diseño de un sistema de aire comprimido para la empresa
TRANSCRIPT
, junio, 2018
Departamento: Ingeniería Mecánica
Diseño de un Sistema de aire comprimido para la
Empresa MONCAR de Santa Clara.
Autor: Gabriel Barrera Santos
Tutor: Dr. Feliberto Fernández Castañeda
Cotutores: Ing. Aracely Guerra Mesa
Ing. Roberto Rodríguez Marcial.
Este documento es Propiedad Patrimonial de la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas,
y se encuentra depositado en los fondos de la Biblioteca Universitaria “Chiqui Gómez Lubian”
subordinada a la Dirección de Información Científico Técnica de la mencionada casa de altos
estudios.
Se autoriza su utilización bajo la licencia siguiente:
Atribución- No Comercial- Compartir Igual
Para cualquier información contacte con:
Dirección de Información Científico Técnica. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.
Carretera a Camajuaní. Km 5½. Santa Clara. Villa Clara. Cuba. CP. 54 830
Teléfonos.: +53 01 42281503-1419
Agradecimientos
Agradecimientos:
Le agradezco a toda mi familia, en especial a mis padres por enseñarme a ser mejor cada día,
gracias a su dirección, comprensión y apoyo en todos los momentos, ya que sin ellos no hubiera
sido posible haber llegado hasta aquí. A mi hermano que siempre ha confiado en mí.
A mi novia, por estar a mi lado en muchos momentos difíciles de mi carrera y en mi vida, y que
solo ella sabía sacarme de ellos ileso. A su familia que también han sabido brindarme un apoyo
absoluto.
A mis amigos, tanto los que conocí en la universida, como los de infancia, que a su manera he
recibido de ellos ese aliento y han sido uno de los pilares importantes durante mi carrera siendo
incondicionales .
A mis maestros, que han sido indispensable en mi formación profesional gracias por su
disposición y ayuda al haberme transmitido sus conocimientos y por haberme señalado
oportunamente mis errores.
A mi tutor Feliberto Fernández Castañeda por la paciencia y el tiempo empleado para la
realización de dicho trabajo. En la empresa MONCAR, a mis cotutores Aracely Guerra Mesa y
Roberto Rodríguez Marcial, por haberme trasmitido todos los conocimientos y experiencias que
poseían sobre el tema, ademas de facilitarme una serie de información necesaria, por lo que no
hubiese sido posible sin su ayuda .
Es dificíl poder resumir todas aquellas personas que influenciaron , acompañaron y tuvieron que
ver de una manera u otra.
A todos muchas gracias.
Resumen
Resumen
El presente trabajo aborda el campo de la neumática y en particular el diseño de una red de aire
comprimido perteneciente a la UEB MONCAR Centro, de Santa Clara. Para ello, se realizó un
estudio sobre el tema de la neumática en general y de los componentes necesarios para una
instalación de este tipo en un taller mecánico. En base a lo anterior se seleccionaron los
principales elementos que conforman el sistema, de acuerdo a las exigencias del taller y a las
condiciones del mismo. En ese sentido se determinó, primeramente, basado en la Norma ISO
8573-1, el flujo de salida de la sala de compresores necesarios, a partir del consumo de aire de
las 24 herramientas a utilizar, arrojando un consumo total de 2.088 m3/min. A partir de esos
valores se determinaron los diámetros de las tuberías y sus respectivas dimensiones, las caídas
de presión y el volumen del depósito de almacenamiento. Además, se determinaron la cantidad
y tipos de accesorios, entre ellos: válvulas, uniones, manómetros, etc. La modelación en 3D y
representación de sistema desarrollado se realizó empleando el diseño automatizado, con el
software CAD SolidWorks 2015. Por último, se realiza una valoración económica y se muestra
toda la documentación técnica para la construcción y montaje del mismo.
Abstract
Abstract
The present work deals with the field of pneumatics and in particular the design of a compressed
air network belonging to the UEB MONCAR Centro, of Santa Clara. For this, a study was made
on the subject of pneumatics in general and the necessary components for an installation of this
type in a mechanical plant. Based on the above, the main elements that make up the system were
selected, according to the demands of the plant and its conditions. In this sense, it was determined,
firstly, based on ISO Standard 8573-1, the output flow of the necessary compressor room, based
on the air consumption of the 24 tools to be used, yielding a total consumption of 2,088 m3 / min.
From these values the diameters of the pipes and their respective dimensions, the pressure drops
and the volume of the air storage tank were determined. In addition, the quantity and types of
accessories were determined, among them: ball valves, unions, manometers, etc. The 3D
modeling and representation of the developed system was carried out using the automated
design, with CAD software SolidWorks 2015. Finally, an economic evaluation is made and all the
technical documentation for the construction and assembly thereof is shown.
Índice
Índice
Introducción……….…………………………………………………………………..….……... 1 Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industria…………….…………..….. 4 1.1 Antecedentes e historia del uso del aire comprimido .................................................. 4 1.2 Conceptos básicos y propiedades físicas del aire.……………………………..……….. 5 1.3 Campos de aplicación de la neumática............…………………………………..……... 7 1.3.1 Comparación de la Neumática con la Hidráulica y la Electricidad ……...……..… 7 1.3.2 Ventajas, inconvenientes y aplicaciones del aire comprimido ………...………….. 8 1.4 Características de las Máquinas de fluido ……………………………..……………….. 9 1.4.1 Algunos tipos de compresores existentes ………………….…………………...… 10 1.5 Selección del compresor ……………………………………………………………….... 12 1.6 Motores neumáticos ………...………………………………..………………………….. 13 1.7 Sistema de aire comprimido.………….………………………………………………….. 13 1.7.1 Descripción general y componentes de una red de aire comprimido ……………. 14 1.7.2 Configuración de las redes de aire comprimido …………………………………... 15 1.8 Producción de aire comprimido …...……………………………………..……………… 16 1.8.1 La calidad del aire comprimido en los sistemas neumáticos ….…..………….….. 16 1.8.2 Riesgos con la utilización del aire comprimido en la industria …..….……………. 16 1.9 Herramientas neumáticas …...…………………………………………………..…..….. 17 1.9.1 Ventajas y desventajas de las herramientas neumáticas ……….……………..…. 17 1.9.2 Parámetros de las herramientas neumáticas ……………………………………... 18 1.9.3 Recomendaciones para el buen uso de las herramientas neumáticas …………… 18 Conclusiones parciales ..........................................…………………………….……. 19
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido……......
20
2.1 Calidad del aire comprimido en la instalación ………………………..……………….… 20 2.2 Procedimiento para el diseño de un Sistema de aire comprimido industrial ………….... 20 Paso No.1 Definición de los parámetros de operación y diseño…………………………… 20 Paso No. 2 Identificación de sistemas y elementos neumáticos …………..…………… 20 Paso No. 3 Determinación de las Presiones de operación ……………..…………….... 25 Paso No. 4 Determinación de los factores para dimensionamiento …………………….. 25 Paso No. 5 Dimensionamiento de la red de aire comprimido ……………..………….... 25 2.3 Costos de la instalación de aire comprimido………………………………………………… 31 Conclusiones parciales …………..………………………………………………..…..... 32
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de
la Empresa MONCAR, de Santa Clara……………………………………………………......….
33 3.1 Clasificación de la calidad del aire comprimido a utilizar en el sistema………….……... 33 3.2 Resultados del procedimiento para el diseño de un Sistema de aire comprimido……….. 34 Paso No.1 Definición de los parámetros de operación y diseño …..…………………… 34 Paso No. 2 Identificación de sistemas y elementos neumáticos ……………………….. 35 3.3 Definición del esquema cinemático para el sistema propuesto…….……………..…….. 36 3.4 Cálculo y dimensionamiento de la transmisión por correa…………............................. 37 3.4.1 Selección o identificación de la correa……………………………………..……… 37 3.4.2 Determinación de los diámetros de pasos de las poleas………………………….. 38 3.4.3 Cálculo de la Velocidad lineal de la correa…………………………………………. 38 3.4.4 Determinación de la distancia entre centros de referencia………………………... 38 3.4.5 Cálculo de la longitud de paso de las correas o bandas……………………..…… 39 3.4.6 Determinación de la distancia entre centros definitiva………………….…………. 39
Índice
3.4.7 Cálculo y comprobación del ángulo de abrazado en la polea menor……………… 39 3.4.8 Cálculo de resistencia de las correas…………………………………………….... 39 3.4.9 Determinación del número de correas necesarias……………………………..….. 40 3.4.10 Determinación de la Pretensión de la correa durante el montaje…………….….. 41 3.4.11 Cálculo de la tensión en la correa debido a la fuerza………………………….... 41 3.4.12 Cálculo de las reacciones sobre los árboles debido a la fuerza de pretensión..... 41 3.4.13Determinación de los principales parámetros geométricos de la polea…………. 41 3.5 Principales características de la Red de distribución de la instalación de aire
comprimido del taller mecánico de la Empresa MONCAR…………………………..….
42 Paso No. 3 Determinación de las Presiones de operación………………………….…. 44 Paso No. 4 Determinación de los factores para el dimensionamiento…………………. 45 Paso No. 5 Dimensionamiento de la red de aire comprimido………………………..… 46 3.6 Costos de la instalación de aire comprimido………………………………………….... 51 3.6.1 Precios de tuberías en el mercado………………………………………………... 51 3.6.2 Precio de equipos, componentes y herramientas del sistema……………………. 52 Conclusiones Parciales……………………………………………………………..…... 54
Conclusiones generales …………………………………………….…………………………….. 55 Recomendaciones………………………………………………………..……………………….. 56 Referencias Bibliográficas………………………………………………...………………………. 57 Anexos…………………………………………………………………….……………………….. 59
Introducción
1
Introducción
El empleo del aire comprimido y sus aplicaciones para el ser humano ha abarcado diferentes
ramas como la medicina, la industria, el movimiento de herramentales, etc. Constituyendo una de
las fuentes más antiguas en las cuales se apoya el hombre para realizar actividades de toda
índole.[1]
El término neumática es derivado del griego Pneumos o Pneuma (respiración, soplo) y es definido
como la parte de la Física que se ocupa de la dinámica y de los fenómenos físicos relacionados
con los gases o vacíos. Es también el estudio de la transformación de energía neumática en
energía mecánica, a través de los respectivos elementos de trabajo.[1]
El primer “compresor de aire” en realidad es el pulmón del ser humano. Como el cuerpo humano
puede exhalar, nuestros antepasados utilizaron su aliento para avivar fogatas pero en realidad
del que sabemos con seguridad que fue el primero que se ocupó de la neumática, es decir, de
la utilización del aire comprimido como elemento de trabajo, fue el griego Ktesibios. Hace más de
dos mil años, construyó una catapulta de aire comprimido. Uno de los primeros libros acerca del
empleo del aire comprimido como energía procede del siglo I de nuestra era, y describe
mecanismos accionados por medio de aire caliente.[1]
A partir de la segunda mitad del siglo XVII se profundizó el estudio y aplicación del aire
comprimido, cuando científicos como Torricelli, Pascal, Boyle y Gay Lussac realizaron
investigaciones sobre los gases. En el siglo XIX se comenzó a aplicar el aire comprimido a la
industria en forma sistemática; herramientas neumáticas, martillos neumáticos, tubos de correo
neumáticos, locomotoras y otras instalaciones auxiliares son ejemplo del desarrollo que se estaba
produciendo. La penetración de la neumática en las áreas de los mecanismos y la automatización
comienza a mediados del siglo XX.[1]
Un largo camino fue recorrido, de las máquinas impulsadas por aire comprimido en Alejandría
donde Herón desarrolló un sistema neumático e hidráulico para abrir las puertas del templo,a las
actuales que combinan neumática y electrónica de nuestros días. Por lo tanto, el hombre intentó
siempre aprisionar esta fuerza para colocarla a su servicio, con el único objetivo: controlarla y
hacerla trabajar cuando sea necesaria.[1]
Actualmente, el control del aire suplanta los mejores grados de eficiencia y velocidad, ejecutando
operaciones sin fatiga, economizando tiempo, herramientas y materiales, además de fortalecer
seguridad al trabajo.[1]
Introducción
2
A pesar de todo esto la irrupción verdadera y generalizada de la neumática en la industria no se
inició hasta que llegó a hacerse más acuciante la exigencia de una automatización y
racionalización en los procesos de trabajo.[1]
En la actualidad, ya no se concibe una instalación industrial sin el aire comprimido. Este es el
motivo por el cual, en los ramos industriales más variados se utilice equipamiento neumático
siendo el aire comprimido la cuarta utilidad industrial junto con el agua, el gas y la energía
eléctrica. A pesar de todo esto el aire comprimido sigue siendo una de las fuentes de energía más
incomprendidas y subvaloradas en las que llega a derrocharse más de un 50% del aire
comprimido.[1]
Las industrias buscan soluciones más eficientes que reduzcan la huella de CO2 en la atmósfera
y el consumo energético, por lo que no son solo los compresores el objeto de análisis en una
instalación de aire o gases; otros elementos que también forman parte de la producción de aire
comprimido son analizados en detalle. Los usuarios se preocupan del tipo de secador que se
instala o de cuál es la pérdida de carga de un filtro saturado.[2]
Esto provoca que los fabricantes traten de estandarizar al máximo todos los avances relacionados
con la reducción del impacto ambiental, usando sistemas de regulación de velocidad variable,
motores IE3, desarrollo de tornillos y rotores más eficientes, etc.[2]
Otro aspecto que adquiere gran relevancia es el análisis detallado de la planta de aire
comprimido. Para producir aire de gran calidad con el menor consumo no solo es necesario
adquirir equipos eficientes, sino disponer de una instalación que también sea eficiente. Para ello,
cada vez son más las industrias que se preocupan por la detección de fugas, diseñar los trazados
de tubería con criterios de máxima eficiencia, reducir los circuitos, curvas y accesorios inútiles,
etc. Se busca que la pérdida de carga sea mínima y poder trabajar con niveles de presión
inferiores.[2]
Teniendo en cuenta lo anterior, surge la necesidad de la Empresa MONCAR de Santa Clara de
desarrollar e instalar un sistema de aire comprimido para el funcionamiento de un grupo de
herramientas neumáticas para labores de chapisteria, pintura, ensamblaje, etc.
Por tanto, el presente trabajo tiene como Objetivo General:
Diseñar la instalación de un sistema de aire comprimido para la UEB MONCAR de Santa Clara
que permita el funcionamiento eficiente de 24 herramientas neumáticas empleadas en el taller
mecánico
Introducción
3
Objetivos Especificos:
1. Realizar una revisión bibliográfica sobre las instalaciones de aire comprimido,sus
antecedentes, generalidades y aplicaciones de los sistemas neumáticos y tecnologías de
compresión.
2. Realizar un estudio sobre las características criterios de diseño de los sistemas
neumáticos industriales y de los elementos que lo conforman.
3. Realizar el cálculo de un sistema neumático para la operación de diferentes equipos
seleccionando los elementos que lo conforman.
4. Elaborar la modelación de la instalación en SolidWorks del sistema neumático diseñado y
la documentación técnica necesaria para su fabricación y montaje.
5. Realizar una valoración económica de la instalacion diseñada.
Tareas:
1. Estudio sobre el tema aire comprimido y sistemas neumáticos industriales, su clasificación
y características de los principales fabricantes a nivel mundial.
