Tipos y Cálculo de Redes de Distribución Neumáticas.

Tipos de redes distribución neumáticas.

Una red de distribución neumática es el conjunto de tuberías que conduce el aire comprimido a todos los elementos del sistema o circuito neumático. Esta red tiene su inicio en el acumulador y debe garantizar la presión, a la que esta calibrado el sistema, y la velocidad del aire comprimido a todos los puestos de trabajo. Dentro de la red de distribución se diferencian las siguientes zonas.

Tubería principal: Es la línea que sale del acumulador y conduce todo el aire que consume la planta. Debe tener la mayor sección posible, para evitar perdidas de presión y prever futuras ampliaciones de la red, para que esta pueda soportar aumento de caudal.

Tuberías secundarias: Son tramos de tubería que derivan de la tubería principal, para proporcionar aire comprimido a las tuberías de servicio. Circulará un caudal determinado exclusivamente por los elementos neumáticos a los que proporciona servicio. Se debe prever una sección suficiente para evitar las perdidas de presión y tener en cuenta las futuras ampliaciones.

Tuberías de servicio: Son las que suministran aire comprimido a los equipos neumáticos. Suelen contar en sus extremos con conectores rápidos. No es conveniente que se suministre aire, con una sola tubería de servicio a más de tres equipos. Con el objeto de evitar obstrucciones, no es recomendable instalar tuberías de servicio con diámetros menores de "media pulgada". Son tramos de tubería generalmente cortos, luego las perdidas de presión son baja y la velocidad del aire es alta.       

Las tuberías de la red de distribución deben tener un diámetro que garantice el cumplimiento de estas condiciones (presión y velocidad). En el diseño del tendido de tuberías debe cuidarse, que las tuberías en su recorrido tengan un descenso o inclinación del 1 o 2 %, en el sentido de la corriente del aire comprimido, con el fin de evacuar el agua condensada hacia las zonas de purgado del sistema neumático.

Existen varias configuraciones de una red de aire comprimido:

Red abierta: Se constituye de una sola línea principal de la cual se derivan las secundarias y las de servicio. La principal ventaja de este sistema es la poca inversión inicial. Es importante que el tendido tenga una inclinación en el sentido de la corriente del aire comprimido del 1 o 2%.

Ejemplo.- Red de distribución neumática abierta.

Red cerrada: La línea principal constituye un anillo o circuito cerrado que conduce el aire comprimido, pudiendo el aire pasa en dos direcciones, siendo esta configuración las más comúnmente empleada. La inversión inicial es mayor que si fuera abierta, en cambio esta configuración facilita las operaciones de mantenimiento, ya que se pueden aislar ciertas zonas de la instalación sin afectar a la producción.   

Ejemplo.- Red de distribución neumática cerrada.

Red interconectada: Configuración similar a la cerrada pero con la implantación de "bypass" entre las líneas principales. Ente sistema presenta un excelente predisposición a las operaciones de mantenimiento, pero requiere de un elevado coste de inversión inicial.  

Ejemplo.- Red de distribución neumática interconectada.

Recomendaciones de diseño de una red neumática.

Para diseñar una red neumática se recomiendan las siguiente observaciones:

• Diseñar la red con respecto a la arquitectura del edificio, los puntos de consumo de aire y requerimientos del sistema.
• Diseñar la red lo más rectilínea y corta posible, evitando, si se puede, el empleo de codos, T, cambios de sección, etc., con el fin de disminuir las perdidas de presión.
• La tubería debe ser instalada en superficie, o colgada, preferentemente en la pared o techo. De esta forma se facilitarán la instalación de accesorios, puntos de drenaje, futuras ampliaciones, fácil inspección y accesibilidad para el mantenimiento.
• Las tuberías no deben entrar en contacto, cruzamientos o paralelismos próximos con los cables eléctricos, de esta forma se evitarán accidentes. Pero en caso de imposibilidad técnica de instalación, respetar una cierta distancia o interponer una pantalla aislante entre tubería y cables eléctricos.
• Deberá de tenerse en cuenta cierta libertad de espacio para que la tubería se expanda o se contraiga ante las variaciones de la temperatura. 
• Antes de realizar futuras ampliaciones, se debe cerciorar que la tubería instalada puede soportar esa nueva demanda de caudal. 
• En el diseño se debe tener en cuenta una posible futura ampliación del sistema neumático. Un buen diámetro de tubería principal evita problemas ante una ampliación de la red.
• La línea principal debe tener una leve inclinación, entorno al 1 o 2% en el sentido del flujo del aire para instalar zonas de evacuación de condensados.
• Es conveniente instalar llaves de paso, con el fin de poder aislar sectores de la instalación, en caso de averías, fugas, operaciones de mantenimiento etc.
• En todo cambio brusco de dirección o inclinación se debe ubicar válvulas de evacuación o purgado, ya que son zonas de acumulación de condensados.
• Las conexiones de tuberías de servicio deben hacerse desde la parte superior de la tubería secundaria para evitar el descenso de agua por gravedad hasta los equipos neumáticos y su deterioro asociado.

