Mejorar la eficiencia aerodinámica

Reducir el consumo de energía es una prioridad principal para la mayoría de las plantas de fabricación e instalaciones industriales, ya que ninguna empresa puede permitirse el lujo de desperdiciar dinero con máquinas y procesos que desperdician energía. Dado que los sistemas neumáticos son omnipresentes en todo el proceso de fabricación y representan una parte significativa de los costos eléctricos de una planta, su operación eficiente es extremadamente importante.

Desafortunadamente, muchos usuarios creen que los sistemas neumáticos son inherentemente ineficientes y, por lo tanto, pasan por alto las oportunidades de ahorro de energía. Además, algunos fabricantes de equipos industriales y robótica tienden a centrarse en garantizar que los sistemas neumáticos realicen su función prevista, ignorando los esfuerzos para reducir los costos operativos en el proceso. En cambio, estos OEM deben reconocer que los operadores de plantas se están enfocando cada vez más en el costo total de propiedad (TCO), del cual los costos de energía son un componente importante. Estos clientes saben que el uso de energía puede representar hasta el 75 % del TCO de máquinas y robots, y quieren que los proveedores los ayuden a reducir costos.

El antiguo modelo de negocio que solo se preocupaba por el rendimiento y no por la eficiencia está muriendo. A la larga, los OEM que hacen que la eficiencia energética sea parte del rendimiento general de sus sistemas neumáticos tendrán más éxito que aquellos que ignoran el TCO.

Afortunadamente, tanto los OEM como los usuarios pueden mejorar la eficiencia energética de los sistemas neumáticos, con estrategias que van desde mejores decisiones de ingeniería en la etapa de diseño hasta la puesta a punto y el mantenimiento de los sistemas existentes.

Según el Departamento de Energía de EE. UU., los fabricantes gastan más de $5 mil millones al año en energía en sistemas de aire comprimido. Al optimizar estos sistemas, las empresas pueden reducir el consumo de energía de aire comprimido entre un 20 y un 35 por ciento.(DOE brinda orientación sobre cómo determinar el costo del aire comprimido para una planta, así como consejos sobre cómo reducir el consumo de energía del compresor. Visite www.energystar.gov/buildings/sites/default/uploads/tools/compressed_air1.pdf para obtener más información .)

Componentes del tamaño correcto

El dimensionamiento adecuado de los componentes del sistema neumático puede ayudar a reducir los costos de varias maneras, ya que cada componente afecta al resto del sistema. Por ejemplo, las válvulas de control de tamaño más pequeño inicialmente pueden ser menos costosas que las unidades más grandes del tamaño correcto, pero requieren que el compresor de aire trabaje más para proporcionar la presión adecuada al actuador.

Por otro lado, aunque se requiere algo de sobredimensionamiento para compensar las fluctuaciones de presión y las pérdidas de aire, los componentes sobredimensionados son una de las mayores pérdidas de energía en un sistema neumático. Si el ingeniero acaba de sobredimensionar de 2 pulgadas a 3 pulgadas. En el caso de un cilindro, la cantidad de aire requerida será más del doble. El dimensionamiento adecuado de un cilindro puede reducir su consumo de aire en al menos un 15 %, lo que es aún más pronunciado en sistemas con muchos cilindros que se someten a ciclos miles de veces durante su vida útil.

En general, la mayoría de las cargas y velocidades requieren solo un 25 % de capacidad adicional para funcionar correctamente. Si bien muchos cálculos y consideraciones involucran componentes del tamaño adecuado (como si rodar o levantar una carga), los paquetes de software, las calculadoras en línea e incluso las aplicaciones de iPhone pueden ayudar con los cálculos. Al dedicar un poco más de tiempo a la fase de diseño, los OEM pueden ahorrar mucha energía para sus clientes.

Los componentes neumáticos del tamaño adecuado no solo mejoran la satisfacción del cliente, sino que también permiten que los OEM reduzcan sus propios gastos. Los componentes más grandes y pesados ​​consumen más energía y crean una huella más grande, lo que no les gusta a los fabricantes y tienen costos iniciales más altos.

optimizar la presión

Cuando el aire comprimido fluye a través de un circuito clásico, la presión del aire cae debido a los cambios en la demanda, la resistencia del flujo de la línea y la válvula, y otros factores. Pero muchas de estas pérdidas se deben simplemente a que la distancia entre el compresor o el punto de suministro y el actuador es más larga de lo necesario.

Los diseños que utilizan la tubería más corta posible pueden reducir el consumo de energía y el tiempo de ciclo. Por lo general, la longitud de la tubería entre la válvula de control y el cilindro debe ser inferior a 10 pies. Las longitudes más largas requieren más presión, por lo que la fuerza, la velocidad y las capacidades de posicionamiento no se ven comprometidas.

Otra forma de eliminar el consumo innecesario es asegurarse de que el ejecutor solo use la presión necesaria para realizar la tarea. A veces, los operadores en la planta aumentan la presión de suministro porque creen que mejorará el rendimiento. Sin embargo, todo esto es un desperdicio de energía y dinero. La instalación de un sensor que monitorea la presión y el mantenimiento de un regulador de presión configurado correctamente puede mantener la presión dentro de los parámetros mínimos y máximos.

Muchos ingenieros también diseñan sistemas que proporcionan al actuador más presión de la necesaria. Los reguladores que controlan la presión de los cilindros individuales mejorarán la eficiencia energética, ahorrando hasta un 40 % en muchos casos.

