proyecto y diseño
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PROYECTO Y DISEÑO
DISTRIBUCION DE PLANTA
La distribución de planta es aquella donde están ordenadas todos las áreas especificas de un planta ya sea industrial o de otro tipo, por lo que es importante reconocer que la distribución de planta orienta al ahorro de recursos, esfuerzos y otras demandas ya que esta tiene distribuido todas sus áreas.
DEFINICION
La ordenación física de los elementos industriales: Esta ordenación, ya practicada o en proyecto, incluye, tanto los espacios necesarios para el movimiento de materiales, almacenamiento, trabajadores indirectos y todas las otras actividades o servicios, así como el equipo de trabajo y el personal de taller “.
EL OBJETIVO PRIMORDIAL: Es hallar una ordenación de las áreas de trabajo y del equipo, que sea la más económica para el trabajo, al mismo tiempo más segura y satisfactoria para los empleados.
OTROS OBJETIVOS
Reducción del riesgo para la salud y aumento de la seguridad de los trabajadores.
Elevación de la moral y satisfacción del obrero.
Incremento de la producción.
Disminución en los retrasos de la producción.
Ahorro de área ocupada.
Reducción del material en proceso.
Acortamiento del tiempo de fabricación.
Disminución de la congestión o confusión.
Mayor facilidad de ajuste a los cambios de condiciones.
INTERESES DE LA DISTRIBUCION DE PLANTA
Interés Económico : con el que persigue aumentar la producción, reducir los costos, satisfacer al cliente mejorando el servicio y mejorar el funcionamiento de las empresas.
Interés Social : Con el que persigue darle seguridad al trabajador y satisfacer al cliente.
PRINCIPIOS BASICOS: Una buena distribución en planta debe cumplir con seis principios los que se listan a continuación:
1) Principio de la Integración de conjunto. La mejor distribución es la que integra las actividades auxiliares, así como cualquier otro factor, de modo que resulte el compromiso mejor entre todas las partes.
2) Principio de la mínima distancia recorrida a igual de condiciones. Es siempre mejor la distribución que permite que la
distancia a recorrer por el material entre operaciones sea más corta.
3) Principio de la circulación o flujo de materiales. En igualdad de condiciones, es mejor aquella distribución o proceso que este en el mismo orden a secuencia en que se transforma, tratan o montan los materiales.
4) Principio de espacio cúbico. La economía se obtiene utilizando de un modo efectivo todo el espacio disponible, tanto vertical como horizontal.
5) Principio de la satisfacción y de la seguridad. A igual de condiciones, será siempre más efectiva la distribución que haga el trabajo más satisfactorio y seguro para los productores.
6) Principio de la flexibilidad. A igual de condiciones, siempre será más efectiva la distribución que pueda ser ajustada o reordenada con menos costo o inconvenientes.
TIPOS DE DISTRIBUCION DE PLANTA
Fundamentalmente existen siete sistemas de distribución en planta:
1. Movimiento de material: probablemente el elemento mas comúnmente movido. El material se mueve de un lugar de trabajo a otro, de una operación a la siguiente. Ejemplo: Planta de embotellado, refinería de petróleo, fábrica de automóviles, etc.
2. Movimiento del hombre: Los operarios se mueven de un lugar de trabajo al siguiente, llevando a cabo las operaciones necesarias sobre cada pieza de material. Esto raramente ocurre sin que los hombres lleven consigo maquinaria (al menos sus herramientas). Ejemplo: Estibado de material en almacén, mezcla de material en hornos de tratamientos o en cubas.
3. Movimiento de maquinaria: El trabajador mueve diversas herramientas o máquinas dentro de un área de trabajo para actuar sobre una pieza grande. Ejemplo: Máquina de soldar portátil. Forja portátil, etc.
4. Movimiento de material y de hombres: El hombre se mueve con el material llevando a cabo una cierta operación en cada máquina o lugar de trabajo. Ejemplo: Instalación de piezas especiales en una cadena de producción.
