3 - instalaciones neumáticas

8/17/2019 3 - Instalaciones Neumáticas

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Instalaciones Industriales y Comerciales 2. Instalaciones de Aire Comprimido

Joaquín Fernández Francos ([email protected]), José María Montanero Fernández ([email protected])

Conrado Ferrera Llera ([email protected])Escuela de Ingenierías Industriales. Universidad de Extremadura

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3.- INSTALACIONES DE AIRE COMPRIMIDO


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Joaquín Fernández Francos ([email protected]), José María Montanero Fernández ([email protected])

Conrado Ferrera Llera ([email protected])Escuela de Ingenierías Industriales. Universidad de Extremadura

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Para el uso correcto de los accesorios neumáticos es necesario estudiar las leyes rela-cionadas con el comportamiento del aire como gas comprimido.

La unidad de presión en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa), que es el Newtonpor metro cuadrado (N/m2). Como esta unidad es muy pequeña se suele utilizar el bar(bar), equivalente a 1000 hPa.

Se tiene la siguiente equivalencia entre unidades:

1013 hPa = 1,013 bar = 1 atm = 10,33 m = 1,033 kg/cm2 = 760 mm Hg

En neumática, las presiones con las que se trabaja son manométricas, por tanto, sonpresiones relativas. Las diferentes maneras de indicar la presión se tienen en la figura3.1.2 utilizando como referencia la presión atmosférica estándar.

Figura 3.1.2: sistema de indicación de presión

La ecuación general de los gases perfectos es:

cteT / Vp

Para cambios de estado lentos, a temperatura constante, el volumen ocupado por ungas es inversamente proporcional a su presión:

cte Vp

3.1.1.- Propiedades del aire comprimido


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Joaquín Fernández Francos ([email protected]), José María Montanero Fernández ([email protected]) Conrado Ferrera Llera ([email protected])Escuela de Ingenierías Industriales. Universidad de Extremadura

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Las líneas que unen los puntos que se hallan a la misma temperatura se denominanisotermas.

En la práctica, cuando el aire entra en un cilindro, lo que ocurre es un cambio adiabáti-co. La ley Boyle se transforma en:

cte Vp k

En la figura 3.1.3 se tiene una representación de dicha ecuación.

Figura 3.1.3: curvas de transformación de un gas

Relacionando la ecuación anterior con la ecuación de los gases perfectos se tiene:

2

1k 1k

2

11k

1

2

TT

pp

V V

Debido a las interrelaciones entre volumen, presión y temperatura es necesario referirtodos los datos de volumen de aire a una unidad estandarizada, el metro cúbico es-tándar, que pesa 1,293 kg a una temperatura de 0ºC (DIN 1343) o 15 ºC (ISO2533) y una presión absoluta de 1013 hPa. Para pasar a volumen normal ungas a la presión p y temperatura T se tiene:

VTT

pp

V 00

0


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Puntos de rocío muy bajos reflejan aire muy seco y, por lo tanto, de gran calidad. Pun-tos de rocío elevados suponen aires con altas humedades relativas. Para aire con hu-medad relativa:

- Inferior al 100% (aire seco), el punto de rocío será siempre inferior a la temperatu-

ra real del ambiente considerado.- Igual al 100% (aire saturado), el punto de rocío coincidirá con el de la temperatura

real del ambiente considerado.- Igual al 100%, pero conteniendo fase líquida en suspensión (nieblas), el punto de

rocío será superior al de la temperatura real del ambiente considerado.

El punto de rocío puede calcularse si se conocen los datos siguientes:

- Humedad relativa y temperatura ambiente

- Humedad relativa y humedad de saturaciónRelacionadas ambas por medio de los valores de la figura 3.1.4

- Humedad absoluta y temperatura ambienteCon ayuda de fórmulas.

En primer lugar se busca la humedad de saturación (hs):

vatm

vs pp

p625,0kgh

Figura 3.1.5: presión de vapor del agua

0.01

0.1

1

10

100

1000

-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

P v a p o r ( m m H

g )

Temperatura (ºC)


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La presión de vapor (pv) se obtiene de la figura 3.1.5 a partir de la temperatura delsistema.

A continuación se obtiene la humedad absoluta (habs). En el punto de rocío, la hume-dad absoluta coincide con la humedad de saturación, determinando la nueva presiónde vapor a partir de la expresión anterior.

Finalmente, de nuevo en la figura 3.1.5, se obtiene la temperatura del punto de rocío.

Si se modifica la presión también se modifica la humedad de saturación y, por consi-guiente, el punto de rocío. En la figura 3.1.6 se tiene la temperatura del punto de rocíoequivalente en función de la temperatura del punto de rocío atmosférico y de la pre-sión relativa existente.

Figura 3.1.6: conversión del punto de rocío bajo presión a punto de rocío a la presiónatmosférica

La relación más importante en los componentes neumáticos es la que existe entre lapresión y el caudal. Para que haya circulación de aire entre dos puntos tiene que haberuna diferencia de presión entre ellos. En la figura 3.1.7 se tiene la relación existenteentre esa diferencia de presión y el caudal que circula por un elemento (válvula, racor,tubería, etc.) de sección 1 mm2 para flujos sónicos y subsónicos.

El diagrama está establecido para unas condiciones normales de fluido estándar, 0ºC y1,013 bar. En abscisas se indica el caudal en l/min y en ordenadas se indica, a caudal

cero, la presión de uso. Las curvas muestran la evolución de la presión desde el caudal

3.1.2.- Presión y caudal


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cero hasta el máximo. El caudal obtenido es válido para un elemento (válvula, racor,tubería, etc.) con una sección equivalente S de 1 mm2.

La zona en que las curvas se transforman en rectas verticales corresponde a la veloci-dad de paso máxima de aire, por lo que el caudal ya no aumenta al incrementarse lacaída de presión. La velocidad crítica de paso (flujo sónico) se produce cuando las pre-siones de entrada p1 y de salida p2 en la válvula cumplen la siguiente relación:

)013,1p(896,1013,1p 21

Cuando el miembro de la izquierda es mayor el flujo es sónico (p 1 > 2 p2), mientras

que si el de la derecha es mayor el flujo es subsónico (p1 < 2 p2). Hay que evitar lazona del diagrama de flujo sónico. El diagrama permite determinar una de las tres va-riables conociendo las otras dos.

Figura 3.1.7: diagrama presión-caudal para una sección de 1 mm 2

Cuando no se dispone del diagrama o es insuficiente y hay que realizar los cálculos decaudal en distribuidores, racores, tubos, etc., las fórmulas empíricas con coeficientesson de mucha utilidad. El caudal que pasa por esa sección unitaria depende del tipo deflujo.