2. Recopilación de los criterios de diseño y recomendaciones empleadas para el cálculo y
dimensionamiento de una instalación neumática industrial, los componentes que la
integran en cuanto a modelos, fabricantes,etc.
3. Establecimiento del procedimiento para el diseño de un sistema neumático industrial y
dimensionamiento paramétrico de los componentes que lo integran.
4. Modelación en 3D del sistema neumático diseñado y de los componentes empleando el
software SolidWorks y generacion de los planos respectivos, teniendo en cuenta los
criterios de diseño.
5. Elaboración de la documentación técnica necesaria para la fabricación y montaje del
sistema neumático desarrollado.
6. Valoración económica de la propuesta de diseño.
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
4
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
El aire comprimido es una de las energías más antiguas que se conocen. La aplicación de la
neumática es como consecuencia de una necesidad cada vez más urgente de la racionalización
del trabajo. Se puede definir la neumática como la técnica de aplicación y utilización racional del
aire comprimido. Las características que han contribuido a la gran aplicación del aire comprimido
se exponen en el presente capítulo donde se aborda lo relacionado con el aire viendo sus ventajas
y desventajas cuando es utilizado como flujo de trabajo, las propiedades y purezas que este debe
poseer para el funcionamiento óptimo en el sistema en el cual se utilice, para que permita el
funcionamiento eficiente de los equipos los cuales trabajaran en el taller.
1.1 Antecedentes e historia del uso del aire comprimido
Aunque los rasgos básicos de la neumática están entre los más antiguos conocimientos de la
humanidad, no fue sino hasta finales del siglo XVIII y durante todo el siglo XIX cuando empezaron
a investigarse sistemáticamente su comportamiento y sus reglas. Muchos de sus principios ya
eran utilizados por el hombre primitivo. Por ejemplo, la primera aplicación del aire comprimido
consistió en el soplado de las cenizas para reavivar el fuego. El aire empleado había sido
comprimido en los pulmones, a los que podemos considerar como un compresor natural. Produce
cierta impresión conocer la capacidad y el rendimiento de este compresor: Los pulmones son
capaces de tratar 100 L/min o 6 m 3 /h; ejercen una presión de 0,02~0,08 bar. Además, en estado
de salud normal, este compresor posee una seguridad insuperable. Quizás nuestra cultura fuese
muy diferente si nuestros pulmones no hubiesen sido capaces de producir fuego.[3]
Pero el compresor humano resultó inadecuado por completo cuando el hombre comenzó a fundir
metales (~3.000 a.C.). Para alcanzar temperaturas entorno a 1.000ºC se necesitaba un
compresor más potente; este también lo suministraba la naturaleza en el viento que se comprimía
contra una colina y ascendía por sus laderas. Los orfebres egipcios y sumerios inventaron un
método más conveniente y seguro para la producción del aire comprimido que necesitaban para
fundir metales nobles. Empleaban un tubo-soplete, al igual que hacen sus colegas de hoy. Este
resulta adecuado para pequeñas cantidades, pero no para grandes volúmenes.[3]
El primer compresor mecánico, el fuelle manual, fue inventado hacia la mitad del tercer milenio
a.C. y el fuelle de pie no se empleó hasta 1.500 años a.C. Esto ocurrió cuando la fundición de la
aleación de Cobre y Estaño (Bronce) se convirtió en un proceso estable de producción, como
quedó registrado en algunas tumbas egipcias.[3]
Cronología de sucesos históricos importantes en el desarrollo de la neumática:
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
5
1500 A.C. Fuelle de mano y pie.
1688 Máquina de émbolos.
1762 Cilindro soplante.
1776 Prototipo compresor.
1857 Perforación túnel Mont Cenis.
1869 Freno de aire para FFCC.
1888 Red de distribución de aire en París.[3]
1.2 Conceptos básicos y propiedades físicas del aire.
Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen
alrededor de la Tierra por la acción de la fuerza de gravedad. [4]. En la tabla 1.1 se puede apreciar
los componentes del aire con los valores aproximados de concentración.
Tabla 1.1 Componentes del aire con su respectiva concentración. [5].
Componentes Símbolo Concentración aproximada (en volumen)
Nitrógeno N 78.03 %
Oxigeno O 20.99 %
Dióxido de carbono CO2 0.03 %
Argón Ar 0.94 %
Neón Ne 0.00123 %
Helio He 0.0004 %
Criptón Kr 0.00005 %
Xenón Xe 0.000006 %
Hidrogeno H 0.01 %
Metano CH4 0.0002 %
Óxido nitroso N2O 0.00005 %
Vapor de agua H2O Variable
Ozono O3 Variable
Partículas Variable
Aunque ningún gas real es ideal, muchos de ellos se comportan de manera tan semejante, que
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
6
sus cálculos como gases ideales proporcionan buenas respuestas en ingeniería. No existe una
línea definida de separación que divida a los gases imperfectos de los ideales o perfectos, pero
el criterio en ingeniería es sencillo: “si las leyes de los gases ideales rinden resultados
suficientemente exactos, la sustancia se considera como un gas ideal; si no es un gas imperfecto”.
Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la del recipiente que lo
contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido (compresión) y tiene la tendencia a dilatarse
(expansión).[6] En la tabla 1.2 se muestran algunas características del aire importantes para su
estudio.
Tabla 1.2. Características para el aire.[5]
Características para el aire
Const. de los gases R: 287 (J/kg * K)
Temperatura crítica tK: -140.7 (ºC)
Presión crítica pK: 37.7 (bar)
Densidad (0 ºC, 1.013 bar): 1.29 (kg/m3)
Densidad (15 ºC, 1.013 bar): 1.21 (kg/m3)
Punto de ebullición (1 bar): -193 (ºC)
Punto de congelamiento (1 bar): -216 (ºC)
Peso molecular: 28.96 (kg/kmol)
La presión del aire atmosférico depende de la altura geográfica. Como altitudes de referencia
para la presión y temperatura del aire suelen tomarse las siguientes.[5]
Po=1.013 bar y to = 20 oC O Po = 1.013 bar y to = 0 o C
Entre las propiedades físicas del aire se pueden mencionar las siguientes:
Fluidez: Capacidad de desplazamiento del flujo de aire de un lugar de mayor a menor
concentración sin gasto de energía.
Compresibilidad: Reducción de volumen del aire bajo la presión de una fuerza, hasta un
límite de compresión.
Elasticidad: la presión ejercida en un gas se transmite con igual intensidad en todas las
direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.
Expansión: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la presión ejercida
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
7
por una fuerza o debido a la incorporación de calor.
Volumen: Espacio que ocupa el aire.
Masa: (Presión atmosférica)
Densidad: Es de 1,18 kg/m³ (a 25 °C).
Viscosidad: Es de 0,018 cP (a 20 °C).[4]
1.3 Campos de aplicación de la neumática
La neumática está presente en cualquier proceso industrial que requiera incrementar la
producción. La automatización de los diferentes procesos industriales, releva al hombre de ciertas
actividades, lo que ocasiona posibles pérdidas de puestos de trabajo en las empresas. Por esto,
la sociedad industrial tiene ante sí un reto importante en crear nuevos puestos de trabajo, con
mayor especialización del personal. Resulta paradójico que en los países más industrializados a
nivel mundial las nuevas tecnologías han creado más puestos de trabajo que en el resto. La
progresiva sustitución de la energía humana por la neumática, hidráulica o eléctrica responde
sobre todo al intento de minimizar costos de producción y automatizar los procesos industriales.
De este modo, la neumática se ha convertido en un elemento imprescindible en la automatización
de la producción en todos los sectores industriales [3]:
- Industria del automóvil, aeronáutica, ferroviaria, naval, aeroespacial, maderera.
- Industria textil, del calzado, agroalimentaria, cárnica…
- Producción de energía
- Refinerías e industrias petrolíferas y químicas, siderurgia, minería.
- Industrias de logística, máquinas de embalaje, imprentas y artes gráficas
- Construcción y obras públicas
- Robótica, etc.
1.3.1 Comparación de la Neumática con la Hidráulica y la Electricidad
Algunas de las tecnologías disponibles que pueden realizar funciones similares que la neumática
son la hidráulica y la eléctrica, dependiendo su uso de la aplicación específica que se quiera
realizar. En la tabla 1.3 se pueden apreciar sus ventajas e inconvenientes, tanto en la parte de
control como en la de actuación. [3]
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
8
Tabla 1.3. Comparación entre diferentes tecnologías disponibles.
Tecnología eléctrica.
Ventajas. Inconvenientes.
Sencillez de los sistemas de mando. Instalaciones no demasiado complejas.
Muy extendida, gran experiencia en el sector. Mantenimiento complejo y laborioso.
Menor tamaño para el control. Baja versatilidad en actuadores.
Tecnología neumática.
Ventajas. Inconvenientes.
Sencillez de los sistemas de mando. Instalaciones caras en general.
Rapidez de respuesta. El acondicionamiento del aire es costoso.
Mantenimiento casi nulo. Económica. Baja complejidad de las instalaciones.
Tecnología hidráulica.
Ventajas. Inconvenientes.
Desarrollo de grandes fuerzas. Instalaciones muy caras en general.
Sencillez de operación. Suciedad alta.
Mejor regulación qué neumática. Velocidad de respuesta muy lenta.
En cuanto al rango de aplicación para las presiones, destacar que la neumática suele usar
presiones promedio de 6~7 bares (90~100 PSI), y la hidráulica alrededor de 70 a 350 bares
(1000~5000 PSI), incluso algunas aplicaciones pueden llegar a los 700 bares. En esta
investigación se eligió la neumática a pesar de las ventajas antes vistas de las otras tecnologías
ya que se va a desplazar la red de aire comprimido por todas las instalaciones del taller para
facilitar el manejo con las herramientas neumáticas a los operarios. [3]
1.3.2 Ventajas, inconvenientes y aplicaciones del aire comprimido:
Ventajas de la Neumática: [4]
Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonablemente altas y fácilmente regulables
Las sobrecargas no constituyen situaciones que dañen los equipos en forma permanente.
La energía puede trasladarse grandes distancias.
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
9
Insensible a agentes externos como temperaturas , humedad, suciedad, etc.
Fácil transformación de energía, en movimientos rotativos o lineales.
Bajo costo y mantenimiento sencillo de los componentes.
Gran confiabilidad y seguridad bajo condiciones de trabajo extremas.
Desventajas de la Neumática:
Requiere de instalaciones especiales para recuperar el aire previamente empleado.
Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas.
Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera.
Pérdidas de aire disminuyen el rendimiento.
Dentro de las aplicaciones del aire comprimido en la industria se tienen el manejo de
herramientas: Pulidoras, taladros, martillos, cinceles, así como el atomizado y mezclado de
sustancias, elevación de cargas, accionamiento de frenos y control de procesos.[4]
1.4 Características de las Máquinas de fluido.
Son aquellas que tienen como función principal intercambiar energía con un fluido que las atra-
viesa. Este intercambio implica directamente una transformación de energía. Las máquinas de
fluido se suelen clasificar según varios principios. [7] Según la naturaleza del fluido que las atra-
viesa tal como se puede apreciar en el recuadro de la figura 1.1 se pueden clasificar en:
Máquina hidráulica o máquina de flujo incompresible es aquella que trabaja con flujos
incompresibles. A este grupo pertenecen las máquinas que trabajan con líquidos (por
ejemplo, agua) pero además se incluyen aquellas que trabajan con gases cuando éstos
se comportan como flujos incompresibles, como por ejemplo los ventiladores o aerogene-
radores. Estas máquinas aprovechan únicamente la energía mecánica disponible en el
fluido (cinética y potencial). [7]
Máquina térmica o de flujo compresible es aquella que trabaja con fluidos compresi-
bles, ya sean condensables (caso de la máquina de vapor) o no condensables (como la
turbina de gas). En este caso, sí se aprovecha la energía térmica del fluido, ya que la
energía mecánica se produce mediante la expansión del fluido (incremento de su volumen
específico).[7]
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
10
Figura 1.1 Clasificación de las máquinas de fluido según la naturaleza del fluido.
Dentro de las máquinas de fluido compresible se encuentra el compresor (figura 1.2) construido
para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles. Al igual que
las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que
son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es
compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura;
a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero
no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.[7]
Figura 1.2 Compresor de aire.
1.4.1 Algunos tipos de compresores existentes.
Existen varias formas constructivas de los compresores de aire, entre ellos:
Compresor a Pistón.
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
11
Es uno de los más antiguos, pero sigue siendo el más versátil y eficaz. Este tipo de compresor
mueve un pistón hacia delante en un cilindro mediante una varilla de conexión y un cigüeñal. Si
sólo se usa un lado del pistón, se clasifica como una acción única. Si se utilizan ambos lados del
pistón, es de doble acción. (Diego A Ortiz Zapata 2009)[5, 8].(ver figura 1.3)
Figura 1.3. Compresor a pistón.
Compresores rotativos
Son las máquinas que producen aire comprimido por un procedimiento rotatorio y continuo, es
decir, que empujan el aire desde la aspiración hacia la descarga comprimiéndolo. Dentro de los
modelos más difundidos a nivel industrial se encuentran [9]:
Compresores de paletas.
El principio de funcionamiento de estos compresores se ilustra en la figura 1.4. en este caso, el
volumen de aire atrapado en la cámara comprendida entre dos paletas consecutivas se comprime
gradualmente mientras que la rotación del aire irá poco a poco disminuyendo y por lo tanto su
presión aumentará por la progresiva reducción del volumen provocando la correspondiente
compresión.[9]
Figura 1.4. Compresor de paletas
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
12
Compresores de tornillo. [9]
Esencialmente se componen de un par de rotores que tienen lóbulos helicoidales de engranaje
constante, su diseño ha avanzado de forma considerable demostrando ser compatibles para
satisfacer una amplia gama de caudales que van desde 2,5 hasta 70 𝑁𝑚3/ℎ en compresores de
dos etapas para presiones máximas de trabajo de hasta 10 bares. (ver figura 1.5)
Figura 1.5 Compresor de tornillo
Compresores tipo Roots. [9]
Son compresores de aire de desplazamiento volumétrico, consiste esencialmente de dos rotores
montados en una carcasa y conectados por engranajes (ver figura 1.6).
Figura 1.6 Compresor tipo Roots.
1.5 Selección del compresor.
Los puntos que intervienen en la elección son varios: presión máxima y mínima pretendidas,
caudal necesario, crecimiento previsto de la demanda, condiciones geográficas (altitud,
temperatura, etc.), tipo de regulación, espacio necesario, tipo de refrigeración, accionamiento,
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
13
lugar de emplazamiento exacto, etc.[3]. La selección del tipo de compresor y de su capacidad son
parámetros críticos en el diseño de una instalación de aire comprimido. Una acertada elección
supone un gran ahorro energético durante el funcionamiento normal de la instalación [10].
En general, se establecen cinco pasos básicos para establecer la capacidad del compresor:
1. Estimar el total de consumos de los dispositivos que emplean aire.
2. Determinar la presión más elevada que requieren estos.
3. Estimar un valor típico de fugas.
4. Fijar las máximas caídas de presión admitidas tanto para los diversos elementos como
para las conducciones.
