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Sistemas de distribución de aire comprimido. [1]

Enviado por : Admin en 24 Sep, 2007 - 11:09
mantenimiento [2]
Consideraciones para el diseño de un sistema de distribuciónPara diseñar correctamente un sistema de distribución de aire comprimido es necesario responder las siguientes preguntas:1. ¿Qué capacidad de aire se requiere?2. ¿Qué calidad?3. Qué tipo de compresor se necesita?4. Cuál es el diseño óptimo del sistema de distribución de aire?5. ¿Qué dimensiones son requeridas?6. ¿Qué accesorios de línea se necesitan?

Capacidad de aire requerida
Lo primero es hacer una investigación para averiguar cuanto aire será consumido.
La capacidad total esta basada en un conocimiento exacto de los requerimientos.
Una subestimación resultaría en una presión de trabajo inadecuada con ningún margen para expansiones futuras.

Una sobre estimación, por otro lado, significa una inversión innecesaria y mayor consumo de energía. La capacidad de aire se determina por:

-Presión de aire
-Volumen de aire.

Presión de aire:
La mayoría de los equipos neumáticos con excepción de aplicaciones especiales como instrumentos de control, operan a 6 bar.
Como en la generalidad de los casos la presión de salida de los compresores es de 7 bar, hay que considerar las caídas de presión en la línea para poder obtener una presión de 6 bar en los puntos de consumo.
Sin embargo, debe prestarse una atención especial cuando hay secadoras y filtros extra en la línea.
Debe examinarse entonces si el mínimo es de 6 bar se obtiene en los puntos de consumo. En caso contrario sólo se pueden hacer dos cosas.

- Subir la presión de salida del compresor.
- Aceptar un funcionamiento de las herramientas por debajo de su capacidad.

Demandas especiales de aire por menos de 6 bar, pueden cubrirse usando reguladores de presión.

Demandas por más de 6 bar, pueden ser económicamente satisfechas instalando pequeños compresores para alta presión o en algunos casos con la ayuda de intensificadores de presión.

En ciertas aplicaciones, como por ejemplo talleres de reparación de tractores y camiones ó uso de autoclaves, se requieren presiones de hasta 14 bar para las mismas.

En estos casos se usan dos redes: una alimentada por un compresor de 7 bar y la otra por un compresor de alta presión.

Volumen de aire
Para conocer cual será el caudal consumido, es necesario sumar el consumo total de aire de cada punto.

El resultado es la Máxima carga teórica.

Para obtener la carga real, la carga teórica se multiplica por un factor de uso y por un factor de simultaneidad, que pueden ser determinados de las tablas de consumos y simultaneidad (ver más abajo).
No se deben olvidar:

- Expansiones futuras: si la expansión no es conocida con seguridad, se deberán considerar 3 años con 10 a 15 % por año.
- Margen de fugas: Un sistema correctamente diseñado e instalado tiene normalmente fugas entre 5-10% de la capacidad instalada.
La experiencia indicada sin embargo que sólo donde se realiza un buen mantenimiento, las fugas se mantienen en un 5 %. Negligencia o poco mantenimiento, pueden significar fugas de hasta el 30 %.

Un margen de un 15 % debe considerarse por fugas.

Conclusión
Si Q teórica es la suma de todos los consumos, entonces:

Q real = Q teórica x factor de uso x factor de simultaneidad y
Q total = Q-real x factor de expansión x factor de fugas.


Si un sistema requiere un Q total y se decide instalar dos compresores, entonces el primero debe cubrir los requerimientos principales y el segundo los picos.

Tabla de consumos (factor de uso)
. Consumo de aire y grado de utilización para herramientas de aire comprimido para obtener el factor de uso.



Grado de utilización: 1= industria automotriz, 2= Taller mecánico, 3= Industria mecánica pesada , 4= industria electrodomésticos, 5= Instalaciones completas
Factor de simultaneidad: Es un factor que depende del número de herramientas utilizadas al mismo tiempo :

Calidad de aire requerida
La calidad de aire comprimido se refiere a:
- Contenido humedad.
- Contenido de aceite.
- Contenido de partículas sólidas.

Nota del Editor: vea el artículo “calidad del aire comprimido [3]” en:
http://www.construsur.com.ar/Article13.html [4]

(Continúa en página 2)
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Diferentes aplicaciones tienen diferentes requerimientos en cuanto a la calidad del aire. Por ejemplo:
- Aire para pintado por atomización debe ser seco, libre de aceite y limpio.
- Aire para instrumentos de control debe ser muy limpio.
- Aire para herramientas, cilindros, válvulas y bombas, tienen distintas variaciones en cuanto a calidad.