Flujo subsónico:

273

273pp)013,1p(S2,22Q 212


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Flujo sónico:

273273

)013,1p(S1,11Q 1

siendo:

- Q: caudal en l/min- p1 y p2: presión en bar- S: sección equivalente, en mm2, permite representar una válvula o un conjunto de

elementos montados en serie asimilándolo a un orificio situado en una conduccióny que provoca la misma restricción en el fluido (caudal y pérdida de carga) que elconjunto de elementos considerados.

Las partes del sistema de producción (figura 3.1.8) de aire son:

- Compresor . El aire aspirado a presión atmosférica se comprime y entrega a presiónmás elevada al sistema neumático. Se transforma así la energía mecánica en ener-gía neumática.

- Motor eléctrico. Suministra la energía mecánica al compresor. Transforma la ener-gía eléctrica en energía mecánica.

- Presostato. Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito. Seregula a la presión máxima a la que desconecta el motor y a la presión mínima a laque vuelve a arrancar el motor.

- Válvula antirretorno. Deja pasar el aire comprimido del compresor al depósito e

impide su retorno cuando el compresor está parado.- S eparador de condensados . Elementos imprescindibles, colocándose a la salida del

compresor, siendo su eficacia de un 99%.- Depósito. Almacena el aire comprimido. Su tamaño está definido por la capacidad

del compresor. Cuanto más grande sea su volumen, más largos son los intervalosde funcionamiento del compresor.

- Manómetro. Indica la presión del depósito.

- Purga automática. Purga toda el agua que se condensa en el depósito sin necesitar

supervisión.- Válvula de seguridad. Expulsa el aire comprimido cuando la presión en el depósito

supera la permitida.

3.1.3.- Partes del sistema de producción de aire


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El filtro no debe ser demasiado fino, puesto que el rendimiento del compresor dismi-nuiría debido a la elevada resistencia al paso de aire, aunque las partículas de aire muypequeñas (2-5 µ) no se eliminan.

La entrada de aire debe estar situada de forma que se aspire aire seco limpio, conconductos de entrada lo suficientemente grandes para evitar una caída de presión ex-cesiva. Cuando se utilice un silenciador se puede colocar el filtro de aire después de él,de forma que esté sujeto a efectos de pulsación mínimos.

Los compresores de émbolo se utilizan en sistemas que requieren aire en un rango depresiones de 3-7 bar. El de una etapa (figura 3.1.8a) aspira aire a presión atmosféricay lo comprime a la presión deseada. El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta elvolumen para crear una presión más baja que la de la atmósfera, lo que hace entrar elaire en el cilindro por la válvula de admisión. Al final de la carrera, el émbolo se muevehacia arriba, la válvula de admisión se cierra cuando el aire se comprime, obligando ala válvula de escape a abrirse para descargar el aire en el depósito de recogida. Cuan-

do se comprime el aire por encima de 6 bar, el calor que se crea reduce en gran medi-da su eficacia. Una manera de evitar este problema es comprimir el aire en dos etapas(figura 3.1.8b). La primera etapa comprime el aire hasta aproximadamente 3 bar, traslo cual se enfría. A continuación se alimenta el cilindro de la segunda etapa, compri-miendo el aire hasta 7 bar. El aire comprimido entra en el cilindro de la segunda etapaa una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejorandoel rendimiento en comparación con los de una sola etapa. La temperatura final puedeestar alrededor de 120ºC.

Figura 3.1.8a: compresor de émbolo deuna sola etapa

Figura 3.1.8b: compresor de émbolo dedos etapas

El compresor de diafragma (figura 3.1.10) proporciona un cambio en el volumen de lacámara, lo que permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo, y la compresión y

el escape en la carrera hacia arriba. Estos compresores suministran aire seco hasta 5

3.1.4.1.- Compresores de desplazamiento


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bar totalmente libre de aceite. Se utilizan ampliamente en la industria alimenticia, far-macéutica y similar.

Figura 3.1.10: compresor de diafragma

Figura 3.1.11: compresor de paleta

Figura 3.1.12: compresor detornillo

En el compresor rotativo de paletas deslizantes (figura 3.1.11) el rotor se monta ex-céntricamente junto con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radia-les. Al girar, la fuerza centrífuga expulsa las paletas y las mantiene en contacto con lapared del estator y el espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la entradade aire hasta la salida, comprimiendo así el aire. La lubricación y la estanqueidad seobtienen inyectando aceite en la corriente de aire cerca de la entrada. El aceite actúatambién como refrigerante para eliminar parte del calor generado por la compresión,limitando la temperatura a alrededor de 190ºC.

El compresor de tornillo (figura 3.1.12) consta dos rotores helicoidales que engranangirando en sentido contrario. El volumen entre ellos disminuye axialmente en volumen,comprimiendo el aire. El aceite lubrifica y cierra herméticamente los dos tornillos rota-tivos, disponiendo de unos separadores que lo eliminan del aire de salida. Con estasmáquinas se pueden obtener caudales unitarios continuos y elevados, de más de 400m3 /min, a presiones superiores a 10 bar. Este tipo de compresor, a diferencia de losanteriores, ofrece un suministro continuo de aire, sin altibajos.

El compresor de aire más utilizado sigue siendo la máquina alternativa, aunque losdemás se están usando cada vez más.

En un compresor centrífugo el recorrido del gas sigue un camino radial, de ahí sunombre. El gas se proyecta contra la carcasa transformando su energía cinética enenergía de presión. Tomado de la atmósfera, el aire va recorriendo todas las etapas de

compresión. Puede advertirse que, a medida que se van superando etapas, la presión

3.1.4.2.- Turbompresores


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3.1.4.3.- Rendimiento del compresor


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En el caso de un compresor de varias etapas, se consideran sólo los cilindros de laprimera etapa.

La pérdida volumétrica es inevitable, puesto que no es posible descargar la totalidaddel aire comprimido en los cilindros al final de la carrera de compresión, quedando algode espacio, el denominado volumen muerto.

Al cociente entre el aire libre descargado, caudal real, y el desplazamiento, caudal teó-rico, se le conoce como rendimiento volumétrico :

th V Q /Q

Varía según el tamaño, tipo y fabricación, número de etapas y presión final. El rendi-miento volumétrico de un compresor de varias etapas es inferior al del compresor deuna sola etapa, puesto que los cilindros tienen volúmenes muertos.

La pérdida térmica, que da lugar a un rendimiento térmico ηt, se produce debido alhecho de que durante la compresión el aire adquiere una temperatura muy elevada,por lo tanto su volumen aumenta, y disminuye cuando se enfría a temperatura am-biente.

Debido a la transmisión mecánica se producen también unas pérdidas que dan lugar alrendimiento mecánico η

m. La existencia de estos tres rendimientos da lugar a un ren-

dimiento total:

consumida

real

consumida

neumaticamt V Pot

QpPotPot

Para bajas presiones es mejor un compresor de una etapa, puesto que su rendimientovolumétrico es más elevado y apenas hay variación en el rendimiento térmico t. Paraaltas presiones las pérdidas térmicas son cada vez más importantes y son preferibleslos compresores de dos etapas, con un rendimiento térmico más elevado, aunque elrendimiento volumétrico V disminuye algo.