5. Otras consideraciones que afecten al diseño: condiciones medioambientales, altitud, etc.
Se selecciona el compresor considerando la presión máxima de operación de este como la
Presión necesaria para llegar al punto más alejado de la instalación y aplicándole además un
porcentaje de un 15%. El modelo de compresor dependerá de las exigencias del sistema de aire
comprimido, de la planta y del diseñador de la instalación.[4]
1.6 Motores neumáticos
Los motores neumáticos son unos elementos capaces de transformar la energía neumática en
energía mecánica según un movimiento rotativo. Existen muchas herramientas que funcionan
con aire comprimido y necesitan un motor, por ejemplo, taladradoras. Los motores neumáticos no
solamente son útiles como herramientas de trabajo, también tienen un uso industrial, aunque no
sea lo más común, porque ya existen los motores eléctricos. Sin embargo, en ciertas industrias,
pueden llegar a ser necesarios, por temas de seguridad o higiene. [3]
1.7 Sistema de aire comprimido.
El aire comprimido es la mayor fuente de potencia en el sector industrial. Su aplicación industrial
es muy amplia y algunas aplicaciones son prácticamente imposibles con otros medios
energéticos. Para la generación de aire a una presion de trabajo determinada es necesario
recurrir al uso de equipos diseñados para tal fin como lo son los compresores.[11]
Un sistema de aire comprimido se divide en dos partes: el suministro y la demanda. Del lado del
suministro, se encuentra el paquete de compresión, compuesto por el compresor, el motor del
compresor, controladores y depósitos y equipo de tratamiento del aire, como filtros, enfriadores,
secadores, tanques de almacenamiento, etc. Por el lado de la demanda, están el cabezal
principal, compuesto por las líneas principales de distribución, mangueras, reguladores de
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
14
presión, válvulas, lubricadores, equipo neumático, etc. [11]
Al planificar y diseñar un sistema de aire comprimido es necesario prever una presión superior a
la red con el fin de poder garantizar el suministro de aire aun cuando se incorporen nuevos
equipos. Por esta razón, es prudente sobredimensionar la instalación para que en una
modificación posterior evitar un gasto considerable o una parada temporal del servicio.[11]
1.7.1 Descripción general y componentes de una red de aire comprimido
Una red de aire comprimido es el conjunto de todas las tuberías que parten del depósito,
colocadas fijamente unidas entre sí y que conducen el aire comprimido a los puntos de toma para
los equipos consumidores individuales como se ve en la figura 1.7. En general una red de aire
comprimido de cualquier industria cuenta con los siguientes 8 dispositivos.[12]
Figura 1.7. Red principal de un sistema de aire comprimido.
1. Equipos de filtración previos al compresor. Son utilizados para eliminar las impurezas del
aire 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. Equipos de enfriamiento del aire comprimido. Los equipos de enfriamiento son la inversión
más rentable para reducir las altas temperaturas del aire comprimido que sale del compresor. Es
necesario enfriar el aire a 30°C – 35°C antes de que entre al secador o filtro en el tratamiento
posterior del aire comprimido.
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
15
4. Depósitos. Almacenan el aire comprimido y equilibran las pulsaciones del aire procedente del
compresor, tienen como función principal regular el caudal, evitar cambios bruscos en la presión
y el asentamiento de partículas y humedad.
5. Equipos de filtración en línea. Se encargan de filtrar y eliminar las partículas de polvo del
aire comprimido hasta una calidad adecuada para las aplicaciones conectadas a la red.
6. Secadores. Se utilizan para aplicaciones que requieren un aire muy seco.
7. Red de conductos. Se dividen en conductos principales, que conectan el compresor con el
anillo de distribución, y las tuberías de distribución, desde los que se alimentan las derivaciones
a cada herramienta o punto de consumo
8. Equipos adicionales. Equipos de purga, unidades de mantenimiento (formadas por filtro,
regulador de presión y lubricador), secadores adicionales e instrumentación, medidor de presión,
separador de impurezas, unidad de lubricación y regulador de presión de la línea de tubería. [12]
1.7.2 Configuración de las redes de aire comprimido (ver figura 1.8)
Red abierta. Se constituye por una sola línea principal, de la cual se desprenden las secundarias
y las de servicio. La poca inversión inicial necesaria de esta configuración constituye su principal
ventaja. Además, en la red pueden implementarse inclinaciones para la evacuación de
condensados. La principal desventaja de este tipo de redes es su mantenimiento. [12]
Red Cerrada. En esta configuración la línea principal constituye un anillo. La inversión inicial es
mayor que si fuera abierta. Sin embargo con ella se facilitan las labores de mantenimiento 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.[12]
Red Interconectada. Esta configuración es igual a la cerrada pero con la implementación de
bypass entre las líneas principales. Este sistema presenta un excelente desempeño frente al
mantenimiento pero requiere la inversión inicial más alta..[12]
Figura 1.8. Tipos de redes neumáticas.
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
16
1.8 Producción de aire comprimido
Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor de
trabajo deseado. El aire comprimido, impulsado de la estación compresora llega a las
instalaciones a través de tuberías. Al planificar el sistema es necesario prever un tamaño superior
de la red, con el fin de poder alimentar nuevos aparatos neumáticos en el futuro. Por ello, es
necesario sobredimensionar la instalación, para que el compresor no resulte más tarde
insuficiente y evitar gastos adicionales superiores. [12]. Es muy importante que el aire sea puro.
La compresión de aire tiene un propósito básico que es el de suministrar un gas a una presión
más alta del que originalmente existía. El incremento de presión puede variar de unas cuantas
onzas a miles de libras por pulgada cuadrada (PSI) y los volúmenes manejados de unos pocos
pies cúbicos por minuto (CFM) a cientos de miles. [12]
La compresión tiene variedad de propósitos:
• Transmitir potencia para herramienta neumática.
• Aumentar procesos de combustión.
• Transportar y distribuir gas.
• Hacer circular un gas en un proceso o sistema.
• Acelerar reacciones químicas. [12]
1.8.1 La calidad del aire comprimido en los sistemas neumáticos
La compresión del aire trae consigo ciertos problemas, ya que al comprimir el aire también se
comprimen las impurezas que éste contiene tales como polvo, hollín, suciedad, hidrocarburos,
gérmenes y vapor de agua. A estas impurezas, se suman las partículas que vienen del compresor
tales como polvo de abrasión por desgaste, aceites coquizados y aerosoles. Además, se suman
las impurezas que contienen las tuberías internamente tales como óxido, residuos de soldadura
y de sustancias hermetizantes que resultan durante el montaje de válvulas. Las impurezas
pueden ocasionar fallos en las unidades consumidoras y dañar la red. [9]
1.8.2 Riesgos con la utilización del aire comprimido en la industria.
Las mangueras de conexión pueden estar sometidas a flexiones, golpes, erosiones, etc.,
lo que puede traer como consecuencia la ruptura de las mismas. [13]
Los escapes de aire comprimido pueden producir heridas por las partículas de polvo
arrastradas, o por la presencia de partículas de agua, y/o aceite. [13]
El uso de presiones inadecuadas puede dar lugar a la ruptura de herramientas o útiles,
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
17
con el consiguiente riesgo de proyección de elementos. [13]
La conexión de herramientas o equipos, a líneas de gases distintas del aire comprimido
puede dar lugar a escapes del gas en cuestión.
1.9 Herramientas neumáticas.
Las herramientas neumáticas solo necesitan 3 componentes básicos:
1.- Compresor.
2.- Línea de aire.
3.- La herramienta o a accesorio adecuado para su función.
Las herramientas neumáticas funcionan mediante el desplazamiento de aire de una parte de la
herramienta a otra lo más rápidamente posible. [14]
1.9.1 Ventajas y desventajas de las herramientas neumáticas
Las herramientas neumáticas no contienen motores, dependiendo de la herramienta y el fabri-
cante, los precios de compra de herramientas neumáticas son a menudo inferiores a los de sus
contrapartes eléctricas. [14]
Ventajas:
Posibilidad de desarrollar grandes fuerzas, imposibles para la tecnología eléctrica.
Tecnología muy segura: no genera chispas, incendios, riesgos eléctricos, etc.
Tecnología limpia, muy adecuada para la industria alimentaria, textil, química, etc.
Tecnología muy sencilla, que permite diseñar sistemas neumáticos con gran facilidad.
Posibilita sistemas con movimientos muy rápidos, precisos y de gran complejidad.
Desventajas:
Tecnología que requiere de otra maquinaria y equipos (compresores, mangueras, válvulas,
etc.), lo que puede ser un inconveniente.
El funcionamiento de los sistemas neumáticos es ruidoso, ya que el aire comprimido se ex-
pulsa al exterior una vez ha sido utilizado.
Tecnología más costosa que la tecnología eléctrica, pero el costo se compensa por su facili-
dad de implementación y buen rendimiento.
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
18
Podría decirse que las herramientas neumáticas reúnen mayores beneficios en cuanto a como-
didad y ergonomía, con lo que obtendrás mayor rendimiento evitando retrasos en el proceso y
obteniendo mayores beneficios.
1.9.2 Parámetros de las herramientas neumáticas
Como en toda herramienta, existe una serie de parámetros importantes que definen el diseño y,
la aplicación de las herramientas neumáticas según la necesidad. De hecho, estos parámetros
son los siguientes: [15].
Presión máxima de trabajo: es la que necesita la herramienta y se mide en atmósferas, bares
o libras por pulgada cuadrada (psi). La mayoría de las herramientas neumáticas funcionan a una
presión de 90 psi (6,2 bares); presiones mayores no mejoran el rendimiento, al contrario, algunas
herramientas, el rendimiento decae con presiones superiores a 120 psi. [15]
Caudal o consumo de aire: es la cantidad de aire que debe alimentar a la herramienta y se mide
en metros cúbicos/minuto o litros/minuto o en pies cúbicos/minuto (cfm). Las herramientas rotati-
vas tienden a utilizar más volumen de aire, seguidas por las herramientas oscilantes y finalmente
las pistolas fijadoras, que son, por lo general, las que menos aire consumen. [15]
Potencia: se mide en watts o HP y es el factor determinante para mantener estable el nivel de
revoluciones bajo carga. [15]
Torque: mide la fuerza de apriete y se expresa en libras-pie, Nm o kgm. Las herramientas neu-
máticas son capaces de producir torque máximo aún bajo sobrecarga.[15]
Otras consideraciones como la velocidad libre, sin carga o en vacío (determinada en rpm), el
número de golpes por minuto, el diámetro del orificio para la manguera de entrada de aire (medido
en mm o fracciones de pulgada), el tipo y tamaño de los accesorios de la unidad de
mantenimiento, la ubicación del escape del aire, los niveles de ruido y vibración, y la incorporación
de silenciadores, entre otros, también son fundamentales para una correcta elección de la
herramienta neumática más adecuada. [15]
1.9.3 Recomendaciones para el buen uso de las herramientas neumáticas:
Selección correcta de la herramienta: Es de vital importancia que se seleccione la herramienta
adecuada para cada trabajo.
Relación consumo de aire – capacidad del compresor: El primer requisito a tener en cuenta
es que la capacidad del compresor sea lo suficiente para mantener la marcha normal de la
herramienta. Cuando no es la adecuada, la herramienta perderá poder y rendimiento. [16]
Correcta presión de aire: Para obtener un óptimo rendimiento, la herramienta neumática debe
Capítulo I Estado del arte de los sistemas neumáticos de uso industrial.
19
recibir una presión de 6-7 kg/cm2. Menor presión reducirá la potencia y velocidad de la
herramienta. Por el contrario, mayor presión producirá desgaste de los componentes. [16]
Tuberías. Si se utiliza mangueras de goma se deberá verificar periódicamente que su interior no
se deteriore, ya que en este caso se desprenden fragmentos de goma que pueden dañar el
mecanismo de la herramienta.El tamaño de la manguera debe ser el adecuado, y el largo de la
misma no debe exceder a los 5 m. [16]
Mantener la herramienta limpia y lubricada: El óxido y la excesiva condensación son los
peores enemigos de las herramientas neumáticas. Se recomienda el uso de filtro - regulador y
lubricador. El filtro detiene el agua y las partículas arrastradas por el aire. El regulador mantiene
la presión necesaria constante, y el lubricador entrega una película de aceite que entra a la
herramienta durante su uso.[16]
Conclusiones parciales
1. En la revisión bibliográfica realizada se pudo constatar los fundamentos físicos de la
neumática, su evolución cronológica, así como las principales aplicaciones de la misma
en la industria, sobre todo en su uso como fuente de energía en herramientas necesarias
de un taller mecánico.
2. Se realizó una comparación de la neumática con otras tecnologías disponibles se
comprobaron las características y ventajas que ofrece, tales como el logro de mayores
revoluciones, herramientas más ligeras. Lo cual es necesario para facilitar el manejo de
las herramientas neumáticas en el taller.
3. Se describió las características generales de una red de aire comprimido, y de los
dispositivos y elementos que lo componen, en especial del compresor.
4. Del análisis de algunos tipos de compresores que se emplean en la actualidad, se
precisaron sus características y principales elementos a tener en cuenta para su
selección. Entre ellos: presión máxima y mínima pretendidas, caudal necesario,
crecimiento previsto de la demanda, condiciones geográficas (altitud, temperatura, etc.),
tipo de regulación, espacio necesario, tipo de refrigeración, accionamiento, lugar de
emplazamiento exacto, etc.
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
20
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
2.1 Calidad del aire comprimido en la instalación:
La suciedad, la humedad y el aceite no deberían estar en el caudal de aire comprimido. Un aire
comprimido contaminado en su sistema puede generar desde simples contratiempos al caos total
en los equipos y en el producto final.[17]
Sobre la calidad del aire la Norma International Standards Organisation (ISO) estableció seis
clases de calidad del aire comprimido que quedaron definidas en la norma ISO 8573-1. [17]
Por la complejidad y la aplicación del sistema de aire comprimido que se diseñó para el Taller
mecánico de la Empresa MONCAR Centro se definió su clase, según la norma ISO 8573-1, para
fabricación general, troquelado de metales, herramientas neumáticas, las cuales son las
empleadas para este proyecto, así como estampación, montaje, pintura y acabado.
2.2 Procedimiento para el diseño de un Sistema de aire comprimido industrial
Paso No.1 Definición de los parámetros de operación y diseño.
Estos valores se establecen en función de las condiciones ambientales, de la situación geográfica
del taller y de los requisitos de presión y temperatura de los consumidores.[18] Las condiciones
normales de operación suelen fijarse en torno a las condiciones ambientales. Se necesita conocer
también la presión mínima necesaria de funcionamiento de la maquinaría neumática, o al menos
estimarla, para poder fijar un valor mínimo de presión necesaria en el suministro de aire (Pmin);
ya que de ella dependerá el dimensionamiento del compresor. En la tabla 2.1 aparecen los
principales parámetros necesarios. [18]
Tabla 2.1. Principales parámetros de operación a tener en cuenta
Parámetros Obervaciones
Presión del aire de admisión En Bar
Temperatura del aire de admisión Temperatura ambiente en ºC
Humedad relativa del aire En porciento
Paso No. 2 Identificación de sistemas y elementos neumáticos.
