Diseo de una red de aire comprimido

Diseo de una red de aire comprimidoProyecto de Neumatica del octavo semestre

Equipo 302/12/2014

Diseo de una red de aire comprimido para la planta elaboradora de maderas Balmaceda con el fin de alimentar actuadores neumaticos que ocupa en sus procesos industriales.

Profesores:Integrantes:Sr. Juan Rebolledo SezMiguel Espinoza CarrascoSr. Misael Fuentes ParedesSergio Orellana lvarezSr. Guillermo CrdenasMauro Robles PrezAndrs Torres Snchez

Contenido1Introduccin11.1Definicin del problema11.2Objetivo general11.3Objetivos especficos11.4Alcance del proyecto12Datos generales y requerimientos de diseo13Eleccin de red de distribucin24Redes de aire comprimido24.1Tubera Principal24.2Tubera secundaria24.3Tuberas de servicio25Seleccin de la red de tuberas36Uniones para tuberas47Deshidratacin del aire comprimido47.1Purgas automticas.47.2Seleccin de la purga automtica57.3Ubicacin de las purgas automticas.5

ndice de TablasTabla 1 Tabla de ventajas y desventajas de los distintos materiales para la red de aire comprimido Fuente (Kaeser Compresores)3

ndice de IlustracionesIlustracin 1 Purga automtica por flotacin. Fuente (SMC, 1997)5

IntroduccinLa necesidad de generar aire comprimido para mantener los sistemas neumticos en funcionamiento es muy necesaria para las empresas y servicios pblicos, as como el hecho de transportar el aire comprimido desde su lugar de generacin hasta donde sea necesario.Para ello es necesario realizar un sistema que pueda abastecer de aire comprimido grandes zonas, en este sistema el aire comprimido toma gran relevancia. Es muy comn ver en las industrias que el aire comprimido juega un papel fundamental en los procesos productivos, y esto se hace posible mediante un sistema de generacin de aire comprimido, simplemente estos sistemas se pueden apreciar en establecimientos pblicos como hospitales e industrias.Dentro de estos sistemas es comn encontrar redes de aire comprimido, compresores de aire, actuadores neumticos, etc. Basndose en esta necesidad tan particular se ha encomendado realizar un proyecto enmarcado en un diseo de un sistema de redes de aire comprimido y distribucin de aire comprimido, este sistema se realiza para la planta elaboradora de maderas Balmaceda ubicada en avenida del mismo nombre en la comuna de Valdivia. En el diseo se evala todo lo necesario para realizar de la mejor forma el sistema en cuestin, basndose en los requerimientos del mandante y cumpliendo con todas las normas de seguridad y decretos en los tiempos pactados. Para la realizacin del proyecto el equipo de diseo se basa en varios textos de neumtica referenciados en la bibliografa, esto para tener una estructura clara de modo de trabajo para sistemas neumticos.Cabe mencionar que la realizacin de este proyecto va de la mano con los ramos cursados en el presente semestre y que son de vital importancia para la realizacin de este.

Definicin del problemaLa planta elaboradora de maderas Balmaceda ubicada en avenida del mismo nombre en la comuna de Valdivia, requiere de la alimentacin de aire comprimido al sector elaboracin de puertas.ObjetivosObjetivo generalDisear una red de aire comprimido que satisfaga los requerimientos de los consumidores, respetando las condiciones de seguridad impuestas por las entidades correspondientes.Objetivos especficos Determinar adecuadamente la calidad del aire comprimido a suministrar a la red. Seleccin de tuberas que conforman la red principal, secundaria y de servicio de aire comprimido Seleccin del compresor Seleccin de los equipos principales de la red.Alcance del proyectoEl actual proyecto se centrara en el diseo de una red de aire comprimido de la planta elaboradora de maderas Balmaceda. Se realizaran clculos de perdida de carga y seleccin de elementos pertinentes dejando fuera los anlisis de transferencia de calor y anlisis estructurales.