Figura 3.1.15: rendimiento de compresores de 1 y 2 etapas


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El diagrama de la figura 3.1.15 compara los rendimientos típicos de compresores deuna y dos etapas para varias presiones finales.

El consumo de energía, como se ha visto en la figura 3.1.1, se utiliza para estimar elcoste de producción del aire comprimido. Como promedio, se necesita 1 kW de energíaeléctrica para producir 120-150 l/min a una presión de trabajo de 7 bar, lo que viene aser equivalente a 0,12-0,15 m3 /(min kW). Las cifras exactas deben establecerse segúnel tipo y el tamaño del compresor.

Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo que fluctúa,se debe proceder a ciertas regulaciones del compresor. Las diversas maneras de regu-lar el funcionamiento de un compresor son:

- Marcha en vacío- Escape a la atmósfera. Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado la presión

deseada, una válvula reguladora de presión a la salida del compresor abre elpaso y permite que el aire escape a la atmósfera. Una válvula antirretorno im-pide que el depósito se vacíe (sólo en instalaciones muy pequeñas).

- Aislamiento de la aspiración. En este caso se bloquea el lado de aspiración ce-rrando la entrada de aire al compresor. Esta regulación se utiliza principalmenteen los compresores rotativos y también en los de émbolo oscilante.

- Apertura de la aspiración. Por medio de una mordaza se mantiene abierta laválvula de aspiración y el aire circula sin que el compresor lo comprima. Estaregulación es muy sencilla. Se utiliza en compresores de émbolo de tamañomayor.

- Carga parcial- Cambio en la velocidad de giro. El regulador de velocidad del motor de combus-

tión interna se ajusta en función de la presión de servicio deseada, por mediode un elemento de mando manual o automático.

- Estrangulación de la aspiración. El compresor puede ajustarse así a cargas par-ciales predeterminadas. Este sistema se presenta en compresores rotativos oen turbocompresores.

- Intermitencias. Con este sistema, el compresor tiene dos estados de servicio (fun-ciona a plena carga o está desconectado). El motor de accionamiento del compre-sor para al alcanzar la presión Pmax. Se conecta de nuevo y el compresor trabaja, alalcanzar el valor mínimo Pmin. Los momentos de conexión y desconexión puedenajustarse mediante un presostato. Para mantener la frecuencia de conmutación

3.1.4.4.- Regulación del compresor


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dentro de los límites admisibles, es necesario prever un depósito de gran capaci-dad.

Los compresores móviles, con motor de combustión, no paran cuando se alcanza unapresión máxima, sino que abren las válvulas de aspiración de forma que el aire puedefluir libremente dentro y fuera del cilindro sin ser comprimido. En este caso se necesitasólo un pequeño depósito.

Los compresores eléctricos que suministran aire a una red, normalmente se conectan ydesconectan automáticamente a unas presiones mínima y máxima, siendo necesarioun volumen mínimo de depósito para evitar que los arranques y paradas sean dema-siado frecuentes.

Después de la compresión, el aire debe enfriarse. En compresores pequeños, las aletasde refrigeración se encargan de irradiar el calor. Los compresores mayores van dota-dos de un ventilador adicional, que evacua el calor. Cuando se trata de una estación de

compresión de más de 30 kW de potencia no basta la refrigeración por aire.

La refrigeración por aire consiste en una serie de conductos por los cuales fluye elaire comprimido y sobre los cuales se hace pasar una corriente forzada de aire frío pormedio de un ventilador (figura 3.1.16). La temperatura de salida del aire refrigeradosuele estar unos 15ºC superior a la temperatura del aire de refrigeración.

Figura 3.1.16: post-enfriador de aire Figura 3.1.17: post-enfriador de agua

3.1.5.- Enfriamiento


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El dimensionamiento del refrigerador al igual que el de cualquier intercambiador decalor, se basa en conseguir un ajuste óptimo entre una adecuada superficie de trans-misión de calor y una aceptable pérdida de carga.

El refrigerador de agua consiste en un recipiente de acero que aloja unos conductosen los que el agua circula por un lado y el aire por el otro, de forma que el flujo deambos sea en sentido contrario (figura 3.1.17). El aire descargado estará aproximada-mente 10ºC por encima de la temperatura del agua de refrigeración. Una purga auto-mática elimina el condensado acumulado.

Como se ha dicho, los post-enfriadores dejan el aire unos 10 ó 15ºC por encima delfluido refrigerante. El control y operación de los elementos de un sistema neumático sehace normalmente a temperatura ambiente (aprox. 20ºC), por lo que no se precipitaráningún condensado más. Lo que se hace es secar el aire, existiendo tres tipos principa-les: absorción, adsorción y refrigeración.

El secado por absorción o coalescente (figura 3.1.18) es un procedimiento pura-mente químico. El aire comprimido pasa a través de un lecho de sustancias secantes(yeso deshidratado o cloruro de magnesio) combinándose químicamente con él y des-prendiendo una mezcla, que tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor(drenada desde el fondo del depósito). Con el tiempo se consume la sustancia secantey debe suplirse en intervalos regulares. Las principales ventajas de este método sonsus bajos costes inicial y de funcionamiento. Por contra, la temperatura de entrada nodebe exceder de 30ºC. Los productos químicos implicados son altamente corrosivos,necesitando un filtrado posterior riguroso para asegurar que ninguna partícula seaarrastrada al sistema neumático.

El secado por adsorción o desecante es un procedimiento físico. En una cámaravertical se deposita un producto (silicagel o alúmina activada en forma granular) queadsorbe la humedad del aire que pasa a su través (3.1.19). El aire comprimido húmedoatraviesa la columna desecante (columna izquierda), fluyendo seco hacia la salida. Sinembargo, entre un 10 y un 20% de éste pasa a través de la columna desecante que nose está utilizando (columna derecha), para reabsorber su humedad con el fin de rege-nerarla, fluyendo a continuación hacia el escape. La válvula de control direccional esaccionada periódicamente por un temporizador para conseguir alternativamente el su-ministro de aire a una columna y la regeneración de la otra, para proporcionar aireseco continuo. Con este método es posible un puntos de rocío extremadamente bajo,por ejemplo -30ºC. Un indicador de color puede ser incorporado al desecante para

comprobar el grado de saturación. El microfiltrado es esencial a la salida del secador

3.1.6.- Secado


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ENTRADA AIRE HÚMEDO

SALIDA AIRE SECO

FUNCIONANDO REGENERANDO

SALIDA AIRE

HÚMEDO


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Esto previene la formación de rocío en la salida, aumentando el volumen y bajando lahumedad relativa. En el segundo intercambiador de calor (2) el aire es enfriado graciasal principio refrigerador de extracción de calor, como resultado de la evaporación degas freón en su propio circuito de refrigeración. En ese momento, la humedad y laspartículas en el aire se condensan y son automáticamente drenadas.