5. Movimiento de material y de maquinaria. Los materiales y la maquinaria o herramientas van hacia los hombres que llevan a cabo la operación. Raramente práctico, excepto en lugares de trabajo individuales. Ejemplo: Herramientas y equipo moviéndose a través de una serie de operaciones de mecanización.
6. Movimiento de hombres y de maquinaria. Los trabajadores se mueven con la herramienta y el equipo generalmente alrededor de una gran pieza fija. Ejemplo: Pavimentación de una autopista.
7. Movimiento de materiales, hombres y maquinaria. Generalmente es demasiado caro e innecesario el mover los tres elementos. Ejemplo: Ciertos tipos de trabajo de montaje, en los que las herramientas y materiales son de pequeño tamaño.
OTROS TIPOS CLASICOS DE DISTRIBUCIÓN SON CUATRO:
1) Distribución por posición fija: Se trata de una distribución en la que el material o el componente permanecen en lugar fijo. Todas las herramientas, maquinaria, hombres y otras piezas del material concurren a ella. Ejemplo: construcción de un puente, un edificio, un barco de alto tonelaje.
2) Distribución por proceso o por Fusión: En ella todas las operaciones del mismo proceso están agrupadas. Ejemplo: hospitales: pediatría, maternidad, cuidados intensivos.
3) Distribución por producción en cadena, en línea o por producto: En esta, producto o tipo de producto se realiza en un área, pero al contrario de la distribución fija. El material está en movimiento. Ejemplo: Manufactura de pequeños aparatos eléctricos: tostadoras, planchas, batidoras; Aparatos mayores: lavadoras, refrigeradoras, cocinas; Equipo electrónico: computadoras, equipos de discos compactos; y Automóviles.
4) Distribución por grupo o por células de fabricación. La distribución por células de fabricación consiste en la agrupación de las distintas máquinas dentro de diferentes centros de trabajo, denominadas celdas o células, donde se realizan operaciones sobre múltiples productos con formas y procesos similares.
VENTAJAS DE TENER UNA BUENA DISTRIBUCIÓN
Disminución de las distancias a recorrer por los materiales, herramientas y trabajadores.
Circulación adecuada para el personal, equipos móviles, materiales y productos en elaboración, etc.
Utilización efectiva del espacio disponible según la necesidad.
Seguridad del personal y disminución de accidentes.
Localización de sitios para inspección, que permitan mejorar la calidad del producto.
Disminución del tiempo de fabricación.
Mejoramiento de las condiciones de trabajo.
Incremento de la productividad y disminución de los costos.
GENERACIÓN, TRATAMIENTO Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
Los compresores son las máquinas generadoras del aire comprimido. Los mismos aspiran aire a la presión
atmosférica y lo comprimen hasta una presión más elevada. Los compresores se clasifican según su tipo constructivo y su
elección depende de las necesidades y características de su utilización. El siguiente cuadro muestra los distintos tipos de
compresores
Los más usados en el campo de la neumática son los compresores de desplazamiento fijo a pistón y a tornillo.
Compresores alternativos a pistón
Los compresores a pistón son los más utilizados porque su gama cubre un amplio margen de presiones. En los
mismos la compresión se produce por el movimiento alternativo de un émbolo accionado por un mecanismo biela-
manivela. En la carrera descendente se abre la válvula de admisión y el cilindro se llena de aire para luego ser comprimido
en la carrera ascendente, saliendo así por la válvula de escape.
Una sola etapa de compresión no permitirá obtener presiones elevadas, es por ello que para alcanzar presiones
superiores se recurre a un sistema escalonado de estos compresores (dos o más etapas de compresión). El aire
comprimido en la primera etapa, llamada baja, es vuelto a comprimir en una segunda etapa, llamada de alta.
Como la compresión eleva considerablemente la temperatura del aire, será necesario enfriarlo entre las etapas
citadas anteriormente.
