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AIRE COMPRIMIDO Y AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA
Energía de bajo costo, limpia y segura

El aire comprimido es ampliamente usado en la industria nacional, que aprovecha sus virtudes para diferentes aplicaciones dentro de sus procesos. En este artículo, cuatro académicos nos explican los principales aspectos sobre estos sistemas, así como sus ventajas y desventajas.

La neumática es el uso de aire comprimido para crear energía para un proceso productivo, dependiendo de la presión que deriva de comprimir el aire dentro de un espacio cerrado. Por lo general, se utiliza un compresor de aire para reducir el volumen de gas, lo que aumenta la presión del aire porque todas las moléculas de aire se compactan. Por medio de válvulas, se puede controlar el flujo de aire, dirigiéndolo hacia un actuador, que a su vez genera una fuerza para impulsar la máquina que lo requiera. En resumen, un sistema neumático utiliza aire comprimido para realizar un trabajo: captura aire, lo transporta por un circuito y lleva a cabo sus movimientos con la energía generada. Hoy en día se encuentran en una gran cantidad de aplicaciones tanto en objetos cotidianos como en el mundo industrial.

Al respecto, Felipe Toledo, docente Electricidad y Automatización Industrial en Duoc UC sede San Joaquín, indica que “en cualquier planta que uno visita puede encontrar una red neumática y un compresor para utilizar ese aire de alguna forma”.

A esto Nelson Gas, Director del Área Automatización y Robótica de INACAP, agrega que “la automatización neumática de procesos industriales es una de las más utilizadas en la actualidad, y la podemos encontrar en todas las áreas, desde una simple vulcanización hasta un proceso totalmente automatizado de line manufacturing. Su versatilidad es tal que cualquier proceso que requiera de automatización puede incorporarla”.

Para Rodolfo Danitz, docente de Ingeniería Civil Industrial de Universidad Santo Tomás, las ventajas competitivas de la automatización neumática frente a otras tecnologías explican esta amplia gama de aplicaciones. “El aire comprimido resulta especialmente adecuado para la automatización de procesos de fabricación continua con altos niveles de automatización. Mucha maquinaria automatizada ha sido diseñada para operar directamente con aire comprimido, por lo que bastará conectar estas máquinas a la línea de aire comprimido de la industria”, sostiene.


Preparación del aire comprimido

Para poder emplearse, el aire comprimido debe cumplir con una serie de condiciones, dependiendo de la aplicación a realizar. A juicio de Gabriel Pérez Méndez, Docente del Área Industrial en el Instituto Profesional CIISA, una recomendación básica es mantener siempre las líneas por donde circula el aire libres de aceite y humedad, ya que deterioran a mediano plazo manifolds y actuadores, entre otros elementos del sistema.

A esto, Toledo, de Duoc UC, añade que “el aire que no ha sido tratado y acondicionado aumenta la probabilidad de fallos, y así disminuye la vida útil de los componentes. Esto se refleja en el desgaste de juntas y piezas móviles de cilindros, por ejemplo”. “La preparación del aire comprimido depende netamente de la norma que se aplique según proceso; no es lo mismo un aire comprimido para la industria minera, en la cual los estándares de filtrado no son tan elevados, como para la industria de alimento, en la que hay una necesidad elevada de cumplir en calidad del aire, ya que en algunos casos este tiene contacto directo con el producto final”, afirma Gas, de INACAP.

“En general, todo el aire comprimido para uso industrial debe primeramente ser secado por métodos frigoríficos, hasta niveles de 2 o 3°C de temperatura de punto de rocío. El aire ambiente contiene importantes cantidades de agua, que pueden producir daños en las líneas de transporte y en los elementos neumáticos”, expresa Danitz, de la Universidad Santo Tomás. “Dependiendo del uso particular del aire comprimido, se pueden realizan secados adicionales de tipo químico (adsorción), pudiendo llegar a temperaturas de punto de rocío muy bajas, que corresponde a un aire extremadamente seco. Así, por ejemplo, cuando se utiliza aire comprimido para el transporte de materiales higroscópicos, se requiere un aire con un nivel de humedad muy bajo”.