Con métodos más modernos es posible obtener una temperatura de salida de 2ºC,aunque con 5ºC es suficiente para la mayoría de las aplicaciones del aire comprimido.La temperatura de entrada puede ser superior a los 60ºC, pero es más económico pre-enfriarlo para llevarlo a temperaturas de entrada más bajas.

Como regla general, el coste del secado de aire comprimido puede representar entre el10 y el 20% del coste del aire comprimido.

Las unidades de secado no se colocan cuando no se necesita un grado alto de secado.

Un depósito de aire comprimido es un acumulador a presión construido en chapa deacero soldada, montado horizontal o verticalmente, directamente después del refrige-rador final para recibir el aire comprimido, amortiguando así las oscilaciones en el cau-dal de aire.

Sus funciones principales son:- Satisfacer las demandas que superen la capacidad del compresor- Minimizar la carga y descarga frecuente del compresor- Suministrar un enfriamiento adicional para precipitar el aceite y la humedad que

llegan del refrigerador, antes de que el aire se distribuya por el circuito. La coloca-ción del depósito en un lugar fresco representa una ventaja.

El depósito debe estar provisto de válvula de seguridad, manómetro, purga automáticay tapas de inspección para la comprobación o limpieza del interior.

El tamaño de un acumulador de aire comprimido depende de:

- Caudal de suministro del compresor- Consumo de aire (tamaño del sistema)- Red de tuberías (volumen suplementario)- Demanda constante o variable- Tipo de regulación

3.1.7.- Almacenamiento


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- Diferencia de presión admisible en el interior de la red.

En el aire del depósito siempre queda algo de humedad, además de finas partículas deaceite carbonizado, cascarillas de la tubería y otras materias extrañas, como por ejem-plo material de sellado desgastado, formando sustancias gomosas. Todo esto puedeproducir efectos nocivos al equipo neumático, incrementando el desgaste y la defor-mación de las juntas y de los componentes, la corrosión y atasco de las válvulas.

Para eliminar estos contaminantes, es necesario limpiar el aire lo más cerca posible delpunto de utilización.

El filtro estándar consta de un separador de agua y un filtro combinados. La separa-ción de las partículas más pesadas se produce por una rotación rápida del aire, con loque éstas son expulsadas al impactar contra el vaso del filtro, antes de depositarse enel fondo. Este líquido se puede purgar con drenaje manual o automático. El filtro es-tándar elimina las partículas de hasta 5.

En un filtro micrónico el aire fluye a través del cartucho filtrante quedando el polvoatrapado dentro de él.

El filtro sub-micrónico elimina virtualmente todo el aceite y el agua y también laspartículas más finas hasta 0,01, para proporcionar la máxima protección a los disposi-tivos neumáticos de medición, pintura pulverizada electrostática, limpieza y secado deaccesorios electrónicos, etc. El principio de su funcionamiento es el mismo que el delfiltro micrónico.

El tamaño del filtro que se requiere para una aplicación específica depende de dos fac-

tores:

- El caudal máximo de aire comprimido utilizado por el equipo neumático.

- La caída de presión máxima aceptable para la aplicación.

Los elementos modulares, compuestos por filtro, regulador de presión y lubricador,pueden estar combinados en una unidad de servicio conectándolos con bloques deunión y anclaje (figura 3.1.21).

3.1.6.- Tratamiento del aire


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Ejercicio 1: ¿qué cantidad de agua hay en 5 m3 de aire a la presión atmosférica a unatemperatura de 25ºC con una humedad relativa del 65%?

De la figura 3.1.4, para 25ºC el agua existente en el punto de condensación es de23,76 g/m3. Como la humedad relativa es del 65%, la cantidad existente en los 5 m3:

5 m3 x 0,65 x 23,76 g/m3 = 77,22 g

Cuando se comprime el aire, la cantidad de agua que puede retener disminuye tam-

bién, salvo que aumente la temperatura del gas, expulsándola mediante condensación.En el caso anterior, el aire se comprime a 6 bar y se aumenta la temperatura hasta los35ºC, ¿qué cantidad de agua se condensará?

Con las condiciones dichas, los 5 m3 de aire se transforman en:

3m74,052527335273

013,16013,1

V

A 35ºC el aire puede contener 41,8 g/m3, luego 0,74 m3 contendrán 30,95 g de agua.El agua que se condensará será la diferencia, 46,27 g, que se debe eliminar antes de

Figura 3.1.21: unidad de filtro-regulador-lubricador

3.1.7.- Ejercicios

Lubricador

Regulador

Filtro


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que se distribuya por la red para evitar efectos nocivos sobre los componentes del sis-tema neumático.

Ejercicio 2: calcúlese el punto de rocío del aire a 30ºC y 60% de humedad a la pre-sión atmosférica.

La humedad de saturación es:

vatm

vs pp

p625,0h

La presión de vapor se obtiene de la figura 3.1.5.

kg027,0824,31760

824,31625,0hs

Para la humedad existente, la cantidad de vapor de agua es:

kg016,0kg027,060,0habs

Si el aire estuviese saturado con estos valores (hs = habs), la presión de vapor es:

Hgmm201,190162,0625,0

760016,0h625,0

php

s

atmsv

De acuerdo con la figura 3.1.5, la temperatura del punto de rocío está comprendidaentre 21 y 22ºC.

Ejercicio 3: determínese el caudal que pasa por un elemento de 4,5 mm2 de secciónequivalente para una presión de entrada de 6 bar y una caída de presión de 1 bar.

Se sigue la curva (figura 3.1.7) de 6 bar hasta cortar al nivel de (6-1) bar. Desde esepunto se tira una vertical hasta cortar al eje de abscisas, obteniendo un caudal de 55l/min para una sección de 1 mm2. Para la sección dada el caudal es de 245 l/min.

Mediante la fórmula se obtiene (se suponen condiciones normales de temperatura):

min /l97,2440273

27356)013,15(5,42,22Q


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Ejercicio 4: un caudal de 600 l/min pasa por un elemento de 12 mm2

de secciónequivalente con una presión de entrada de 7 bar, ¿qué presión se medirá a la salida?

El caudal unitario es de 50 l/min. Se tira una vertical por ese punto hasta cortar a lacurva de 7 bar. Tirando una horizontal hasta cortar al eje de ordenadas se obtiene lapresión de salida, 6,3 bar.

Mediante la fórmula:

0273

273p7)013,1p(122,22600 22

se obtiene el valor p2 = 6,307 bar.

Ejercicio 5: determínese el caudal máximo que puede pasar a través de una válvuladentro de las condiciones siguientes,

Presión tanque, p1= 0 barPresión vacío, p2= -0,9 barSección efectiva, S = 185,56 mm2 θ= 20ºC

Primero se averigua el tipo de flujo:p1 + 1,013 < 1,896(p2 + 1,013) ->1,013 > 0.214

por tanto, el flujo es sónico.

