Cómo calcular el tamaño correcto de una tubería de aire comprimido

Un compresor de aire puede reducir drásticamente el tiempo, la coordinación y la resistencia que tradicionalmente han sido necesarios para una serie de tareas manuales. Con un compresor de aire, puede conectar herramientas neumáticas a la unidad y extraer aire a presión para serrar, cortar, cizallar, lijar y muchas otras aplicaciones. Sin embargo, estos esfuerzos difícilmente serían eficaces sin una tubería suficiente. El siguiente artículo explica cómo determinar el tamaño de tubería necesario para un sistema de aire comprimido.

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¿Por qué es importante el tamaño de las tuberías de aire comprimido?

El tamaño de la tubería es esencial para soportar la presión de aire adecuada. Sin el tamaño correcto, el equipo puede experimentar una gran disminución de la presión. Una fuerte disminución de presión puede requerir que el punto de funcionamiento de su compresor aumente para compensar. Esta acción consume más electricidad y, por tanto, encarece el uso del compresor.

El tamaño de las tuberías debe ser exacto, ya que las tuberías demasiado pequeñas o demasiado grandes pueden causar muchos problemas a su compresor de aire. Si su tubería es demasiado pequeña, provocará una caída de presión en algún punto entre el compresor y la herramienta neumática debido a la fricción con la tubería. El problema se reduce a la presión del aire, que se ahoga dentro de las tuberías que son demasiado estrechas para facilitar el flujo de presión. También se pierde presión entre el aire comprimido y los terminales de la tubería si ésta tiene varios conectores y giros. Si la tubería carece del diámetro suficiente para dejar pasar el flujo de aire a la velocidad requerida para la aplicación en cuestión, el sistema se ve obligado a añadir un exceso de presión a la operación.

Por ejemplo, si intenta obtener 100 libras por pulgada cuadrada (psi) para su aplicación final, pero para ello necesita 125 psi de su compresor de aire, su sistema utilizará 25 psi adicionales sólo para proporcionar suficiente presión a la herramienta neumática o a la máquina. Por otro lado, si su tubería es lo suficientemente gruesa como para soportar la presión requerida, podría ahorrar la energía que de otro modo consumiría la psi adicional.

Si su tubería es demasiado grande, puede indicar una mala inversión financiera, aunque no afecta necesariamente al rendimiento general. Dado que las grandes tuberías de aire comprimido requieren más recursos y dinero para su construcción y funcionamiento que las tuberías de tamaño adecuado, su empresa puede perder dinero.

Sin embargo, las tuberías grandes pueden ser una buena inversión si su rendimiento aumentará en el futuro para compensar la diferencia de tamaño. Si su empresa tiene previsto ampliar sus operaciones en los próximos años, instalar tuberías más grandes ahora puede ser más rentable que retirar la red de tuberías existente e instalar un nuevo sistema más adelante.

Para el almacenamiento de aire, las redes de tuberías demasiado grandes no son la solución ideal. Aunque las tuberías más grandes retienen más aire, no constituyen un método práctico de almacenamiento.

Factores que determinan el tamaño de las tuberías de aire comprimido

Para que un sistema de aire comprimido tenga un caudal de aire saludable, es esencial minimizar los niveles de pérdida de presión. Si el sistema está especialmente diseñado para un rendimiento de alta potencia, la pérdida de presión debería ser prácticamente inexistente.

El tamaño de tubería necesario para un compresor de aire depende de dos factores: la distancia de la aplicación y el volumen de aire que se transporta hasta el punto final. Si las herramientas neumáticas están situadas a medio camino de la fábrica, necesitará un tamaño de tubería diferente del que necesitaría para una aplicación situada a un metro del compresor de aire. Del mismo modo, el diámetro de la tubería podría diferir si la aplicación es de alta intensidad frente a la de baja intensidad.

¿Cuál es la mejor tubería para aire comprimido?

El tamaño ideal de una tubería de aire comprimido no debe disminuir la presión en más de 1 psi. Para que una tubería limite la pérdida de aire a 1 psi en un sistema de 100 psi, necesita un diámetro ancho y una superficie lo suficientemente grande como para transportar un volumen de caudal específico a través de una gran extensión. Sin embargo, ese mismo volumen no necesitaría tanto diámetro para recorrer una distancia más corta.

