Consumo de aire comprimido para el arranque de la válvula

¿Qué es el consumo de aire comprimido de arranque de una válvula?

En la automatización industrial y en los sistemas de control de fluidos, las válvulas neumáticas son elementos de accionamiento ampliamente utilizados. El consumo de aire comprimido de una válvula se refiere al volumen de aire comprimido que ésta consume en el instante en que cambia desde su estado inicial hasta el estado objetivo, así como durante todo el proceso de operación. Determinar con precisión este dato es de gran importancia para dimensionar adecuadamente la capacidad del compresor de aire, diseñar el diámetro de las tuberías de la red y evaluar el consumo energético del sistema.

Los principales factores que influyen en la cantidad de arranque

El consumo de aire comprimido de una válvula no es un valor fijo, sino que está influenciado por múltiples condiciones de funcionamiento y por diversos factores del equipo:

• Volumen y estructura del cilindro:El volumen de un actuador neumático determina directamente la cantidad básica de aire necesaria para una única operación. Los cilindros de doble efecto consumen aire comprimido tanto en la fase de apertura como en la de cierre, mientras que los cilindros de simple efecto admiten aire únicamente por un lado, y el otro lado se devuelve mediante un resorte.
• Presión laboral:Cuanto mayor es la presión de suministro del sistema, mayor es el volumen estándar de aire comprimido consumido para un mismo volumen.
• Tiempo de acción y frecuencia:Cuanto mayor sea la velocidad de apertura y cierre de la válvula, mayor será el pico de consumo de aire en un instante. Al mismo tiempo, la frecuencia de operación por unidad de tiempo determina el consumo medio de aire del sistema.
• Pérdidas en tuberías y accesorios:El volumen de las tuberías entre la fuente de gas y el actuador de la válvula, las fugas en las conexiones y el consumo de gas del piloto de los accesorios de control también se suman al consumo total de arranque.

Cómo estimar el consumo de aire comprimido en el arranque

En la etapa de diseño ingenieril y de selección de equipos, suele emplearse el método que combina cálculos teóricos con un margen de seguridad para estimar el consumo durante la puesta en marcha:

• Cálculo del consumo teórico de gas:En función del área de la sección transversal del cilindro, de su carrera y de la presión de trabajo, se calcula el volumen teórico de consumo de aire por ciclo. Para un cilindro de doble efecto, es necesario determinar por separado los volúmenes de la cámara sin vástago y de la cámara con vástago.
• Convertido a condiciones estándar:Se convierte el volumen de consumo de gas en condiciones reales de trabajo, mediante la ecuación de estado de los gases, al caudal de aire libre correspondiente a la presión atmosférica estándar, con el fin de homologarlo con el parámetro de caudal de descarga del compresor de aire.
• Considerar el caudal máximo y el caudal medio:El caudal de pico en el momento del arranque se utiliza para verificar el diámetro de las tuberías y la capacidad de paso de la válvula reductora de presión; mientras que el caudal medio, calculado teniendo en cuenta la frecuencia de operación, sirve para evaluar la capacidad de suministro continuo del compresor de aire.
• Aumentar el factor de seguridad:Teniendo en cuenta las fugas en la red de tuberías, las fluctuaciones de presión y la posible ampliación futura del equipamiento, suele aplicarse un factor de seguridad razonable al resultado del cálculo teórico.

Optimización de la cantidad inicial de arranque y recomendaciones de ahorro energético

Para reducir los costos de operación del sistema de aire comprimido, se puede optimizar el consumo de apertura de las válvulas desde los siguientes aspectos:

• Selección adecuada del actuador:Bajo la condición de cumplir con los requisitos de par y tiempo de respuesta, se dará prioridad a los cilindros neumáticos de acción simple con retorno por muelle o a los actuadores de mayor compacidad, con el fin de reducir el consumo básico de aire comprimido.
• Optimización del circuito de control:Se emplean controladores de válvulas inteligentes o dispositivos limitadores de caudal que, al tiempo que garantizan un funcionamiento suave, reducen adecuadamente la presión de mando o limitan el caudal de entrada de aire, evitando un consumo excesivo.
• Fortalecer el mantenimiento de la red de tuberías:Realice inspecciones periódicas de la estanqueidad de las tuberías neumáticas, los racores y los cuerpos de las válvulas, para eliminar completamente los fenómenos de fugas, pérdidas y goteo y reducir la pérdida innecesaria de aire comprimido.
• Introducción del tanque de almacenamiento de gas como amortiguador:La instalación de pequeños tanques de almacenamiento de aire en las proximidades de las zonas donde se agrupan las válvulas permite responder con eficacia a los picos transitorios de consumo de aire que se producen cuando varias válvulas se activan simultáneamente, estabilizando la presión en la red local.