El caudal máximo (flujo sónico) que atraviesa la válvula es:

20273273

)013,10(56,1851,11Q

Q= 2.014 l/min

Ejercicio 6: determínese la sección efectiva de una válvula trabajando bajo las si-guientes condiciones,

p1= 0,65 bar (presión tanque)p2= 0,50 bar (presión de vacío)θ= 20ºCQ = 2000 l/min


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Se tiene un flujo subsónico ya que:p1 + 1,013 < 1,896(p2 + 1,013) -> 1,663 < 2,869

La sección efectiva es:

20273273

15,0)013,15,0(S2,222000

S = 195 mm2

Ejercicio 7: cálculos para la selección de una válvula proporcional con las condicionesde trabajo siguientes,

Q = 267 l/minp1 = 5 barp2 = 0 barS = sección efectiva, 5 mm2

Se hacen las comprobaciones para conocer el tipo de flujo:

(p1 + 1,013) = (5 + 1,013) > 1,89 (p2 + 1,013) = 1,89 (0 + 1,013)

Por lo tanto, el flujo es sónico. El caudal que puede pasar a su través es:

min /l2,32320273

273)013,15(51,11

273273

)013,1p(S1,11Q 1

Sin embargo, como el caudal de trabajo necesario es inferior, la presión necesaria esotra:

20273273

)013,1p(51,11267 1

Se obtiene una presión p1 de 4 bar. Con esta presión, descargando a 0 bar y una sec-ción efectiva de 5 mm2, se puede regular el caudal que proporcione la electroválvulaentre 0 y 267 l/min, a unas presiones de vacío entre -0,85 y 0 bar.


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Las tuberías requieren un mantenimiento y vigilancia regulares, por cuyo motivo nodeben instalarse dentro de obras ni en emplazamientos demasiado estrechos. En estoscasos, la detección de posibles fugas se hace difícil. Pequeñas faltas de estanqueidadocasionan considerables pérdidas de presión.

Para hacer llegar el aire comprimido a los puntos de consumo se colocan tomas de airede distribución de forma permanente. Se instalarán válvulas de aislamiento para dividirla línea de distribución en secciones, con el fin de limitar el área que deba ser vaciadadurante períodos de mantenimiento o reparación.

Existen dos configuraciones de trazado básicas, final en línea muerta y línea principalen anillo.

En la configuración de final en línea muerta (figura 3.2.1), para favorecer el drenaje,las tuberías de trabajo tienen una pendiente del 1% en la dirección del fluido y deben

ser adecuadamente purgadas. A intervalos ajustables, la línea principal se devuelve asu altura original mediante dos tubos curvados en ángulo recto y disponiendo una de-rivación de purga en el punto más bajo.

Figura 3.2.1: final en línea muerta Figura 3.2.2: línea principal en anillo

En un sistema de conducto principal en anillo (figura 3.2.2), es posible alimentar el airepor dos lados a un punto de consumo elevado, lo que permite minimizar la caída depresión. El agua se arrastra en cualquier dirección y se deben proveer tomas de salidacon purgas automáticas. Una variante es la red cerrada con interconexiones, habiendosiempre un circuito que permite trabajar en cualquier sitio, mediante las conexioneslongitudinales y transversales de la tubería de aire comprimido. Ciertas tuberías de airecomprimido pueden ser bloqueadas mediante válvulas de cierre si no se necesitan o sihay que separarlas para efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento. Tambiénexiste la posibilidad de comprobar faltas de estanqueidad.

3.2.- Dimensionamiento de los elementos de la red


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A menos que estén instalados un post-enfriador eficiente y un secador de aire, el con-ducto de distribución del aire comprimido actúa como una superficie refrigerante, y elagua y el aceite se acumulan a lo largo de su longitud.

Las derivaciones de la línea se realizan en la parte superior del conducto para impedirque el agua del conducto principal entre en ellas (figura 3.2.3.a), mientras que las pur-gas se realizan en la parte inferior (figura 3.2.3.b).

Los puntos de purga deben estar provistos de empalmes en "T" iguales instalados en

sitios idóneos a lo largo del recorrido. Deben purgarse manualmente o bien estar pro-vistos de purga automática. Éstas son más caras pero compensa si se consideran lashoras de trabajo que se ahorran con respecto al funcionamiento de tipo manual. Con lapurga manual, el olvido conlleva problemas debido a la contaminación del conductoprincipal.

Los tipos más importantes de tuberías son:

- Tubería de gas estándar (SGP, Standard Gas Pipe): el conducto de aire es un tubo

de acero o de hierro maleable. Se puede obtener en negro o galvanizado, que estámenos sujeto a la corrosión. Este tipo de tubería puede ser roscada para aceptar la

gama de accesorios normalizados. Para diámetros de más de 80 mm es más eco-nómico instalar bridas soldadas que hacer roscas en tuberías largas. Las especifica-ciones de dichas tuberías se tienen en la tabla 3.2.1.

- Tubería de acero inoxidable: se utiliza cuando se requieren grandes diámetros enlíneas de conductos largos y rectos.

- Tubería de cobre: cuando se requiere resistencia a la corrosión, al calor y una rigi-

dez elevada, se puede utilizar tubo de cobre con diámetro nominal hasta 40 mm.Los accesorios son fáciles de instalar.

- Tubería de goma (manguera de aire): la manguera de goma es la más adecuada

para herramientas manuales, puesto que ofrece flexibilidad de movimientos del

Figura 3.2.3: salidas de aire (a) y agua (b)

El agua se queda en el

fondo de los tubos

El agua baja a la purga

automáticamente

(a)

(b)


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operador. Las especificaciones de las mangueras se tienen en la tabla 3.2.2. Se re-comienda en aplicaciones en las que el tubo está expuesto a desgaste mecánico.- Tubería de PVC o de nylon: se utiliza para la interconexión de componentes neu-

máticos. Dentro de sus limitaciones de temperatura de trabajo, presentan ventajasde instalación, permitiendo un fácil corte y una conexión rápida, bien por compre-sión o bien mediante enchufes rápidos. Para curvas muy cerradas se dispone de unnylon más suave o poliuretano, aunque aguante menores presiones de trabajo.

