longitud equivalente (ficticia) de la tubería a la longitud real de los tubos: Esta longitud ficticia puede verse a continuación en la tabla 4

Tabla 4: Longitudes equivalentes de accesorios de la tubería

De la tabla anterior obtenemos que el valor real de la longitud son los 300 metros que asumimos mas un valor de 281 metros que es el total de los accesorios, siendo el resultado 581 m

Según la norma UNE 1063 las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de azul moderado UNE 48 103. La inclinación de las tuberías puede ser del 2 % Y al final debe instalarse una válvula de purga.

El siguiente paso en el cálculo es la determinación de los tamaños del compresor, del secador de membrana y del depósito acumulador.

El caudal necesario es de 1976.75 m3/h = 32.9 m3/minuto. De acuerdo a este dato seleccionamos:

1 Compresor de tamaño grande de 56 kW y 35 m3/minuto. Sin embargo, se recomienda instalar dos compresores en la planta (uno en funcionamiento y otro de reserva) para asegurar la confiabilidad del servicio y permitir un mantenimiento y reparaciones sin interrupciones. La capacidad de uno de los compresores debe ser suficiente para satisfacer el total de volumen de aire comprimido necesario para el sistema.

1 Secador de membrana (alúmina) de 35 m3/minuto 1 Depósito acumulador tamaño grande de 13.5 m3

Otro aspecto importante de las redes de aire comprimido son las fugas de aire que pueden producirse. En la tabla 5 pueden verse las pérdidas de aire correspondientes a varios diámetros de orificios.

Tabla 5: Pérdidas de energía a causa de las fugas. Fuente: CONAE

Con un buen mantenimiento, el porcentaje de fugas es menor de un 10%, de lo contrario puede llegar al 20 - 30% pérdidas en la capacidad del compresor.

Para determinar las fugas de aire en la instalación, con la ayuda del compresor, se desconectan todas las unidades de consumo de aire y se miden los periodos de tiempo de conexión del compresor, los que se suman

Otro método para calcular las fugas en los aparatos de consumo, es conectar todas las herramientas, máquinas y aparatos neumáticos y se mide la suma de todas las fugas. Después, se cierran las válvulas de cierre de las conexiones a los dispositivos neumáticos y se miden las fugas de la red de tuberías. La diferencia entre ambos valores representará la fuga total en las unidades de consumo, la grifería y las conexiones.

La experiencia demuestra que aproximadamente un 70 % de las fugas se dan en los últimos metros de la red de tuberías, es decir, en los puntos de torna de aire de los dispositivos neumáticos.

Las fugas pueden localizarse con un detector acústico ultrasónico que capta la alta frecuencia de los sonidos causados por las fugas. Puede emplearse también el método económico de la espuma de jabón, pasando una brocha por las tuberías o los lugares sospechosos, quedando las fugas en evidencia por las burbujas jabonosas de aire que aparecen.

En una buena red de aire comprimido, las caídas de presión entre el compresor y el punto de utilización no deben superar el 10%, es decir, entre 0,34 a 1 bar (5 a 15 psi) corno máximo. Téngase en cuenta que por cada 0,14 bar (2 psi) de caída de presión se tendrá un aumento del 1 % en el costo equivalente de la potencia consumida por el compresor.

Al calcular el consumo promedio de la planta se estima el requerido a baja presión (2,5 a 3,5 bar - 35 a 50 psi) y el total en alta presión (> 3,5 bar 50 psi). Si uno de estos valores supera al otro en un 20 % o 30%, es conveniente disponer de un sistema de baja presión (LP) y otro de alta presión (HP).

Es conveniente que la presión en la red, dando una alimentación correcta para los dispositivos neumáticos, sea la menor posible. Por ejemplo, si la presión de generación es de 6 bares en lugar de 7 bares se reducen los costes en un 4 %.

Aspirando el aire frío exterior hacia e l compresor, en lugar del aire interior del cuarto de compresores, representa una disminución de los costes del 3 %.