Planificacin.La planificacin es una accin fundamental para el correcto desarrollo del proceso de diseo y la generacin de un producto de calidad.El tipo de planificacin a utilizar es de tipo avance por etapas (Ilustracin 1 Planificacin), este mtodo de planificacin permite desarrollar las tareas de forma secuencial, estableciendo una reunin del equipo de diseo al trmino de cada una de las etapas.En esta reunin se evala el grado de cumplimiento de cada uno de los objetivos propuestos para la fase correspondiente, buscando consenso sobre la decisin de refinar el contenido generado en la fase o continuar con la siguiente. El primer paso para realizar la planificacin es identificar las tareas a desarrollar en el trascurso del proceso de diseo. Ilustracin 1 Planificacin

Informacin previa

Generalidades del aire comprimidoEl aire comprimido es una forma de transporte de energa y su utilizacin se ha ido implementando a lo largo de los aos con sistemas automatizados hoy en da.Caractersticas y consecuencias del aire comprimido. El aire es un fluido compresible Una vez comprimido puede almacenarse en contenedores Esta posibilidad de almacenamiento hace posible el transporte por conductos y tuberas An comprimido el aire, este no posee caractersticas explosivas lo que lo hace un aliado fundamental en casos en que seguridad se trata. Los cambios de temperatura no modifican su prestacin de servicios Se trata de una tcnica limpia El aire tal cual se toma de la atmosfera, no sirve puesto que en dimensiones microscpicas presenta impurezas que deben eliminarse, sometindolo a tratamientos que se conoce como preparacin del aire comprimido. Un inconveniente de la tcnica del aire comprimido es el ruido que provoca la descarga del aire ya utilizado a la atmosfera.El aire El aire es una mezcla de gases, aunque solo dos de ellos ocupan el 99% del volumen la mezcla total de aire. Estos dos gases son el nitrgeno con un 78% del total y el oxgeno con un 21% de la mezcla. El aire pesa 1,2928 gramos por litro a 273 K y a presin atmosfrica. La densidad vara con la temperatura.El aire es un fluido compresible y cumple con todas las leyes para los gases perfectos.

Diseo conceptualDatos generales y requerimientos de diseo

Eleccin de red de distribucin La instalacin de la red ser interna (bajo cubierta) y la posicin de trabajo ser area, conociendo estas consideraciones y teniendo en cuenta que la idea principal es de mantener un flujo continuo de aire comprimido y en el caso de mantenciones o falla de algunos de los tramos, no sea necesario parar la totalidad de produccin. La eleccin es una red interconectada como se aprecia en la Figura 1.

Figura 1. Red Interconectada fuente (SMC, 1997)La ventaja de esta red son las siguientes: Las prdidas de carga son las ms bajas de los distintos modelos de redes de distribucin. Las operaciones de mantenimiento son elsticas y cmodas.

Falta poner: Que otra alternativas hay? Por que este diseo?

Redes de aire comprimido Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de todas las tuberas que parten del depsito acumulador de aire, colocadas fijamente unidas entre s y que conducen el aire comprimido a los puntos de toma para los distintos equipos consumidores individuales en la planta elaboradora de maderas Balmaceda (Deppert & Stoll, 2001). Estas tuberas se pueden clasificar de la siguiente manera:Tubera PrincipalCorresponde a la lnea que sale del conjunto de compresores y conduce todo el aire que consume la planta. Debe tener la mayor seccin posible para as evitar prdidas de presin y prever futuras ampliaciones de la red. Tubera secundariaCorresponden a las derivaciones de la red principal para conectarlas con las tuberas de servicio. Por estas tuberas circula el caudal asociado a cada mquina de la planta elaboradora de maderas Balmaceda. Tuberas de servicioSon las tuberas encargadas de surtir a los equipos neumticos. En los extremos de las tuberas de servicio tienen conectores rpidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento FRL. Con el fin de evitar obstrucciones, se recomiendan dimetros mayores de en la tubera.