Como se puede apreciar en el organigrama de la figura 2.1 es necesario establecer la secuencia
de la distribución de los equipos en la instalación de aire comprimido. Posteriormente se valora
si el sistema va a utilizar los filtros propuestos. Para ello se tiene en cuenta la calidad de aire
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
21
comprimido que se exige, según la norma ISO 8573-1:2001 de aire para aplicaciones industriales
y la utilización de estos equipos de tratamiento de aire en el sistema.
Figura 2.1. Organigrama de una instalación de aire comprimido.
El filtrado previo del aire se realiza con el fin de evitar problemas de mantenimiento, y alargar
la vida útil de la máquina, que el aire penetre en los cilindros del compresor lo más limpio posible,
con ausencia de impurezas y de partículas en suspensión. En la figura 2.2 se puede apreciar las
características de un filtro y sus principales componentes.
Figura 2.2. Filtro neumático.
La Empresa MONCAR, de Santa Clara, cuenta con 4 compresores volumétricos alternativos del
tipo pistón, de ellos, normalmente, trabajarán tres y se usará el cuarto para remplazar en casos
de rotura. Un ejemplo de este tipo de compresor se muestra en la figura 2.3, cuyo principio de
funcionamiento está basado en la ecuación de estado de comportamiento de los gases. Cada
compresor cuenta con manómetro, válvula de seguridad y purga como elementos de seguridad.
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
22
Figura 2.3. Compresor a pistón
El depósito de almacenamiento .Este depósito evita el funcionamiento continuo de las
máquinas compresoras, logrando una respuesta de suministro de aire inmediata una vez que sea
demandada por las herramientas.
La refrigeración-separador es un intercambiador de calor con agua fría, tiene por función
refrigerar el aire de unos 130 C° hasta 30-35 C° aproximadamente, consiguiendo eliminar por
condensación del orden del 80% del agua contenida en él una vez disminuida la temperatura. En
la figura 2.4 se puede apreciar un ejemplo de refrigerador con todas sus partes. Este en caso de
ser necesario será seleccionado por catálogo.
Figura 2.4. Sistema de refrigeración.
La eliminación de impurezas se lleva a cabo mediante un tratamiento de filtrado dispuesto a la
salida del depósito para eliminar el aceite y otros tipos de partículas sólidas inmersas en el aire.
Equipos de mantenimiento con que contará cada compresor y será seleccionado por catálogo.
El Secado tiene como finalidad eliminar el agua que todavía tiene el aire, siendo luego muy leve
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
23
la posibilidad de condensado en ese trayecto.
Como se aprecia en la figura 2.5, la red de distribución está constituida por tuberías y
acometidas que llevarán el aire hasta las herramientas. En la presente investigación se proyecta
una red mixta, o sea formada por circuitos cerrados de los que parten algunos ramales.
Figura 2.5. Red de distribución de un sistema neumático.
En los circuitos cerrados los consumos pueden ser atendidos por diferentes caminos
consiguiéndose un reparto de caudales óptimo que produce pérdidas de carga mínimas en las
tuberías y por tanto presiones máximas en las acometidas, adecuándose en todo momento a la
distribución de consumos totalmente cambiantes en este tipo de instalaciones.
El trazado de las tuberías se realizará de forma aérea a partir de una atura de 3.30 metros
saliendo de la central de compresores. Teniendo en cuenta la necesidad de ser cuidadosos con
la garantía de que el aire comprimido llegue a los puntos de consumo sin humedad, cuidando la
vida útil de los equipos neumáticos, se toman una serie de medidas en la red a pesar de los
tratamientos del aire en la central de compresores como se había aclarado anteriormente. Se
destina una pendiente para las tuberías de 1º en dirección al flujo, de manera que el agua que
pudiera condensar sea arrastrada hacia abajo, para lo cual contará con purgas dispuestas de 25
a 30 metros y aprovechando los cambio de pendiente o dirección donde no deben faltar. Las
tuberías irán aéreas por las paredes y apoyadas en ménsulas aprovechando la propia estructura
de la nave, dichos puntos de sujeción se situarán a distancia no mayor de 4 metros.
Las acometidas de la red se ejecutarán siempre por la parte superior de la tubería, conocida como
¨cuello de cisne¨ formando un codo de 180º con el objetivo de dificultar al máximo que el agua
condensada sea arrastrada por el aire hacia el consumo, como se puede ver en la figura 2.6.
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
24
Figura 2.6. Parte superior de la tuberia ¨Cuello de cisne¨
La columna de la acometida concluirá en su parte inferior en un purgador que elimine el agua que
pudiera condensar y la salida del consumo por tanto se realizará por un lateral de la tubería a
cierta altura, donde previo a la toma para el equipo neumático se instalará un equipo de
mantenimiento consistente en regulador de presión con manómetro, deshumificador y lubricador.
El regulador de presión adecua la presión requerida por la herramienta siempre que esta sea
inferior a la de llegada a este punto. El deshumificador elimina el último vestigio de agua
condensada que pueda llegar a este punto a pesar de las precauciones adoptada.
A la salida de cada equipo de mantenimiento llevará conectada una toma rápida con el fin de dar
a la instalación la mayor facilidad de uso. Estos enchufes tienen la propiedad de abrir su paso en
el momento en que se acopla a ellos la toma de la herramienta y se cierra cuando se desacopla.
Con el fin de suplir la distancia que debe existir entre dicha toma y la herramienta se utilizan
mangueras flexibles que se adaptan a los cambios de dirección y a los posibles movimientos de
los equipos. En la figura 2.7 se puede ver el sistema de purgado final antes de la herramienta
mecánica y también el equipo de mantenimiento con su filtro y su lubricador.
Figura 2.7. Equipo de mantenimiento y purga.
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
25
El material para las tuberías de aire comprimido, según la bilbligrafía, es el acero al carbono, pero
teniendo en cuenta que el gran inconveniente del acero es su baja resistencia a la corrosión, pues
al contacto con el aire y la humedad se oxida facilmente y puede llegar a destruirse por completo.
Así pues, las tuberías de acero necesitan una protección superficial de galvanizado. Este tipo de
tubería está fabricado en acero soldado longitudinalmente y protegido interior y exteriormente con
un recubrimiento galvanizado, conforme a la Norma UNE EN 10240[19]. Por lo anterior se
propone la utilización de acero galvanizado. Las tuberías deberán estar pintadas según
nomenclatura y conceptos utilizados por la norma IRAM 2507/65.[20]
Paso No. 3 Determinación de las Presiones de operación:
Se determina la presión más elevada (Pmax ) que requieren estos elementos así como la mínima
de funcionamiento de los equipos (Pmin ). Las herramientas neumáticas, que dependerán del
aire de servicios, tienen por lo general una presión de trabajo entre 6-7 bar. Del aire de
instrumentación dependerán los equipos de la planta y las válvulas de control, las presiones
normales de operación en este caso van de los 8-9 bar; un poco más altas que las del aire de
servicios. [18]
Paso No. 4 Determinación de los factores para dimensionamiento:
Las fugas dependen del número y del tipo de conexiones, de la calidad de la instalación, de los
años de la misma y de la presión de trabajo, es difícil determinar un valor esperado de fugas en
la instalación. Como regla general, es de esperar que muchos puntos de consumo con
necesidades bajas tendrán muchas más fugas que pocos puntos de consumo con necesidades
de caudal altas. Instalaciones bien conservadas presentan normalmente fugas que rondan entre
el 2 y el 5% pero las de varios años de servicio pueden llegar al 10%. Si además, las condiciones
de mantenimiento son malas, estas pueden llegar a alcanzar valores del 25%. [18]
Otro factor que se ha de tener en cuenta al diseñar una instalación de aire comprimido es una
probable ampliación de las instalaciones a corto/medio plazo. Por ello se va a sobredimensionar
el tamaño de las conducciones principales entorno a un factor del 10%.[18]
Paso No. 5 Dimensionamiento de la red de aire comprimido.
Para determinar el caudal de sumistro necesario se eligieron las herramientas neumáticas por
catálogo, con sus consumos y presiones de trabajo, teniendo en cuenta un factor de
sobredimensionamiento y fugas, así como un factor de simultáneidad de funcionamiento. Para
las necescidades del taller mecánico de la empresa MONCAR, en consulta con los especialitas
se propusieron las herramientas neumáticas que se muestran en la tabla 2.2 por el catálogo
Ingersoll Rand. [21]:
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
26
Tabla 2.2. Herramientas por tramos.
Tramos Herramientas Q Cantidad de
unidades
Aspiradoras de aceite (l/min) 2
A-B Atornillador (l/min) 1
Remachadora (l/min) 1
Pistola de pintar (l/min) 1
Atornillador (l/min) 2
B-C Taladro 13 mm (l/min) 1
Llave de impacto 1/4 (l/min) 1
Llave de impacto 3/4 (l/min) 1
Disco de corte (l/min) 1
Taladro 13 mm (l/min) 1
C-D Pistola de pintar (l/min) 1
Sizalla (l/min) 1
Lijadora (l/min) 1
D-E Atornillador (l/min) 5
Llave de impacto 1/4 (l/min) 4
TOTAL 24
Determinacion del diámetro de la tuberia
Una influencia directa en el rendimiento de los compresores, de los consumidores y por lo tanto
en los costos de la generación de aire comprimido implica naturalmente también el correcto
dimensionamiento de la red de aire comprimido. [4]. Los criterios más importantes para el
dimensionamiento de la red de aire comprimido son los siguientes: flujo volumétrico, presión de
servicio, largo de la tubería y caída de presión.
Bajo consideración de estos criterios se determinaron los diámetros necesarios para las tuberías
principales y las acometidas por varias variantes, seccionando siempre la red por tramos de
consumo. Utilizando las longitudes de tubería, los consumos de herramientas y caída de presión.
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
27
Variante No. 1. Enmpleando el Nomograma.
Sobre la base de los diagramas/nomogramas convencionales de Dimensionamiento. manual de
neumática de FMA Pokorny, Francfort (figura 2.8), se calculan los diámetros de las tuberias. Para
ello se parte de la longitud del tubo, marcada en la columna A (longitud M tubo) y se une con una
línea con el valor marcado en la columna B (cantidad de aire aspirado) y se prolonga el trazo
hasta la columna C (eje l). Posteriormente se traza una línea, uniendo el valor de presión de la
columna la línea E(presión) con la columna F (eje 2). Al unir los puntos de intersección de los
ejes 1 y 2 con otra línea se obtiene el valor del diámetro nominal de la tubería, donde esta línea
corta a la columna D en un punto que proporciona el diámetro deseado. [4]
Figura 2.8. Nomogramas convencionales de dimensionamiento.[22]
Variante No. 2. Mediante una expresión analítica[4].
D=√1.6∗103∗𝐿∗𝑄1.85
𝑃∗∆𝑝
5
2.1
Donde¨:
Q: Caudal en m3/s.
P:Presión en Pa.
∆𝑃:Caida de presión que se considera 10 000Pa.
L: Longitud en m.
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
28
Variante No. 3 Con el empleo de tablas convencionales en las cuales se puede consultar el
diámetro directamente. [4]
En la tabla 2.3 se puede seleccionar el diámetro utilizando el caudal máximo recomendado en
tuberías de aire a presión para longitudes no superiores a 15m. [23]
Tabla 2.3. Diámetro nominal de las tuberías estándar
Analizando el tipo de accesorio por tramos y la longitud del mismo también se puede hallar
el diámetro de la tubería normalizado de acuerdo a los parametros que se relacionan en
la tabla 2.4.[23]
Tabla 2.4 Diámetro según los accesorios empleados.
Determinacion de las pérdidas en las tuberias.
Para calcular las pérdidas de presión singulares es necesario auxiliarse de tablas de datos de los
suministradores. La tabla 2.5 muestra las pérdidas de carga localizadas para distintos elementos
que se pueden encontrar en las instalaciones neumáticas. [4]
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
29
Tabla 2.5. Pérdidas en kgf/cm2 por rozamientos en accesorios usados en tuberías. [23]
Para los elementos de válvulas y calderas, las pérdidas de presión se estiman relacionando la
pérdida de energía con el término cinético de la ecuación de Bernoulli, mediante el uso de un
coeficiente adimensional que variará.[18]
∆𝑃 = 𝑘𝑣2
2𝑔
2.2
V=𝑄
𝐴 2.3
A=π*R2
2.4
Donde
∆P: Pérdidas producidas en la tubería en metros.
V: Velocidad del flujo en m/s.
K: Coeficiente determinado en forma empírica para cada tipo de punto singular.
G: Aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2
Q: Caudal en m3 /s
A: Sección de la tubería en m2
R: Radio de la tubería en m. De este valor sacaremos el diámetro con D= 2R. [18]
Para ello se tuvo en cuenta que el criterio de velocidad para tuberías de aire comprimido se
encuentra de los 6- 10 m/s, aunque en los colectores principales del sistema se puede llegar a
admitir velocidades de hasta los 20 m/s. [18]. Si se fija la velocidad máxima en 10 m/s y la mínima
en 6 m/s se obtienen los diámetros máximos y mínimos respectivamente para los cuales se
cumplen las condiciones de caudal y velocidad.[18]
El coeficiente K depende del tipo de singularidad. En la tabla 2.6 se muestran algunos valores
de las singularidades más típicas:
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
30
Tabla 2.6. Valor de Coeficiente de singularidad K según tipo de singularidad. [18]
Tipos de singularidad K
Válvula de compuerta totalmente abierta 0.2
Válvula de compuerta mitad abierta 5.6
Curva de 90º 1.0
Curva de 45º 0.4
Válvula de pie 2.5
Emboque (entrada en una tubería) 0.5
Salida de una tubería 1.0
Ensanchamiento brusco 2(1 – ((D1/D2) 2))
Reducción brusca de sección (Contracción) (1 – ((D1/D2) 2)
Cálculo de pérdidas para las secciones de tuberias seleccionadas en la instalación.[18]:
∆𝑝 =1.6 ∗ 103 ∗ 𝑄1.85 ∗ 𝐿
𝐷5 ∗ 𝑃1
2.5
En donde:
∆P: Caída en la presión, en Pa.
L: Longitud de la tubería, en m.
Q: Volumen del aire libre,en m3/s.
D: Diámetro interior del tubo, en m.
P1: Presión absoluta del aire a la entrada del tubo, en Pa.
Depósito de almacenamiento
Algunos de los aspectos a tener en cuenta para la instalación de un depósito de almacenamiento
son los siguientes: [24]:
• Conectar la entrada de aire comprimido en la parte inferior y la salida en la parte superior
como se muestra en la figura 2.9.
• Instalar un manómetro en perfectas condiciones.
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
31
• Instalar una válvula de seguridad calibrada para la presión del sistema y el flujo total.
• Instalar un purga de condensados confiable en el punto más bajo.
• Instalar válvulas de aislamiento en los puertos de entrada y de salida de aire comprimido.
• Instalarse en un área ventilada.
•
Figura 2.9. Depósito de almacenamiento.
Muchas veces puede resultar necesario acceder a una pronta y orientativa determinación del
volumen de almacenaje, con menores recursos en el conocimiento de los parámetros como en
otros métodos para halla dicho volumen, para cuyo caso suele emplearse la siguiente fórmula.
[25]
Vtq=𝑄∗𝑡
∆𝑝 2.6
Donde:
Vtq : Volumen del depósito de almacenaje [m3]
Q : Flujo nominal requerido [m3/min].
t : Tiempo de almacenamiento.
