Reducción del consumo de aire comprimido en aplicaciones de secado y purga
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Nov. 22
Probablemente no dediques mucho tiempo a pensar en todas las aplicaciones de tu planta que requieren aire comprimido. Sin embargo, el aire comprimido es un servicio costoso que puede suponer fácilmente un tercio del consumo eléctrico total de una planta. Aun así, el aire comprimido suele considerarse un coste fijo y se pasa por alto a la hora de plantearse mejoras en los procesos. Si ese es el caso en su planta, quizá sea el momento de replantearse ese enfoque. Podría ahorrar decenas de miles o incluso cientos de miles de dólares al año reduciendo significativamente el consumo de aire comprimido en sus operaciones de secado y soplado.
Además de reducir drásticamente el consumo de aire, introducir algunos cambios puede tener otros efectos positivos:
• Reducción del
ruido• Mayor seguridad para los
trabajadores• Secado y soplado más precisos y repetibles
Entonces, ¿qué tipo de cambios debería plantearse? Si utiliza tuberías abiertas, con orificios perforados o con ranuras para el secado y el soplado, debería plantearse sin duda el uso de boquillas de aire o sistemas de cuchillas de aire
. Aunque los sistemas de tuberías abiertas son rápidos, fáciles y económicos de fabricar, las desventajas de su uso son numerosas:
• Consumo muy elevado de aire y electricidad.
• Ruido elevado: el cumplimiento de los requisitos de nivel de ruido puede suponer un problema.
• La seguridad de los trabajadores puede verse comprometida. El elevado nivel de ruido puede provocar pérdida auditiva y pueden producirse lesiones si un trabajador bloquea accidentalmente la abertura del tubo.
Los sistemas de cuchillas de aire accionados por sopladores pueden reducir los costes operativos en un 95 % o más
Algunas operaciones de secado y soplado se adaptan muy bien al uso de sopladores regenerativos y cuchillas de aire. El uso de aire de soplador en lugar de aire comprimido puede suponer un ahorro significativo y aportar miles de dólares anuales a los resultados finales. Además de la reducción de costes, los sistemas de cuchillas de aire con soplador ofrecen:
• Aire limpio y calentado.
• Bajo nivel de ruido de funcionamiento: no se requieren recintos insonorizados.
• Fácil instalación y manejo.
En general, las siguientes aplicaciones son buenas candidatas para los sistemas de cuchillas de aire y sopladores:
• Se requiere velocidad en lugar de impacto.
• El aceite presente en el aire comprimido está causando problemas de calidad.
• Áreas de aplicación amplias: más de 60 cm.
• Se necesita aire calentado.
• Las cuchillas de aire pueden colocarse cerca de la superficie de destino: a 10 cm o menos.
Las mejoras en rendimiento y eficiencia dependen de los componentes individuales utilizados en el sistema
o paquete de cuchillas de aire/sopladores. Hay muchos factores a tener en cuenta, como la longitud de la cuchilla de aire, el tamaño de la ranura de aire, la potencia del soplador y una amplia gama de componentes complementarios.
Integridad del flujo de aire: un requisito imprescindible en las cuchillas de aire
La mayoría de las cuchillas de aire presentan un diseño estilizado para facilitar su instalación en una amplia variedad de entornos de fabricación. Sin embargo, ahí es donde suelen terminar las similitudes de diseño. Algunas cuchillas de aire cuentan con un diseño de borde delantero saliente que dirige el flujo de aire fuera de la cuchilla en una corriente recta, produciendo una corriente de aire que conserva mejor su integridad que otras cuchillas de aire. Este diseño también aprovecha el efecto Coanda y el arrastre de aire para generar de forma económica una corriente de aire uniforme y constante.
El diseño de borde prolongado mejora la arrastre de aire y garantiza la integridad del chorro de aire.
El efecto Coanda hace que el aire suministrado se adhiera a la superficie de la cuchilla de aire y ayuda a mantener la integridad del chorro de aire más adelante en el recorrido. Este efecto también crea unas condiciones propicias para arrastrar aire ambiente y aumentar así el volumen total de aire.
El resultado de este diseño de borde delantero es una corriente de aire uniforme, de gran volumen y constante a lo largo de toda la longitud de la cuchilla. Se eliminan los problemas de manchas y irregularidades asociados a muchas cuchillas de aire. Otra ventaja del diseño del borde de ataque es que proporciona una guía visual para posicionar la corriente de aire, indicando la dirección del flujo. Esto permite colocar fácilmente la cuchilla para garantizar la máxima cobertura del objetivo.