Es importante señalar que antes de elegir un compresor, es necesario tener conocimiento completo de la calidad de aire requerido.
Por ejemplo, es muy común que se requiera una muy buena calidad para algunas secciones u operaciones mientras que para el resto, una calidad media es suficiente.
En todos los casos puede resultar económico tratar de un modo especial sólo a la sección que así lo requiera.
En uso de secadoras de aire se hace cada vez más popular y en algunos países industrializados más del 30% de las plantas nuevas están equipadas con secadoras.
En la práctica, la inversión extra de una secadora está muy bien compensada con las pérdidas ocasionadas por condensación en tuberías.

Tipo de compresor requerido

Una vez que los requerimientos de aire, presión y calidad son conocidos, la elección del compresor puede ser hecha.

Nota del Editor: vea el artículo “tipos de compresor [5]” en:
http://www.construsur.com.ar/Article199.html [6]y “tanques recibidores [7]
http://www.construsur.com.ar/Article9.html [8]


Esto implica considerar los siguientes aspectos

- Tipo de compresor
- Libre de aceite, inyección de aceite
- Pistón, tornillo.
- Desplazamientos positivos, dinámicos.
- Capacidad y presión
- Q total.
- División de carga entre más de un compresor.
- Capacidad de reserva.
- Consumo especifico de energía.
- Requerimientos especiales.
- Planes futuros.
- Regulación del compresor.
- Ubicación del compresor.


Diseño optimizado del sistema de distribución de aire

En este punto ya tenemos toda la información requerida para el trazo de la tubería para el aire de toda planta.

Conociendo donde ésta la mayor concentración de puntos de consumo, es posible determinar la mejor ruta.

Un sistema cerrado es una forma apropiada de trazado.

En muchos casos, combinaciones de anillos pueden ser la mejor alternativa pues hay una mejor distribución de la presión y cualquier consumo alto y repentino podrá suplirse desde dos direcciones.

En otros casos una línea directa es suficiente.

El propósito de un sistema de aire comprimido es el de suministrar aire en cada punto de consumo de acuerdo a sus demandas en cuanto a:
-Presión de aire.
-Flujo de aire.
-Calidad de aire.
Estos requerimientos deberán satisfacerse al menor costo posible.

Existen cuatro componentes de una red de aire comprimido a saber:
- La línea principal, la cual conduce el aire comprimido desde la sala de compresores hasta las áreas de consumo.
- La línea de distribución, encargada de distribuir el aire dentro del área de consumo.
- La línea de servicio, que lleva el aire de la línea de distribución al punto de trabajo.
- Accesorios de línea, son todos los equipos como válvulas, conexiones, unidades de preparación de aire y mangueras requeridos para llevar el aire de la línea de servicio al consumidor.

En este punto del diseño del sistema de aire comprimido, ya se debe haber tomado una decisión en cuanto al uso o no de un secador.

Consideraciones de diseño de la red de aire cuando no se utiliza secador
.

- Tanto la línea principal como las de distribución deberán tener una pendiente de 1:2000 y se deberán colocar en los puntos más bajos trampas de agua.
- Las líneas de servicio deberán conectarse en la parte superior de las líneas de distribución para dificultar el paso del agua condensada a los puntos de consumo.
Si se ha decidido utilizar un secador, se simplificará la instalación de las tuberías.
-   La línea principal y las de distribución podrán montarse horizontalmente.
-   Las trampas de agua en la línea no serán necesarias.
- Las líneas de servicio, podrán ser conectadas por la parte inferior de las líneas de distribución.

Al diseñar la línea principal en grandes sistemas de distribución con varias áreas de consumo, estas deberán poderse cerrar sin afectar el funcionamiento del resto de la red.
Con esta sencilla consideración práctica, se consiguen varias ventajas.
- Al hacer cualquier trabajo de mantenimiento sólo el área de consumo en cuestión quedará sin aire.
- Las figuras podrán minimizarse al cerrar el paso de aire hacia aquellas zonas que no estén trabajando.
- Las fugas pueden ubicarse más fácilmente.
- Es posible medir el consumo de las distintas etapas.
- Es posible, en el caso de la falla de parte del sistema de compresión de aire, suplir únicamente las áreas más importantes.