∆p : Diferencia de presión aceptable en el/los lugares de consumo [bar].
Del análisis de la expresión 2.6 se desprende que cuanto mayor resulte el valor de ∆p admisible
para la instalación, más pequeño y económico resultará el tanque de almacenaje y viceversa.
2.3 Costos de la instalación de aire comprimido
El costo de una instalación de aire comprimido es resultado de varios aspectos, los cuales son
muy importante tener en cuenta. [12]:
Capítulo II: Metodología para el dimensionamiento de una instalación de aire comprimido
32
Costos de adquisición de materiales y maquinaria.
Costos de montaje e instalación.
Costos de mantenimiento.
Costos energéticos.
Los costos de adquisición e instalación son valores fijos. Las Empresas ofrecen precios por cada
metro de tubería de acero galvanizado en función del diámetro calculado previamente. Hay que
tener en cuenta también el costo de los equipos y componentes principales, tales como: los
compresores, secadores, el depósito de almacenamiento y filtros. Así como los filtros en las
conexiones de cada herramienta que incluyen regulador y lubricador según la norma ISO 8573,
que proporciona aire limpio de alta calidad, regula la presión y lubrica las herramientas
neumáticas prolongando su vida útil. [12]
Accesorios como codos, reducidos, válvulas de cierre manual, tes y uniones universales son
necesarias. [12]
Respecto al montaje e instalación, serían costos correspondientes a la mano de obra. Luego se
tendría que tener en cuenta los mantenimientos que se le harían a la red de aire comprimido, todo
lo cual elevaría los costos finales. [12]
Conclusiones parciales:
1. Se realizó un estudio, sobre las herramientas neumáticas y de los principales parámetros de
operación a tener en cuenta para diseñar una red neumática. También se identificaron los
sistemas y elementos neumáticos de la red de aire comprimido.
2. Referente al análisis realizado sobre las presiones de servicio, se constató que, las de trabajo
normal de las herramientas, deben estar en un rango de 6-7 bar y las máximas de operación
entre 8-9 bar. Además, se hizo el dimensionamiento de la red, seleccionando las herramientas
neumáticas por tramos, según las necesidades específicas, que se desarrollen en el taller.
3. Se definieron los procedimientos para la obtención de los diámetros de las tuberías y caídas
de presión en las mismas, así como los aspectos a tener en cuenta para la instalación del
depósito de aire comprimido y el cálculo del volumen correspondiente.
4. Se abordaron los elementos necesarios para realizar un análisis sobre los costos de
adquisición de los materiales y herramientas, el montaje de la red, el mantenimiento posterior
que puede llevar y el consumo energético.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
33
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller
mecánico de la Empresa MONCAR, de Santa Clara
En este capítulo se realizaron los cálculos para diseñar el sistema de distribución de la red de
aire comprimido para herramientas neumáticas, a utilizarse en el Taller de mecánica de la Unidad
Empresarial Básica MONCAR Centro, de Santa Clara. Para ello se seleccionaron las
herramientas por catálogo para los servicios de desarme de equipos automotrices, reparaciones
mecánicas, pintura, soldadura, chapistería, tramado de direcciones, mantenimiento y servicio de
aceite. Además se determina el caudal de suministro necesario por la central compresora para
este escenario, teniendo en cuenta, una la posibilidad de una futura ampliación del sistema.
La modelación de la instalación y el trazado de la red de distribución del aire comprimido se
realizaron utilizando el software de CAD SolidWorks 2015. Se determinaron los diámetros de
tubería recomendados, así como los accesorios necesarios para tratamiento del aire en su
generación y trayecto hasta las acometidas. Se determinó también la caída de presión debido a
la fricción del fluido en el interior de la tubería, la longitud y accesorios existentes. Los resultados
obtenidos permiten diseñar un sistema que permitirá ampliar y agilizar las operaciones del taller.
3.1 Clasificación de la calidad del aire comprimido a utilizar en el sistema
La calidad del aire es uno de los principales puntos a tener en cuenta para una instalación de aire
comprimido. En el caso del sistema que se propone, por su complejidad y las aplicaciones del
mismo, la calidad se corresponde, según lo descrito en el capítulo II, a la clase No. 4.
En la UEB MONCAR Centro, debido al tipo de servicios que se brinda como: chapistería, montaje,
mantenimiento, etc; la calidad del aire circundante en el área del taller es pésima. A lo que se
añade la polución en el aire ambiental por el grado de impurezas. Por lo cual el aire necesario a
consumir por el sistema debe pasar por un proceso de filtros para eliminarlas. En este sentido,
en la tabla 3.1 se muestran los principales filtros[26],por los que pasa el aire comprimido para la
calidad que requiere el mismo y los principales valores de la eliminación de impurezas tanto
sólidas, para la condensación del agua, así como el aceite y el vapor de aceite, según las
aplicaciones de los sistemas neumáticos y su calidad o clase.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
34
Tabla 3.1. Calidad del aire comprimido Norma ISO 8573-1. [26]
Filtro de Sólidos Filtro de Agua Filtro de Aceite
Calidad
Clase
Número Máximo de párticulas por m3
Pto de condensación de la presión
Aceite y vapor de aceite
Calidad
Clase
0.1-0.5 micras
0.5-1 micras
1.0-5 micras 0C mg/m3
0 Según las especificaciones del usuario final 0
1 100 1 0 -70 0.01 1
2 100 000 1000 10 -40 0.1 2
3 No disponible
10 000 500 -20 1 3
4 No disponible
No disponible
1 000 3 5 4
5 No disponible
No disponible
20 000 7 No disponible 5
6 No disponible
No disponible
No disponible
10 No disponible 6
3.2 Resultados del procedimiento para el diseño de un Sistema de aire comprimido
Paso No.1 Definición de los parámetros de operación y diseño.
Los parámetros necesarios para diseñar las redes de distribución del aire comprimido son: la
presión de aire de admisión, la temperatura a la cual va a entrar el aire al sistema, la humedad
que existe en el local donde se instala la red de aire comprimido y la velocidad de circulación del
aire. Los aspectos antes mencionados se pueden apreciar en la tabla 3.2.
Tabla 3.2. Párametros principales de operación.
Condiciones de referencia Valores
Presión del aire de admisión 1 Bar
Temperatura del aire de admisión 25 º C
Humedad relativa del aire 70 %
Velocidad de circulación 8 m/s
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
35
Paso No. 2 Identificación de sistemas y elementos neumáticos.
Compresores
Asumiendo según los datos técnicos de los compresores existentes en el taller de la UEB
MONCAR, los cuales serán utilizados para el sistema de aire comprimido, se estableció que los
tres compresores activos son capaces de suministrar hasta 2.10 m3/min de aire comprimido. Lo
cual debe satisfacer el flujo que demandan las herramientas neumáticas. Además se debe prever
la necesidad de un cuarto compresor para casos de roturas o mantenimientos.
Para los compresores, se emplerá una toma de aire natural, la cual absorverá dicho aire desde
el exterior del taller. Cada compresor debe tener su tubo de aspiración independiente. En el
mismo es utilizado un interruptor de presión (presostato). El grupo se conecta al alcanzarse una
presión de mínima en bar de presión en el depósito y se desconecta al alcanzar una presión
máxima. En caso necesario, la presión de trabajo del compresor se puede modificar a través del
interruptor de presión. También contendrán manómetros y termómetros los depósitos colectores
de aire comprimido de cada compresor y depósito regulador con el mismo fin.
Casa de Compresores
Despues de realizada la ubicación en planta de los puntos de consumo se define el lugar donde
se coloca la central de compresores. La cual debe estar en el centro de las cargas para lograr un
buen funcionamiento de todas las herramientas neumáticas.
Se instalará los compresores en interiores en una sala cerrada pero bien ventilada, exenta lo más
posible de polvo, suciedad y químicos corrosivos.Serán ubicados a la sombra para tomar aire lo
más frío posible lo cual facilita la decantación de impurezas con lo que se evita que, al menos
una parte, se introduzcan en la red de tuberías. Además una mejor disipación del calor generado
por el compresor, de tal manera que no se produzca un incremento de temperatura ambiente
excesivo. Se procurará que la temperatura de la sala no exceda de 30 a 40 ºC. Para que el
rendimiento del compresor sea máximo, el aire deberá entrar lo más fresco. Además evita la
propagación del ruido generado por la central.
Características de la base del compresor
El compresor será colocado en una superficie nivelada capaz de soportar las cargas combinadas
que actuen en el mismo.
Acceso
El acceso al cuarto de compresores debe permitir realizar la maniobra del compresor con el
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
36
equipo de traslado (montacargas, grúa o plataforma). El espacio en la periferia del equipo y entre
ellos será el adecuado para realizar las maniobras de mantenimiento, remover o reemplazar
componentes y proveer una ventilación adecuada. La toma de aire del compresor es
recomendable que se realice mediante un tubo de aspiración situado a 3m por encima del nivel
del suelo y la altura libre del local no debe ser inferior a 0.25m y en cualquier caso la distancia
entre el extremo superior de los equipos una vez instalados y el techo será de 0.3m como mínimo.
3.3 Definición del esquema cinemático para el sistema propuesto
Como se planteó anteriormente la instalación consta de tres compresores activos, los cuales
serán movido por un motor eléctrico. En este caso, de acuerdo a la potencia y la velocidad que
demandan los rotores de los compresores (ver tabla 3.3), se seleccionó un motor eléctrico modelo
Y2-112-2, cuyos datos técnicos se muestran en la tabla 3.4.
Tabla 3.3. Datos técnicos de los Compresores de pistón
Parámetros Características
Modelo: N-700-BM NO: 4116 0925 23
Potencia: 4.1 kW Voltaje:220V
Velocidad de los rotores: 853 rpm. Frecuencia: 60 Hz
Caudal: 0.70 m3./min. Presión de trabajo 10 Bar
Capacidad Tanque: 500L Cilindro: ᶲ 80x2
Máxima temperatura ambiente recomendada 40 ºC
Mínima temperatura ambiente recomendada 0 ºC
Tabla 3.4. Motor Eléctrico.
Parámetros Características
Modelo: Y2-112-2 Voltaje: 220V
Potencia: 4.5 kW Frecuencia: 60 Hz
Velocidad: 1750 rpm
Como se puede deducir del análisis de las velocidades de rotación del motor y la que realmente
requieren los compresores, se hace necesario reducir dichas velocidades. En ese caso, se
requiere colocar una transmisión por correas a la salida del motor que reduzca la velocidad hasta
el valor nominal del compresor. Para esas condiciones el esquema cinemático sería el que se
muestra en la figura 3.5.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
37
Figura 3.5. Esquema cinemático.
3.4 Cálculo y dimensionamiento de la transmisión por correas:
Potencia del motor (P1)............................ 4.5 kW
Potencia del Compresor (P2)................... 4.1kW
Velocidad de rotación del motor (n1)....... 1750rpm
Velocidad de rotación Compresor (n2)..... 853rpm
La relación de transmisión (Ucor) se calcula por la expresión (3.1)
Ucor. = n1/n2 3.1
Ucor. = 2.05 ≈ 2
Los valores de potencia (PI) y velocidad (nI) del motor fueron tomados de la tabla 10 de los anexos.
3.4.1 Selección o identificación de la correa.
Para seleccionar el tipo de correa de la tabla 2 primeramente se calcula el torque necesario:
T1 = 9550𝑃1
𝑛1 3.2
T1 = 95504.5
1750 = 24.56 Nm.
Con el valor del torque, se selecciona el perfil de la correa en la tabla 2 de los anexos.
En este caso corresponde a una Correa trapezoidal tipo C.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
38
3.4.2 Determinación de los diámetros de pasos de las poleas (D1 y D2)
El diámetro de paso de la polea menor D1 se selecciona por la siguiente condición:
D1min ≤ D1 ≤ D1max.
El diámetro mínimo (D1Min)se ofrece en la tabla 2 de los anexos. D1min= 200mm Asimismo, el
diámetro máximo se calcula por la siguiente expresión:
D1max =6∗ 104∗𝑉𝑚𝑎𝑥
𝜋∗ 𝑛1
3.3
La velocidad lineal máxima que admite la correa. Se toma el menor valor de los que se ofrecen
en la tabla 2 de los anexos. En este caso Vmax =25 m/s.
D1max = 272.98 mm
Entonces si D1min ≤ D1 ≤ D1max. Se toma el valor de D1 = 250 mm por la tabla 3 de los anexos.
El diámetro de pasos de la polea conducida se calcula por la ecuación:
D2= 𝑛1
𝑛2 * D1 3.4
D2 = 512.5 mm.
3.4.3 Cálculo de la Velocidad lineal de la correa
La velocidad de la correa se calcula por la siguiente ecuación:
V = 𝜋∗D1∗𝑛1
60000 3.5
V = 22.9 m/s.
Teniendo V1min de 5 m/s por la tabla 3 de los anexos y V1max de 25 m/s sacado de la tabla 2 de los
anexos, se cumple la siguiente condición:
V1min ≤ V ≤ V1max.
3.4.4. Determinación de la distancia entre centros de referencia (ar)
Se calcula la distancia entre centros de referencia por la siguiente ecuación:
ar = 1.5∗D2
√n1
n2
3 3.6
Dando que ar = 605.3 mm y se asume ar = 605 mm.
Se calcula la distancia entre centros mínima (amin):
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
39
Para ello, la altura de la correa (h) se toma de la tabla 2 de los anexos.
amin = 0.55(D1+D2)+h 3.7
amin = 432.9 mm
Se calcula la distancia entre centros máxima (amax) por la expresión 3.8
amax = 3(D1+D2) 3.8
amax = 2287.5 mm.
Se comprueba con los valores anteriores que se cumple la condición: amin ≤ a ≤ amax.
3.4.5 Cálculo de la longitud de paso de las correas o bandas (L)
Se calcula la longitud de paso de la correa por la ecuación 3.9:
L = 2a+1.57(D1+D2)+(D2−D1)2
4𝑎
3.9
Dando L = 2436.23 mm. Se normaliza su valor por la tabla 4 de los anexos:
L = 2500mm
Se comprueba que L está dentro del rango de L1min =1800 mm y L1max = 10600 mm, ambos valores
tomados de la tabla 2 de los anexos.
3.4.6 Determinación de la distancia entre centros definitiva (a)
a = l+√𝑙2−32(D2−D1)2
16
3.10
Dónde:
l = 4L - 6.28(D2-D1) 3.11
l = 5211.5mm y el valor definitivo de la distancia entre centros (a) es de 637.6 mm.
3.4.7 Cálculo y comprobación del ángulo de abrazado en la polea menor
ϴ = 180 - 57.3(D2−D1)
𝑎 3.12
Sustituyendo en la ecuación 3.12 se obtiene ϴ = 156.16 0
Se comprueba que se cumple la condición de que ϴ ≥ ϴmin =120 0.
3.4.8 Cálculo de resistencia de las correas
Se calcula la potencia que puede transmitir una correa durante un tiempo prolongado.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
40
[P] =𝑃0∗ 𝐶0∗ 𝐶𝑙+ ∆𝑃𝑢
𝐾𝑠
3.13
Para ello se determinan primeramente los valores de: P0, Cϴ, CL, ∆Pu y Ks.
