Los sistemas de distribución de aire comprimido inadecuados generarán facturas de energía elevadas, baja productividad y un rendimiento deficiente de las herramientas neumáticas. Hay tres demandas que deben cumplirse para evitar la ineficiencia.
En este artículo, explicaremos cómo cumplir estos factores para obtener un rendimiento óptimo.
Las tres demandas mencionadas anteriormente se aplican principalmente a las tuberías principales para el consumo de aire comprimido previsto y actual. Si más adelante necesita instalar un tubo más grande, el coste es relativamente bajo en comparación con la reconstrucción de todo el sistema de distribución. El trazado, el diseño y las dimensiones son importantes para la eficiencia, la fiabilidad y el coste de la producción de aire comprimido.
A veces, se intenta compensar las grandes caídas de presión aumentando la presión de trabajo de un compresor de 7 bar(e) a 8 bar(e) (por ejemplo). Este enfoque ofrece una eficiencia inferior y puede hacer que el punto de consumo aumente por encima del nivel permitido. En su lugar, se recomienda evaluar los racores.
Las redes fijas de distribución de aire comprimido deben dimensionarse para que las caídas de presión en los tubos no superen los 0,1 bar. Esta medición se refiere al punto de consumo más alejado del compresor. Al calcular la presión, deben tenerse en cuenta las mangueras flexibles conectadas, los acoplamientos y otros accesorios. La mayor caída se produce con frecuencia en estas conexiones.
La mayor longitud permitida en la red de tuberías para una determinada pérdida de carga se calcula mediante la siguiente ecuación.
l = longitud general de la tubería (m)
∆p = caída de presión permitida (bar)
p = presión absoluta de entrada (bar(a))
qc = aire libre suministrado del compresor (FAD) (l/s)
d = diámetro interior de la tubería (mm).
La mejor solución consiste en diseñar un sistema de tuberías en forma de anillo cerrado. Desde este punto de partida, los ramales de tuberías pueden llegar a varios puntos de consumo. Este enfoque proporciona un suministro uniforme de aire comprimido, ya que el aire se dirige al punto de consumo desde dos direcciones.
Para mantener la presión ideal, todas las instalaciones de compresores de aire deben utilizar este sistema. La única excepción es si hay una gran distancia entre la máquina y el punto de consumo, donde se añade una tubería principal independiente.
En cada instalación de compresores se incluyen uno o varios depósitos de aire. Su tamaño depende de la capacidad del compresor, el sistema de regulación y de las necesidades de aire del consumidor. El depósito de aire almacena el aire comprimido, equilibra las pulsaciones, enfría y recoge la condensación.
Por lo tanto, el depósito de aire debe estar equipado con un dispositivo de evacuación del condensado. La siguiente ecuación se aplica al dimensionar el volumen del depósito. Tenga en cuenta que este cálculo solo se aplica a compresores con regulación de descarga/carga.
V = volumen del depósito de aire (l)
qC = FAD del compresor (l/s)
p1 = presión de entrada del compresor (bar(a))
T1 = temperatura de entrada máxima del compresor (K)
T0 = temperatura del aire del compresor en el depósito (K)
(pU -pL) = diferencia de presión establecida entre carga y descarga
fmax = frecuencia máxima de carga (se aplica 1 ciclo cada 30 segundos a los compresores Atlas Copco).
Para compresores de accionamiento de velocidad variable (VSD), el volumen necesario del depósito de aire se reduce considerablemente. Cuando se utiliza la fórmula anterior, se debe considerar qc como FAD a velocidad mínima. También cabe destacar que no se recomienda adaptar la red de tuberías/compresores para una alta demanda de aire en breves periodos de tiempo.
En la situación anterior, se debe dimensionar un depósito de aire independiente para obtener la máxima salida y colocarlo cerca del punto de consumo. En casos más extremos, se utiliza un compresor de alta presión más pequeño con un depósito más grande. Esta configuración cumple los requisitos de aire a corto plazo y de gran volumen a intervalos prolongados.
Teniendo en cuenta su uso general, se utiliza la siguiente ecuación para satisfacer el consumo medio.
