SELECCIÓN DE UN COMPRESOR PARA SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO

Procedimiento de cálculo:

1. Calcule la cantidad de flujo de aire necesario

Haga una lista de todas las herramientas y aparatos del sistema de aire comprimido que consuman aire, utilice la tabla 1. Obtenga el probable consumo de aire; en m³/min ó l/min, de cada herramienta. Anote este valor en la columna 1 de la tabla 1. Luego anote en la columna 2 la cantidad de cada tipo de herramienta que se usará. Encuentre el consumo probable de aire de cada herramienta multiplicando las columnas 1 y 2. Anote el resultado en la columna 3, para cada herramienta.

2. Seleccione el factor de carga del equipo

El factor de carga del equipo es = (consumo real de aire de la herramienta o aparato, en m³/min ó l/min)/(consumo continuo de aire a plena carga de la herramienta o aparato, en m³/min ó l/min), Los factores de carga de aparatos que funcionan con aire comprimido suelen ser menores a 1.0. Determine el factor de carga para una herramienta o aparato mediante consulta de los datos de ingeniería del fabricante. Anote el factor de carga de la columna 4.

TABLA 1 Cálculo típico de necesidades de aire comprimido

Herramienta

(1) (2) (3) (4) (5)

Consumode aire Número de

herramientas

Aire necesario(1) x (2) Factor

de carga

Probabledemanda de aire

(3) x (4)

lt/min lt/min lt/min

Total (*)

(*) A esta suma debe agregarse margen para futuras necesidades y pérdida esperada de fuga, si hay.

3. Calcule la demanda probable de aire (Columna 5)

4. Aplique márgenes para fugas y necesidades futuras

La mayoría de los diseños de sistemas neumáticos consideran el 10 % del aire en fugas. Si bien algunos diseñadores afirman que considerar fugas es un procedimiento deficiente de diseño, las fugas de aire son un hecho real y deben considerarse cuando se diseñe un sistema práctico. Las necesidades futuras se calculan mejor si se pronostica que tipo de herramientas y aparatos se usarán. Una vez que esto se conozca, formule una tabulación semejante a la tabla 1 en donde indique su pronóstico de herramientas y aparatos y sus necesidades de aire. Entonces:

Capacidad total de aire necesario= necesidades actuales + margen de fugas + pronóstico de necesidades a futuro (m³/min ó l/min).

5. Seleccione la presión y capacidad de descarga del compresor

AI seleccionar el tipo de compresor, son de importancia capital dos factores: presión de descarga y capacidad necesarias.

6. Seleccione el tipo de compresor por usar

PROFESIONALES PORTÁTILIndicados para trabajos exteriores o bien talleres y locales reducidos

dos pistones, una etapa

 

Modelo lt lt/min HP Volt   bar kg

B 2800 / 27CM 27 C 254 2 230 1 9 39B 2800 / 50 CM 50 C 254 2 230 1 9 48B 2800 / 100 CM 100 C 254 2 230 1 9 62B 2800 / 100 CT 100 C 254 2 400 3 9 62B 2800B / 100 CM 100 C 320 3 230 1 9 69B 2800B / 100 CT 100 C 320 3 400 3 9 69

INDUSTRIALES PIE FIJOIndicados para la industria en general, destacan su buen rendimiento, posibilidad de doble etapa y cuadro contactor en algunos modelos.

dos pistones(a partir de 4 HP doble etapa)

 

Modelo lt lt/min HP Volt   bar kg

B 2800 / 200 FM 200 F 254 2 230 1 9 94B 2800 / 200 FT 200 F 254 2 400 3 9 94B 3800B / 270 FM 270 F 394 2,5 230 1 9 127B 3800B / 270 FT 270 F 394 3 400 3 9 127B 4900 / 270 FT 270 F 514 4 400 3 9 154*B 5900B / 270 FT 270 F 653 5,5 400 3 10 180*B 6000 / 500 FT 500 F 827 7,5 400 3 10 280**B 7000 / 500 FT 500 F 1.210 10 400 3 10 295* contactor.**cuadro estrella / triángulo.