Una buena rentabilidad del equipo compresor se obtendrá trabajando entre los rangos de presión abajo
detallados, de acuerdo al número de etapas y considerando un servicio continuo:
Regulación de los compresores alternativos
a) Sistema de marcha y parada: el compresor funciona en intervalos intermitentes y se detiene cuando en el
depósito se alcanza la presión máxima o presión de corte. A partir de ese momento se satisface el consumo con
el aire acumulado en el depósito hasta que en el mismo la presión llegue a un valor mínimo admisible de
regulación (presión de arranque), momento en que vuelve a arrancar para cubrir la demanda. Es el sistema de
regulación más difundido y el más económico para pequeños consumos. No puede utilizarse cuando el consumo
sea tal que el compresor deba arrancar y parar continuamente, pues tanto el motor como su contactor admiten un
TIPOS DE COMPRESORES
DE DESPLAZAMIENTO FIJO DE DESPLAZAMIENTO VARIABLETURBOCOMPRESORES
ALTERNATIVOS
A PISTÓN
A MEMBRANA
ROTATIVOS
A PALETAS
A TORNILLO
ROOTS
RADIAL
AXIAL
HASTA 3 – 4 bar 1 ETAPA
HASTA 8 – 10 bar 2 ETAPAS
MAS DE 10 bar 3 o MAS ETAPAS
número limitado de maniobras horarias (10 a 15 como máximo) determinadas por calentamiento o desgaste de
los mismos. La señal de arranque y parada se obtiene a través de un presóstato regulado entre las presiones
máxima y mínima, enviando una señal eléctrica al contactor del motor, el que ordena su marcha o parada.
b) Sistema de marcha en vacío: en este sistema el compresor está continuamente en marcha, pero alterna
períodos en que comprime con períodos en que el aire es aspirado y expulsado por la misma válvula de
aspiración. Esto se consigue abriendo la o las válvulas de aspiración a través de un mecanismo abre válvulas
accionado por un pequeño pistón o una membrana ubicados en la cabeza de los cilindros. Con ello se consigue
que el aire aspirado en la carrera descendente del pistón seas descargado nuevamente a la atmósfera en la
carrera ascendente. Este sistema es gobernado por una señal neumática proveniente de una electroválvula
actuada por un presóstato en función de la presión del depósito. La frecuencia del ciclo carga-vacío puede ser
elevada sin causar daños al compresor y al motor eléctrico. Durante su marcha en vacío, el compresor, consume
entre 10 y 15% del consumo a plena carga.
Mantenimiento del compresor a pistón
Esta es una tarea importante dentro del sector industrial. Es imprescindible seguir las instrucciones recomendadas
por el fabricante que, mejor que nadie, conoce los puntos vitales del mantenimiento del equipo.
Debe ser previsto un plan semanal de mantenimiento, en el cual será programada la verificación del nivel de
lubricante, en los lugares apropiados del compresor, motor y en el cárter.
Al mismo tiempo debe ser prevista la limpieza del filtro de aire, la verificación experimental de la válvula de
seguridad, para comprobar su real funcionamiento.
Debe ser verificada también la tensión de las correas. Y periódicamente debería verificarse la fijación del volante
sobre el eje cigüeñal.
Consideraciones sobre las irregularidades del compresor
Como en la compresión el aire es calentado, es normal un calentamiento del compresor. A veces el calentamiento
es exagerado y esto puede deberse a las siguientes causas:
Falta de aceite en el cárter
Válvulas atrancadas
Ventilación insuficiente
Válvulas sucias
Viscosidad excesiva del aceite del cárter
Filtro de aire tapado
En los casos de vibraciones o ruido anormal, observar los siguientes puntos:
Carbón en el pistón
Juego en las bancadas donde van los cojinetes del cigüeñal
Desgaste en las bancadas principales
Válvulas mal asentadas
Volante suelto
Si los períodos de funcionamiento
Filtro de aire tapado
Pérdida de aire en las líneas
Necesidad de mayor capacidad de aire
Compresor alternativo a membrana
Consiste de una membrana accionada por una biela montada sobre un eje motor excéntrico. Así se obtiene un
movimiento de vaivén de la membrana y la consiguiente variación del volumen de la cámara de compresión en donde se
encuentran las válvulas de admisión y escape que son accionadas automáticamente por la acción del aire. Con estos
compresores se consigue aire comprimido exento de aceite, pues la membrana separa el aire del mecanismo de
accionamiento. Su utilización se remite más a la medicina por la gran pureza del aire producido.