Procedimiento rápido de cálculo de diámetro de una red neumática.

El diámetro de una tubería no debería elegirse conforme a otros tubos ni de acuerdo con cualquier regla empírica, sino teniendo en cuenta:

• El caudal;
• Longitud de la tubería;
• La pérdida de presión;
• La presión de servicio;
• La cantidad de estrangulaciones de la red, es decir codos, piezas en T, válvulas de cierre, válvulas acodadas y compuertas.

En la practica se utilizan los valores reunidos con la experiencia, aunque con la ayuda de monogramas, que a continuación se verán, se puede definir el diámetro de la tubería de una forma sencilla y rápida en función de los valores anteriormente expuestos.

Para aplicar el procedimiento de cálculo, es mejor verlo con un ejemplo e ir explicándolo sobre la marcha  conforme se vaya resolviendo.

Ejemplo de cálculo de diámetro de una tubería de una red neumática.

Realizar el cálculo del diámetro de una tubería de una red neumática que tiene las siguientes características:
- Consumo de 5m³/min; 
- Tiene una proyección de 200%; 
- Longitud de la red 320 m. 
- Accesorios suplementarios: 6 codos normales, 2 válvulas de cierre, 4 piezas en T;
- Pérdida admisible de presión 0,15 bar;
- Presión de servicio 7 bar.

Resolución:

El consumo actual nos indica que es de 5m³/min. Teniendo en cuenta la proyección de una futura ampliación del 200 %, sería 10 m³/min. Entonces se tiene que el consumo global, contando el consumo actual más el consumo futuro es de 15 m³/min.

Se cambian las unidades de los datos proporcionados a las mismas unidades que se reflejan en la tabla, con el objeto de poder trabajar con ella.

- Se pasa de m³/min a m³/h.
- Se pasa de bar a kPa.

Se tiene que:
- 15 m³ / min * 60 min / 1h = 900 m³ / h
- 0,15 bar = 15 kPa
- 7 bar = 700 kPa

Con los datos proporcionados y con los datos cambiado de unidad trabajamos en el monograma:

Se une la línea A (longitud del tubo = 320 m.) con la B (cantidad de aire aspirado = 15 m³ / h.) y se prolonga el trazo hasta que corte con la línea C (eje 1).

Se une la línea E (presión = 700 kPa.) y la línea G (pérdida de presión = 15 kPa). En la línea F (eje 2) se obtiene una intersección.

Se une los puntos de la intersección de los ejes 1 y 2. Esta línea corta la D (diámetro nominal de la tubería) en un punto que proporciona el diámetro deseado que estamos calculando gráficamente.

Vemos el proceso reflejado en el monograma, entrando con los datos que nos han proporcionado.

Se observa en el monograma que el diámetro nominal de la tubería es de 82 mm.

Hay que tener en cuenta las estrangulaciones intermedias de la red neumática, codo, piezas en T, válvulas de cierre, válvulas acodadas y compuertas. Todos estos elementos suponen un incremento de la longitud de la línea y perdidas de presión del sistema.

Para estimar la longitud supletoria se utiliza el gráfico siguiente. Se entra con el diámetro nominal anteriormente calculado (82 mm), hasta cortar las líneas diagonales correspondiente a cada elemento de estrangulación en estudio. Nos desplazamos hacia la izquierda hasta contar con el eje Y, que nos indica la longitud supletoria. Esa longitud la multiplicamos por el numero de elementos en estudio.

Vemos el ejemplo:

Longitudes supletorias:

• 6 codos normales  x 0,95 m =  5,7 metros.
• 2 válvulas de cierre x 28 m = 56 metros.
• 4 piezas en T x 9 m = 36 metros. 

Longitud total de la tubería = Longitud inicial tubería + longitud supletoria:

• Long. Total Tuberia = 320 m + 5,7 m + 56 m + 36 m = 417,7 m = 418 metros.

Ahora con esta nueva longitud, en la que se tienen en cuenta los elementos de estrangulación del sistema, junto con el consumo de aire, la perdida de presión y la presión de servicio, se determina el diámetro nominal de la tubería, con el procedimiento anteriormente expuesto.

Para que quede el ejemplo lo más explicado posible, lo vemos en la siguiente monograma:

El diámetro definitivo de la tubería a instalar es de 90 mm.

Si lo pasamos a pulgada, donde (1 pulgada =  25,4 mm), se tiene que:

- 90 mm / 25,4 mm = 3,543 pulgadas.

La red neumática se debe realizar con tubos de 4 ", debido a que es el diámetro que se comercializa. Y el tubo de 3 " no es valido por que se nos queda pequeño, para la instalación.