Piérdele el miedo a la neumática II

En esta 2ª parte del post “Piérdele el miedo a la neumática” abordaremos las unidades de presión con abreviaturas extrañas como ATM, MPa o PSI, un verdadero lío pero que tenemos que conocer mínimamente.

A menudo al transferir sobre vinilo o transfer láser, o sobre objetos para sublimación, los fabricantes nos indican que se transfiera a 5 bares de presión, o a 70PSI por ejemplo, o peor aún, nos indican solo que la presión sea media o alta. ¿Cómo traducir esto a la plancha neumática o a la máquina que sea si no se tiene unos conocimientos mínimos de las magnitudes de presión y fuerza?  No se asuste, todo el mundo conduce y conoce lo que representa un Km/hora y no es catedrático de física. Con la neumática pasa exactamente igual.

Como vimos en el anterior post, en la maquinaria de acabado (la que hace el trabajo, no la generadora del aire comprimido) suele haber un componente, el filtro regulador lubricado o FRL cuya misión es filtrar, lubricar y regular la presión del aire comprimido que llega desde el compresor mediante el accionamiento de un tornillo regulador de presión que abre y se cierra el caudal de aire comprimido reduciendo o aumentando la presión de entrada del aire a los valores requeridos por nuestra maquinaria (presión de trabajo).

Para conocer los valores de presión, las máquinas neumáticas disponen de un manómetro que mide la presión de trabajo mediante el desplazamiento de una aguja sobre una escala graduada en determinadas unidades de presión: bares, pascales o en psi (fuerza por pulgada cuadrada). Por lo general, los manómetros llevan dos escalas, en una escala (superior o inferior, depende del modelo) marca los PSI y en la otra los MPa, kPa o Bares, depende.

Manometro

Manometro

Ya sabemos lo principal, regulando un tornillo (abriéndolo o cerrándolo) regularemos la presión de salida de la máquina,  llamada también presión de trabajo, y que los valores regulados se nos muestra en un reloj con una aguja y unas escalas llamado manómetro.

Ya sólo nos queda conocer las magnitudes de la escala del manometro para saber en todo momento de que hablamos, ya que si confundimos magnitudes nos podemos pasar de presión o quedarnos cortos.

MAGNITUDES DE PRESIÓN

Dando un repaso a los libros de Física y Química, leemos que la presión se define como la relación entre la fuerza ejercida sobre la superficie de un cuerpo.

De donde se obtiene:

Fuerza (F) : Ejercida por los cuerpos, normalmente el peso. La unidad de medida en el sistema internacional es el Newton (N).

Superfice (S): De la superficie de contacto de los dos cuerpos. La unidad de medida en el sistema internacional es el m2. Y sus subdivisiones como el cm2.

De aquí obtenemos la fórmula de la presión

P (presión) = F (fuerza en Newton) / S (superficie en m2) = Pa (Pascal)

Aunque la unidad de presión en el Sistema internacional es el Pascal, por ser una unidad muy pequeña no es de uso habitual en el día a día. Las unidades que se usan habitualmente son:

  • Atmoferas o ATM: 1 atm = 101300Pa
  • bar: 1 bar = 100.000 Pa
  • kg-fuerza por cm2: 1kgf/cm2= 98.000 Pa
  • kPa (kilopascal): 10.000 Pa
  • MPa (megapascal) = 10.000.000 Pa
  • PSI (libra de fuerza por pulgada cuadrada) = 6894,76 Pa = 6895kPA

Los Bar

Un bar es una unidad de presión, equivalente a un millón de barias, aproximadamente igual a una atmósfera (0,98692 atm). Su símbolo es «bar». Normalmente la presión atmosférica se da en milibar (mbar), un milibar equivale a 1.000 bar. El uso del bar y el milibar para indicar medidas de presión ha ido disminuyendo desde 1971, fecha en la que el Sistema Internacional adoptó como unidad de presión el pascal (Pa), no obstante podemos ver algunas indicaciones de presión en bar (bares) por lo que debemos saber su equivalencia pasar a otras unidades.