Debe ajustar las cifras en función de la presión de su compresor y de las aplicaciones de que se trate. Por ejemplo, si el sistema trabaja a 120 psi, la tubería deberá transportar más aire con una pérdida del 1%. Del mismo modo, si el sistema sólo admite 80 psi, la tubería deberá transportar menos volumen de aire con una pérdida del 1%.

Puede ser difícil determinar la cantidad de caudal de aire que se enviará a través de cada brazo de distribución en un sistema de aire porque depende de la aplicación de que se trate. Para ciertas aplicaciones, el uso del aire podría fluir a un ritmo normal y uniforme. Esta tasa tiende a ser el caso en grandes sistemas tales como equipos pesados que consisten en varias piernas que cada uno proporciona aire a diferentes máquinas y herramientas.

En los sistemas más pequeños, es frecuente que se produzca una sobretensión o ráfaga, sobre todo si el aire se envía a numerosas aplicaciones a la vez. En los casos en los que se envía aire a varias aplicaciones desde un compresor de aire de baja capacidad, la sobretensión suele ir seguida de un periodo sin caudal.

Cómo dimensionar una tubería de aire comprimido

En aplicaciones que requieren un bombeo constante, un compresor producirá pies cúbicos por minuto estándar proporcionales en relación con los caballos de potencia. Si el compresor tiene una potencia alta, debe producir una tasa alta de scfm.

En muchos sistemas, la tubería conectada al compresor de aire se selecciona para que coincida con el diámetro de la salida de la máquina. Aunque pueda parecer intuitivo correlacionar el diámetro de la tubería con el diámetro de salida, esto puede provocar errores en el sistema, como caídas de presión y pérdidas de eficiencia.

Por ejemplo, en un compresor de aire más pequeño, el usuario podría optar por reducir costes colocando una conexión de una pulgada en una salida a una unidad de 40 CV (30 kW). El compresor de aire, cuando está activo, podría desarrollar una caída de presión en el tramo de tubería dentro de la unidad, aunque esto podría no causar ningún problema al someterlo a una prueba.

En aplicaciones que requieren un bombeo constante, un compresor producirá pies cúbicos estándar por minuto (SCFM) proporcionales a la potencia. Si el compresor tiene una potencia elevada, debería producir una tasa alta de SCFM.

En muchos sistemas, la tubería conectada al compresor de aire se selecciona para que coincida con el diámetro de la salida de la máquina. Aunque pueda parecer intuitivo correlacionar el diámetro de la tubería con el diámetro de salida, esto puede provocar errores en el sistema, como caídas de presión y pérdidas de eficiencia.

Por ejemplo, en un compresor de aire más pequeño, el usuario podría optar por reducir costes colocando una conexión de una pulgada en una salida a una unidad de 40 caballos (CV) -o 30 kilovatios (kW)-. El compresor de aire, cuando está activo, podría desarrollar una caída de presión en el tramo de tubería dentro de la unidad, aunque esto podría no causar ningún problema al someterlo a una prueba.

Minimización de la pérdida de carga en sistemas de tuberías de aire comprimido

La caída de presión puede reducirse manteniendo una velocidad de aire adecuada para la aplicación y eligiendo un metal liso para las tuberías. Con estas medidas, puede utilizar una tubería de menor tamaño y seguir manteniendo una velocidad del aire suficiente con una caída de presión mínima.

La velocidad del aire dentro de un conjunto de tuberías del sistema puede oscilar entre 20 y 40 pies por segundo (ft/seg): 20 ft/seg para las tuberías de la sala de compresores, 30 ft/seg para las tuberías principales de distribución de aire de la planta y 40 ft/seg para las caídas desde las tuberías principales a la maquinaria. De este modo, cualquier caída de presión que se produzca se mantendrá a un nivel mínimo.

Para cada unidad de longitud, la pérdida de presión puede reducirse con tuberías de diámetro interior liso de cobre, aluminio, acero inoxidable o aceros aleados. Sin embargo, pueden producirse pérdidas de presión si el sistema de tuberías tiene curvas cerradas de 90 grados o más. Si la disposición de las tuberías es complicada y tiene curvas cerradas, debe utilizar tuberías más grandes para minimizar la posible pérdida de presión.

Cómo determinar qué tamaño de tubo necesita para el aire comprimido

Para calcular el tamaño correcto de las tuberías de su sistema de aire comprimido es necesario hacer cálculos cuidadosos y conocer las tablas de tamaños de tuberías de aire comprimido.