Diametro no-minal (mm)

Diámetro(pulgadas)

Diámetroint. (mm)

Diámetroext. (mm)

Masa(kg/m)

6 1/8 6.35 10.35 0.428 1/4 9.2 13.80 0.65

10 3/8 12.7 17.30 0.8515 1/2 16.1 21.70 1.3120 3/4 21.6 27.20 1.6825 1 27.6 34.00 2.4332 1 1/4 35.7 42.70 3.3840 1 1/2 41.6 48.60 3.8950 2 53 60.30 5.1065 2 1/2 68.8 76.10 6.5175 3 80.8 88.90 8.47

100 4 105.3 114.30 12.10

Tabla 3.2.1: especificaciones de las tuberías de acero

Diámetro(pulgadas)

Diámetro ext.(mm)

Diámetro int.(mm)

Sección int.(mm)

1/8 9.20 3.20 8.041/4 10.00 6.30 31.173/8 18.50 9.50 70.881/2 21.70 12.70 126.685/8 24.10 15.90 198.563/4 29.00 18.00 254.47

1 35.40 25.40 506.71

1 1/4 45.80 31.80 794.231 1/2 52.10 38.10 1140.091 3/4 60.50 44.50 1555.28

2 66.80 50.80 2026.832 1/4 81.10 57.10 2560.722 1/2 90.50 63.50 3166.92

Tabla 3.2.2: especificaciones de las tuberías de goma


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El coste de los conductos de aire representa una porción elevada del coste inicial deuna instalación de aire comprimido. Una reducción en el diámetro de las tuberías, aun-que baja el coste inicial de la instalación, aumenta la caída de presión en el sistema,incrementando el coste de funcionamiento y superando el coste adicional de tuberíasde diámetro más grande.

Se denomina presión de servicio a la suministrada por el compresor o acumulador yexiste en las tuberías que alimentan a los consumidores. Presión de trabajo es la nece-saria en el puesto de trabajo considerado (en la mayoría de los casos es de 6 bar). Losdatos de servicio de los elementos se refieren a esta presión.

El tamaño del conducto del aire y de las derivaciones se calcula a partir de la limitaciónde la velocidad del aire, que normalmente se recomienda que sea de 6m/s, mientrasque los subcircuitos, a una presión de aproximadamente 6 bar y de pocos metros delongitud, pueden funcionar a velocidades de hasta 20 m/s. La caída de presión desdeel compresor al extremo de la derivación de la tubería no debe superar el 10% de lapresión de servicio.

Las pérdidas de presión de los diferentes elementos de un circuito, para una presiónde servicio de 7 bar, son aproximadamente:

-

Refrigerador posterior de agua: 0,09 bar- Refrigerador posterior de aire: 0,09 bar

- Secador frigorífico: 0,20 bar

- Secador adsorción: 0,30 bar-

Separadores cerámicos: 0,10 bar- Red de tuberías: 0,14 bar

- Filtros en general: 0,15 bar

El nomograma de la figura 3.2.4 permite determinar el diámetro de tubería más idó-neo. Para ello se deben seguir los pasos siguientes:

1- Se entra en el nomograma realizando una vertical por la presión absoluta en la tu-bería en la que se quieren calcular las pérdidas de carga hasta cortar la línea hori-zontal trazada en 2.

2- Se traza una horizontal por el valor del caudal en condiciones normales que pasapor la tubería hasta cortar la recta que viene de 1.

3- Desde la intersección de 1 y 2 se traza una paralela a las líneas oblicuas hasta cortarla línea vertical que viene de 4.

3.2.1.- Dimensionamiento de tuberías


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Los codos y las válvulas provocan un rozamiento que se puede expresar como unalongitud adicional de la tubería, con el fin de determinar la pérdida de presión global.La tabla 3.2.3 indica las longitudes equivalentes para los distintos tipos de accesoriosutilizados comúnmente.

Diámetro nominal (mm) Accesorio 15 20 25 30 40 50 65 80 100 125Codo Elbow 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 1.1 1.4 1.8 2.4 3.2Curva a 90º 0.1 0.2 0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1.2 1.5Codo de 90º 1.0 1.2 1.6 1.8 2.2 2.6 3.0 3.9 5.4 7.1

Curva de 180º 0.5 0.6 0.8 1.1 1.2 1.7 2.0 2.0 3.7 4.1 Válvula esférica 0.8 1.1 1.4 2.0 2.4 3.4 4.0 5.2 7.3 9.4 Válvula compuerta 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.9 1.2T estándar 0.1 0.5 0.2 0.4 0.4 0.5 0.7 0.9 1.2 1.5T lateral 0.5 0.7 0.9 1.4 1.6 2.1 2.7 3.7 4.1 6.4

Tabla 3.2.3: longitudes de tubería equivalentes

No existe una norma general de cómo han de dimensionarse los depósitos. Puede em-plearse la siguiente fórmula:

3

21B 10ppz

Q25,0 V

donde:

p1, p2: presiones máxima y mínima del tanque, en barQ: caudal suministrado en m3 /hz: conexiones/ desconexiones por hora del compresor VB: volumen del tanque, en l.

Este volumen también se puede obtener a través del diagrama de la figura 3.2.5.

3.2.2.- Dimensionamiento del depósito


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El dimensionamiento del refrigerador por aire, al igual que el de cualquier intercam-biador de calor, se basa en conseguir un ajuste óptimo entre una adecuada superficiede transmisión de calor y una aceptable pérdida de carga.

Para el cálculo de la superficie de transmisión, se utiliza la fórmula:

logTUq

S

en la que:

S = superficie de transmisión de calor, m2

q = potencia térmica necesitada, kcal/hU = coeficiente global de transmisión de calor, kcal/(h m2 ºC) ∆ Tlog = salto térmico medio logarítmico, ºC

La potencia térmica q necesitada se calcula a partir de la ecuación:

K TTcQq 21p

donde:

Q = caudal de aire en m3 /hcp= calor específico volumétrico del aire, 0,31 kcal/(m3 ºC)T1= temperatura del aire de entrada en el refrigerador, ºCT2= temperatura del aire se salida en el refrigerador, ºCK = factor de corrección, superior a 1, para tener en cuenta la condensación de la hu-medad

El coeficiente global de transmisión de calor, U, se determina por la expresión:

diii

e f h1

dhd

1U

siendo:

de= diámetro exterior del tubo, mmdi= diámetro interior del tubo, mm

3.2.3.- Dimensionamiento del refrigerador


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hi= coeficiente de película interior, kcal/(h m2

ºC)he= coeficiente de película exterior, kcal/(h m2 ºC)f d= coeficiente de incrustación, kcal/(h m2 ºC); es costumbre hacerlo igual a 0,0004

para una calidad media del fluido de refrigeración

El salto térmico medio logarítmico ( ∆ T)log puede definirse por la expresión:

12

21

1221

log

Tf T

Tf Tlog3,2

Tf TTf TT

siendo:

T1= temperatura del aire de entradaT2= temperatura del aire de salidaTf 1= temperatura del fluido de refrigeración de entradaTf 2= temperatura del fluido de refrigeración de salida

todas en ºC.

