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.)