Compresores rotativos a paletas
Están formados por una carcasa cilíndrica en cuyo interior está montado excéntricamente de manera tal que roce
por un lado con la pared de la carcasa y que forme del lado opuesto una cámara de aire en forma de medialuna. El rotor , a
su vez, dispone de paletas deslizante alojadas en ranuras radiales en el mismo, que dividen en secciones a la cámara
antes mencionada.
El rotor en su giro va variando el volumen de las secciones desde un máximo hasta un mínimo, produciendo la
aspiración, compresión y expulsión del aire, sin necesidad de válvulas.
Estos compresores se fabrican de hasta 6.000 Nm3/h y de hasta 8 bar (una sola etapa) o hasta 30 bar (dos
etapas).
Compresores rotativos a tornillo
La compresión es realizada por dos tornillos, uno macho de 4 entradas y uno hembra de 6 entradas, que son
prácticamente engranados entre sí y ubicados dentro de una carcaza. El tornillo macho cumple la función de pistón y la
hembra de cilindro, comparándolo con un compresor alternativo. En su rotación los lóbulos del tornillo macho se introducen
en los huecos del tornillo hembra, desplazando el aire axialmente, disminuyendo su volumen y aumentando su presión
hacia el final de los tornillos. El sincronismo de la rotación de los tornillos se logra a través de un par de ruedas dentadas.
La refrigeración y lubricación se logran por inyección de aceite en la compresión que luego será separado en un filtro
separador aire-aceite. Entregan un flujo casi continuo de aire. El campo de aplicación va desde 600 a 40.000 m 3/h y se
logran presiones de hasta 25 bar.
Compresores radiales
El aire es acelerado a partir del centro de rotación, en dirección de la periferia. El aire es admitido axialmente por
la primera hélice, acelerado y expulsado radialmente. Cuando varias etapas están reunidas en una carcasa única, el aire
está obligado a pasar por un difusor antes de ser conducido al centro de rotación de la etapa siguiente, causando la
conversión de energía cinética en presión. La relación de compresión entre las etapas es determinada por el diseño de la
hélice, su velocidad tangencial y la densidad del fluido.
Los compresores de flujo radial requieren de altas velocidades de trabajo (15.000 a 20.000 rpm) lo que implica
también grandes desplazamientos de aire ( de 10.000 a 200.000 Nm3/h) y presiones de hasta 8 bar. Siendo empleados
cuando se exigen grandes cantidades de aire comprimido.
Compresores axiales
Se basan en el principio de la compresión axial y consisten en una serie de rodetes consecutivos con álabes que
comprimen el aire. Se construyen de hasta 20 etapas de compresión (20 rodetes). El campo de aplicación de éste tipo de
compresor alcanza caudales de hasta 200.000 a 500.000 Nm3/h y presiones de 5 bar, raramente usados en neumática
industrial.
TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO
El aire comprimido con un contenido demasiado elevado de humedad reduce la vida útil de sistemas neumáticos.
En consecuencia es necesario instalar equipo especiales con el fin de reducir la humedad del aire hasta alcanzar los
valores deseados. Para secar el aire puede recurrirse a alguno de los siguientes métodos:
Post-enfriadores aire-agua
Son los más usados para el tratamiento del aire comprimido, pues reducen su temperatura hasta unos 25°C, con
lo que se consigue eliminar un alto porcentaje de agua y aceites contenidos en el aire comprimido. Están formados por un
serpentín o haz tubular por donde circula el aire comprimido, circulando el refrigerante (agua o aire) en contracorriente por
el exterior de los mismos. A la salida del equipo se encuentra un separador-colector en el que se acumulan los
condensados.
Secadores frigoríficos
En éstos, el aire es enfriado hasta temperaturas inferiores al punto de condensación, siendo segregada la
humedad contenida en el aire y luego recogida en un recipiente. La temperatura de punto de condensación es aquella que
tiene que alcanzar el aire para que pueda condensar el agua.
El aire que entra al secador frigorífico, pasa antes por un proceso de enfriamiento previo en el que se recurre al
aire frío que sale de un intercambiador térmico, y luego el aire es enfriado en el secador hasta alcanzar temperaturas entre
2°C y 5°C.