COMPRESORES INSONORIZADOSIndicados en donde se precise un nivel sonoro muy bajo. Los modelos de 2 y 3 HP llevan un tanque en el interior y disponen de salida de aire directo y otra con regulación de presión, en el resto es necesario acoplarles un tanque exterior

 

Modelo lt lt/min HP Volt   bar kg dB(A)B 2800 SIL 2M 27 F 254 2 230 1 8 83 67B 2800B SIL 3T 27 F 320 3 400 3 8 87 68B 3900 SIL 4T - 450 4 400 3 8 124 68B 5900B SIL 5,5T - 653 5,5 400 3 10 220 72B 6000 SIL 7,5T - 827 7,5 400 3 10 250 72B 7000 SIL 7,5T - 1.210 10 400 3 10 265 72

SIMBOLOGÍACapacidad calderaC: con ruedas F: pié fijo

Etapas

Aire aspirado Presión max.

Potencia motor dB(A)

Cilindros Peso bruto

Voltaje Diámetro entrada /salida

RPM Fases

Medidas Cabeza

COMPRESORES de TORNILLO VT

 

modelobar

m3/min HP dB(A)dimensiones

a x b x ckg

VT 0708VT 0710VT 0713

81013

0.780.650.50

7.5 69 980 x 665 x 850 205

VT 1008VT 1010VT 1013

81013

1.200.950.75

10 70 980 x 665 x 850 225

VT 1508VT 1510VT 1513

81013

1.701.401.15

15 70 980 x 665 x 850 250

VT 2008VT 2010VT 2013

81013

2.261.931.58

20 71 980 x 665 x 1300 280

VT 2508VT 2510VT 2513

81013

2.962.502.10

25 72 980 x 665 x 1300 455

VT 3008VT 3010VT 3013

81013

3.322.952.65

30 72 980 x 665 x 1300 485

VT 4008VT 4010VT 4013

81013

4.604.003.40

40 72 1600 x 1100 x 1450 500

VT 5008VT 5010VT 5013

81013

6.155.204.40

50 73 1600 x 1100 x 1450 700

VT 6008VT 6010VT 6013

81013

7.306.305.40

60 74 1600 x 1100 x 1450 750

VT 7508VT 7510

810

8.507.11

75 74 1600 x 1100 x 1450 840

VT 7513 13 6.16

Herramientas Neumáticas

Amoladora Angular de 4''

Amoladora angular de uso industrial de 4''. Velocidad sin carga 11.000 RPM, presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 119 Litros/min. Pesa 1,8 kg.

Amoladora Angular de 7''

Amoladora angular de uso industrial de 7''. Velocidad sin carga 7.000 RPM, presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 170 Litros/min. Pesa 3,15 kg.

Caladora Neumática

Caladora neumática recta. Capacidad 12 mm. Largo de carrera 9,5 mm, 9.500 carreras/min. Presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 113 Litros/min. Pesa 1,2 kg.

Atornillador de Impacto

Atornillador de impacto de uso industrial con capacidad máx. ø bulón 8 mm. Encastre hexagonal hembra 1/4", con reversa y regulador de flujo. Velocidad sin carga 7.000 RPM, par máx. 145 Lib/pulg, presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 113 Litros/min, pesa 1 Kg, largo 220 mm.

Atornillador de par Ajustable

Atornillador de par ajustable entre 4 y 16 Kg/cm por dial selector, con encastre hexagonal hembra 1/4'', con reversa, doble embrague, velocidad sin carga 1.000 RPM, con reducción por doble planetario, presión de trabajo 80 PSI, consumo de aire 200 Litros/min, pesa 0,67 kg, con mangueras de presión y escape incluidas. Herramienta para líneas de montajes.

Lijadora Orbital Pequeña

Lijadora orbital muy liviana de reducidas dimensiones que trabaja con 1/4 de hoja de lija. Apta para lijar en posiciones incómodas sin cansancio. Presión de trabajo 85 PSI, 20.000 órbitas/min. ø de órbita 3,2 mm, consumo de aire 198 Litros/min. Peso 0,59 kg.

Lijadora Orbital

Lijadora orbital que trabaja con 1/3 de hoja de lija. De uso industrial y alto rendimiento en masillados. Presión de trabajo 90 PSI, 8.000 órbitas/min. ø de órbita 4 mm, consumo de aire 170 Litros/min. Peso 1,8 kg.

Pistola Engrasadora

Pistola engrasadora con capacidad de 400 cm³ de grasa con 3 opciones de carga: Por cartucho descartable, de otro equipo mayor por el alemite o por absorción, con espátula. Presión de trabajo 30 a 150 PSI, pesa 1,5 kg.