Desarrollo del Producto

Tratamiento del aire Justo antes de la herramienta neumtica se dispone la unidad de mantenimiento o tambin llamada unidad de tratamiento final de aire comprimido la cual se forma de un filtro, una vlvula reguladora de presin y un lubricador.Compresor de Aire

Unidad FRLFiltro La labor del filtro dentro de la unidad de mantenimiento es de eliminar las impurezas que lleva el aire. Este filtro es un recipiente en el cual en la parte superior va una placa deflectora la que provoca el centrifugado del aire. Las impurezas slidas y liquidas se estrellan con las paredes de este recipiente y caen hasta el fondo donde son evacuadas por medio de la purga.ReguladorEl labor del regulador es mantener una presin de trabajo lo ms constante posible a la cual llamaremos presin secundaria. Este nivel constante debe mantenerse independiente de las variaciones que sufra la presin de red (que llamaremos primaria) y del caudal de consumo.Lubricador Este dispositivo tiene como labor lubricar los elementos neumticos a una medida necesaria. La cual prevendr desgastes prematuros en las piezas mviles, reducir el rozamiento y proteger contra la corrosin a los elementos necesarios.Unidad FRL para aire comprimidoSegn el manual FESTO de tratamiento de aire comprimido, el filtrado recomendado para aplicaciones y herramientas neumticas segn norma ISO 8573-1 corresponde a 5 micrones y se puede apreciar en la Ilustracin 1.

Ilustracin 2. Recomendacin manual FESTO

En la Ilustracin 2 se observa la categora de clase para herramientas neumticas.

Ilustracin 3. Tabla clases para herramientas neumticas.

A continuacin se presenta la seleccin de las unidades FRL para cada una de las maquinarias.

Ilustracin 4. Unidad FRL.

Como se observa en Ilustracin 4 se seleccion una unidad FRL en la cual necesitamos cubrir un caudal de .

Ilustracin 5. Tabla de seleccin de unidad FRL.

Ilustracin 6. Caractersticas de la unidad FRL.

solo se mostrara una seleccin de unidad FRL y no la totalidad de las selecciones ya que el procedimiento es exactamente el mismo pero si se mostraran los modelos escogidos.C1C2C3C4C5C6

QQQQQQ

Deshidratacin del aire comprimidoLa deshidratacin del aire consiste en retirar el agua lquida proveniente del condensado, para asegurarse que el aire comprimido va a dar la prestacin deseada y que no habr de contaminar ni constituirse en el vehculo de ningn agente de corrosin (SMC, 1997).La funcin que cumple retirar de la instalacin el agua lquida proveniente del condensado son las purgas o drenadores.Existen las purgas manuales y automticas. Para este proyecto en particular se utilizaran las purgas automticas, debido que estos elementos dan la seguridad de retirar el condensado en forma totalmente independiente. A continuacin se presenta una breve descripcin de las purgas automticas.Purgas automticas.Las purgas automticas son aquellas que permiten la evacuacin del condensado en forma independiente. La clasificacin de purgas se realiza por el tipo de accionamiento para retirar el agua lquida. Estas purgas son las siguientes: Purgas por flotacin Purgas por presin diferencial Purgas motorizadasSe seleccionaran purgas por flotacin, dado a que su accionamiento segn el nivel del lquido colectado. Cuando la cantidad del lquido es tal que levanta el flotador, el aire circula pasando por un filtro, hacia un pistn que abre la vlvula. La instalacin de estas purgas debe ser vertical y en lugares no expuestos a las vibraciones.

Figura 2 Purga automtica por flotacin. Fuente (SMC, 1997)Ubicacin de las purgas automticas.Las purgas automticas por flotacin deben estar ubicadas en los cambios bruscos de direccin en la lnea principal, puesto que es ah donde se acumula el condensado. Adems se deben colocar purgas en las extensiones de las lneas de servicios para asegurarse que el agua acumulada en la tubera de bajada no circule hacia a otros puntos. En la siguiente imagen se explicara de manera ilustrativa la ubicacin de estos elementos purgantes.