POST-ENFRIADORES
AIRE - AGUA
AIRE - AIRE
SECADORES
FRIGORÍFICOS
POR ADSORCIÓN
POR ABSORCIÓN
A LA SALIDA DEL COMPRESOR
A LA SALIDA DEL DEPÓSITO
SEPARADORES CENTRÍFUGOS
EN LOS PUNTOS DE CONSUMO
FILTROS
REGULADORES
LUBRICADORES
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El aire comprimido saturado de humedad entra en el secador y es dirigido hacia el intercambiador (1), siendo enfriado por
el aire que vuelve a la línea ya frío y seco.
El intercambio de calor entre el aire entrada y de salida reduce la carga en el compresor de refrigeración (4) ahorrando así
costos de energía.
Paso 2: El aire entrante pasa ahora al intercambiador de calor, donde el fluido refrigerante lo enfría 2° C, se forman gotas
de agua que son separadas del aire en el separador de condensado (3) y se recoge en un colector que automáticamente la
purga del sistema.
Luego, ya teniendo aire frío y seco, vuelve al intercambiador (1), enfría al aire nuevo que entra, y sale ya a la línea de
conducción de aire comprimido, terminando el ciclo de secado frigorífico.
Secado por adsorción
Se entiende por adsorción, el depósito de materias en las superficies de los cuerpos sólidos. El agente secador
(gel secador) es un granulado compuesto principalmente de óxido de silicio.
El método de secado por adsorción permite obtener los puntos de condensación más bajos (hasta –90°C).
Siempre se utilizan dos unidades de adsorción. Si el gel de la primera unidad de adsorción está saturado, el
equipo conmuta a la segunda unidad, mientras la primera es regenerada mediante un proceso de secado con aire caliente.
Secado por absorción
El proceso de secado por absorción es un método puramente químico que es utilizado muy pocas veces, a raíz de
los elevados costos de servicio.
El equipo utiliza pastillas desecantes de granulado sólido altamente higroscópico. El aire a presión es guiado a
través de un filtro para retirar la mayor cantidad de gotas de agua y de aceite posible. Cuando el aire entra en el secador, es
sometido a un movimiento rotativo al atravesar la cámara de secado, la cual contiene una cierta cantidad de pastillas
desecantes. La humedad es absorbida por las mismas que se disuelven. El líquido así obtenido pasa al depósito inferior
que debe ser vaciado regularmente. También deben reponerse las pastillas desecantes en forma periódica.
REDES DE AIRE COMPRIMIDO INTRODUCCIÓN
El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce el hombre y aprovecha para reforzar sus recursos físicos.
El descubrimiento consciente del aire como medio que nos rodea se remonta a muchos siglos, lo mismo que un trabajo más o menos consciente con dicho medio.
Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más antiguos conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando empezaron a investigarse sistemáticamente su comportamiento y sus reglas. Sólo desde aprox. 1950 se puede hablar de una verdadera aplicación industrial de la neumática en los procesos de fabricación.
A pesar de que esta técnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayoría de los casos a falta de conocimiento y de formación, fueron ampliándose los diversos sectores de aplicación.
En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales más variados se utilicen aparatos neumáticos cuya alimentación continua y adecuada de aire garantizará el exitoso y eficiente desempeño de los procesos involucrados en la producción.
El diseño y mantenimiento adecuado de redes de aire comprimido y sus respectivos accesorios, juega un papel decisivo en los procesos productivos involucrados cuya energía utilizada es el aire.
DISEÑO DE UNA RED DE AIRE
DESCRIPCIÓN DE UNA RED
DISPOSITIVOS
En general una red de aire comprimido de cualquier industria cuenta con los siguientes 7 dispositivos [1] mostrados en la Figura 1.
1. Filtro del compresor: Este dispositivo es utilizado para eliminar las impurezas del aire antes de la compresión con el fin de proteger al compresor y evitar el ingreso de contaminantes al sistema.
