Eficiencia aerodinámica: el panorama general

Los diseñadores de equipos y máquinas saben que la energía neumática es relativamente ineficiente en comparación con la energía eléctrica. Esto aumenta los costes energéticos operativos cuando se utiliza la neumática. Sin embargo, los sistemas neumáticos siguen siendo populares y se utilizan ampliamente en muchas operaciones industriales.

Esto se debe a que la neumática ofrece un buen valor general y eficiencia al considerar el rendimiento, los costos de instalación y las necesidades de mantenimiento. Los componentes neumáticos son especialmente rentables y fiables como fuente de energía cuando se utilizan como recurso compartido. Esta es la razón por la que la neumática es una fuente de energía importante para aplicaciones industriales, aunque con algunos inconvenientes.

Ineficacia

Algunas estimaciones sugieren que solo del 5 al 10 por ciento de la energía utilizada para generar aire comprimido produce energía útil en equipos y equipos de uso final. El problema es que cada vez que la energía se convierte de una forma a otra, siempre hay una pérdida. Además, hay más pérdidas asociadas con la transmisión de energía y, en el caso de la neumática, puede haber otras pérdidas en forma de fugas de presión de aire en cualquier parte del sistema.

La generación de energía neumática generalmente requiere dos conversiones y luego almacenamiento. En primer lugar, es probable que haya un gran motor eléctrico que convierta la energía eléctrica en energía mecánica. En segundo lugar, un compresor mecánico convierte la energía mecánica en aire comprimido, que se almacena en un tanque receptor para uso posterior. Más conversiones significa más pérdidas.

El aire comprimido como una utilidad en la planta

Las instalaciones de energía tradicionales suministradas a la planta desde fuentes externas incluyen electricidad y gas natural. Además, la mayoría de las instalaciones industriales generan algunos recursos internos como vapor (de gas) y aire comprimido (de electricidad). El aire comprimido se usa tanto en la industria que muchos lo consideran una utilidad generada por las plantas.

La mayoría de las instalaciones industriales transportan aire comprimido por toda la planta, a menudo utilizando tuberías de gran tamaño que van desde 2 pulgadas de diámetro hasta más grandes. Dependiendo del sitio y de cómo esté dispuesto el equipo que usa aire comprimido, puede haber un troncal en el medio de la planta, un bucle alrededor de la planta según sea necesario, o varias combinaciones de troncal y bucle.

El criterio principal para las líneas principales es que proporcionen suficiente aire presurizado para cualquier uso imaginable y, al mismo tiempo, sean de fácil acceso para que se puedan agregar grifos según sea necesario. La mayoría de las líneas principales están relativamente sobredimensionadas porque el costo de hacerlo es relativamente bajo.

Para analizar el suministro y el uso de la energía, puede ser útil comparar la situación con la de un viajero al trabajo. Usando la analogía de las ciudades, tenemos las siguientes comparaciones:

  • Cada usuario de energía (dispositivo, cilindro, motor) es como un viajero.
  • Proporcionar electricidad a los usuarios de energía es un poco como dar un coche a los viajeros y dejar que conduzcan solos al trabajo.
  • Al utilizar cabezales de aire comprimido para proporcionar energía a muchos usuarios de energía ubicados cerca, es como llevar una gran cantidad de pasajeros en un autobús.

Hay muchos tipos de usuarios de energía con diferentes necesidades. La electricidad está disponible en muchas situaciones, a menudo requiriendo motores y cajas de engranajes y mecanismos asociados. El aire comprimido es popular para herramientas, maquinaria, cabinas de pintura y limpieza de piezas, por nombrar algunos.

Así como tiene sentido económico y eficiente que los viajeros tomen el autobús cuando está disponible, también tiene sentido usar energía comprimida para maximizar la energía para los usuarios. La eficiencia aumenta a medida que el sistema de suministro neumático se acerca al 100 % de su capacidad (o se utiliza por completo) y se conectan más equipos.

Para dar cuenta de la utilización eficiente, suponga en la analogía de los desplazamientos que 48 personas viajan 10 millas al trabajo, todas trabajando a poca distancia del punto de llegada. Cada viajero conduce un automóvil personal, con una eficiencia de combustible de 18 mpg para un SUV, 25 mpg para un sedán y 50 mpg para un híbrido. La economía de combustible promedio para la flota es de alrededor de 31 mpg por vehículo.

Haciendo los números, resultó que cada trabajo de propina consume 15.5 galones de gasolina. Si estuvieran compartiendo vehículos con cuatro personas por automóvil, solo necesitarían 12 automóviles y consumirían 3.9 galones por viaje. Yendo un paso más allá, si las 48 personas viajan en un autobús que viaja 3.5 millas por galón, eso es solo 2.9 galones por viaje.