Respecto al filtrado, el académico explica que el aire comprimido industrial debe ser sometido a este proceso para eliminar las partículas existentes en el aire ambiente, las que podrían dañar por abrasión algunos componentes neumáticos. “Asimismo, en algunos puntos de uso particulares, el aire comprimido debe ser lubricado, donde se le agregan pequeñas cantidades de aceite para mejorar el funcionamiento de elementos neumáticos móviles”, continúa.


Ventajas y desventajas del aire comprimido

Al referirse a las ventajas del aire comprimido, los entrevistados coinciden en que es fácil de generar, transportar, filtrar y reparar, además de no ser contaminante. En particular, Danitz indica que “el aire comprimido, como vía de automatización, es limpio, no contaminante y de muy bajo riesgo. Por ejemplo, a diferencia de la automatización eléctrica se puede utilizar directamente sin riesgo en zonas explosivas, como las de manejo de combustibles volátiles”.

Por su parte, Toledo agrega que “el aire comprimido es una fuente de energía para herramientas mucho más segura que la energía eléctrica, permitiéndonos, por ejemplo, utilizar herramientas en ambientes húmedos. Su uso presenta un costo barato, pues nos permite con una sola fuente alimentar múltiples dispositivos; además, presenta un mantenimiento mucho más simple y reducido en costos. Por último, el peso de sus componentes también es una ventaja puesto que son más pequeños, por lo que su peso se reduce y son mucho más ergonómicos, como las herramientas neumáticas”.

No obstante, a juicio del académico de Duoc UC, una gran desventaja es que “una herramienta neumática gasta entre 6 a 8 veces más energía para producir la misma salida mecánica que una herramienta eléctrica, y que en la etapa de generación de aire comprimido, la mayor parte de la energía se pierda en forma de calor. En este aspecto, las oportunidades están en optimizar el consumo del suministro de aire comprimido y evitar las pérdidas de presión a toda costa, por esto, instrumentar la red neumática y tener todos esos datos de presión, caudal y potencia, permitirá a un auditor calificado realizar los ajustes para mejorar la operación y capacitar al personal a cargo del sistema”.

“Otra oportunidad que he leído es la implementación de sistemas de control experto en los compresores, asegurándose de que trabaje constantemente para mantener la presión deseada. En este punto también se busca que estos equipos trabajen a la presión exacta que requiere la red, por tanto, si se observa que no hay razón para trabajar a una alta presión, se debe disminuir. Con esto se apreciará una disminución en el consumo de energía”, señala.

Asimismo, trabajar con aire comprimido también tiene algunas “contraindicaciones”. Por ejemplo, Pérez, de CIISA, argumenta que para soluciones que requieran delicadeza y precisión, los servos y actuadores electromecánicos son más adecuados que la automatización neumática. De igual modo, Gas recalca que uno de los principales problemas es la baja preocupación por generar y transportar un aire comprimido adecuado. “Si el filtrado y el traslado se realizan de manera descuidada (algo frecuente), el aire se ensucia con agua e impurezas, lo que puede dañar todo un proceso y/o equipo que dependa netamente de elementos neumáticos”, sostiene.

“La generación de aire comprimido en una planta corresponde a un porcentaje importante del consumo de energía; por esto, las tendencias constructivas de las plantas de aire comprimido apuntan hacia la eficiencia energética”, explica Danitz. “En ese sentido, las plantas de generación de aire comprimido están incorporando sofisticados sistemas de control, que sigan la demanda por aire comprimido de la planta, haciendo más eficiente su producción en términos energéticos”.

Según Gas, otros avances apuntan a la mayor preocupación en la generación, traslado y filtrado del aire comprimido. “También la incorporación de sistema de filtrados automáticos y más robustos, capaces de eliminar el 99% de las impurezas y humedad. Para lograr esto existen sistemas de purga automática, distintas medidas de filtros, separadores de agua y sistemas de secado de aire”, especifica.

Octubre 2021
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