La potencia básica Po se obtiene en la tabla 3 de los anexos, con el valor de la V=22.9 m/s. Para
lo que es necesario realizar una interpolación, en este caso.
15−10
2.39−1.82=
15−10.3
2.39−𝑃0
Quedando el valor P0 = 9.42 kW.
Seguidamente se determina el coeficiente que tiene en cuenta la influencia del ángulo de
abrazado (Cϴ):
Cϴ = 1.24(1- е−𝛳
110) 3.14
Cϴ =0.94
Posteriormente se determina el Coeficiente que considera la longitud de la correa (CL).
Para la obtención de CL se tiene que dividir la longitud de paso de las correas (L) con la longitud
de ensayo de la correa (L0). Su valor aparece en la tabla 2 de los anexos. Con este valor se
selecciona el coeficiente CL en la tabla 5 de los anexos. En este caso CL =0.89
Seguidamente se determina la variación de la potencia útil (∆Pu) por la ecuación:
∆Pu =∆𝑇𝑢∗ 𝑛1
9550 3.15
Dónde la variación del torque útil (∆Tu) es igual a 8 (según la tabla 6 de los anexos)
Entonces queda: ∆Pu = 1.47
El coeficiente que considera el régimen de trabajo (Ks) se toma para un régimen de trabajo medio
(150% de sobrecarga), lo cual corresponde a un rango entre 1.1 a 1.3. Por tanto, se toma (Ks =
1.2 de tabla 7 de los anexos). Luego se sustituyen los valores anteriormente calculados y selec-
cionados en la ecuación 3.13 y se obtiene que [P] = 4.6 kW.
3.4.9 Determinación del número de correas necesarias:
Nn = 𝑃1
[𝑃] 3.16
Nn = 0.97 correas.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
41
Además, teniendo en cuenta la distribución irregular de la carga el número de correas es afectado
por un coeficiente que tiene en cuenta este aspecto (C
n
), tomado de la tabla 8 de los anexos. Por
tanto, la cantidad definitiva de correas se calcula por la expresión 3.17
N =𝑁𝑛
𝐶𝑛 3.17
N = 0.97. Lo que implica el uso de una sola correa de perfil tipo C.
3.4.10 Determinación de la Pretensión de la correa durante el montaje
Para ello se calculan la fuerza producida por la correa debido a la pretensión inicial
Fi = 780∗ 𝑃1∗ 𝐾𝑠
𝑁∗𝑉∗ 𝐶𝛳 + qm * V2 3.18
Donde la masa de un metro de correa (qm) es de 0.30 kg/m (tabla 2 de los anexos):
Por tanto, Fi = 532.7 N
3.4.11 Cálculo de la tensión en la correa debido a la fuerza Fi:
El valor de la tensión en la correa (σo) se determina por la expresión 3.19, considerando el valor
del área de la sección transversal de la correa, la cual es seleccionada de la tabla 2 de los anexos.
Ac = 230mm2
σo =𝐹𝑖
𝐴𝑐 3.19
σo = 2.3 MPa
Como se puede apreciar el valor de σ0 es mayor que el valor mínimo exigido para las correas
clásicas de 1,6 MPa.
3.4.12 Cálculo de las reacciones sobre los árboles debido a la fuerza de pretensión.
R = R1 = R2 = 2 * Fi * N * sen ( 𝛳
2 ) 3.20
R = 1036.84 kN
3.4.13 Determinación de los principales parámetros geométricos de la polea
Por último, se determinaron los parámetros geométricos para el dimensionamiento de las poleas,
tomados de la tabla 3.6 de los anexos. Las principales dimensiones de la ranura aparecen en la
figura 3.6. Ellos son: ∆ = 5.7, H = 20, t = 25.5 y S = 17.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
42
Figura 3.6. Dimensiones de las poleas
Diámetro exterior de la polea conductora De1 = D1 + 2∆
De1 = 261.4 mm
3.21
Diámetro exterior de la polea conducida De2 = D2 + 2∆
De2 = 523.9 mm
3.22
Diámetro fondo de la polea conductora Df1 = De1 – 2H
Df1 = 221.4 mm
3.23
Diámetro fondo de la polea conducida Df2 = De2 – 2H
Df2 = 483.9mm
3.24
Ancho de la polea B = (N - 1) t + 2S
B = 34 mm
3.25
3.5 Principales características de la Red de distribución de la instalación de aire
comprimido del taller mecánico de la Empresa MONCAR
La red de tuberías estará formada por secciones de diferentes diámetros y longitud enlazadas
por elementos de unión.
Tubería principal: La línea de aire que sale del depósito y canaliza el aire, tendrá la mayor
sección. La velocidad máxima del aire es de 8m/s.
Tuberías secundarias: Se ramifican a las zonas de trabajo y de las cuales salen las tuberías de
servicio, la velocidad máxima es de 8m/s.
Tuberías de servicio o bajantes: Son las que alimentan a las herramientas y equipos
neumáticos.
Se debe colocar una válvula de cierre en los ramales principales y secundarios, una purga cada
25m en cada cambio de pendiente o dirección, y una toma de aire en las tuberías de servicio, que
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
43
se instalarán en la parte superior. Para poder desalojar el agua acumulada dentro de la instalación
se colocará una purga al final de la tubería. También se instalarán válvulas de esfera en algunas
tuberías que abastecen a varias herramientas, con el fin de que éstos puedan ser revisados sin
que ello afecte al resto de la instalación. En la tabla 3.7 se muestran los materiales a ser utilizados
tanto en la linea principal como en las acometidas que van directo a cada toma de uso.
Tabla 3.7. Relación de materiales necesarios.
Materiales y accesorios de red de tuberías Medida Cantidad
Línea Principal
Uniones brida atornillada, con junta de goma 1/2¨ 4
Equipo de mantenimiento Salida 1/2¨ 4
Tubo Acero Galvanizado 1 ¨ 352m (59 tramos de 6m)
Uniones roscadas 1¨ 49
Codo 90° Acero Galvanizado 1¨ 8
T Acero Galvanizado 1¨ 6
Válvula (válvula de paso para aire comprimido ) 1¨ 19
Purgas de condensado 15
Soportes tipo ménsula 90
Universales 10
Acometidas
Tubo Acero Galvanizado 1/2¨ 72 m (12 tramos de 6m)
T (reducido) Acero Galvanizado 1¨- 1/2¨ 24
Cuello de cisne 1/2¨ 24
T Acero Galvanizado 1/2¨ 24
Cuello de cisne 1/2¨ 24
Válvula (válvula de paso para aire comprimido )
Equipo de mantenimiento Salida 1/2¨ 24
Purgas de condensado 24
Tomas rápidas 1/2¨ 24
Mangueras flexibles (caucho o plástico) 1/2¨ 48 m (24 tramos de 2 m)
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
44
Según la norma UNE 1063 las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de
azul.[27]
Unidades de mantenimiento.
Al montar los componentes de la unidad de mantenimiento se tomará en cuenta la dirección del
flujo, tal como consta en cada uno de ellos mediante una flecha indicadora. Además, las unidades
de mantenimiento también pueden incluir componentes de seguridad y de control.
Depósito de almacenamiento
Al depósito se le incorpora un presostato que controla el caudal proporcionado por el compresor
cuando la presión en él alcanza un valor determinado o desciende por debajo de otro considerado
como mínimo. Llevará también una válvula de seguridad para que en ningún caso la presión
pueda pasar un valor prefijado. En la parte inferior se coloca una purga para eliminar los
condensados que se produzcan al enfriarse naturalmente el aire, dado que su temperatura es
generalmente superior a la del ambiente. Además debe portar un manómetro con una válvula
para cuando este necesite ser verificado. La entrada se efectúa por la parte inferior y la salida por
la superior evitando que el flujo de aire arrastre el agua condensada.
El depósito se construye con chapa de acero recubierta interior y exteriormente con pintura
antioxidante y deberá ser cilíndrico con fondos en forma de sector esférico. El más económico es
el que tiene aproximadamente una altura igual a su diámetro. Sin embargo, para ocupar una
superficie menor de espacio comunmente tienen una altura superior (en el orden de 2 o 3 veces
el diámetro). Deberá cumplir con la Norma Cubana NC 19-02-29 Requisitos generales de
seguridad para recipientes a presión, de la cual se deriva el Resolución Nro 44 del 2014. [28]
Al sistema de aire comprimido que se propone no se le colocarán los equipos de refrigeración y
separación de impurezas, ya que según la clase 4 (Norma ISO 8573-1)[26], que requiere el
sistema con el filtro de la toma de aire del compresor y los equipos de mantenimientos acoplados
antes del uso en cada herramienta, deberá salir con la calidad requerida para las tareas que
demanda el taller con el uso del mismo.
Paso No. 3 Determinación de las Presiones de operación:
En la tabla 3.8 se puede apreciar las presiones de trabajo de cada una de las herramientas
neumáticas que van a ser usadas en la UEB MONCAR para las operaciones a realizarse en el
taller. La mayor presión de trabajo será la de la aspiradora de aceite y la menor la de la pistola
para pintar, mientras que las otras herramientas van a exigir presiones entre 6 y 6.2 bar para
realizar sus labores.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
45
Tabla 3.8. Presiones de las herramientas tanto en Psi y en bar.
Herramientas Presión de trabajo(Psi) Presión de trabajo(bar)
Aspiradora de aceite 116 8
Atornillador 90 6.2
Remachadora 90 6.2
Pistola de pintar 80 5.5
Taladro 90 6.2
Llave de impacto 90 6.2
Cizalla 87 6
Lijadora 90 6.2
Disco de corte 90 6.2
Paso No. 4 Determinación de los factores para el dimensionamiento:
Se determinó el flujo de salida de la sala de compresores necesario, a partir del flujo de aire
consumido, según las herramientas que se muestran en la tabla 18, arrojando un consumo de
2.088 m3/min estando afectado por un factor de sobredimensionamiento de 1, pérdidas por fugas
de 0.20 que suman 1.2 y un factor de simultaneidad de 0.60, es decir 60% de las herramientas
que en este caso son 24, trabajando simultáneamente según la tabla 3.9:
Tabla 3.9. Coeficiente de simultaneidad según el número de equipos neumáticos.
No Coeficiente
1 1
5 0.82
10 0.74
15 0.68
20 0.64
25 0.60
30 0.57
40 0.52
50 0.48
En la tabla 3.10 se muestran las herramientas, según el catálogo Ingresoll-Rand, que serán
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
46
usadas por área, así como el flujo que demanda cada una de ellas en diferentes unidades de
medidas y la cantidad de herramientas por tramos.
Tabla 3.10. Herramientas Neumáticas por tramos. [21]
Tramos Herramientas Q(l/min) Q(m3/min) Q(m3/s) Unidades
A-B
(Chapistería)
Aspiradora de aceite 100 0.1 0.0016 2
Atornillador 85 0.085 0.0014 1
Remachadora 130 0.13 0.0021 1
Pistola de pintar 140 0.14 0.0023 1
B-C
(Mecánica)
Atornillador 85 0.085 0.0014 2
Taladro 13mm 110 0.11 0.0018 1
Llave de impacto ¼ 114 0.114 0.0019 1
Llave de impacto ¾ 210 0.21 0.0035 1
Disco de corte 170 0.17 0.0028 1
C-D
(Pintura y
acabado)
Taladro 13mm 110 0.11 0.0018 1
Pistola de pintar 140 0.14 0.0023 1
Sizalla 220 0.22 0.0036 1
Lijadora 110 0.11 0.0018 1
D-E
(Mixto)
Atornillador 85 0.085 0.0014 5
Llave de impacto ¼ 114 0.114 0.0019 4
Paso No. 5 Dimensionamiento de la red de aire comprimido.
Determinación del diámetro de la tubería
Los cálculos para determinar el diámetro de tubería necesario se realizaron por la variante No. 2
(mediante la expresión analítica que aparece en el capítulo anterior, utilizando la ecuación 2.1 en
cada sección de la red de aire comprimido. Para esto se tuvo en cuenta en cada tramo los
consumos de aire por las herramientas, la longitud de tubería y la caída de presión necesaria. En
la tabla 3.11 se muestra los resultados obtenidos en mm y en pulgadas, arrojando como promedio
de diámetro para red principal 1 pulgada y para las acometidas ½ pulgadas.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
47
Tabla 3.11. Diámetros de las tuberías.
Tramo Ø de la Tubería
mm in
A-B 19.67 0.77
B-C 23.29 0.92
C-D 20.84 0.82
D-E 8.0 1.02
Media 20.26 0.80
Promedio 17.95 0.71
Después de haber seccionado la red de tuberías y tener los diámetros principales según los
cálculos, se normaliza por la tabla 3.12, correspondiente a la Norma DIN 2441. [29]
Tabla 3.12. Diámetros de tuberías comerciales.
DIAMETRO NOMINAL
Pulgadas
DIAMETRO EXTERIOR
mm
DIAMETRO INTERIOR
mm
1/8 10.2 4.9
¼ 13.5 7.7
3/8 17.2 11.4
½ 21.3 14.8
¾ 26.9 20.4
1 33.7 25.6
1 ¼ 42.4 34.3
1 ½ 48.3 40.2
2 60.3 51.3
2 ½ 76.1 67.1
3 88.9 79.2
4 114.3 103.5
5 139.7 128.9
6 165.1 154.3
El espesor de las tuberías fue normalizado por las tablas del Catálogo de Cañerías Schedule
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
48
(comercial) que se rige por la Norma ASTM A106-99e1 Standard Specification for Seamless
Carbón Steel.[30]. Resultando los siguientes valores:
Para la tubería principal:
Espesor de 3.38 mm Schedule 40
D interior 25.6 mm
D exterior 33.7 mm
Para las acometidas:
Espesor de 2.77 mm Schedule 40
D interior 14.8 mm
D exterior 21.3 mm
Determinación de las caídas de presión
Debido a la fricción del fluido en el interior de la tubería se hizo necesario determinar la caída de
presión, teniendo en cuenta la ecuación 2.5 del capítulo II. Para lo cual se seccionó la tubería, de
forma similar a lo explicado al calcular diámetros de la red de aire comprimido por tramos. La
caída de presión depende del diámetro y longitud de la tubería, del flujo de aire libre, presión de
trabajo, arrojando resultados inferiores a la caída de presión máxima establecida de 0.1 bar,
según lo reportado por la literatura. Para el cálculo de las caídas de presión, la longitud total de
cada uno de los tramos se le suma a las equivalentes de cada uno de los accesorios,lo cual arrojó
los resultados que se pueden ver en la tabla 3.13:
Tabla 3.13. Caídas de presión por tramos
Tramos CaÍda de presión(Pa) CaÍda de presión(bar)
A-B 4920.50 0.049
B-C 6137.09 0.0614
C-D 4923.11 0.0492
D-E 4115.63 0.0412
Depósito de almacenamiento
Aunque no existe una norma general para dimensionar depósitos, estos se deben diseñar
teniendo en cuenta la demanda y el tamaño del compresor, utilizando los arranques por hora y
los tiempos máximos de funcionamiento del compresor como parámetros de diseño. [4]. Se
calculó el volumen de este depósito regulador, como también se le conoce al depósito de
almacenaje de una red de aire compromido por la expresión 2.6, obteniendo un valor de volumen
igual a 1.26m3 que equivale a 1260 l.