V = volumen del depósito de aire (l)
q = flujo de aire durante la fase de vaciado (l/s)
t = duración de la fase de vaciado (s)
p1 = presión de trabajo normal en la red (bar)
p2 = presión mínima para la función del consumidor (bar)
L = requisito de aire de la fase de llenado (1/ciclo de trabajo).
Esta fórmula no tiene en cuenta cómo un compresor puede seguir suministrando aire durante la fase de vaciado. Obtenga más información sobre los depósitos de aire y cómo dimensionarlos.
Al diseñar y dimensionar una red de aire comprimido, es bueno empezar con una lista de equipos en la que se detallen todos los puntos de consumo y sus ubicaciones. Es ideal agrupar estos puntos en unidades lógicas y utilizar la misma tubería de distribución para el suministro de aire desde las tuberías verticales de plantas de compresores de aire.
Una gran red de aire comprimido se divide normalmente en cuatro partes principales.
Las tuberías verticales transportan el aire comprimido desde la sala del compresor hasta el área de consumo. Los tuberías de distribución dividen el aire en toda la zona de distribución. Los tuberías de servicio dirigen el aire desde las tuberías de distribución hasta los lugares de trabajo/puntos de consumo.
La distribución del aire comprimido genera pérdidas de presión causadas por la fricción en las tuberías. Teniendo esto en cuenta, la presión generada directamente por el compresor normalmente no está completamente lista para su utilización. Además, los efectos de estrangulación y los cambios en la dirección del flujo se producen en las válvulas y los codos de las tuberías. Las pérdidas, que se convierten en calor, producen caídas de presión.
Como alternativa a la fórmula anterior, se puede utilizar un nomograma (que se muestra a continuación) para encontrar el diámetro de tubería más adecuado. Se deben conocer el caudal, la presión, la caída de presión permitida y la longitud de la tubería para realizar este cálculo. A continuación, se selecciona la tubería estándar del diámetro inmediatamente superior.
Las longitudes de tubería equivalentes para todos los componentes de la instalación se calculan utilizando una lista de accesorios y componentes de tuberías. Además, la resistencia al flujo se expresa mediante la correlación de la longitud de la tubería. Las dimensiones seleccionadas de la red se vuelven a calcular para garantizar que la caída de presión no sea significativa. Las secciones individuales (tubería de servicio, tubería de distribución y tuberías verticales) deben calcularse por separado para instalaciones grandes.
Los caudalímetros de aire colocados estratégicamente facilitan la facturación interna y la asignación económica de la utilización del aire comprimido dentro de la empresa. El aire comprimido es un medio de producción que forma parte del coste de producción de los departamentos individuales de la empresa. Desde este punto de vista, todas las partes interesadas podrían beneficiarse de los intentos de reducir el consumo en los diferentes departamentos.
Los caudalímetros disponibles actualmente en el mercado ofrecen desde valores numéricos para lectura manual hasta datos de medición. Esta información se envía directamente a un ordenador o a un módulo de facturación. Por lo general, los caudalímetros se montan cerca de las válvulas de cierre. La medición del anillo requiere especial atención, ya que el medidor debe ser capaz de medir tanto el flujo hacia delante como hacia atrás.
Esperamos que este artículo le ayude a evaluar su configuración para obtener un rendimiento óptimo con caídas de presión y fugas mínimas. El uso de las ecuaciones mencionadas es un buen punto de partida. Si todavía no está seguro del mejor enfoque, no dude en ponerse en contacto con nosotros. Nuestro equipo estará encantado de ayudarle.
A continuación, obtenga más información acerca del proceso de instalación de un sistema de compresores.
Junto con la electricidad, el agua y el gas, el aire comprimido mantiene nuestro mundo en funcionamiento. Puede que no siempre lo veamos, pero el aire comprimido lo tenemos a nuestro alrededor. Debido a la gran variedad de usos (y requisitos) del aire comprimido, hoy en día existen compresores de todos los tipos y tamaños. En esta guía describimos la función de los compresores, las razones por las que los necesita y los tipos de opciones que tiene a su disposición.
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