1. Determine la presión más baja del sistema del equipo.

Para conocer el tamaño de tubería necesario para su compresor de aire, también debe conocer la presión mínima de funcionamiento de la unidad. Esta cifra debe basarse en los requisitos mínimos especificados por el fabricante. Lo ideal es que el sistema de distribución de un compresor de aire no pierda prácticamente presión entre los puntos de conexión de la unidad y cada aplicación neumática.

Por ejemplo, si su compresor tiene un requisito de presión máxima de 95 psi -esto es para una aplicación atípica que requiere más presión que el resto- la presión mínima de funcionamiento para su sistema sería de 98 psi, ya que esto sería necesario para acomodar su nivel de uso más alto. Por lo tanto, nunca querrá hacer funcionar el sistema a más de 98 psi, ya que consumiría cantidades excesivas de energía.

2. Calcular las necesidades máximas de pies cúbicos por minuto

Para encontrar el tamaño adecuado de tubería para su compresor de aire, debe tener en cuenta las necesidades máximas de pies cúbicos por minuto (pcm) de su sistema. Para determinar con exactitud la demanda máxima de pcm de su sistema, deberá realizar un estudio.

Considere el peor escenario posible que podría ocurrir durante un ciclo de uso momentáneo. Este tipo de uso suele solucionarse con el almacenamiento de aire en el punto de uso. Por lo tanto, no es necesario cambiar las tuberías de toda la instalación sólo para acomodar los casos de uso momentáneo.

3. Consulte una tabla de tamaños de tuberías de aire comprimido

Cualquier búsqueda en Google sobre cómo calcular el tamaño correcto de la tubería de aire comprimido mostrará enlaces a tablas que muestran las clasificaciones de los pcm de un sistema. Estos valores suelen basarse en la psi del sistema y en la longitud de las tuberías que conectan la máquina a sus aplicaciones finales. Para los accesorios de tubería de aluminio, los diagramas de flujo que se correlacionan con una marca o tamaño particular se incluirán con el producto.

El problema es que estas tablas pueden ser incoherentes, ya que algunas se basan en medidas de diámetro exterior, mientras que otras se basan en medidas de diámetro interior. Es esencial saber en qué diámetro se basa la tabla. También necesitará conocer la presión mínima de funcionamiento, los pcm máximos y el diagrama de tuberías y sus juntas.

Elementos de diseño de una red de tuberías de aire comprimido

Al desarrollar y diseñar su sistema de aire comprimido, el primer paso es crear un diseño de red, que es una lista de inventario que detalla el consumo del sistema neumático y un gráfico que ilustra la ubicación de los distintos componentes.

Los componentes esenciales de una red de aire comprimido son el compresor de aire y los tubos ascendentes. La planta de compresión transporta el aire comprimido a través de los tubos ascendentes hasta el lugar de consumo. Durante la circulación, las tuberías separan el aire, encaminándolo desde el sistema de distribución hasta su destino final.

Un error que cometen algunos usuarios es suponer simplemente que la energía perdida debido a la sobrepresurización es meramente colateral para la aplicación ocasional de alta presión. El hecho es que lo que está en juego es el rendimiento y la longevidad de su sistema de aire comprimido. El precio que podría pagar por actualizar sus tuberías con medidas suficientes podría ser sólo una gota de agua comparado con el precio que podría pagar anualmente por la energía desperdiciada y la potencia de aire perdida.

Si desea disponer de tuberías que se adapten a todas las posibles demandas de presión, tenga en cuenta la disposición de su sistema. Aunque pueda parecer útil comprar las tuberías más grandes posibles, esta disposición podría suponer un despilfarro de dinero por el exceso de tuberías. En su lugar, considere la colocación de un conjunto adecuado de tuberías en relación con su compresor y herramientas neumáticas. La única razón real para incorporar tuberías sobredimensionadas a su sistema actual es si pretende ampliar su equipo a un tamaño que requiera dichas tuberías en un futuro próximo.

Por ejemplo, 500 pies de tubería con un ancho de una pulgada equivaldrían aproximadamente a 18 galones de almacenamiento. Del mismo modo, 500 pies de tubería con un ancho de dos pulgadas equivaldría aproximadamente a 18 galones de almacenamiento. Entre los dos, usted ganaría 59 galones de cantidad de almacenamiento que pueden ser de ninguna utilidad para sus aplicaciones, sin embargo, pagar un precio mucho más alto en el proceso.