Un poco sobre los sopladores
Al igual que las cuchillas de aire, existen diferentes tipos de sopladores. Los requisitos de rendimiento y mantenimiento pueden variar considerablemente, por lo que es importante investigar cuidadosamente las alternativas. A menudo se recomiendan los sopladores regenerativos para alimentar las cuchillas de aire por las siguientes razones:
• Mantenimiento mínimo
: a diferencia de otros tipos de sopladores, los sopladores regenerativos son robustos, fiables y requieren un mantenimiento mínimo y poco frecuente.
•
Mayor eficiencia operativa: su principio de funcionamiento dinámico recicla una cierta cantidad de aire, lo que permite a los sopladores regenerativos ofrecer un rendimiento comparable al de muchos sopladores multietapa o de desplazamiento positivo.
EL PRINCIPIO REGENERATIVO
En un soplador regenerativo, el espacio de compresión consiste en un anillo circular hueco situado entre las puntas de los álabes del impulsor y las paredes de la carcasa. Durante el funcionamiento, el impulsor giratorio aspira aire desde el orificio de entrada hacia el espacio de compresión y lo desplaza radialmente hacia fuera, hacia la carcasa curvada, mediante la fuerza centrífuga. Esta acción se denomina «regenerativa» porque una cierta cantidad de aire se desliza entre cada pala del impulsor durante la rotación y vuelve a la base de la pala siguiente para ser reacelerada.
Cuchillas de aire de bajo caudal: máxima eficiencia en espacios reducidos
Cuando el espacio es limitado y el proceso no admite ningún aumento de temperatura, las cuchillas de aire de bajo caudal que utilizan aire comprimido son una excelente opción.
Este tipo de cuchilla de aire proporciona un flujo de aire uniforme y a alta velocidad a lo largo de toda la longitud de la cuchilla. El secado y el soplado son rápidos y eficientes, y se utiliza una cantidad mínima de aire. En comparación con un tubo de 8 cm con tres orificios perforados, una cuchilla de aire de bajo caudal de 8 cm consumirá aproximadamente un 92 % menos de aire. Otra característica atractiva de las cuchillas de aire de bajo caudal es el nivel de ruido. En muchas aplicaciones, el ruido es inferior a 70 dB(A), un nivel más bajo que el de muchas opciones de aire comprimido. Diseñadas para espacios reducidos, las cuchillas de aire de bajo caudal suelen montarse cerca del objetivo. La longitud máxima de la cuchilla (o la longitud combinada de todas las cuchillas) está limitada a menos de 60 cm. Las aplicaciones que solo requieren una o dos cuchillas de aire pueden experimentar reducciones significativas en los costes operativos mediante el uso de modelos de bajo caudal.
Entre las
ventajas de las cuchillas de aire de bajo caudal se incluyen:
• Flujo de aire uniforme y de alta velocidad.
• Bajo nivel de ruido.
• Perfil bajo que facilita el montaje.
• Eficientes: consumo mínimo de aire.
Los amplificadores de aire aumentan la intensidad y la eficiencia
Un amplificador de aire variable es otra opción cuando se utiliza aire comprimido. Los amplificadores de aire producen una corriente de aire constante y de alta velocidad para aplicaciones de secado y soplado muy específicas. La eficiencia se maximiza porque, junto con el aire comprimido, se aspira aire libre adicional a través de la unidad.
Los amplificadores de aire variables suelen ofrecer una cobertura de entre 19 y 100 mm a una distancia de 150 mm. Utilizados habitualmente para operaciones de secado puntual, soplado y extracción, los amplificadores de aire variables también son ideales para aplicaciones robóticas.
Entre las ventajas de utilizar amplificadores de aire variables se incluyen:
• Uso extremadamente eficiente del aire comprimido: hasta un 90 % menos que las tuberías abiertas y un 60 % menos que las boquillas de aire.
• Proporciona mayores volúmenes de aire y funciona a presiones más altas que las boquillas de aire,
lo que permite un secado y un soplado rápidos.
• Bajo nivel de ruido.
Boquillas de aire: una mejor orientación
Las boquillas de aire convierten un volumen de aire comprimido a baja presión en un chorro de aire concentrado de alta velocidad dirigido, un abanico plano o una cortina de aire de alto impacto. Ideales para su uso en numerosas aplicaciones, las boquillas de aire están disponibles en una gran variedad de tipos, capacidades, tamaños y materiales.