Conocida la superficie de refrigeración, se determina el diámetro y longitud del conduc-to, pudiendo entonces conocer las pérdidas de carga existentes en el refrigerador. La

pérdida de carga, en la que intervienen diversos factores relacionados con el materialde los tubos, velocidad, etc., puede averiguarse mediante la expresión:

n

SQ

Lpc

p

siendo:

∆ p= pérdida de carga, en barc= constante, función de cada modelo de refrigeración, ecuación de Fanning

p= presión absoluta del aire, en barQ= caudal de aire en condiciones normales (presión y temperatura ambiente), en l/minS= sección total del haz tubular por donde pasa el aire, en mm2 n= 1,8L = longitud de cada tubo, en m

Las fórmulas utilizadas para el dimensionamiento del refrigerador de agua son lasmismas que en los de aire, añadiendo el consumo de agua y la pérdida de carga origi-nada a través del haz de tubos. El consumo de agua de refrigeración puede calcularsea partir de:


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1f 2f TTqQ

donde:

Q= caudal de agua de refrigeración, l/hq= potencia térmica calculada previamente, kcal/hTf2= t de salida del agua de refrigeración (en ºC). No debe de superar nunca los 40ºC

para evitar la formación de incrustaciones sobre los tubosTf1= temperatura de entrada del agua de refrigeración (en ºC)

La diferencia Tf2-Tf1 se aproxima a 20ºC siempre que T f2 no supere los 40ºC.

Figura 3.2.6:

3.2.4.- Dimensionamiento del compresor


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Una forma de seleccionar el compresor consiste en calcular el consumo total de airerequerido en un día de funcionamiento. A partir de dicho valor y de la presión máximade trabajo, entrando en la gráfica del fabricante (figura 3.2.6) se tendría el tipo decompresor que mejor se adapta a una determinada instalación.

Ejemplo 1: determínese el diámetro de una tubería de 125 m de longitud por la quepasarán 16.800 l/min de aire libre para que la caída de presión sea inferior a 0,3 bar.La presión de servicio es de 9 bar.

Se utiliza el nomograma de la figura 3.2.4. Para ello se calcula la pérdida de carga en10 m de tubería:

0,300 bar/125 m 0,024 bar/10 m

Siguiendo los pasos indicados en 3.2.1, se obtiene una tubería de diámetro 2,05”, es-cogiendo una tubería de diámetro nominal 65 mm.

Ejemplo 2: si a la tubería del ejemplo anterior se le añadiesen dos codos, dos tuboscurvos de 90º, seis empalmes en "T" estándar y dos válvulas de compuerta, ¿seríanecesario un diámetro mayor para que la caída de presión siga siendo la misma?

En la tabla 3.2.3, en la columna de 65 mm de diámetro se encuentra la siguiente longi-tud de tubería equivalente:

Codos: 2 x 1,37 m = 2,74 mCurvas de 90º: 2 x 0,76 m = 1,52 m

"T" estándar: 6 x 0,67 m = 4,02 m Válvulas de compuerta: 2 x 0,4.9 m = 0,98 m----------

Total: 9,26 m

Los doce accesorios tienen una resistencia a la fluencia equivalente a aproximadamen-te 10 m de longitud adicional de la tubería. La longitud efectiva de la tubería es enton-ces de 135 m. Realizando los mismos pasos en el nomograma, la tubería anterior cum-pliría los requisitos.

A la hora de determinar el tamaño de los conductos principales para una nueva insta-

lación hay que tener en cuenta la posibilidad de extensiones futuras.

3.2.5.- Ejercicios


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Ejemplo 3: el consumo de aire en una industria es de 16 m3 /min. La red tiene unalongitud de 280 m y comprende 6 piezas en T, 5 codos normales y 1 válvula de cierre.La pérdida admisible de presión es de 10 kPa, siendo la presión de servicio de 800 kPa.¿Cuál es el diámetro de la tubería?

Del nomograma de la figura 3.2.4 se obtiene una tubería de diámetro nominal 65 mm.

La longitud de tubería equivalente de los accesorios se obtiene de la tabla 3.2.3:

cinco codos: 5 x 1.37 = 6.85 mseis "T" estándar: 6 x 0.67 = 4.02 muna válvulas de cierre: 1 x 0.49 = 0.49 m

----------Total: 11.4 m

Con esta longitud total de tubería de 291,4 m, el consumo de aire, la pérdida de pre-sión y la presión de servicio se pueden determinar, como en el problema anterior, conayuda del nomograma. Sigue siendo correcto el diámetro de 65 mm.

Ejercicio 4: un compresor descarga un caudal estándar de 18 m3 /min al aire libre conunas presiones máxima y mínima de 9 y 7 bar, con 20 conexiones a la hora. ¿Qué ta-maño de depósito se necesita?

De acuerdo con la expresión del apartado 3.2.2:

3

B 10)79(20

601825,0V

El tamaño más adecuado del depósito es de 6.750 l.


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El diseño de cualquier instalación de aire comprimido sigue una serie de pasos secuen-ciales básicos:

1. Localizar e identificar cada proceso, estación de trabajo, máquina o equipamientoque utiliza aire comprimido dentro de la nave o recinto industrial sobre el que seproyecta la ejecución de una red de suministro de aire comprimido. Esta es la car-ga total que va a soportar la instalación a diseñar. Es recomendable situarlos enun plano y hacer un listado detallado de los mismos.

2.

Determinar consumo y calidad de aire, y presión que se necesita en cada uno deesos elementos.

Ha de tenerse en cuenta que todas las herramientas neumáticas utilizan el airebien en su descarga a través de un orificio, bien trabajando sobre un pistón pa-ra realizar trabajo. Los fabricantes detallan los consumos de aire de diversasherramientas accionadas mediante aire comprimido. En la figura 3.1.7 se tieneun gráfico con la cantidad de aire que pasa a través de un orificio en función dela presión de descarga, y en la tabla 3.3.2 se dan unos valores usuales.

3. Establecer el tiempo de funcionamiento o de uso (duty cycle), porcentaje de tiem-po que estará operativo cada uno de esos elementos en un periodo de tiempo es-pecífico.

Cada dispositivo presenta un factor de utilización, función de la cadena produc-tiva y del operario final que hace uso de ese punto de consumo.

4. Establecer el factor de carga (use factor, load factor), máximo número de puntosde consumo que pueden ser empleados de forma simultánea en cada línea de su-ministro, en la principal y en todo el proyecto.

Es prácticamente imposible determinar este factor a priori. Es preciso ser flexi-ble en el cálculo del depósito y de la regulación y tamaño del compresor.

5. Incorporar un margen en caso de una ampliación futura de la instalación (cuandosea aplicable).

6. Realizar una distribución en planta (piping) y asignar caídas de presión y pérdidas.Puesto que las fugas dependen del número y tipo de conexiones, de la calidadde la instalación, de los años de la misma y de la presión de trabajo, es difícildeterminar un valor esperado de fugas en la instalación. Como regla general, esde esperar que muchos puntos de consumo con necesidades bajas tengan más

3.3.- Necesidades de las instalaciones

3.3.1.- Consideraciones generales


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fugas que pocos puntos de consumo con necesidades de caudal altas. Instala-ciones bien conservadas presentan normalmente fugas que rondan entre el 2 yel 5%. Instalaciones con varios años de servicio pueden llegar a tener fugas delorden del 10%. Si además, las condiciones de mantenimiento son malas, éstaspueden llegar a alcanzar valores del 25%.