Materiales de las tuberías
Los materiales más comunes son:
- Acero.
- Acero inoxidable.
- Cobre.
- Plástico.

Acero

Cuando no existe ningún requerimiento especial, las tuberías de acero son las más utilizadas.
Cuando se utilizan tuberías de acero o de cualquier material, estas deben ser cuidadosamente limpiadas antes de instalarse.
Siempre que se pueda o que sea adecuado, deberá utilizarse soldadura, lo que originará menos pérdida por las fugas en conexiones, y además provoca una menor caída de presión.

Acero inoxidable

En hospitales, producción de alimentos y en la industria química, es común el uso de tuberías de acero inoxidable.
También se utilizan tuberías de acero inoxidable en industrias mecánicas o eléctricas con altas exigencias en cuanto a la pureza y confiabilidad del sistema de aire.

Cobre
Es utilizado como alternativa al acero inoxidable.
Utilizando cobre se facilita el trabajo de instalación comparado con acero inoxidable.

Plástico
El uso de tuberías de plástico en líneas de distribución de aire debe hacerse con ciertas precauciones.

- Para una presión máxima de 12,5 bar da temperaturas entre -20ºC y + 20ºC u 8 bar hasta +50ºC.
- El material no deberá ser sobrecalentado.
- Tubería de metal deberá utilizarse entre el compresor y el tanque.
- No debe ser sometida a vibraciones.
- Seguir cuidadosamente las indicaciones de instalación de fabricante.

Normalización internacional para tuberías de aire.


Color base, azul : Aire.
La siguiente convención es útil para separar por presiones de aire:

Franja amarilla : Aire hasta 7bar, para servicios generales.
2 x franjas amarillas : Aire hasta 7bar, para instrumentación.
Franja roja : Aire entre > 7 bar, y < 10 bar.
2 x franja roja : Aire > 10 bar.
Franja marrón : Aire con aceite lubricante.

Caídas de presión Permisibles.
Antes de terminar las dimensiones de la tubería es necesario conocer cuales sin los niveles de caída de presión aceptables en cada una de las partes de la red.
Las caídas de presión permisibles están basadas en dos puntos importantes.

- Las herramientas neumáticas, así como una gran cantidad de equipo neumático, están diseñadas para trabajar con mayor rendimiento a una presión de 6 bar.
-  Los compresores industriales más comunes comprimen aire hasta 7 u 8 bar.

Debido a estos dos factores limitantes, tenemos las siguientes caídas de presión aceptables:

- En la herramienta: 6 bar (presión afectiva)
- Accesorios de línea: 0,6 bar de caída.
- Filtros: 0,3 bar de caída.
- Línea principal y de distribución: 0,07 bar de caída.
- Línea de servicio: 0,03 bar de caída.
- Presión a la salida del compresor: 7 bar.

Recuerde considerar puntos donde hay requerimientos especiales en cuanto a calidad de aire que pueden necesitar instalaciones locales de secadores.
Una vez que el trazado de la línea principal esté definido, las líneas auxiliares y de servicio pueden determinarse.
El principio más importante debe ser el de seguir la ruta más corta que cubra los mayores puntos de consumo y siga la simetría general con la menor caída de presión.

Dimensiones del sistema


Después de determinar la capacidad de aire, la calidad y el trazado de la tubería, es posible determinar las dimensiones de las distintas tuberías.

Selección de los accesorios de línea

Por accesorios de línea entendemos válvulas, reguladores, filtros, secadoras, mangueras, acoples, trampas de agua, lubricadores y conexiones de tuberías.
Debido a que los accesorios de línea, distribuyen, guían y tratan el aire comprimido, tienen una gran influencia en el funcionamiento global del sistema.
Para la elección de los accesorios es necesario conocer, de sus respectivos fabricantes, las caídas de presión que ellos provocan para distintos caudales. Conociendo los requerimientos en los puntos de consumo, los accesorios requeridos quedan completamente determinados.

Bibliografía :Manual de aire comprimido Atlas Copco
Links:
  [1] http://construsur.com.ar/index.php?name=News&file=article&sid=248
  [2] http://construsur.com.ar/index.php?name=News&catid=&topic=2
  [3] http://www.construsur.com.ar/Article13.html
  [4] http://www.construsur.com.ar/Article13.html
  [5] http://www.construsur.com.ar/Article199.html
  [6] http://www.construsur.com.ar/Article199.html
  [7] http://www.construsur.com.ar/Article9.html
  [8] http://www.construsur.com.ar/Article9.html
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