Tamaño correcto de la tubería de aire comprimido para aplicaciones específicas

Con un compresor de aire alternativo o de tornillo rotativo, puede realizar tareas siempre que disponga de las herramientas adecuadas y una conexión óptima. Para la mayoría de las aplicaciones individuales, sólo necesitará una fracción de la capacidad de 100 psi de un compresor de aire. Siempre que la tubería tenga menos de 100 pies de longitud, sólo necesitará un diámetro de media pulgada para facilitar la velocidad y presión de aire necesarias para las siguientes aplicaciones:

Pintar

Un tubo de media pulgada de longitud variable le permitirá pintar cualquier superficie a la perfección con una brocha neumática, que suele requerir entre 3 y 11,3 cfm a 90 psi. Con una brocha neumática, puede pintar casas, vehículos, muebles y electrodomésticos en sólo una fracción del tiempo que tardaría con brochas y rodillos manuales. Lo mejor de todo es que el trabajo puede realizarse sin rayas, burbujas ni irregularidades.

Perforación

Si realiza tareas de perforación, con tan sólo 3 cfm a 90 psi y un tubo de media pulgada podría tener en funcionamiento un taladro neumático. A diferencia de los taladros manuales, el equivalente neumático puede perforar agujeros en las maderas y superficies más duras en una fracción de segundo. Tanto si necesita crear seis como 12 orificios uniformes para el montaje, entre 3 y 6 cfm le proporcionarán potencia suficiente para completar la tarea en menos de un minuto, independientemente de la longitud de la tubería.

Engrase

Si realiza trabajos de mantenimiento y reparación de automóviles, una engrasadora neumática puede facilitarle una de las tareas más sucias pero necesarias del mantenimiento del motor. Con tan sólo 4 cfm a 90 psi y un tubo de media pulgada, puede utilizar una pistola engrasadora neumática para lubricar de forma limpia y uniforme todas las piezas metálicas móviles de los motores de coches, furgonetas, camiones y todoterrenos.

Dando forma a

Si trabaja con metales o repara automóviles, una amoladora angular neumática es la herramienta ideal para aplicaciones como cortar y pulir. Dependiendo de la superficie de que se trate, puede incluso utilizar la herramienta para lijar superficies y pulir bordes. Una amoladora angular estándar requiere entre 5 y 8 cfm, lo que exige un diámetro de tubería de media pulgada en cualquier longitud.

Clavado

Para los tipos de aplicaciones neumáticas que se necesitan en trabajos de renovación, una de las herramientas más prácticas es una clavadora neumática. Siempre que dispongas de al menos 0,3 cfm procedentes de tu compresor de aire y un tubo de media pulgada para conectar la herramienta, podrás clavar tablas y estanterías en cuestión de segundos, en lugar de los minutos que tardarías con un martillo.

Clavar la estructura de una casa es muy diferente a clavar la parte trasera de un cajón. Para la primera tarea, podría tener varios clavos fijados en su lugar en cuestión de segundos con una clavadora neumática, que puede funcionar con tan sólo 2,2 cfm y un tubo de media pulgada. Una clavadora de bastidor funciona de forma similar a una pistola, ya que se carga la clavadora con un cartucho de clavos. En lugar de clavar un clavo cada vez, se dirige la clavadora a lo largo de puntos específicos arriba y abajo de una tabla determinada y, en cuestión de segundos, se puede clavar en 12 puntos diferentes.

Corte y aserrado

Algunas de las aplicaciones metalúrgicas más intensivas requieren herramientas que funcionen con mayores volúmenes de potencia neumática. Una de estas herramientas es el cortador neumático de metal, que puede utilizarse para cortar paneles de metal más gruesos como si fueran de papel. Una cortadora de metal neumática puede realizar este trabajo con tan sólo 4 cfm a 90 psi y un tubo de media pulgada.

Otra tarea que requiere un gran esfuerzo manual es serrar, que puede ser una tarea físicamente agotadora si se hace a la antigua usanza. Afortunadamente, la mayor parte del esfuerzo se elimina de la tarea cuando se utiliza una sierra neumática, que puede funcionar con tan sólo 5 cfm a 90 psi con un tubo de media pulgada. A diferencia de las sierras normales, las neumáticas pueden cortar tanto metal como madera.