Equivalencias

  • 1 bar = 100.000 pascales = 10 kPa
  • 1 bar = 0,98692 atmósferas 
  • 1 bar = 14,5037744 psi
  • 1 atm =1,01325 bar

Los PSI

Los psi o libra fuerza por pulgada cuadrada (del inglés pounds-force per square inch) es una unidad de presión en el sistema anglosajón de unidades.

Como la mayoría de máquinas, sobre todo americanas y asiáticas utilizan esta escala para medir la presión, nos tenemos que familiarizar con esta unidad anglosajona que aparece en todos los manómetros.

Y como muchas veces nos proporcionaran otras unidades de presión y querremos pasarlas a psi, a continuación mostramos su equivalencia con otras unidades, de tal forma que mediante una sencilla regla de tres nos ayude a conocer la equivalencia en psi.

Equivalencias

  • 1 psi = 6894,76 pascales = 6,895 kPa
  • 1 psi = 0,0689 bar
  • 1 pascal = 0,000145 psi
  • 14,7 psi = 1 atmósfera
  • 14,7 psi = 1,013 Bar
  • 1 kp/cm² = 14,2065 psi
  • 1 psi = 0,070307 kp/cm²
  • 1 psi = 51,71493 mm
  • 1 psi = 2,036 pulg. Hg
  • 1 psi = 0,068 atmósfera

Ejemplos prácticos de conversión

A continuación un ejemplo práctico, según las instrucciones de planchado de un transfer nos indica que la presión de la plancha ha de ser presión alta a 5 bares.

Nuestro manómetro no dispone de escala en bares, sólo en psi y en MPa ¿Cuántos  psi son 5 bares?.

Según la tabla de equivalencia  1 psi = 0,0689 bar, hacemos una regla de 3 sencilla,

  • 1 psi  ->  0,0689 bar
  • X ps  ->  5 bar

De donde obtenemos 5 x 1 / 0,0689 72,57 PSI, redondeando

Si tuviésemos que pasar los 5 bar a MPa, sencillo, 1 bar equivale a  100.000 Pa y  1MPa es igual a 10.000.000Pa.

Lo primero pasar los bar a pascales (pa).

  • 1 bar  ->  100.000Pa
  • 5 bar ->   X pa

De donde obtenemos con la regla de 3 que 5 x 100.000 / 1 = 500.000 pa

Ahora pasamos los pascales (pa) a megapascales (Mpa).

  • 10.000000pa  -> 1 MPa
  • 500.000pa       -> x MPa

De donde obtenemos con la regla de 3 que 500.000 x 1 / 10.000.000 = 0,05MPa

 

Caudal de aire comprimido

Para tener un correcto funcionamiento de los sistemas neumáticos es necesario determinar el consumo de aire o caudal que se requiere para mantener una presión constante en los actuadores neumáticos presentes el sistema.

Cada máquina, requerirá para su correcto funcionamiento, de una determinada cantidad de litros por minuto o metros cúbicos por minuto o por hora de aire comprimido que el comprensor ha de poder satisfacer.

caudal

Esta cantidad de aire comprimido, medida como volumen y suministrada por el compresor por unidad de tiempo es el caudal y se expresa en m3/min, litros/min o m3/h.

En un sistema hidráulico el caudal y la presión son factores independientes, y afectan cada uno de ellos a distintas funciones del mismo (velocidad y fuerza respectivamente).

Para poder determinar el caudal necesario que ha abastecer el compresor, lo primero, en un taller de artes gráficas o de personalizado textil es saber cuántas máquinas van a usar el aire comprimido. Hay que estudiar el consumo de cada una y el grado de simultaneidad que puede darse (frecuencia de uso simultaneo de varias máquinas neumáticas). 

