Consiguiendo ahorrar energía en los sistemas neumáticos industriales (2ª PARTE)

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Diseño de ingeniería

Incluso los sistemas sin pérdidas derrochan energía si están mal diseñados. Los ingenieros pueden significativamente impulsar la eficiencia usando los principios de un buen diseño del sistema neumático como bloques para construir una máquina. Por ejemplo, consideremos el impacto de sustituir el cilindro de doble acción de una máquina con un cilindro de acción simple; el ahorro de aire al eliminar el aire al retraer strokes durante la vida de la máquina será sustancial.

Consideremos también el hecho de que los cilindros de acción simple tienen un puerto menos y usan menos tubos. Los puertos de ajuste conectados al tubo son notorios para las pérdidas que surgen. Los costes del componente también se reducen debido a una válvula de estrangulamiento menos por cilindro. Un cambio simple como este puede cortar el consumo de aire comprimido en un 50 % y reducen el punto de pérdidas potenciales alrededor de un 44 %.

Hoy en día, es fácil hacer funcionar actuadores neumáticos con accesorios integrados tales como válvulas y controles de flujo. Con estos dispositivos, el hardware para control y actuación del cilindro descansa directamente en su propio cuerpo, eliminando por tanto el funcionamiento expansivo del tubo desde el controlador al actuador. Esto reduce la probabilidad de pérdidas y caídas de presión innecesarias que degradan el rendimiento de la máquina.

Asimismo, cuando se especifican válvulas individuales, los ingenieros deben optimizar las tasas de caudal de la válvula sin sub o sobredimensionar. Las válvulas sobredimensionadas, por otra parte, no sólo incrementan el aire y el consumo de energía, sino que también añaden innecesariamente costes, tamaño y peso que pueden ralentizar el tiempo de actuación.

El tipo de válvula también tiene importancia. Por ejemplo, especificar una válvula de solenoide de 5/3 tiene una ligera ventaja sobre una válvula de 5/2 para la misma aplicación. El interés no está sólo en los costes del aire a presión. En una 5/3, cuando la válvula conmuta a la posición centrada durante largos periodos de operación, consume menos corriente eléctrica comparada con una válvula 5/2. Conmutar de una válvula múltiple a una válvula autónoma asegura diseños que ahorran espacio y menor número de puertos y accesorios, lo cual significa menos posibilidades de que ocurran grietas.

Cuando se controlan aplicaciones de vacío (una de las mayores fuentes de pérdida de cualquier aplicación neumática, siempre consideramos usar conmutadores de vacío más baratos que cortan el suministro de aire cuando se alcanza el nivel de vacío deseado.

Cuando una maquinaria funciona en ambientes polvorientos, debemos estar seguros al usar aire comprimido. Un montaje filtro-regulador-lubricador (FRL) hace esto fácil. FRLs previene que el polvo entre en el cilindro e interfiera con la lubricación, lo cual está previsto dure durante la vida de trabajo completa del actuador.  Adicionalmente, se mantiene el suministro de presión del sistema bajo control usando un conmutador de presión digital y un regulador. Los cálculos simples, tales como el volumen total del ensamblaje del sistema y tiempo del ciclo, darían un número base para la presión de alimentación necesaria. Debemos estar seguros que el suministro de presión actual está próximo al número de base y no es significativamente más alto. Un buen FRL realiza ambas funciones.

Y como con otros componentes, debemos estar seguros que los filtros son del tamaño correcto y se reemplazan periódicamente, ya que un filtro clogged puede crear una gran caída en la presión de alimentación. Los filtros modernos incorporan indicadores digitales, que suministran una señal eléctrica cuando el filtro está obstruido más allá de los límites aceptables. Estas señales pueden estar vinculadas a un PLC de proceso y disparar un mensaje al operador indicándole que se necesita un control de mantenimiento. Además, estos ensamblajes pueden también incluir un drenaje de humedad que elimina el agua de las líneas de distribución neumáticas y puede operar automáticamente.

Diagnóstico avanzado

El concepto de diagnóstico avanzado de máquinas es una idea relativamente nueva en el campo de la neumática. Promueve una supervisión de las condiciones permanente que ayuda a detectar cambios en los parámetros críticos del proceso y evitar fallos catastróficos. Si ocurre una parada de las máquinas, los diagnósticos avanzados pueden rápidamente analizar la causa del fallo.

Los sistemas de supervisión de condiciones pueden proporcionar información básica indicando el componente exacto a nivel de subsistema que exhibe un modelo de fallo. Hoy en día los sistemas de supervisión de condiciones pueden colectar datos de múltiples sensores de caudal y presión embebidos sobre localizaciones de máquinas distantes vía Ethernet industrial, mostrar datos en tiempo real, crear un umbral en la línea base, y proporcionar información de diagnóstico de todos los dispositivos inteligentes.

A nivel de subsistema, la diagnosis de la máquina puede ser implementada por un sensor de caudal a la entrada del aire del componente.

La ventaja real de tales sistemas es la guía que dan al personal de mantenimiento. Pueden indicar a los técnicos de mantenimiento:

1.       Si hay una alarma por un problema lo identificamos.
2.       El tipo de problema.
3.       Cómo fijarlo.
4.       La secuencia de reparación.

La ventaja real de tales sistemas es que guiarán al personal de mantenimiento.

Los sistemas automatizados que hacen lo indicado anteriormente son necesarios para hacer funcionar equipos y planta de un modo eficiente energéticamente a la vez que transmiten el rendimiento pico. El registro de datos permite a los fabricantes archivar el rendimiento de las máquinas y da la oportunidad de evaluar la vida residual de los equipos.

Implementando un sistema de detección de grietas, gestión del aire, ingeniería de diseño y supervisión.

Software para dimensionar y simulación

Una de las formas altamente recomendadas para seleccionar componentes neumáticos es usar software interactivo, que está disponible de los fabricantes principales. Las herramientas de selección de productos, por ejemplo de Festo, permiten encontrar los productos más convenientes para una aplicación: actuadores neumáticos, unidades de preparación de aire comprimido, pinzas, amortiguadores, mesas de indexación rotatorias. También el fabricante proporciona calculadores para determinar el consumo de aire de los cilindros y el momento de inercia de las masas.

Este software ayuda a los ingenieros a dimensionar componentes y a hacer simulaciones para ensayar los parámetros de operación.

Bibliografía:

·         Getting energy savings from pneumatic systems. Machine Design August 9, 2012

Palabras clave

Ultrasonic leak detector, filter-regulator-lubricator (FRL) assembly, flow sensor