Pulido y lijado

Antiguamente, una de las aplicaciones manuales más agotadoras en carpintería y acabados era la tarea de lijar superficies. Hoy en día, todo lo que necesita es entre 11 y 13 cfm a 90 psi y un tubo de media pulgada para hacer funcionar una lijadora neumática, que puede acabar las superficies con un acabado más suave y uniforme que el que podría conseguir haciendo las cosas a la antigua usanza.

Los materiales duros requieren herramientas de gran potencia, pero sólo se necesitan entre 4 y 6 cfm a 90 psi para pulir metal, roca y madera cuando se dispone de una mini amoladora de troqueles. Con la herramienta en la mano, puede pulir al instante accesorios metálicos, monedas y antigüedades con un acabado brillante y pulido. Incluso puede utilizar una amoladora de troqueles para tallar y estarcir materiales duros con el máximo rendimiento de un tubo de media pulgada de cualquier longitud.

Metalistería

Una de las aplicaciones neumáticas más exigentes es la metalurgia, que puede realizar con herramientas neumáticas manipuladas siempre que disponga de suficiente potencia y velocidad de aire para impulsar sus operaciones. Con tan sólo 3 cfm a 90 psi y un tubo de media pulgada, podría activar un cincel neumático y utilizarlo para rebanar chapas metálicas y también para tallar formas en madera, roca y otros materiales duros.

Si realiza trabajos más minuciosos con metales, una de las herramientas más prácticas de su arsenal podría ser una mordaza neumática para metales, que puede utilizar con 4 cfm a 90 psi y un tubo de media pulgada. Con una cortadora neumática, puede dar forma a chapas metálicas y convertirlas en accesorios, marcos, adornos y colgantes de pared. Una cortadora neumática puede cortar el metal como unas tijeras el papel.

Para algunas de las aplicaciones más exigentes en metalistería, necesitará una cizalla neumática. Una cizalla necesitará entre 8 y 16 cfm a 90 psi a través de una tubería de media pulgada. Si la tubería tiene más de 100 pies de longitud, necesitará una tubería de 3/4 de pulgada para adaptarse a la presión y velocidad de las aplicaciones que superan los 15 cfm. Con esa potencia, la cizalla le permitirá realizar numerosos cortes por minuto a través de gruesos calibres de chapa y aluminio para mobiliario y electrodomésticos.

Desatornillar tornillos y pernos

Algunas de las tareas más obstinadas implican tornillos atascados que se niegan a soltarse con movimientos inversos y herramientas normales. En los motores de automóviles, por ejemplo, a veces se encuentran tornillos que se niegan a soltarse por mucho que se intente. Sin embargo, con una llave de tubo neumática, sólo se necesitan entre 2,5 y 5 cfm a 90 psi y un tubo de media pulgada para aflojar los pernos de los puntos más difíciles.

Tanto si trabaja en coches como en electrodomésticos, una de las herramientas más potentes que puede tener a su disposición es una llave neumática, que puede utilizarse para atornillar y desatornillar fijaciones en algunos de los lugares más difíciles de alcanzar. Incluso si un elemento de fijación se ha oxidado y no se ha soltado en décadas, una llave neumática suele desatornillar el tornillo en cuestión de segundos, todo ello con entre 2,5 y 10 cfm a 90 psi con un tubo de media pulgada.

Obtenga el tamaño de tubería correcto de Quincy Compressor

Independientemente de la aplicación de que se trate, es importante saber qué tamaño de tuberías necesita su sistema de aire comprimido para satisfacer unas exigencias determinadas. Tanto si trabaja en un taller como si dirige una planta de prensado, es fundamental disponer de un compresor que pueda alimentar todas sus herramientas y también de las tuberías adecuadas para facilitar la presión y la velocidad del aire.

Durante casi un siglo, Quincy Compressor ha sido el principal innovador en tecnología de aire comprimido. Muchos de los muebles y automóviles que usted ve día a día han sido ensamblados con herramientas neumáticas accionadas por compresores vendidos en el catálogo Quincy. Explore nuestras tuberías para crear una red de tuberías de aire comprimido eficiente para sus operaciones, o póngase en contacto con nosotros en línea para saber cómo actualizar su sistema con una configuración de tuberías óptima.

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Última actualización el 13 de octubre de 2023 a las 1:17