Pistola de Pintar Liviana

Pistola de pintar liviana, de baja. Para compresores directos de 1/3 HP o más y presiones de 30 a 50 PSI. Flujo continuo de aire. Capacidad del vaso 0.9 Litro. Consumo de aire 55 a 228 Litros/min.

Pistola de Pintar Profesional

Pistola de pintar de alta y baja. Trabaja con presiones de 30/70 PSI, capacidad del vaso 1 Litro. Consumo de aire 190 a 340 Litros/min.

Remachadora Neumática

Remachadora para remaches rápidos de hasta 1600 Lbs. de tracción. Presión de trabajo 90 PSI. Consumo de aire por carrera 8,5 Litros. Usa manguera de 3/8'', con boquillas de 3/32'', 1/8'', 5/32'', y 3/16''. Pesa 1,2 kg.

Martillo Neumático en Kit

Martillo neumático con regulación de golpe en estuche plástico con 5 cinceles y accesorios. 3.000 golpes/min, 66 mm de largo de carrera. Presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 155 Litros/min. Pesa 1,6 kg.

Martillo Neumático Pesado

Martillo neumático pesado en estuche metálico con 5 cinceles y accesorios. 2.200 golpes/min, 91 mm de largo de carrera. Presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 172 Litros/min.

Tijera para chapas

Tijera para cortar chapas metálicas. Capacidad máx. en acero 1,2 mm. en aluminio 1,6 mm. Ancho de corte 5,5 mm. por carrera, 2.500 carreras/min. Pesa 1,2 kg.

Taladro Neumático ø 10 mm

Taladro con reversa y capacidad de mandril de 10 mm.Velocidad sin carga 1.800 RPM, presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 140 Litros/min. Pesa 1,1 kg.

Taladro Neumático ø 13 mm

Taladro con reversa y capacidad de mandril de 13 mm.Velocidad sin carga 800 RPM, presión de trabajo 90 PSI, consumo de aire 160 Litros/min. Pesa 1,8 kg.

DISEÑO DE LA RED

La primera labor de diseño de una red de aire comprimido es levantar u obtener un plano de la planta donde claramente se ubiquen los puntos de demanda de aire anotando su consumo y presión requeridos. También identificar el lugar de emplazamiento del compresor. Es importante realizar una buena labor puesto que una vez establecida la distribución esta influirá en las futuras ampliaciones y mantenimiento de la red.

Para el diseño de la red se recomiendan las siguientes observaciones:

1. Iniciar el proceso de diseño de una instalación investigando los requerimientos de aire comprimido para todas las aplicaciones que se usarán y su ubicación en la planta.

2. Procurar que la tubería sea lo más recta posible con el fin de disminuir la longitud de tubería, número de codos, empalmes en T, y cambios de sección que aumentan la pérdida de presión en el sistema.

3. 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.

4. La tubería no debe entrar en contacto con los cables eléctricos y así evitar accidentes.5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Todo cambio brusco de dirección o inclinación es un sitio de acumulación de condensados. Allí se deben ubicar válvulas de evacuación.

10. Las conexiones de tuberías secundarias o bajantes deben hacerse desde la parte superior de la tubería principal para evitar el descenso de agua por gravedad hasta los equipos neumáticos y su deterioro asociado.

Selección del tamaño de una tubería

- Parámetros

Presión: Se debe estimar la presión a la cual se desea trabajar para establecer el funcionamiento de la red. Generalmente una red industrial de aire comprimido tiene una presión media de 7 a 9 bar.

Caudal: El caudal de la red deberá ser diseñado con base en la demanda de las herramientas y maquinas.

Pérdida de presión: Los componentes de una red de aire comprimido como codos, empalmes en T, cambios de sección, unidades de mantenimiento, y otras se oponen al flujo generando pérdidas de presión. Garantizar que las pérdidas estén en los límites permisibles es una labor esencial del diseño. La caída de presión desde el tanque al extremo de la derivación de la tubería no debe superar los 0.3 bar (30kPa).

Velocidad de circulación: Esta velocidad debe controlarse puesto que su aumento produce mayores pérdidas de presión. Deben evitarse velocidades superiores a los 6m/s en la línea principal para evitar flujo turbulento, el cual es perjudicial porque genera perdida de presión.

Tipos de flujo : a) Flujo laminar b) Paso a flujo turbulento detrás de un elemento perturbador

EJEMPLO

Determinar el diámetro de una tubería en la que pasara un caudal volumétrico de 827 lt/min de aire con una caída de presión de no más de 0,3 bar en un tubo de 120 m. El compresor utilizado será un compresor alternativo de émbolos de dos etapas, se conecta a 7 bar y se detiene a 9 bar (presión media 8 bar).

