instalaciones neumaticas
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José Borja
José Carreño
Ever Durán
Jairo Rangel
Zulay Sarmiento
Instalaciones Neumáticas
Neumática
Es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los gases ideales.
Industrias que usan instalaciones
neumáticas
Industria del automóvil, aeronáutica, ferroviaria, naval, aeroespacial, maderera,…
Industria textil, del calzado, agroalimentaria, cárnica…
Producción de energía
Refinerías e industrias petrolíferas y químicas, siderurgia, minería,…
Industrias de logística, máquinas de embalaje, imprentas y artes gráficas
Construcción y obras públicas
Robótica, etc.
Partes de una instalación neumática
Compresor
Elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado.
Todos los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central de generación
Las centrales de generación pueden ser fijas, como en la mayoría de las industrias, o móviles, como en la construcción o en máquinas que se desplazan frecuentemente.
Como norma general, al planificar una instalación, es necesario prever un tamaño superior de la red.
Funcionamiento del compresor
Selección del compresor Puntos que intervienen en la elección son numerosos e importantes:
presión máxima y mínima pretendidas
caudal necesario
crecimiento previsto de la demanda
condiciones geográficas (altitud, temperatura, etc.)
tipo de regulación, espacio necesario, tipo de refrigeración, accionamiento,
lugar de emplazamiento exacto
Es muy importante diferenciar a la hora de elegir si el compresor va a ser estacionario o de tipo portátil. Esta segunda situación se suele dar en los casos de campaña donde deben realizarse operaciones con la ayuda del aire comprimido.
Depósito • Almacenar el aire comprimido
necesario para atender demandas punta
que excedan de la capacidad del
compresor.
• Incrementar la refrigeración (por la
superficie de este) y recoger posibles
residuos de condensado y aceite.
• Igualar las variaciones de presión en la
red de aire
• Evitar ciclos de carga y de descarga en
el compresor demasiado cortos.
•Del caudal de suministro del
compresor
• Del consumo de aire
• De la red de tuberías (volumen
suplementario)
• Del tipo de regulación
• De la diferencia de presión
admisible en el interior de la red
Acondicionamiento y tratamiento del
aire comprimido
Línea principal: A, B, C, D
Sub-línea: F, G, H.
Línea local: Terminaciones.
Valvulería
Las válvulas neumáticas controlan o regulan el paso del aire comprimido y su clasificación se efectúa por la función que desarrollan. Siguiendo las recomendaciones de CETOP, la norma DIN 24300 establece la siguiente división: Los diferentes tipos de válvulas existentes son: direccionales o distribuidoras, de bloqueo, de presión, de caudal y de cierre.
Válvulas direccionales o distribuidoras
• Estas válvulas controlan el arranque, detención de la dirección del flujo neumático y con ello la dirección del movimiento y las posiciones de detención de los motores o cilindros
Válvulas de bloqueo
• este tipo de válvulas tienen la peculiaridad de accionarse ante unas determinadas condiciones. Son válvulas con la capacidad de bloquear o permitir el paso del aire comprimido cuando se dan ciertas condiciones en el circuito. En este tipo de válvulas encontraremos: Anti-retorno, de simultaneidad, de selección de circuito (selectoras), de escape.
Válvulas de regulación
• Son las válvulas para regular caudal y presión.
Actuadores
Los elementos que permiten efectuar la transformación
de la energía de presión transmitida por el aire, en
energía mecánica, es decir en trabajo, se denominan
actuadores neumáticos.
Cilindro simple
efecto
Cilindro doble
efecto
Un actuador neumático estándar
adecuado para una instalación debe
cumplir Que exista en el tamaño que lo necesito (diámetro y longitud)
Que su rozamiento interno sea lo más bajo posible y su vida útil
sea lo más larga posible
Que su montaje o instalación sea simple y rápida
Que existan gran variedad de diseños para adaptarlos a nuestra
necesidad
Que pueda utilizase con o sin lubricación
Que resista los esfuerzos de tracción, compresión y térmicos sin
deformarse.
MOTORES NEUMÁTICOS
Los motores neumáticos son
unos elementos capaces de
transformar la energía
neumática en energía
mecánica.
Tipos de motores neumáticos
De engranaje
• son los más comunes, y son capaces de dar hasta 60CV de potencia. Están considerados de bajo rendimiento, porque consume más energía que la que transmite.
De pistones
• consiguen potencias de hasta 30CV
De paletas
• se usan en las herramientas, como lijadoras y taladradoras. Dan una potencia máxima de 20 CV, y tienen unas velocidades de 3000 hasta 9000 rpm.
TIPOS DE REDES NEUMÁTICAS
RED ABIERTA
RED CERRADA
RED CERREDA CON
INTERCONEXIONES
SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS
PERDIDA DE PRESION = PERDIDA DE POTENCIA
En condiciones normales de funcionamiento, la mayor parte de
las herramientas y equipos neumáticos están construidos para
obtener su máximo rendimiento a una presión de trabajo
comprendida entre 6 y 7 bar.
COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN
En la determinación de la capacidad el compresor necesario
para alimentar una herramienta, máquina o un grupo de
accionamientos neumáticos, intervienen, aparte del consumo
específico del aparato, el tiempo que el componente
neumático está parado por la índole de su trabajo. Este
margen de operación intermitente, o factor de servicio se
denomina Coeficiente de Utilización y varia conforme la
prestación de cada herramienta, máquina o accionamiento.
De manera que se puede estimar en:
Por tanto, bastará sumar los consumos de todas las
herramientas que se deseen emplear y hacer una reducción
del tanto por ciento indicado, por trabajo no simultáneo para
obtener la capacidad del compresor.
ATORNILLADORES 25%
REMACHADORES 50%
TALADROS 25%
LIJADORAS 50%
ROSCADORAS 30%
COEFICIENTE DE SIMULTANIEDAD
Cuando hay en funcionamiento diversas herramientas o en
general, todos los equipos que integran, una industria o un
centro de servicio, el promedio de los coeficientes de
utilización de dada una de ellas nos dará una cifra
denominada coeficiente de simultaneidad.
Como es laborioso definir el coeficiente de utilización unidad
por unidad (aunque, si es posible hacerlo, siempre tendremos
un dato más exacto), se da una cifra global para todo el
conjunto de equipos de una planta.
EQUIPOS DE PLANTAS COEFICIENTE DE UTILIZACION
Fundiciones 55 a 60%
Talleres mecánicos 40 a 45%
Talleres de servicio 35 a 40%
Construcciones metálicas 45 a 50%
Construcciones varias 20 a 25%
LA REGLA GENERAL
La caída de presión en instalaciones fijas no puede sobrepasar
0.1 bar, desde la instalación del compresor hasta la llave de
servicio que queda a mayor distancia en el sistema.
PERDIDA DE PRESIÓN DE ALGUNOS
DISPOSITIVOS
CURVA DE RENDIMIENTO EN FUNCION
DE LA PRESION
Estas normas deben mantenerse siempre, salvo en aquellos casos en que el fabricante señale otras condiciones de trabajo.
El funcionamiento de una herramienta que esta funcionando con un nivel de presión por debajo del estipulado por el proveedor, el rendimiento de esta se vera comprometido. Lo mismo ocurre si trabajo con una presión superior a la recomendada esta experimentara vibración.
PERDIDAS DE AIRE PERMISIBLES POR
FUGAS
En la practica es imposible suprimir las fugas de aire
comprimido.
Estas dependen de varios factores:
Longitud de la red
Tipo de herramienta
A TENER EN CUENTA
Como pauta, un margen entre el 10 y 15 % de la capacidad del
compresor, habría de destinarse a paliar el escape de aire por
fugas, y tenerlo bien en cuenta al ir a considerar el caudal de
aire libre proporcionando por el compresor.
CAPACIDAD DEL COMPRESOR
CONSUMO DE AIRE
PERDIDAS POR FUGAS (15%)
AMPLIACIÓN (30%)
TUBERIAS
Para el transporte del aire comprimido desde la central de
compresores hasta los lugares de utilización se emplea una
red de conducciones conocidas bajo el nombre genérico de
tuberías.
La selección de los diámetros de las tuberías de una red de aire
se determina según los principios de la mecánica de fluidos y
para ello se utilizan ecuaciones y diagramas.
NOMOGRAMA
COLORES DE LAS TUBERIAS
Según la NTC 3458 de1992
SEGÚN LA RESOLUCIÓN 2400/79
Articulo 204, Numeral 5
El color amarillo se empleara para pintar tuberías de aire
comprimido.
De acuerdo a American Standards Association (A.S.A), y
actualmente se llama American National Standart Institute
(ANSI).
SELECCIÓN DEL COMPRESOR DE AIRE
SE RECOMIENDA
Se recomienda que la caída de presión del total de la instalación
se establezca en un máximo de 0.6 bar.
En instalaciones en donde coexisten gran cantidad de máquinas
movidas por aire con escapes innatos en ellas, (fundiciones) o
cuando la red de aire presenta notables longitudes o se instala
provisionalmente las pérdidas de aire pueden variar entre el
10 y 15%.
Redes neumáticas
Instalación de tuberías
La red de distribución de aire comprimido
es el sistema de tubos que permite
transportar la energía de presión
neumática hasta el punto de
utilización
Requisitos para su funcionamiento
Disposición de la línea principal y zonas de presión.
Esta debe presentar una leve caída hacia la parte posterior de alrededor de un 2% (0.5%).
para permitir el escurrimiento del agua. Que eventualmente podría haberse condensado,
hacia un lugar de evacuación.