Luego se normalizó el volumen del depósito de aire comprimido por el catálogo Puska (Para
estanques de aire comprimido).(Puska 2016)[31], arrojando los resultados que se muestran en la
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
49
tabla 3.14. En la figura 3.7 se puede apreciar las principales dimensiones del depósito.
Tabla 3.14. Datos técnicos del depósito de almacenamiento.
Modelo Volumen
(l)
Presión
(bar)
A B C D E F Peso
(kg)
DV-1000 / 12 + KiT 1000 12 2315 800 1710 2‘‘ 18 975 204
Figura 3.7 Dimensiones del depósito de almacenamiento.
En la figura 3.8 se muestra el modelo tridimensional del sistema de aire comprimido del
taller mecánico MONCAR, de Santa Clara. Para ello se utilizó el software CAD SolidWorks
2015. La red consta de los 4 compresores que se muestran, de ellos solo 3 funcionarán
regularmente. El 4to compresor (representado en color rojo en la figura 3.8) es de reserva
para emplearse en casos de roturas y poder mantener el flujo y presión de aire que
requiere el sistema. Además, se van a colocar válvulas de cierre por todas las tuberías,
como se puede ver en la figura. Esto se hace necesario para los casos que haya que
detener una o más herramientas, por rotura o mantenimiento del equipo, y cerrar el flujo
de aire que llega a ese puesto de trabajo, mientras los otros pueden continuar en sus
funciones. El sistema está dividido por tramos, como se indica en la figura los cuales,
salen cada uno de la casa de compresores.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
50
Tra
mos
A-B (Chapistería) B-C (Mecánica general) C-D (Pintura y acabado) D-E (Mixto)
Herr
am
ien
tas
1 - Aspirador de aceite y remachador 2 - Remachador 3 - Pistola de pintar 4 - Aspirador de aceite
5 - Atornillador 6 – Taladro 13 mm 7 – Llave de impacto ¼ 8 – Llave de impacto ¾ 9 – Disco de corte 10 – Atornillador
20 – Taladro 13 mm 21 – Pistola de pintar 22 – Cizalla 23 - Lijadora
11 – Llave de impacto ¼ 12 – Atornillador 13 – Atornillador 14 – Llave de impacto ¼ 15 – Atornillador 16 – Llave de impacto ¼ 17 – Atornillador 18 – Atornillador 19 - Llave de impacto ¼
Figura 3.8. Modelo 3D de la instalación de aire comprimido del taller.
Las dimensiones de la red de aire comprimido y la ubicación en el taller de los diferentes tramos,con sus nombres por áreas de trabajo, se pueden apreciar en la figura 3.9,dichas dimensiones dependen del área específica definida por la empresa para cada operación. El tramo A-B que comprende las operaciones de chapisteria, ocupa un área aproximada de 41m x 16m y se le colocarán 4 tomas para 5 herramientas. En la toma no.1 se conectan un aspirador de aceite y un remachador. mientrras que en el resto irian un remachador, una pistola de pintar y otro aspirador de aceite. El tramo B-C es el destinado a las operaciones de mecánica en general: desarme de equipos y piezas, mantenimiento, etc. Ella ocupa un área aproximada de 62m x 7m, con 6 tomas para 6 herramientas: atornillador, taladro 13 mm, llave de impacto ¼, llave de impacto ¾, disco de corte y atornillador. El tramo C-D es el de pintura y acabado y a su vez el de menores dimensiones, con una superficie de 23m x 20 m con 4 tomas para 4 herramierntas: Taladro 13 mm, Pistola de pintar, Cizalla y Lijadora. Por último, el tramo D-E es el tramo mixto, ya que es el de mayor superficie, ocupando un área aproximada dentro del taller de 62m x 7m, a lo que se le unen los ramales que llevan el suministro de aire a otros locales. En este tramo se colocan 9 tomas para 9 herramientas: 5 Atornilladores y 4 Llaves de impacto ¼.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
51
Figura 3.9 Dimensiones de la red
3.6 Costos de la instalación de aire comprimido.
3.6.1 Precios de tuberías en el mercado.
Empresas como AC Grupo distribuidor eléctrico S.L. ofrece precios para tuberías de acero
galvanizado de 3m, valoradas en función del diámetro calculado (ver tabla 3.15)
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
52
Tabla 3.15. Costo de la tubería en función del diámetro.
Diámetro(mm) Tubería de 3m (Costo en €)
Tubería de 3m
(Conversión en USD)
12.75 25 29.5
24.5 40 47.45
36 65 77.11
53.1 100 118.63
68.9 130 154.21
80 150 177.94
80.1 150 177.94
*Considerando una tasa de conversión de 1€ = 1.18USD
Para la red de aire comprimido de la empresa MONCAR el diámetro de tubería necesario para la
red principal es de 1 pulgada (24.5 mm), por lo que el costo por unidad sería de 47.45USD.
Considerando que la longitud total de las tuberías de una pulgada que se necesita es de 323.8m,
entonces el costo de tuberías de acero galvanizado tendría un valor de 5 121.4USD.
De manera similar se necesitan 77.74m de tubos de ½ pulgada, lo que representa un costo total
de 2293.3USD de tuberías de ese diámetro
3.6.2 Precio de equipos,componentes y herramientas del sistema (ver tabla 3.16 y 3.17)
Tabla 3.16. Precios de los equipos y componentes principales.
Elemento Cantidad Precio/Unidad (USD)
Costo total (USD)
Compresor.[31] 4 2 950 11 800
Depósito de almacenaje.[32] 1 1 750 1 750
Equipo de mantenimiento.[33] 24 71.64 1 719.36
Válvulas de paso.[34] 15 11.5 172.5
Mangueras flexibles(3.85m). [35] 24 1.25 30
Total 15 471.86
Entre las distintas marcas y modelos de accesorios como codos y Tes que se ofertan en el
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
53
mercado a diferentes precios, se constató que los mismos oscilan alrededor de los 20€ por
unidad. En la red de aire comprimido que se propone se definieron 8 codos de 90° de 1 pulgada
y 30 tes. De estas últimas se necesitan 23 tes reducidas (de 1 a ½ pulgada) y 7 una pulgada. El
costo total de estos accesorios será de 760€ que representan a su vez 896.8 USD.
Tabla 3.17. costos de las herramientas neumáticas de la instalación.
Herramientas neumáticas Cantidad Precio/unidad (USD)
Costo total
(USD)
Aspiradora de aceite.[36] 2 75 150
Atornilladora(1000 rpm).[37] 8 11.033 88.24
Remachador.[38] 1 35.67 35.67
Pistola de pintar(100ml).[39] 2 56.64 113.28
Taladro 13 mm(800rpm).[40] 2 20 40
Llave de impacto de 1/4 y ¾.[41] 6 42.39 254.34
Disco de corte (20000rpm).[42] 1 107.7 107.7
Cizalla.[43] 1 34.37 34.37
Lijadora orbital.[44] 1 58.95 58.95
Total 24 882.55
Algunas de las herramientas neumáticas que aparecen en la tabla 25 también constan de un
conjunto de accesorios como: el vaso para la pistola de pintar, el disco de corte, accesorios
métricos de las llaves de impacto,entre otros. Los cuales generan también un costo adicional que
debe considerarse para la instalación.
Además se tendrían otros costos de montaje, elementos de fijación como: tornillería, bridas,
soportes, regletas, pintura, mano de obra, etc. Todo lo cual incrementaría el costo final, sin tener
en cuenta los mantenimientos periódicos a realizar durante el funcionamiento de la instalación.
No obstante, en la valoración económica preliminar realizada en el presente trabajo el costo que
implica la compra en el mercado exterior de las tuberías y accesorios, así como de los útiles,
herramientas y equipos neumáticos arroja un valor 24 665.94USD.
Capítulo III Cálculo y dimensionamiento de la red de aire comprimido para el taller mecánico de la
Empresa MONCAR, de Santa Clara
54
Conclusiones Parciales
1. A partir de establecido por la norma ISO 8573-1 sobre la calidad del aire del sistema
neumático se definieron los 4 filtros de los compresores y los 24 filtros antes de la toma de
cada herramienta que sustituyen los equipos de refrigeración y separación de impurezas,
así como colocar el sistema de purgado cada 25 metros de separación.
2. Teniendo en cuenta las condiciones del taller y la cantidad de herramientas neumáticas
posibles a emplear simultáneamente se determinaron los parámetros de operación de la red:
una presión de un bar, un flujo de consumo de 2.08m3/min, un volumen para el depósito de
almacenamiento de 1000L y 3 compresores de 2.10m3/min que satisfacen la demanda.
3. Se seleccionó un motor eléctrico modelo Y2-112-2 de 4,5 kW y 1750rpm y se diseñó una
transmisión por correas trapezoidal para garantizar las necesidades de potencia y reducción
de velocidad de los compresores N-700-BM,
4. Se calcularon las dimensiones de las tuberías, definiendo para la red principal una pulgada
y para las acometidas ½ pulgadas. Además se determinaron las caídas de presión para
cada tramo, en los que fueron seccionadas las tuberías, constándose que los valores
calculados fueron menores que el máximo permitido de 0,1 bar.
5. Se realizó la modelación tridimensional de la red empleando el SolidWorks 2015 que permitió
diseñar, analizar variantes de forma rápida y precisar las dimensiones del sistema
Conclusiones generales
55
Conclusiones generales
Se determinaron los parámetros de operación del sistema neumático de acuerdo a las
necesidades del taller mecánico de la empresa MONCAR, de Santa Clara: una presión de
un bar, un flujo de consumo de aire de 2.08m3/min, un volumen para el depósito de
almacenamiento de 1000L y tres compresores de 2.10m3/min
En base a los parámetros de operación se seleccionaron los componentes y equipos de la
red de aire comprimido. Entre ellos: 4 compresores de pistón de modelo N-700-BM con
una presión de trabajo de 10 bar y un caudal de 0.70 m3/min cada uno, lo cual satisface la
demanda de las 24 herramientas.
Se realizó el diseño automatizado del sistema neumático red con el empleo del programa
Solidworks 2015, lo que permitió, de forma rápida y precisa, analizar variantes. de
configuración de la red y tomar decisiones en cuanto a la distribución espacial de los
equipos, sus componentes y accesorios y las y las dimensiones de las tuberías.
Una valoración económica preliminar del costo de la instalación fue realizada, basada
fundamentalmente en el costo de los equipos neumáticos, componentes y accesorios en
el mercado exterior. Lo que arrojó un valor de 24 665.94 USD de la red, sin tener en cuenta
otros gastos que incrementaría el costo final (montaje, elementos de fijación, mano de
obra, mantenimiento entre otros).
Recomendaciones
56
Recomendaciones
Que se proceda a la construcción de la instalación de aire comprimido en el taller
mecánico de la empresa MONCAR teniendo en cuenta los criterios de diseño
desarrollado en el presente trabajo
Que se continúe la investigación para establecer el sistema de mantenimiento de la
instalación de aire comprimido para el taller mecánico, a partir de los resultados que
aquí se brindan.
Referencias Bibliográficas
57
Referencias Bibliográficas
[1] M. Cassanis, "Historia del aire comprimido," in Marcelo Cassanis Blog, ed, Aire Comprimido, Neumática y Eficiencia energética, Disponible: https://marcelocassani. wordpress.com/page/14/, 2015.
[2] Historia del compresor. Del fuelle a la levitación. Disponible: https://www.mundocompresor.com/articulos-tecnicos/historia-compresor-fuelle-levitacion, 2017.
[3] A. J. B. Vega, "Teoría, diseño y simulación de componentes y circuitos para la docencia interactiva vía web," Departamento de ingeniería mecánica, Universidad Carlos III de Madrid. https://e-archivo.uc3m.es/handle/10016/10078, 2010.
[4] R. A. Acosta, "Fundamentos de neumática,sensores y actuadores.", Disponible: http://blog.utp.edu.co/ricosta/files/2011/08/capitulo-2-neum%c3%81tica-y-electroneumatica .pdf, 2011
[5] D. A Ortiz Zapata, "Rediseño del sistema de almacenamiento, tratamiento, transporte y distribución de aire comprimido para el área de pinturas y resinas de la fábrica Pinturas Cóndor S.A," Facultad de ingeniería mecánica, Escuela Politécnica Nacional de Quito. https://es.scribd.com/document/258147035/CD-2634, 2009.
[6] E. A. B. Almonacid, "El aire comprimido y su utilización a bordo," Tesis de grado. Facultad de Ciencias de la Ingeniería. Universidad Austral de Chile. http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2005/bmfcib275a/sources/bmfcib275a.pdf, 2005.
[7] Wikipedia. "El compresor", Disponible: https://es.wikipedia.org/wiki/Compresor, 2017.
[8] E.Colombero, "Introducción al aire comprimido" Disponible: https://tecnicayateismo. wordpress.com/tag/herramientas-neumaticas/, 2013.
[9] F. J. H. Castañeda, "Diseño de redes de aire comprimido y selección de componentes neumáticos.", Tesis de Grado. Universidad Tecnológica de Pereira. http://media.utp.edu.co/tecnologia-mecanica/archivos/M%C3%93DULO%201.pdf, 2011.
[10] A. G. López, "Proyecto Básico de Ejecución de la Edificación y Nuevas Instalaciones de REPUESTALIA S.L. ," Ingeniería del Diseño, Universidad de Sevilla. https://es.scribd.com/document/361668665/Anexo-9-Aire-Comprimido-pdf, 2011.
[11] J. I. R. Jiménez, "Optimización del sistema de aire comprimido para el empuje de nepe," Tesis de Grado. Universidad Simón Bolivar. http://159.90.80.55/tesis/000130632.pdf, 2005.
[12] J. J. P. López, "Diseño de las redes de aire comprimido y transporte neumático en un astillero," Ingeniería térmica y fluidos, Tesis de Grado. Universidad Politécnica de Cartagena. https://es.scribd.com/document/353870931/tfe-par-dis, 2016.
[13] EDUCAREX. "Guía de prevención de riesgos por el uso del aire comprimido y máquina portátiles neumáticas," Servicios de salud y riesgos laborales de centros educativos, p. 20.Disponible :https://www.educarex.es/pub/cont/com/0055/documentos/10_Informaci%C3%B3n/03_Guias/guia_Aire_Comprimido.pdf, 2002.
[14] R. Esquivel, "Tipos de herramientas neumáticas, sus ventajas y funciones," Revista Ferrepat.Disponible:http://www.revista.ferrepat.com/herramientas/tipos-de-herramientasneumaticas-sus-ventajas-y-funciones/, 2016.
[15] Herramientas Neumáticas De Máquinas y Herramientas. Disponible: http://www.demaquinasyherramientas.com/herramientas-electricas-y-accesorios /herramientas-neumaticas-introducción, 2014.
Referencias Bibliográficas
58
[16] Recomendaciones para el buen uso de las herramientas neumáticas. Disponible: http://www.co-tecnica.com.ar/pdfs/Recomendaciones_para_el_buen_uso_de_la _Herramienta _Neumatica.pdf, 2016.
[17] Ingersoll Rand, "Guía sobre la calidad del aire," https://www.scribd.com /presentation/ 264878378/Ing-Rand-Guia-Sobre-Calidad-Del-Aire, 2007.
[18] Guía para la elaboración de un sistema de aire comprimido en una planta termosolar. Disponible:http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/5025/fichero/3.-+Dimensionamiento +de+un+sistema+de+aire+comprimido.pdf, 2001.