La caída de presión de 30 kPa (0,3 bar) en un tubo de 120 m es equivalente a:

Haciendo referencia al nomograma:

Dibujar un trazo a partir de 8 bar en la línea de presión, pasando por 0,25 kPa/m en la línea de la caída de presión para cortar la línea de media de referencia en el punto X.

Unir X con 0.014 m3/s (827 lt/min) y prolongar el trazo hasta que corte la línea del tamaño de la tubería, aproximadamente 21 mm o ¾ pulg.

Se deberá utilizar una tubería normalizada cuyo diámetro interno se igual o mayor al obtenido. En este caso para tubos en milímetros 25 mm y en pulgadas ¾ pulg.

Si la tubería de 120 m tiene un cierto número de accesorios en la línea, por ejemplo 8 codos de radio medio, 12 “T”s ordinarias y 2 válvulas de plato. Será necesaria una tubería de tamaño mayor para limitar la caída de presión a 30 Kpa.

Para calcular la caída de presión en los accesorios es necesario el usar ábacos para convertir la caída de presión en el accesorio en longitud ficticia equivalente de tubería recta y sumar este valor a la longitud inicial.

Ábaco de pérdidas de carga en válvulas y accesorios de tuberías referidas a longitudes ficticias equivalentes.

Empleando el ábaco se determinan las longitudes ficticias equivalentes.

Codos de radio medio 8 x 0.55 m = 4.4 m“T” ordinarias 12 x 0.45 m = 5.4 mVálvula de plato 2 x 7.00 m = 14.0 m

Total = 23.8 m

Los accesorios tienen una resistencia al flujo de aire equivalente a aproximadamente de 24 m de longitud adicional de tubería.

La longitud efectiva de la tubería es entonces de 144 m y la caída de presión equivalente será:

Haciendo referencia nuevamente al nomograma, se deberá utilizar una tubería normalizada en este caso, tubo de ¾ de pulgada.

TUBERIAS Y CONEXIONES Para elegir el material de los tubos utilizados en redes de aire comprimido, hay que tener en cuenta los siguientes factores:

Calidad del aire comprimido (tuberías resistentes a la corrosión, empalmes que no provoquen la acumulación de depósitos).

Trabajo de montaje (tendido sencillo de los tubos y montaje de los empalmes, Utilización de herramientas y materiales especiales).

Costos del material (válvulas y accesorios de alta calidad y robustos a precios económicos). Rigidez de los materiales (utilización de componentes auxiliares para el montaje, por ejemplo

escuadras de montaje). Coeficiente de dilatación térmica del material. Experiencias y conocimientos en materia de las técnicas necesarias.

- Tubería de Gas estándar (SGP)

El conducto de aire es normalmente un tubo de acero o de hierro maleable. Se puede obtener en negro o galvanizado, que esta menos 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 económico instalar bridas soldadas que hacer roscas en tuberías largas.

Tubería de Acero inoxidable

Se utilizan sobre todo, cuando se requieren grandes diámetros en líneas de conductos largos y rectos.

Tubería de Cobre

Cuando se requiere resistencia a al corrosión, al calor y una rigidez elevada, se pueden utilizar tubos de cobre con un diámetro nominal de hasta 40 mm, pero resultarán relativamente caros para diámetros mayores de 28 mm. Los accesorios fabricados para tubos de este material son fáciles de instalar.

Tubería de Goma (Manguera de aire)

La manguera de goma o de plástico reforzado es la más adecuada para herramientas de mano neumáticas manuales, puesto que ofrece flexibilidad para la libertad de movimiento del operador. Las dimensiones de las mangueras neumáticas de goma son:

Tubería de PVC o de Nylon

Se utilizan normalmente para la interconexión de componentes neumáticos. Dentro de sus limitaciones de temperatura de trabajo, presentan obvias ventajas de instalación, permitiendo un fácil corte de la longitud deseada y una conexión rápida con otros accesorios bien por compresión o bien mediante enchufes rápidos.

Si se requiere una mayor flexibilidad para curvas más cerradas o movimiento constante, está disponible un nylon de grado más suave o poliuretano, que sin embargo presenta menores presiones admisibles de trabajo.

La pérdida de presión también depende de la rugosidad de la pared interior de los tubos.

Material Rugosidad en μmTubo de cobreTubo de material sintéticoTubo de acero estiradoTubo de acero soldadoTubo de hierro cincado

menos de 1,5menos de 1,510 hasta 5050 hasta 100120 hasta 150

La identificación es una parte importante del mantenimiento. Según norma las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de azul moderado.

En general la tubería de una red no necesita mantenimiento fuera de la corrección de fugas que se producen más en las conexiones que en la tubería en sí. En caso que la tubería presenta obstrucción por material particulado debe limpiarse o reemplazarse aunque esto no es común en las empresas.

CÁLCULO DE ACTUADORESEn la mayoría de los casos, para herramientas neumáticas no se necesita realizar cálculos, ya que los fabricantes proporcionarán las características necesarias, pero en algunas ocasiones necesitaremos calcular los elementos, generalmente cuando se trate de actuadores.

- DIMENSIONADO DE LOS ACTUADORES

Para el dimensionado de los actuadores se requiere conocer el valor de la carga o efecto útil a realizar. Se puede tener una carga lineal, en cuyo caso se debe conocer o poder estimar el valor de la fuerza que dicha carga opone al movimiento.Para el caso de actuadores lineales de simple efecto con retorno por muelle posicionado horizontalmente (los más complejos por el número de fuerzas que aparecen), tendríamos la distribución de fuerzas que se muestran a continuación (el equilibrio de fuerzas se plantea sobre el émbolo):

Fig. 2. 1 - Distribución de fuerzas en actuadores lineales de simple efecto.Donde:P: Presión en la cámara posteriorPc: Presión en la cámara anteriorS: superficie del émbolo en la cámara posteriorS´: Superficie del émbolo en la cámara anteriorSv: Superficie de la sección del vástagoPe: Peso del émboloR1 y R2: Reacciones del émbolo con la camisa debidas a Pe.Fr: Fuerza de rozamiento en el émbolo debida a R1 y R2.Fn: Fuerza a vencerFm: Reacción del muelleTenemos, planteando el equilibrio en el émbolo:

Siendo:

De otra parte, si el cilindro es de doble efecto (no existe Fm) y suponemos que Pc es despreciable, experimentalmente se obtiene que Fn ~ 0,95 P*S.

Los fabricantes han desarrollado el programa estándar para las dimensiones de los cilindros. Los diámetros estándar (que hacen referencia al diámetro del émbolo) son bastante similares para todos los fabricantes. En la tabla siguiente se indica: en la primera columna la serie de diámetros de un determinado fabricante. Salvo algunas excepciones, los diámetros se suceden en este orden, de manera que la fuerza de émbolo indicada para un diámetro se duplica o se reduce a la mitad respecto al diámetro más próximo, según sea el diámetro inmediato superior o el inmediato inferior, con una presión del aire de 6 bar (columna 3 de la tabla).

Tabla 2. 4 - Tamaños normalizados de cilindros y longitudes de carreras [28].Las longitudes de las carreras son también por lo general estándar para la gama de un fabricante es decir, determinados diámetros de cilindros pueden producirse como elementos en serie para distintas longitudes de carrera. Naturalmente, todas las longitudes intermedias también se fabrican bajo pedido, hasta las longitudes máximas posibles o que estén comprendidas en las carreras previstas por el fabricante. Las longitudes máximas de las carreras están delimitadas, debido a que para grandes diámetros del cilindro y carreras largas las sobrecargas mecánicas del vástago y del cojinete se hacen muy grandes, y debe preverse el efecto de pandeo del vástago.

CÁLCULO DEL CONSUMO DE AIREFinalmente, cada fabricante acaba proponiendo la forma de calcular el caudal o cantidad de aire requerida en función de la geometría y características de sus productos. En la tabla siguiente vemos el consumo de aire en un cilindro en función de la presión de trabajo y el diámetro del émbolo.

Tabla 2 - Consumo de aire para cilindros neumáticosPara disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la instalación. Con ayuda de la tabla de la figura siguiente, se pueden establecer los datos del consumo de aire de una manera más sencilla y rápida. Los valores están expresados por cm de carrera para los diámetros más corrientes de cilindros y para presiones de 200 a 1.500 kPa (2 – 15 bar). El consumo se expresa en los cálculos en litros (de aire aspirado) por minuto.

Fig. 2. 2 - Consumo de aire (l/cm de carrera) [33].