Lo mismo es cierto para toda la máquina. Los OEM a menudo diseñan equipos estándar para acomodar a los usuarios que requieren la máxima fuerza. La adición de reguladores de presión permite a los fabricantes de equipos originales dimensionar los componentes con mayor precisión sin dejar de cumplir una serie de requisitos de rendimiento.

No subestimes el regreso

Otra forma de ahorrar energía es proporcionar la presión correcta para la carrera de retorno del actuador. La mayoría de las aplicaciones mueven la carga en una sola dirección. Sin embargo, muchas máquinas utilizan la misma presión en las carreras de trabajo y retorno.

Por ejemplo, un sistema de manejo de materiales que empuja cajas de una cinta transportadora a otra requiere solo una gran fuerza de cilindro en una dirección. La carrera de trabajo puede requerir 100 psi para mover una caja, pero la carrera de retorno de baja fuerza solo requiere 10 psi. Usar la misma presión en ambas direcciones desperdicia energía. La reducción de la presión de retorno ahorra un 90 % del volumen de aire comprimido. Debido a que esto ahorra aire comprimido, se puede ahorrar mucha energía durante los miles de ciclos que realizan la acción.

Otro beneficio importante y que a menudo se pasa por alto de regular la presión del aire al nivel mínimo requerido: reduce el desgaste de los componentes neumáticos y relacionados. No sobrepresurizar la carrera de retracción reduce la vibración y los impactos en la máquina. Además, agregar una válvula de escape rápido puede reducir el tiempo del ciclo, ya que la tasa de escape en la carrera de retorno afecta la velocidad del cilindro.

Los procesos con carreras cortas pueden usar un cilindro de retorno por resorte de acción simple. Una válvula de control entrega aire comprimido al cilindro para la parte de trabajo de la carrera y luego expulsa ese aire. En la carrera de retorno, el resorte o, a veces, solo el peso del mecanismo, devuelve el cilindro a la posición inicial.

Un caso típico en el que un cilindro de retorno por resorte de simple efecto puede reducir los requisitos de energía es el de las prensas. En este tipo de aplicación, un cilindro empuja dos partes juntas, como un cojinete dentro de una carcasa o un tapón dentro de un orificio. Este trabajo requiere mucha fuerza para unir las partes, pero muy poca fuerza para retraerlas. Esto lo hace ideal para ahorrar energía al minimizar el consumo de aire de retorno.

apágalo

Apagar la máquina cuando no está funcionando parece una forma obvia de ahorrar energía. Aunque algunos elementos del sistema, como los cojinetes de aire, pueden requerir presión incluso cuando la máquina está apagada, el flujo de aire comprimido requerido suele ser mucho menor que durante el funcionamiento normal.

Sin embargo, muchas instalaciones no cuentan con un método automático para reducir o detener el flujo de aire a las máquinas inactivas. La reducción de personal a menudo significa que los fabricantes ya no pueden enviar personal de mantenimiento para apagar manualmente el aire en máquinas específicas. En estos casos, los controles automáticos de reducción de aire reducirán la presión del aire o, en su caso, apagarán la máquina por completo cuando no esté en funcionamiento, en lugar de amortizarse en un corto período de tiempo.

Minimice las fugas

Las fugas son comunes y costosas en los sistemas neumáticos. Las estadísticas del Departamento de Energía de EE. UU. muestran que, en promedio, las plantas de fabricación pierden del 30 al 35 por ciento de su aire comprimido debido a fugas. La buena noticia es que muchas fugas se pueden prevenir o reparar.

Hay muchos puntos entre el compresor y la carga donde se pueden reparar las fugas, las válvulas y los sellos son dos áreas importantes para mejorar. Los sellos deteriorados y algunos diseños de válvulas, como las válvulas de carrete de solapa con sellos de metal, tienen fugas internas inherentes que persisten mientras se suministre aire a la válvula. Cambiar a válvulas de sellado suave puede reducir significativamente esta fuga.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que el consumo de aire del carrete fresado y la válvula de manguito de metal no cambia durante el funcionamiento. Por otro lado, los sellos blandos producen cientos de veces más fugas que las válvulas de manguito y carrete superpuestas durante los cruces abiertos a medida que la válvula se mueve. Por lo tanto, elegir el tipo correcto de válvula para la aplicación puede minimizar las fugas de aire.

También es importante considerar las condiciones ambientales como la temperatura y la humedad, así como el tipo o la falta de lubricación, ya que pueden afectar la tasa de fuga del sello. En algunos casos, un sello resistente al frío y relativamente costoso como Viton, Teflón o poliuretano puede ser la mejor opción.

Aproximación del sistema

Los sistemas neumáticos no son tan simples como parecían al principio. El concepto de ingeniería de accionar válvulas y mover cargas con aire es muy simple, pero hay muchas variables involucradas en la optimización del diseño y mantenimiento del sistema neumático.

Si bien las condiciones de operación y la selección de componentes son factores importantes en las ineficiencias generales de estos circuitos, los sistemas neumáticos se pueden mejorar mucho al implementar los conceptos discutidos aquí. Los OEM juegan un papel importante, ya que la mayoría de las ineficiencias energéticas en los sistemas neumáticos pueden remediarse a nivel de diseño. Los usuarios de las máquinas también juegan un papel fundamental, ya que son responsables del funcionamiento y mantenimiento general de los sistemas neumáticos de la planta.

En el mundo actual, los usuarios son más conscientes de cómo el consumo de energía afecta sus resultados. Por lo tanto, los OEM deben considerar el TCO del cliente, no solo el costo inicial.

Para obtener más información, comuníquese con AutomationDirect al (800) 633-0405 o visite www.automationdirect.com .

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