[19] UNE10240.Recubrimiento de proteccion internos y externos para tubos de acero. Disponible:httpwww.aenor.comaenornormasnormasfichanorma.asptipo=N&codigo= N0010654&PDF=Si, 1998.
[20] IRAM, "Manual de normas de aplicación para dibujo técnico", Instituto Argentino de racionalización de materiales. Disponible http://biblio3.url.edu.gt/SinParedes /03/04 /Normas-Dibujo.pdf, 2017.
[21] I.Rand,"Herramientas para el mantenimiento". https://www.yumpu.com/es/document/ view/42452791/guia-sobre-la-calidad-del-aire ingersoll-rand, 2017.
[22] Pokorny,"manual de neumatica ,fma pokorny francfort," ed. https://books.google.com.cu/ books?id=0WEqS_jExk8C&pg=PA40&lpg=PA40&dq=manual+de+neumatica+,fma+pokorny+francfort&source=bl&ots=0f4VJDwcHI&sig=NP8z-AVin0XfXC4beiv0lXf1qQo&hl=es-419&sa=X&ved=2ahUKEwjojZ3s-vjaAhWQuVMKHRU6B5MQ6AEwAHoECAAQLg#v= onepage&q=manual%20de%20neumatica%20%2Cfma%20pokorny%20francfort&f=fals, 2017.
[23] J.R. Viloria, Neumática, hidraulica y electricidad aplicada. https://kupdf.com/download/ neum-aacute-tica-hidr-aacute-ulica-y-electricidad-aplicada-1ra-edicion-jos-eacute-rold-aacute-n-viloria_58e36c37dc0d607342da981e_pdf, 2015.
[24] Kaeser, "Guía de instalación de sistemas de aire comprimido," Kaeser Compressors, p. 83, 2015.
[25] Manejo del aire comprimido en instalaciones industriales. Disponible: https://www.scribd.com/document/230567649/Fluidos-Para-La-Web-4-Manejo-de-Aire-Comprimido, 2017.
[26] Parker, "Introducción a la norma ISO de calidad del aire," ed. http://us.kaeser.com/ m/Images/Gu%C3%ADa%20de%20instalaci%C3%B3n%20de%20sistemas%20de%20aire%20comprimido-tcm266-747662.pdf, 2011.
[27] UNE1063, "Identificación de canalización según el fluido que transportan,". http://www.aenor.com/aenor/normas/normas/fichanorma.asp?tipo=N&codigo=N0057693&PDF=Si, 2016.
[28] Resolución 44, "Requisitos generales de seguridad para recipientes a presión,". http://redproteger.com.ar/safetyblog/decreto-6052016-pcia-de-santa-fe-reglamento-para-la-inscripcion-habilitacion-inspeccion-atencion-y-manejo-de-calderas-y-aparatos-sometidos-a-presion/, 2017.
[29] DIN-2441. Tubos de acero sin soldadura, 2017.
[30] ASTM, "Gama ASTM de aceros inoxidables. ," ed, p. 36, 2015.
[31] Puska. Catálogo de tarifas, Puska. Disponible: http://www.puska.com/content /dam/brands/Puska/Puska/Catalogo_tarifa_PUSKA_2016_tcm1063-3551051.pdf, 2016.
[32] Puska, "Tecnología en al que puedes confiar. Puska," ed. http://suministrossercoin.com/
Referencias Bibliográficas
59
pdf/puska-catalogo-2012.pdf, 2012.
[33] Adajusa.es. Equipo de mantenimiento. Disponible: https://adajusa.es/grupos-de-filtraje-de-12/grupo-de-filtraje-de-12-metalico-mindman-403.html, 2018.
[34] Aidaba. Válvula de paso. Disponible: https://spanish.alibaba.com/product-detail/tee-flanged-ball-control-price-pneumatic-actuator-ball-valve60672961085.html?spm =a2700.8699010.29.11.f2b6265eJVwyt5, 2018.
[35] Alibad.com. Mangueras flexibles. Disponible: https://spanish.alibaba.com/g /pneumatic -hose.html, 2018.
[36] Alibad.com. Aspiradora de aceite Disponible: https://spanish.alibaba.com /g/pneumatic-oil-extractor.html, 2018.
[37] Ferreterí.Atornillador neumático. Disponible: http://ferreteriacuauhtemoc.com /destornillador-neumatico-de-torque-controlado-tipo-lapiz-1-4-1000rpm-uso-pesado-urrea-uptc40.html, 2018.
[38] Yousailing.Remachador. Disponible: https://es.aliexpress.com/popular/pneumatic-riveter. html, 2018.
[39] Pakmantools. Pistola de pintar. Disponible: http://pakmantools.com/32-pistolas-para-pintar, 2018.
[40] Alidaba.com.Taladro. Disponible: https://spanish.alibaba.com/product-detail/3-8-inch-pneumatic-hand-air-drill-60670322316.html?spm=a2700.8699010.29.10.2bd8607 fathnVB&s=p, 2018.
[41] Sears. Llave de impacto. Disponible: http://www.sears.com/es/us/tools-air-compressors-air-tools-impact-wrenches/b-1025264, 2018.
[42] M. libre.Sierra de corte. Disponible: https://articulo.mercadolibre.com.co/MCO-455154902-sierra-de-corte-neumatica-sfp22-schulz-_JM, 2018.
[43] Amazon.es.Cizalla. Disponible: https://www.amazon.es/Bahco-BP811-Cizalla-Neum% C3%A1tica/dp/B00RPC6AHI, 2018.
[44] M. libre. lijadora orbital Disponible: https://listado.mercadolibre.com.ec/industrias-oficinas-lijadoras/herramientas-lijadora-roto-orbital-neumatica-oferta, 2018.
Anexos
59
Anexos
Tabla 1. Coeficiente que considera el régimen de trabajo (Ks)
Tipo de carga
Tipo de motor
Motor hidráulico
Motor eléctrico o turbina
Motor de combustión interna
Uniforme (Agitadores, ventiladores,
transportadores con carga ligera y uniforme) 1,0 1,0 1,2
Choque moderado (Máquinas herramienta,
grúas, transportadores pesados, mezcladoras
de alimento y molinos)
1,2 1,3 1,4
Choque pesado (Prensas de troquelado,
molinos de martillos, transportadores alternos,
accionamientos de molino de rodillos)
1,4 1,5 1,7
Tabla 2. Parámetros de las correas trapezoidales
Tipo de Correa
b0 (mm)
b (mm)
h (mm)
A (mm2)
Lo (mm)
Lmin (mm)
Lmáx (mm)
D1min (mm)
T1 (N·m)
qm (kg/m)
Vmáx (m/s)
Z 8.5 10 6 47 1320 400 2500 63 Hasta 25 0.06 25
A 11 13 8 81 1700 560 4000 90 11-70 0.10 25
B 14 17 10.5 138 2240 800 6300 125 40-190 0.18 25
C 19 22 13.5 230 3750 1800 10600 200 110-550 0.30 25
D 27 32 19 476 6000 3150 15000 315 450-2000 0.62 30
E 32 38 23.5 692 7100 4500 18000 500 1100-4500 0.90 30
F 42 50 30 1170 8400 6300 18000 800 >2200 30
SPZ 8.5 10 8 56 1600 630 3550 63 Hasta 150 0.07 40
SPA 11 13 10 95 2500 800 4500 90 90-400 0.12 40
SPB 14 17 13 158 3550 1250 8000 140 300-1500 0.20 40
SPC 19 22 18 278 5600 2000 8000 224 >1200 0.37 40
Anexos
60
Tabla 3. Valores de la potencia básica Po para las correas
Tipo de
Correa
D1
(mm)
Po (kW) para velocidades de la correa (m/s)
5 10 15 20 25 30
Z
63 0.49 0.82 1.03 1.11 - -
80 0.62 1.07 1.41 1.6 1.65 -
100 0.7 1.24 1.67 1.97 2.1 -
112 0.78 1.32 1.8 2.12 2.3 -
A
90 0.84 1.39 1.75 1.88 - -
112 1.05 1.82 2.39 2.74 2.82 -
140 1.23 2.18 2.91 3.44 3.7 -
160 1.32 2.35 3.2 3.8 4.12 -
B
125 1.39 2.26 2.8 - - -
140 1.61 2.7 3.45 3.83 - -
180 2.01 3.51 4.66 5.44 5.76 -
224 2.26 4.05 5.45 6.5 7.05 -
C
200 2.77 4.59 5.8 6.33 - -
224 3.15 5.35 6.95 7.86 7.95 -
250 3.48 6.02 7.94 9.18 9.6 -
280 3.78 6.63 8.86 10.4 11.1 -
D
355 6.74 11.4 14.8 16.8 17.1 -
400 7.54 13 17.2 20 21.1 -
450 8.24 14.4 19.3 22.5 24.6 -
500 8.8 15.5 21 25 27.5 -
SPZ
63 1.5 1.8 1.85 - - -
80 2.34 3.06 3.5 3.66 - -
100 2.92 3.95 4.72 5.2 5.35 -
112 3.2 4.35 5.25 5.85 6.15 -
SPA
90 2.57 - - - - -
112 3.72 4.88 5.61 5.84 - -
140 4.7 6.3 7.56 8.25 8.43 -
160 5.17 7.03 8.54 9.51 9.94 -
SPB
140 5 6.37 - - - -
180 6.7 9.05 10.6 11.41 11.5 -
200 7.3 10 13 14.9 15.1 -
250 8.5 11.6 14.1 11.5 16.8 -
SPC
224 9.4 12.3 14.1 - - -
250 10.6 14.2 16.6 17.6 17.1 -
280 11.5 16.3 18.7 20.5 20.7 -
315 12.8 17.4 20.9 23.2 23.9 -
Anexos
61
Tabla 4. Algunas longitudes normalizadas de las correas (mm)
400 710 1250 2240 4000 7100 12500
450 800 1400 2500 4500 8000 14000
500 900 1600 2800 5000 9000 16000
560 1000 1800 3150 5600 10000 18000
630 1120 2000 3550 6300 11200
Tabla 5. Valores de Cl para correa trapezoidal
Correa L
Lo 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 2
Clásica CL
0.79 0.82 0.86 0.89 0.95 1 1.04 1.07 1.10 1.15
Estrecha 0.8 0.85 0.89 0.91 0.96 1 1.03 1.06 1.08 1.12
Tabla 6. Valores de Tu en N·m.
Correa UCo
1.08-1.13 1.14-1.19 1.2-1.3 1.31-1.4 1.41-1.6 1.61-2.39 2.4 Z 0.15 0.23 0.3 0.35 0.38 0.4 0.5
A 0.4 0.6 0.8 0.9 1 1.1 1.2
B 1.1 1.6 2.1 2.3 2.6 2.9 3.1
C 2.78 4.3 5.8 6.6 7.3 8 9
D 9.94 15.4 21 23 26 28.4 31.9
SPZ 0.6 0.9 1.2 1.4 1.5 1.7 1.8
SPA 1.4 2.1 2.8 3.1 3.5 3.8 4.2
SPB 2.65 3.97 5.3 5.96 6.63 7.29 8
SPC 5.3 10 14 16 17.6 19.4 21
K 0.2 0.3 0.44 0.5 0.55 0.6 0.7
L 1.8 2.7 3.6 4 4.5 5 5.4
M 13.8 20.7 27.6 31 34.5 38 41.4
Tabla 7. Coeficiente KS para un turno de trabajo
Régimen de Trabajo
Tipo de Máquina KS
Ligero (120% SC)
Generadores eléctricos, ventiladores, bombas y compresores centrífu-
gos, transportadores por cinta, máquinas de corte continuo: tornos, tala-
dradoras y rectificadoras.
11.2
Medio (150% SC)
Bombas y compresores de pistón con tres y más cilindros, transportado-
res por elementos de acero articulados, máquinas automáticas. 1.11.
3
Pesado (200% SC)
Mandos reversibles, máquinas cepilladoras y ranuradoras, bombas y
compresores de pistón con uno o dos cilindros, transportadores sin fin y
elevadores, prensas de tornillo y excéntricas con volantes relativamente
pesados.
1.21.4
Muy Pesado (300% SC)
Elevadores, excavadoras, dragas, prensas de tornillo y excéntricas con
volantes relativamente ligeros, martillos y molinos. 1.31.
5
Para dos turnos se incrementa KS en 0.15 ; Para tres turnos se incrementa KS en 0.4
Anexos
62
Tabla 8. Coeficiente Cn
Tipo de Correa Correas
necesarias Número de
correas Cn
Trapezoidales
Nn ≤ 1 N = 1 1
1 < Nn 2.85 1 < N 3 0.95
2.85 < Nn 5.7 3 < Nn 6 0.9
Nn > 5.7 Nn > 6 0.85
Tabla 9. Dimensiones de las ranuras.
Tipo de Correa
Z A B C D E SPZ SPA SPB SPC
2.5 3.3 4.2 5.7 8.1 9.6 2.5 3.3 4.2 5.7
H 9.5 12 15 20 28 33 12.5 16.3 21.2
t 12 15 19 25.5 37 44.5 12 15 19 25.5
S 8 10 12.5 17 24 29 8 10 12.5 17
r1 0.5 1 1 1.6 2 2 0.5 1 1 1.6
r2 1 1 1.6 2 3 4 1 1 1.6 2
x 6 7.6 9.6 6 7.6 9.6
d 90.01 11.60.01
5 14.70.01
5 200.015 28.50.01 33.80.01
5 90.01 11.60.01
5 14.70.01
5 20 0.015
=3
4 D 63-71
90-112
125-160
- - - 63-71 90-112
125-160
-
b1 10 13 16.6 - - - 10 13 16.6 -
=3
6 D
80-100
125-160
180-224
200-315
315-450
500-560
- - - -
b1 10.1 13.1 16.7 22.7 32.3 38.2 - - - -
=3
8 D
112-160
180-400
250-500
355-630
500-900
630-1120
80-100
125-160
180-224
b1 10.2 13.3 16.7 22.9 32.6 38.6 10.2 13.3 16.7
Tabla 10. Algunos valores de potencia y velocidad de los motores eléctricos
Potencia (kW)
Velocidad (r.p.m.)
Potencia (kW)
Velocidad (r.p.m.)
Potencia (kW)
Velocidad (r.p.m.)
0,12 3400 1720 800 5,5 3485 1740 880 90 3575 1780 890
0,18 3370 1710 840 7,5 3515 1755 880 110 3575 1785 890
0,25 3340 1710 840 9,2 3520 1755 875 132 3575 1790 890
0,37 3340 1680 835 11 3520 1755 875 150 3575 1790 890
0,55 3370 1680 825 15 3530 1765 875 185 3575 1790 895
0,75 3380 1720 825 18,5 3530 1765 880 200 3580 1790 895
1,1 3330 1710 850 22 3535 1760 885 220 3580 1790 895
1,5 3350 1730 850 30 3545 1770 885 260 3580 1790 895
2,2 3450 1720 855 37 3550 1770 880 300 3580 1790 895
3 3450 1710 855 45 3560 1775 880 330 3585 1790
3,7 3480 1710 855 55 3560 1775 885 370 3585 1790
4,5 3465 1750 880 75 3560 1775 890 400 3585 1790