2. Compresor: Es el encargado de convertir la energía mecánica, en energía neumática comprimiendo el aire. La conexión del compresor a la red debe ser flexible para evitar la transmisión de vibraciones debidas al funcionamiento del mismo.
3. Postenfriador: Es el encargado de eliminar gran parte del agua que se encuentra naturalmente dentro del aire en forma de humedad.
4. Tanque de almacenamiento: Almacena energía neumática y permite el asentamiento de partículas y humedad.
5. Filtros de línea: Se encargan de purificar el aire hasta una calidad adecuada para el promedio de aplicaciones conectadas a la red.
6. Secadores: Se utilizan para aplicaciones que requieren un aire supremamente seco.
7. Aplicaciones con sus purgas, unidades de mantenimiento (Filtro, reguladores de presión y lubricador) y secadores adicionales.
Figura 1. Componentes de una red de aire comprimido
Los elementos 1, 2, 3, 4 y 5 se ubican en la tubería principal. Su presencia es obligatoria en todas las redes de aire comprimido. El 6 puede ubicarse en las tuberías secundarias y el 7 se instala en la tubería de servicio que alimenta las diferentes aplicaciones.
TUBERÍA PRINCIPAL
Es la línea que sale del conjunto de compresores y conduce todo el aire que consume la planta. Debe tener la mayor sección posible para evitar pérdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la red con su consecuente aumento de
caudal. La velocidad máxima del aire en la tubería principal es de .
TUBERÍAS SECUNDARIAS
Se derivan de la tubería principal para conectarse con las tuberías de servicio. El caudal que por allí circula es el asociado a los elementos alimentados exclusivamente por esta tubería. También en su diseño se debe prever posibles ampliaciones
en el futuro. La velocidad del aire en ellas no debe superar .
TUBERÍAS DE SERVICIO
Son las que surten en sí los equipos neumáticos. En sus extremos tienen conectores rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento. Debe procurarse no sobre pasar de tres el número de equipos alimentados por una tubería de servicio. Con el fin de evitar obstrucciones se recomiendan diámetros mayores de ½” en la tubería. Puesto que generalmente son segmentos cortos las pérdidas son bajas y por tanto la velocidad del aire en las tuberías de servicio
puede llegar hasta .
USOS DEL AIRE COMPRIMIDO
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 .
EQUIPOS DE PLANTA
El uso del aire comprimido en equipos de planta hace referencia a dispositivos robustos como taladros, pulidores, elevadores, motores y otros. En este caso el aire debe tener una calidad aceptable de humedad e impurezas.
INSTRUMENTACIÓN
Algunas empresas fuera de usar el aire comprimido en dispositivos robustos también lo usan para actuadores de precisión y pequeños motores neumáticos. Estos equipos tienen una función de control de procesos mas que de potencia como en un taladro. Debido a la precisión de sus componentes, el aire comprimido usado en ellos ha de tener una calidad superior a la usada en un equipo robusto. Por ejemplo, el aire ha de tener un contenido de humedad tan bajo que su punto de rocío sea siempre superior a la menor temperatura en cualquier lugar de la red con el fin de evitar la presencia de
condensados. Además, las impurezas del aire deberán ser menores que 0.1g/Nm3 y hasta un tamaño de 3 .
PARÁMETROS
Al iniciar el proceso de diseño de una instalación de aire comprimido se deben investigar todas las aplicaciones que se usarán y su ubicación en la planta.
Presión: Se debe estimar la presión a la cual se desea trabajar para establecer el funcionamiento del compresor y
de la red. Generalmente una red industrial de aire comprimido tiene presiones de 6 y 7 .
Caudal: El caudal de la red deberá ser diseñado con base en la demanda. Los dispositivos neumáticos traen en sus catálogos métodos para estimar su consumo.
Pérdida de presión: Los componentes de una red de aire comprimido como codos, t´s, 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.
Velocidad de circulación: Esta velocidad debe controlarse puesto que su aumento produce mayores pérdidas de presión.
TUBERÍA
Todo movimiento de un fluido por una tubería produce una pérdida de presión debido a su rugosidad y diámetro asociado. 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. Esta información no se expone en este trabajo pero puede ser consultada por el lector en cualquier libro de diseño de redes.
El material mas usado en las tuberías de aire es el acero. Debe evitarse utilizar tuberías soldadas puesto que aumentan la posibilidad de fugas, mas bien se recomiendan las tuberías estiradas. Actualmente en el mercado se encuentra un nuevo tipo de tuberías en acero anodizado que, aunque mas costosas, tienen una mayor duración que las de acero.
La identificación es una parte importante del mantenimiento. Según la norma UNE 1063 las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de azul moderado UNE 48 103.
En general la tubería de una red no necesita mantenimiento fuera de la corrección de fugas que se producen mas 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.
CONFIGURACIÓN
Existen varias posibles configuraciones de una red de aire comprimido tal como se muestra en la Figura 3. En una red de aire el factor mas esencial de todos es la distribución de agua en la red puesto que los datos de pérdidas, velocidad, presión y otros pueden ser calculados matemáticamente sin mayor dificultad. En cambio las zonas de acumulación de agua en una red han de ser detectadas por la pericia del ingeniero.
Figura 3 Posibles configuraciones de las redes de aire
Red abierta: Se constituye por una sola línea principal de la cual se desprenden las secundarias y las de servicio tal como se muestra en la Figura 3 (sup.). La poca inversión inicial necesaria de esta configuración constituye su principal ventaja. Además, en la red pueden implementarse inclinaciones para la evacuación de condensados tal como se muestra en la Figura 4. La principal desventaja de este tipo de redes es su mantenimiento. Ante una reparación es posible que se detenga el suministro de aire “aguas abajo” del punto de corte lo que implica una detención de la producción.
Figura 4. Configuración abierta y su inclinación
Red Cerrada: En esta configuración la línea principal constituye un anillo tal como se muestra en la Figura 3 (medio). La inversión inicial de este tipo de red es mayor que si fuera abierta. Sin embargo con ella se facilitan las labores de mantenimiento de manera importante puesto que ciertas partes de ella pueden ser aisladas sin afectar la producción. Una desventaja importante de este sistema es la falta de dirección constante del flujo. La dirección del flujo en algún punto de la red dependerá de las demandas puntuales y por tanto el flujo de aire cambiará de dirección dependiendo del consumo tal como se muestra en la Figura 5. El problema de estos cambios radica en que la mayoría de accesorios de una red (p. ej. Filtros) son diseñados con una entrada y una salida. Por tanto un cambio en el sentido de flujo los inutilizaría.
Figura 5. Dirección del flujo en una red cerrada para una demanda característica
Cabe anotar que otro defecto de la red cerrada es la dificultad de eliminar los condensados debido a la ausencia de inclinaciones tal como se muestra en la. Esto hace necesario implementar un sistema de secado mas estricto en el sistema. Al contrario de lo pensado, se expone que en dichos sistemas las caídas de presión no disminuyen. Por tanto la principal razón para implementar redes cerradas es por su buen mantenimiento.
Figura 6. Configuración Cerrada y su ausencia de inclinación
Red interconectada: Esta configuración es igual a la cerrada pero con la implementación de bypass entre las líneas principales tal como se muestra en la Figura 3 (inf.). Este sistema presenta un excelente desempeño frente al
mantenimiento pero requiere la inversión inicial mas alta. Además, la red interconectada presenta los mismos problemas que la cerrada.
INCLINACIÓN
En las redes abiertas se debe permitir una leve inclinación de la red en el sentido de flujo del aire. Esto con el fin facilitar la extracción de los condensados. Dicha inclinación puede ser de un 2% como se ilustra en la Figura 7. Al final debe instalarse una válvula de purga.
Figura 7. Inclinación en una red de aire
DISEÑO DE LA RED
La primera labor de diseño de una red de aire comprimido es levanta u obtener un plano de la planta donde claramente se ubiquen los puntos de demanda de aire anotando su consumo y presión requeridas. También identificar el lugar de emplazamiento de la batería de compresores. 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. Diseñar la red con base en la arquitectura del edificio y de los requerimientos de aire.
2. Procurar que la tubería sea lo más 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.
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 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.