Por supuesto, esto es solo un ejemplo y puede complicarse por otros factores, como si el vehículo funciona con gasolina, diésel y/o electricidad. Todos los que viajan en un automóvil compartido híbrido probablemente lo están haciendo mejor con el uso de combustible. Por supuesto, el mantenimiento de 48 (o incluso solo 12) vehículos podría costar más que un solo autobús, aunque la opción del autobús tendría que tener en cuenta el costo del conductor y otro personal de apoyo.

El punto del ejemplo anterior es que a medida que aumenta la cantidad de personas que viajan en un autobús, también aumenta su eficiencia en términos de consumo de combustible por viajero. Neumático es lo mismo;A medida que más y más dispositivos lo utilizan, se vuelven más rentables.

Instalación simplificada

La sección anterior discutió los costos operativos y los comparó con los costos de combustible del transporte de personas. En el caso de los viajeros, los costos de instalación se pueden comparar con el precio de compra inicial de un automóvil, autobús o incluso una carretera.

Para la mayoría de las situaciones similares, los neumáticos son mucho menos costosos y más simples que los eléctricos. La instalación eléctrica requiere el espacio físico y la capacidad eléctrica de la celda disponible en fábrica, lo que muchas veces es un factor limitante. Los disyuntores también deben dimensionarse e instalarse en el tablero de distribución, los cables se dimensionan para tener en cuenta las caídas de voltaje y se debe tender el conducto.

Todos estos requieren cierto grado de ingeniería, permiso de la autoridad local e incluso una revisión de ingeniería profesional relevante. La instalación en sí puede ser realizada por el personal de la fábrica, o se puede subcontratar a un electricista con licencia para enrutar correctamente los conductos, tirar de los conductores, terminarlos y luego probarlos antes de la instalación. La instalación eléctrica puede implicar rápidamente una gran cantidad de papeleo, costos, tiempo y trámites burocráticos.

Por otro lado, es mucho más sencillo instalar una máquina totalmente neumática. El mantenedor interno solo necesita encontrar el circuito principal o circuito de aire comprimido más cercano y ejecutar una línea lo suficientemente grande como para manejar el flujo adecuado para el nuevo equipo. Haga esto instalando cierres manuales y otros dispositivos básicos de preparación de aire. Se requiere cierta consideración para garantizar una capacidad de aire utilizable adecuada, pero la instalación es simple en comparación con la alimentación de la máquina.

Además, configurar hardware neumático para realizar una tarea cuesta menos que usar un motor eléctrico y el hardware asociado para hacer el mismo trabajo. Los neumáticos a menudo realizan acciones y generan fuerzas que son difíciles de realizar para los dispositivos electrónicos. Los mejores ejemplos son los movimientos lineales, de agarre y de giro angular, que se logran fácilmente con cilindros relativamente livianos que pueden generar mucha fuerza. El movimiento eléctrico puede ser más preciso para la misma tarea, pero generalmente requiere un motor y engranajes de servicio pesado.

Si es necesario reconfigurar o mover la máquina, es necesario repetir casi toda la instalación eléctrica;Mover la conexión neumática es mucho más sencillo.

Mantenimiento simplificado

El personal de mantenimiento es otra ventaja de la tecnología neumática. Es difícil encontrar buenos trabajadores de mantenimiento, y el personal de mantenimiento generalmente tiene fuertes habilidades mecánicas, que son muy adecuadas para la instalación y el mantenimiento de equipos neumáticos. Por otro lado, para muchos sitios es mucho más difícil obtener un electricista con licencia o un ingeniero eléctrico profesional.

Los componentes neumáticos funcionan de manera confiable durante largos períodos de tiempo y son fáciles de reparar o reemplazar. El mantenimiento de los equipos neumáticos es tan simple como revisar periódicamente las máquinas en busca de desgaste, reemplazar los filtros y reemplazar las piezas desgastadas o dañadas.

El mantenimiento del motor requiere herramientas y capacitación más especializadas. A veces, el personal de mantenimiento interno puede solucionar los problemas eléctricos, pero en muchos otros casos, se requiere el proveedor de la máquina o un técnico externo.

La producción ineficiente de aire comprimido es un factor negativo en los costos operativos. Sin embargo, al utilizar completamente la neumática como un recurso compartido y aprovechar las ventajas de la instalación y el mantenimiento, la eficiencia neumática general puede ser rentable y significativa, especialmente en comparación con las alternativas eléctricas.

Los sistemas neumáticos se pueden mejorar operando a presiones no superiores a las requeridas, secando y filtrando adecuadamente el aire para una operación óptima e instalando líneas del tamaño adecuado. Un punto clave de la eficiencia es eliminar cualquier necesidad artificial, lo que significa reparar las fugas.

No hay comida gratis, pero las plantas e instalaciones industriales que optan por hacer funcionar la mayor cantidad de maquinaria posible con un sistema de aire comprimido con el mantenimiento adecuado pueden esperar años de funcionamiento sin problemas.

Kevin Kakascik es ingeniero técnico de marketing automatización directamente .

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