Figura 4 Ubicacin de las purgas en la red interconectada Fuente: elaboracin propiaEn la imagen anterior, la ubicacin de las purgas est dada por los nmeros que se muestran en la figura:1. Representa a la purga que est en el cambio de direccin en la red principal de aire comprimido.2. Representa a la purga que debe ser instalada en la extensin de la lnea de servicio.Por lo anterior se contabilizan 13 purgas automticas, 4 en la lnea principal y 9 purgas automticas para la lnea de extensin.Seleccin de la purga automticaLas purgas seleccionadas para la red de aire comprimido tanto principal como para la de servicio corresponde al proveedor SMC, purga automtica modelo AD402 cuyas caractersticas se presentan a continuacin:Tabla 1 Caractersticas purga Automtica modelo AD402 Fuente: SMC

Figura 3 Purga automtica por flotacin modelo AD402 Fuente: SMCSecador de aireExisten 3 tipos se secadores de aire en la industria para sistemas de aire comprimido, por adsorcin, absorcin, y refrigeracin. Como equipo de diseo se selecciona el tipo de secado por refrigeracin debido a que este mecanismo es uno de los ms comunes y asegura un aire seco reduciendo la capacidad del aire para retener vapor, en otras palabras cambiando su punto de roci. El aire comprimido sin tratar, que contiene contaminantes slidos, lquidos y gaseosos, representa un riesgo considerable ya que puede daar el sistema neumtico y deteriorar el producto final. La humedad, uno de sus principales componentes, puede producir corrosin en las tuberas, averas prematuras de los equipos neumticos y deterioro de los productos. Por este motivo, es esencial disponer de un secador de aire para proteger los sistemas y procesos.La calidad del aire comprimido que se emplea en los procesos industriales se especifica en la norma internacional ISO 8573-1. El aire comprimido sin tratar contiene normalmente 3 tipos de contaminantes: suciedad, agua y aceite. En la siguiente imagen podemos observar el flujo de aire a travs del secador frigorfico

Ilustracin 7 Principio de funcionamiento del secador de airePor ltimo se selecciona el secador frigorfico Atlas COPCO FD 120 cuyas especificaciones tcnicas son las siguientes:Tabla 2 ET Scador de aire

Seleccin de la red de tuberas Para una correcta eleccin de los materiales de las tuberas es necesario tener en cuenta distintos factores:1. Influencias del medio ambiente (por ejemplo agua, polvo, temperatura, vapores corrosivos, etc.)2. Por la carga (esfuerzos mecnicos)3. Frecuencia de maniobras del aire comprimido debido a las salidas y purgas de la tubera en breves instantes4. Calidad del aire comprimido 5. Presin (poca perdida de presin; entre 0,1 bar y 0,2 bar); fugas mnimas 6. Costos del material7. Coeficiente de dilatacin trmica del material Las redes de aire comprimido pueden ser de metal o material sinttico. A continuacin se muestra una tabla de ventajas y desventajas para cada material para as determinar la mejor opcin para la red de aire comprimido.Tabla 3 Tabla de ventajas y desventajas de los distintos materiales para la red de aire comprimido Fuente (Kaeser Compresores)MaterialVentajaDesventaja

Hierro NegroSe presenta en costos moderados en relacin a los materiales.Disponible en varios tamaosSe oxida en el tiempo, presenta fugas. Rugosidad interior ocasiona sedimentacin

Hierro GalvanizadoMaterial de costo moderado en relacin a las otras tuberas.Disponible en varios tamaos.AnticorrosivoOxidacin en las uniones si no se seleccionan los correctos materiales

CobreNo se oxida, buena calidad de aire.Uniformidad de la superficie interior reduce la cada de presinInstalacin de alto costoDebe soldarse muy bien para evitar fugas.Susceptible a ciclos trmico.

AluminioNo se oxidan, buena calidad de aire. Uniformidad de la superficie interior reduce la cada de presin. Instalacin de alto costo.Materiales costosos

A los distintos materiales analizados anteriormente, se suma adems el anlisis a materiales sintticos, pero debido a q la instalacin est en el interior de una planta industrial y hay trabajo pesado en la fbrica se descarta de plano este material.Por el anlisis anterior, el equipo decide trabajar la red de aire comprimido con Hierro galvanizado dado principalmente su bajo costo, resistencia a esfuerzos mecnicos, material anticorrosivo, disponibilidad en varios tamaos.Uniones para tuberas Como se seleccion hierro galvanizado como material de la red de aire comprimido, las uniones deben ser roscadas. El efecto perjudicial de estas uniones, es que se presentan grandes fugas de aire comprimido, por lo que la unin deber ser realizada por operarios experimentados y especializados.

Estanque acumulador