Imaginemos que una plancha de grandes dimensiones que consuma 150 litros/minuto y el conjunto de otras  máquinas suman otros 150 litros /minuto pero no se usan todas al mismo tiempo por lo que suponemos un coeficiente de simultaneidad de 2 (es probable que se usen varias máquinas al tiempo)  el cálculo sería:

150l/min de la máquina de mayor consumo x  2 de coef.  simultenidad = 300l/min

Ya sabemos que necesitamos una instalación (compresor, conductos) capaz de abastecer 300l/minuto. Pero ¿qué posibilidades hay de aumentar el parque de máquinas neumáticas en un futuro? Si piensa que sí, multiplique el caudal calculado por 2 o 3, sobredimensionar una instalación no es excesivamente caro cuando se proyecta, ampliarla requiere deshacernos de la inversión inicial.

La selección del tipo de compresor y su capacidad son parámetros críticos en el diseño de una instalación de aire comprimido. Una acertada elección supone un gran ahorro energético durante el funcionamiento normal de la instalación.

Resumiendo, hay que tener claro la presión de trabajo máxima de la máquina que mayor presión demande y el caudal de aire necesario para abastecer a la maquinaria instalada.

Ahora, ¿cómo determinar la producción de aire comprimido de un compresor sin  que conozcamos el caudal?. A veces ya disponemos de un compresor y no sabemos la cantidad de aire que es capaz de producir por minuto (el caudal).

Un método sencillo es, si ya conocemos la capacidad en litros del depósito o calderín, suele aparecer en una chapa donde entre otros, se nos indica la presión de timbrado o presión máxima de trabajo, el fabricante, la fecha de timbrado, el espesor de la chapa y el volumen.

Si no disponemos de la chapa identificativa, debemos cubicar en litros el calderín.

Para ello, calculamos a grosso modo el volumen del cilindro que forma el depósito, rebuscando en los libros de matemáticas, el volumen del cilindro es

Volumen = Π(pi) *r2 * h 

Imaginemos un depósito de 40cm de diámetro y 1m de largo, el cálculo sería:

3,14159 (pi) * 202  (radio del depósito al cuadrado) *  100cm (longitud) = 125.663,70cm3

Para pasar de cm3 a litros dividimos entre 1000 y nos dará un resultado de 125,66 litros, esto es aproximado porque hemos medido el volumen exterior del depósito, con chapa y todo, también prescindimos de la temperatura del aire, pero nos vale para obtener una aproximación muy real.

Ya sabiendo el volumen del depósito en litros, vaciamos íntegramente el depósito y arrancamos el compresor totalmente vacío cronometrando el tiempo hasta la parada, observamos la presión que marcan los manómetros del depósito y el de salida, han de ser iguales.  A partir de aquí calculamos según la formula siguiente:

Volumen del depósito en litros x presión en bares / tiempo = litro x minuto

 Ej.: presión de parada = 6,078 bares (6 ATM), tiempo= 5 minutos; sería 125 X 6,078 : 5 = 151,95 litros x minuto.

Con estos datos y los datos de consumo de la máquina neumática ya podemos saber si nuestro compresor tiene caudal suficiente para poder alimentarla.

Si al comprar un compresor, los datos del caudal son proporcionados en m3/hora y no sabemos cómo pasarlo a litros /minuto el procedimiento es sencillo, otra vez recurrimos a los libros:

                1 m3/hora a litros/minuto

Primero convertimos los m3 en litros sabiendo que 1 litro equivale a 1dm3 (decímetro cubico) 0,001m3.

Regla de tres.

  • 0,001m3  equivale a 1litro
  • 1 m3   equivale a X litros

1 litro x 1m3 /0,001m3 = 1000 litros / hora

De donde dividimos los 1000 litros entre 60 minutos que tiene una hora y obtenemos 16,666 litros /minuto. (Si no te ves con ánimo, en internet hay convertidores para casi todo).

En Arkiplot no vendemos compresores, ni mangueras, ni realizamos instalaciones de aire comprimido, pero vendemos maquinaria que utilizan el aire comprimido en su accionamiento, planchas y prensaslaminadorasgrapadoras, etc. La idea es acercar las ventajas de la neumática al público. 

 

Artículos y noticias relacionadas: