Instituto Tecnológico de La Paz
Ingeniería Electromecánica Electromecánica
Aníbal Bernardo Valadez Castro
Sistemas hidráulicos y neumáticos de potencia
Saúl Adán Ramos Pérez
“Distribución de aire comprimido”
La Paz, Baja California Sur, 18 de marzo del 2014
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Redes de distribución Cada máquina y/o mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, que pasa a través de una red de tuberías y es suministrado por un compresor. El diseño de la red de tuberías tomara en cuenta las siguientes consideraciones: 1. 2. 3. 4.
Ubicación de los puntos de consumo. Ubicación de las máquinas. Configuración del edificio. Actividades dentro de la planta industrial.
Y teniendo en cuenta los siguientes principios:
Se elegirán los recorridos más cortos para la tubería y tratando que en general sea lo más recta posible, evitando los cambios bruscos de dirección, las reducciones de sección, las curvas, piezas en T, etc., evitando así las pérdidas de carga. Tratar que el montaje de la misma sea aéreo, esto facilita la inspección y mantenimiento. las tuberías subterráneas no son prácticas en ningún sentido. Tener en cuenta que puedan desarrollarse variaciones de longitud producidas por dilatación térmica, sin deformación ni tensiones. Evitar la mezcla con conducciones eléctricas, de vapor, gas u otras. Sobredimensionar las tuberías, para atender una futura demanda sin excesiva pérdida de carga. Inclinar las tuberías ligeramente (3%) en el sentido del flujo de aire y colocar en los extremos bajos ramales de bajada con purga manual o automática para evitar la acumulación de condensado en líneas. Colocar válvulas de paso en los ramales principales y secundarios pues facilitara la reparación y mantenimiento, sin poner fuera de servicio toda la instalación. Las tomas de aire de servicio o bajantes siempre se harán desde la parte superior de las tuberías a fin de evitar que los condensados puedan ser
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recogidos por éstas y llevados a los equipos neumáticos conectados a la misma.
Tomas y conexiones en las bajantes se realizarán lateralmente colocando en su parte inferior un grifo de purga o un drenaje automático o semiautomático según corresponda. Atender a las necesidades de tratamiento del aire, viendo si es necesario un secado total o sólo parcial del aire. Prever la utilización de filtros, reguladores y lubricadores (FRL) en las tomas de servicio.
En consideración con los puntos anteriores, el tendido de la red podrá hacerse según dos disposiciones: 1. En circuito cerrado, cuando se haga tratamiento de secado al aire del compresor. 2. En circuito abierto, cuando no se haga tal tratamiento. Debemos tener en cuenta que cuando el circuito es cerrado, la pendiente en los conductos es nula, pues es incierto el sentido de circulación, ya que éste dependerá de los consumos y por lo tanto la pendiente carece de sentido. Por tal razón, sólo se utiliza el circuito cerrado cuando se trata el aire a la salida del compresor con equipos secadores.
Nota: El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión entre el depósito y el punto de demanda no debería superar el 3% de la presión del depósito. Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerablemente.
Cálculo de las tuberías
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Tubería principal: Es aquella que sale del depósito y conduce la totalidad del caudal de aire comprimido. Velocidad máxima recomendada = 8 m/seg.
Tubería secundaria: Son aquellas que se derivan de la principal, se distribuyen por las áreas de trabajo y de la cual se desprenden las tuberías de servicio. Velocidad máxima recomendada = 10 a 15 m/seg.
Tuberías de servicio: Se desprenden de las secundarias y son las que alimentan a los equipos neumáticos. Velocidad máxima recomendada = 15 a 20 m/seg. Para su cálculo será necesario tener en cuenta: 1. La presión de servicio. 2. El caudal en Nm3/min.
Pérdida de carga: Esta pérdida de energía se origina ante los diferentes obstáculos que se presentan en su recorrido hacia los puntos de utilización. La pérdida de carga (pérdida de presión) se origina de dos maneras: 1. En tramos rectos, producida por el rozamiento del aire comprimido contra las paredes del tubo. 2. En accesorios, originada en curvas, T, válvulas, etc. de la tubería. La primera puede ser calculada con la siguiente fórmula:
Donde:
Con la siguiente tabla podemos apoyarnos para calcular el índice de resistencia dependiendo de la cantidad de aire suministrado (kg/hora).
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Con la fórmula anterior se puede calcular el diámetro de la tubería (si es que no se conoce), definiendo una pérdida de carga admisible. Dicha fórmula se encuentra resuelta en el siguiente gráfico:
La segunda la evaluamos a través del concepto de longitud equivalente: Igualamos la pérdida en el accesorios con la pérdida de carga producida en un tramo de cañería de longitud igual a la longitud equivalente del accesorio. Esta longitud deberá ser sumada a la longitud original (L) del tramo recto.
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Pérdidas de carga por fricción en accesorios de tuberías Valores equivalentes en metros de cañería recta Cálculos de cañerías
Tabla de longitud equivalente de diversos accesorios de cañerías en función del diámetro.
Ejemplos ¿Cuál es el diámetro de un tramo recto de cañería de 100m de longitud por el que circulan 3 Nm3/min. a 7 bar, siendo la pérdida de carga admisible en ese tramo del 3%? Cálculo del ∆p
La perdida de carga por unidad de longitud será
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Entrando al gráfico por su parte superior con P1= 7bar, trazamos una vertical hasta interceptarlo con una horizontal proveniente de la escala de caudales de la derecha con Q = 3 Nm3/min. (Punto A en el diagrama) Por dicho punto trazamos una paralela a las líneas oblicuas hasta interceptarla con la vertical levantada desde el valor de la pérdida de carga por unidad de longitud ∆p = 0,0021 bar/m (punto B del diagrama) Proyectando dicho punto hacia la escala de la izquierda obtenemos en ella el diámetro de la cañería que será de 1”. Supongamos que la misma cañería no fuera recta y tuviera ahora montados accesorios como 1 válvula esclusa abierta, 7 curvas a 90°, y una T en derivación. Con el valor del diámetro de la tubería calculamos las longitudes equivalentes de los accesorios.
Longitud total a considerar:
Perdida de carga total:
Como vemos este incremento de pérdida de carga producida en accesorios es pequeña, cuando se trata de cañerías de gran longitud y el número de los accesorios no es muy grande. Se considera ahora el mismo caudal circulante y la misma presión, pero para una cañería de 10 m con la misma pérdida de carga total, ∆p = 0,21 bar La pérdida de carga por unidad de longitud será:
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Yendo al grafico vemos que corresponde a una cañería de Ø = 3/4” Considerando ahora los mismos accesorios:
Longitud total a considerar:
Perdida de carga total:
Como resultado tendremos un aumento de la pérdida de carga del 60% aproximadamente, con lo que verificamos que la influencia sobre las pérdidas de carga en accesorios es realmente notable en cañerías cortas, aun no siendo el número de éstos excesivamente grande.
Fuente http://www.microautomacion.com/capacitacion/Manual021IntroduccinalaNeumtica. pdf