Las boquillas de 
aire se utilizan ampliamente para mover materiales y para limpiar, secar y enfriar piezas. El alto impacto que proporcionan estas boquillas garantiza un secado y un soplado eficaces incluso en productos redondos o de formas irregulares.
Entre las ventajas que las boquillas de aire aportan a cada operación se incluyen:
• Una reducción significativa del consumo de aire comprimido en comparación con las tuberías abiertas.
• Una reducción de hasta el 60 % en el nivel de ruido percibido, dependiendo de la presión inicial del aire. A 7 bar, por ejemplo, una tubería abierta produciría un nivel de ruido de 98 dB(A),
mientras que una boquilla de aire produciría 85 dB(A), lo que supone una reducción de 13 dB(A) y una reducción del ruido percibido del 60 %.
• Mayor seguridad. El diseño de muchas boquillas de aire evita que el aire quede atrapado en caso de que la boquilla se coloque accidentalmente contra una superficie plana.
• El chorro de aire dirigido que emiten las boquillas puede mejorar la eficacia y la eficiencia del secado y el soplado. Normalmente se consigue un secado más completo, incluso en grietas y hendiduras.
Consideraciones para la selección de boquillas de aire
La mayoría de las operaciones de secado y soplado pueden beneficiarse del uso de boquillas de aire. Sin embargo, antes de seleccionar la boquilla más adecuada para su operación, es necesario comprender los siguientes conceptos.
Nivel sonoro.
La capacidad, la presión del aire y la posición de la boquilla influyen en el ruido
. • Por lo general,
unos caudales y presiones más elevados aumentan los niveles de ruido.
• Las obstrucciones en la trayectoria de la boquilla o la pulverización contra objetos también aumentan los niveles de ruido.
Cobertura efectiva de pulverización.
La cobertura de pulverización es la anchura del patrón de pulverización de una boquilla de aire de abanico plano. La cobertura efectiva de pulverización es la anchura del abanico, que comprende una medida mínima de la fuerza de pulverización. Esta cobertura puede utilizarse como guía para espaciar las boquillas. La cobertura efectiva de pulverización varía según los diferentes tipos de boquillas de aire.
• La cobertura efectiva suele aumentar a medida que aumenta la distancia desde la boquilla.
Fuerza de impacto lineal y específica.
Hay dos tipos de impacto que deben tenerse en cuenta a la hora de seleccionar boquillas de aire: el impacto lineal y el impacto específico máximo.
El impacto lineal indica la fuerza relativa por unidad de distancia a lo largo del ancho de pulverización. Los patrones de pulverización planos presentan una distribución del impacto bastante uniforme a lo largo de la cobertura efectiva de pulverización. La disposición de las boquillas en una barra de pulverización según la cobertura efectiva de pulverización proporcionará un impacto lineal uniforme en toda la superficie objetivo.
El impacto específico máximo es una indicación directa de la intensidad de la pulverización aplicada a una superficie. Proporciona información sobre la fuerza máxima por unidad de superficie, lo que puede utilizarse para comparar la eficacia de la pulverización en diversas condiciones.
• Tanto el impacto lineal como el específico aumentan con la presión.
• A igualdad de caudal, una boquilla con una cobertura más estrecha tendrá un mayor impacto que una con una cobertura más amplia.
Hay muchos otros factores que deben evaluarse durante el proceso de selección:
• Para minimizar el consumo de aire y reducir el ruido, especifique la boquilla de menor caudal.
• Para reducir el ruido causado por el impacto del aire contra el objetivo, aumente la distancia entre la boquilla y el objetivo siempre que sea posible.
• Para reducir el número de boquillas necesarias, colóquelas de manera que barren lateralmente un objetivo en movimiento con un ángulo relativamente poco pronunciado.
• Al crear una cortina de aire, coloque las boquillas a una distancia de hasta 300 mm entre sí.
• Al utilizar boquillas de aire para la limpieza, incline las boquillas entre 15° y 45° para garantizar la eliminación de contaminantes.
Cualquier planta con operaciones de secado o soplado puede beneficiarse de una evaluación para determinar el ahorro potencial y las mejoras en la eficiencia que supondría introducir cambios en sus sistemas. Sin duda, si actualmente se utilizan tuberías abiertas, es posible reducir el consumo de aire comprimido, lo que compensaría rápidamente el coste de cualquier equipo nuevo. Si ya se utilizan boquillas de aire, es recomendable evaluar alternativas como amplificadores de aire variables, cuchillas de aire de bajo caudal o conjuntos de cuchillas de aire y sopladores para comprobar si se pueden conseguir más ahorros.
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