Requisitos para su funcionamiento
La bajada pertenece a lo que hemos llamado instalación secundaria y
puede ocurrir que, si el ambiente estuviera a una temperatura más o
menos baja, ocurra alguna condensación. Es conveniente entonces
permitir que el aire desemboque directamente en un recipiente sin
purga y la derivación a la máquina se realice directamente a 90º
Pérdidas de carga El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el
consumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y el
consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presión
excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada
y el rendimiento disminuirá considerablemente. Siempre debe
preverse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo
motivo deberán sobredimensionarse las tuberías.
Dimensionado de las tuberías El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros
tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino en
conformidad con: el caudal, la
longitud de las tuberías, la pérdida
de presión (admisible), la presión
de servicio, la cantidad de
estrangulamientos en la red,
entre otras.
Presión En la mayoría de las instalaciones el "Aire Comprimido" se considera
como una Fuente de Energía comparable a la electricidad, el gas y el
agua. En general es utilizado para el manejo de equipos de planta y
para instrumentación.
En ambos casos la
presión de la red es entre 6 y 7 .
Consumo de aire El uso del aire comprimido en equipos de planta hace referencia a
dispositivos robustos como taladros, pulidores, motortools,
elevadores, motores y otros. En este caso el aire debe tener una
calidad aceptable de humedad e impurezas. El consumo de aire de
estos dispositivos de muestra en la Tabla
Dispositivo
Consumo ( )
Elevadores neumáticos 0.5-5.0 Ton 70-200
Taladros 12-80
Grinders 20-85
Wrenches 30-50
Pistolas 20
Sand Blasting 70-115
Para el diseño de la red Diseñar la red con base en la arquitectura del edificio y de los
requerimientos de aire.
Procurar que la tubería sea lo mas recta posible con el fin de disminuir la longitud de tubería, número de codos, t´s, y cambios de sección que aumentan la pérdida de presión en el sistema.
La tubería siempre deber ir instalada aéreamente. Puede sostenerse de techos y paredes. Esto con el fin de facilitar la instalación de accesorios, puntos de drenaje, futuras ampliaciones, fácil inspección y accesibilidad para el mantenimiento. Una tubería enterrada no es práctica, dificulta el mantenimiento e impide la evacuación de condensados.
• La tubería no debe entrar en contacto con los cables eléctricos y
así evitar accidentes.
• En la instalación de la red deberá tenerse en cuenta cierta
libertad para que la tubería se expanda o contraiga ante
variaciones de la temperatura. Si esto no se garantiza es posible
que se presentes "combas" con su respectiva acumulación de
agua.
• Antes de implementar extensiones o nuevas demandas de aire en
la red debe verificarse que los diámetros de la tubería si
soportan el nuevo caudal.
• Un buen diámetro de la tubería principal evita problemas ante
una ampliación de la red. La línea principal deberá tener una
leve inclinación en el sentido de flujo del aire para instalar sitios
de evacuación de condensados.
• Para el mantenimiento es esencial que se ubiquen llaves de paso
frecuentemente en la red. Con esto se evita detener el suministro de
aire en la red cuando se hagan reparaciones de fugas o nuevas
instalaciones.
• Todo cambio brusco de dirección o inclinación es un sitio de
acumulación de condensados. Allí se deben ubicar válvulas de
evacuación.
• Las conexiones de tuberías de servicio o bajantes deben hacerse desde
la parte superior de la tubería secundaria para evitar el descenso de
agua por gravedad hasta los equipos neumáticos y su deterioro
asociado.
EJEMPLO Se tienen las siguientes maquinas neumáticas y sus consumos
respectivamente. Calcular la capacidad del compresor.
Con lo anterior se observa que el consumo de aire libre que se
tiene a una presion de trabajo de 8.62 bar (125 psi) es de
3.27 m3/min.
Pero se debe tener en cuenta el tiempo de inactividad de las
maquinas en la red, se recurre al uso del Coeficiente de
utilizacion.
La siguiente tabla muestra los cálculos para el coeficiente de
variación.
CALCULO DEL CONSUMO DE LA RED
UTILIZANDO EL COEFICIENTE DE
UTILIZACION
Consumo Total = 2.46 m3/min
Ya conociendo los requerimientos de consumo de la red. Se
deben tener en cuenta las perdidas de presión por fugas.
Calculando el coeficiente de simultaneidad obtenemos:
CS = (80% + 65% + 80% + 70%)/4
CS = 73.75%
CALCULO LA CAPACIDAD DEL
COMPRESOR
2.46 m3/min * 73.75% = 1.8142 m3/min
A valor se le debe añadir un 15% adicional de capacidad por
perdidas de aire admisibles por fugas. Así como sumarle un
30% para prever posibles ampliaciones
M3/min
Consumo de Aire 1.8142
15% perdidas por fugas 0,2721
30% Ampliación 0,5442
TOTAL 2,63056
Esto quiere decir que el compresor o grupo de compresores, debe
cubrir como mínimo, 2.63056 m3/min. a una presión de trabajo de
8.62 bar (125 Psi.)