7. Seleccionar cada uno de los elementos de la instalación.

Air Filter Cleaner 0.08 Impact Driver 1/2" 0.11 Air Hammer, light 0.11 Impact Driver 3/4" 0.21 Air Hammer, heavy 0.62 Impact Driver 1" 0.34 Air Hoist, 1000 lb 0.14 Impact Wrenches - 3/8" 0.06 0.14 Air Motor - 0.5 hp 0.17 0.28 Impact Wrenches - 1/2" 0.11 0.14 Air Motor - 1 hp 0.34 0.42 Impact Wrenches - 1" 0.28 Air Motor - 2 hp 0.51 0.57 Jackhammer, medium 3.82Backfill Tamper 0.85 0.99 Jitterbug Sander 0.17Bead Breaker 0.34 Lift, Bus or Truck 0.28Bench Rammer 0.14 Lift, Car 0.17Brad Nailer 0.01 Mini Die Grinder 0.11 0.17Blow Gun 0.08 Nailer, Brad (30 psi) 0.06Body Polisher 0.06 Nailer, Framing (50 psi) 0.11Body Orbital Sander 0.14 Needle Scaler 0.23 0.45Brake Tester 0.11 Nibbler 0.11Burr Tool, small 0.11 Nutsetter - 3/8" inch 0.08 0.17Burr Tool, large 0.14 0.17 Nutsetter - 3/4" inch 0.14 0.23Bus Lift 0.17 Orbital Sander 0.17 0.25Car Lift 0.17 Paint Sprayers, production gun 0.57Carbon Remover 0.08 Paint Sprayers, Small Hand 0.08 0.20Carving tool 0.28 0.42 Pavement breaker 0.99 1.70Caulking Gun 0.11 Pneumatic doors 0.06Chain Saw 0.20 0.62 Rammers - small 0.08Chipping Hammer 0.85 1.13 Rammers - large 0.28Chisel Hammer 0.08 0.28 Ratchet, 1/4" 0.08Circle Saw - 8 inch 0.34 Ratchet, 3/8" 0.11Circle Saw - 12 inch 0.48 Rivet Buster 1.13 1.42

Compression Riviter 0.03 Rock Drill 2.83 2.83Concrete Vibrator 0.57 1.42 Rotational Sander 0.23 0.42Demolition Tool 0.85 1.13 Sand Blasters 0.17 11.33Cut-Off Tool 0.11 0.28 Sander, Dual 0.31 0.37Die Grinder 1/4" 0.11 0.17 Screwdriver 0.03 0.17Disc Grinder - 7" 0.14 0.23 Shears 0.23 0.45Drill, Reversible 0.08 0.17 Spark plug cleaner 0.14Drill 3/8" 0.11 Speed Saw 0.14Drill 1/2" 0.11 Spray Cleaner 0.14Dust Blow Gun 0.08 Spray gun, Basic (20 - 45 psi) 0.01 0.10File/Saw Machine 0.08 0.14 Spray gun, Commercial 0.11 0.20

Floor Rammer 0.20 Spring Oilers 0.00 0.11


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Framing Nailer 0.07 Strait line Sander 0.11 0.20Garage Door, Pneumatic 0.08 Tapper - 3/8" inch 0.08 0.14Grease Gun 0.11 Tire Changer 0.03Grinder 6” 8” in steel 0.57 1.42 Tire Inflation 0.06High Speed Grinder 0.23 Transmission flusher 0.08Hoists, 1 ton 0.03 Upholstery Stapler (30 psi) 0.06Hydraulic Riveter 0.11 Vacuum Cleaners 0.17Hydraulic Lift, 8000lb 0.17 Valve Grinders 0.06Hydraulic Floor Jack 0.17

Tabla 3.3.1: consumo medio herramientas en N l /min para un tiempo de uso del

25% y un factor de carga del 25%

Diámetro Presión (bar)(mm) 2 3 4 5 6 7 80,5 8 10 12 15 18 22 281,0 25 35 45 55 65 75 851,5 60 75 95 110 130 150 1702,0 105 145 180 220 250 290 3302,5 175 225 280 325 380 430 4803,0 230 370 400 465 540 710 790

Tabla 3.3.2: flujo de aire a través de un orificio (Nl/min)

Es práctica habitual permitir que el 5 - 10% de la presión a la cual trabaje el sistemase emplee en hacer frente a las pérdidas (el resto es la energía que se descargará enlos orificios de trabajo).

Se ha de diseñar una red de aire comprimido para satisfacer el consumo de una naveindustrial de 1.000 m2 (figura 3.3.1). En dicha nave se van a fabricar puertas lacadas,por lo que es necesario disponer de los siguientes puestos de consumo de aire com-primido:

- Herramienta de corte: 1- Taladro: 1- Herramienta para tallar madera: 1

- Herramienta de lijado: 2

3.3.2.- Ejercicio


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Listado de herramientas y consumos:

Herramienta l /m3 ud

Cortadora 0.56 1Taladradora 2.11 1Talladora 0.42 1Lijadora 1.12 2Pistola para Soplado 0.08 5Pistola para Barnizado 0.11 2Pistola para Lacado 0.56 3

Factores de utilización de las herramientas y consumos totales:

Herramienta m3 /min ud total tarea fase trabajo uso herr. final m3 /minConstrucción

Cortadora 0.57 1 0.57 30 90 60.0% 80.0% 16.0% 0.091Soplado 0.08 1 0.08 30 90 60.0% 20.0% 4.0% 0.003Taladradora 2.13 1 2.13 15 90 60.0% 80.0% 8.0% 0.170Soplado 0.08 1 0.08 15 90 60.0% 20.0% 2.0% 0.002Talladora 0.42 1 0.42 30 90 60.0% 80.0% 16.0% 0.068Soplado 0.08 1 0.08 30 90 60.0% 20.0% 4.0% 0.003

Lijadora 1.13 2 2.26 15 90 60.0% 80.0% 8.0% 0.181Soplado 0.08 2 0.17 15 90 60.0% 20.0% 2.0% 0.003Barnizado

Pistola 0.11 2 0.23 30 90 85.0% 100% 28.3% 0.064Lacado

Pistolado 0.57 3 1.70 30 90 85.0% 100% 28.3% 0.4811.068

Considerando unas pérdidas por fugas del 5%, el consumo total ponderado es:

Qtotal = 1,068 m3 /min x 1,05 = 1,12 m3 /min

Este es el caudal estándar que ha de circular por la tubería. En caudal real sería me-nor ya que la presión de la tubería es de 7 bar. La expresión del apartado 3.1.1 permi-te conocer este caudal:

VTT

pp

V 00

0

En condiciones isotermas y sabiendo que V = Q t, se tiene:


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3 - instalaciones neumáticas

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