Por Roy Schep, responsable de eficiencia energética, SMC Holanda
Los fabricantes de maquinaria diseñan habitualmente las máquinas y los equipos neumáticos para trabajar a una presión de 7 bar. Sin embargo, sabemos por experiencia que los usuarios pueden reducir sus costes energéticos, en algunos casos, hasta un 50% reduciendo esta presión a 4 bar. Para conseguir este resultado un número cada vez mayor de fabricantes contacta con nuestro equipo de expertos con el fin de impulsar la eficiencia energética de los usuarios.
Este cambio, a una presión de funcionamiento estándar de 4 bar, es ya una realidad en algunas grandes plantas de fabricación. Aunque todavía no se ha adoptado de forma generalizada creemos que será una práctica habitual en un futuro próximo. Sobre todo, a medida que se endurezcan las normativas y aumente la presión pública para ir hacia una industria más eficiente y sostenible energéticamente.
Con esta perspectiva, los fabricantes deberían comenzar a diseñar sus máquinas para entornos de trabajo a 4 bar porque emprender ahora este cambio puede convertirles en pioneros de la industria, ayudándoles a ganar cuota de mercado, e impulsando significativamente su responsabilidad social corporativa. Aunque al principio esta tarea pudiera parecer desalentadora, trabajar con el socio tecnológico adecuado garantiza un cambio sin sobresaltos.
Aun cuando la mayor parte de los componentes seguirán funcionando a 4 bar, es cierto que deben vigilarse estrechamente para asegurar su funcionamiento correcto.
Actuadores: a la cabeza
Cuando se parte de cero en el diseño de una máquina tiene sentido comenzar por los componentes que hacen el trabajo: los actuadores. Generalmente, estos elementos son los que no pueden rendir al máximo o, en ocasiones, no rendir en absoluto, cuando se utiliza una presion menor.
Existen dos variables clave: la fuerza y la velocidad. Basándonos en nuestra experiencia, los actuadores funcionan a menor presión en la mayoría de las aplicaciones horizontales, porque solo actúan contra el rozamiento que se genera al trasladar una masa. Por tanto, es habitual dimensionarlos para que funcionen a una velocidad determinada.
Sin embargo, en aplicaciones verticales la situación puede ser diferente ya que la presión del cilindro tiene que superar el peso de la carga. Estas aplicaciones tienden a ser más críticas y a exigir consideraciones específicas para garantizar el funcionamiento eficiente de este elemento. La reducción de la presión a 4 bar puede demandar el uso de un cilindro de mayor diámetro para garantizar la fuerza requerida. Si en este caso, el uso de un diámetro mayor es un problema por falta de espacio, nuestros multiplicadores de presión, serie VBA, proporcionan el nivel de presión que se precisa en ese punto específico de la aplicación evitando así aumentar la presión de la línea principal. Esto permite utilizar el tamaño del actuador existente.
En cualquier caso, un simple cálculo puede indicar la fuerza teórica del cilindro: F = P x A, donde F es la fuerza en Newtons, P es la presión en bares y A es el área efectiva del émbolo del cilindro en cm2. Como consideración: si trabajar a 4 bar exige un tamaño de actuador mayor, el ahorro en el consumo de aire compensará cualquier coste adicional.
Un inconveniente que puede surgir es el del espacio. ¿Qué ocurre si un cilindro con un diámetro mayor no encaja físicamente en el espacio de diseño determinado? En este supuesto SMC, dentro de su amplia gama de componentes, dispone de cilindros más compactos que otros proveedores. Estos elementos cuentan además con una presión de funcionamiento mínima más baja y opciones de ahorro energético.
Otra opción es utilizar una tecnología diferente como un cilindro de doble fuerza. Una vez más, contar con la experiencia de un proveedor de neumática confiable es lo ideal para seleccionar la solución óptima.
Válvulas: toma el control
En realidad, no es la alta o la baja presión lo que controla la velocidad del actuador sino el caudal de aire que recibe. Una vez definido el diámetro del cilindro y la fuerza, es posible seleccionar el tamaño de la válvula. Ofrecemos válvulas direccionales y de proceso, perfectas para su uso a 4 bar, con el menor consumo de energía.
Boquillas, pistolas de soplado y unidades de vacío
Cuando se trata de boquillas de soplado y unidades de vacío, una presión mayor no significa un mayor rendimiento sino todo lo contrario, por lo que un producto como una boquilla de alta eficiencia posee el potencial de ofrecer importantes beneficios. Esta solución maximiza la eficacia del soplado de aire gracias a un impacto de soplado más concentrado. Basándose en el efecto Bernoulli, puede reducir el consumo de aire en un 10%.
Compartimos una aplicación de estos componentes en un cliente que produce detergente líquido. La máquina de desbarbado de botellas de esta empresa tenía instaladas 25 boquillas de aire de un competidor de SMC, con un coste de 22.441 € en consumo anual de aire. Tras un análisis de la aplicación, recomendamos la adopción de nuestras boquillas de alta eficiencia. Estos componentes le proporcionarían el mismo rendimiento de soplado (caudal y fuerza de impacto), pero con un diámetro de boquilla menor, permitiendo así una presión de entrada más baja. Esta reducción del consumo de aire supuso un ahorro de 6.183 € / año, con un ROI de 1,57 meses. La ejecución de este mismo proceso de sustitución en otras seis líneas, trajo consigo un ahorro anual total de 37.098 €.
El firme compromiso de SMC con los 4 bar, se puede apreciar también en las unidades de vacío que funcionan realmente de forma óptima (máxima eficiencia) cuando se utiliza una presión de trabajo baja. A 4 bar, garantizamos la presión de vacío necesaria para sujetar el componente o el producto de forma segura. Más allá de esta presión, el aire (y el dinero) simplemente se desperdicia y la unidad de vacío pierde eficacia. Al aumentar la presión no se obtiene más fuerza o velocidad, sino más ineficiencia.
Regula para optimizar
Como los reguladores manejan la presión en el punto de uso, serán unos colaboradores inestimables en nuestro viaje hacia los 4 bar, ya que pueden utilizarse para reducir, aún más, la presión en los puntos en los que sea posible. Esto podría incluir aplicaciones de soplado de aire o de vacío, dotando a la máquina de una eficiencia energética aún mayor. Todo suma.
Monitoriza la presión
Aunque un presostato no desempeña un papel directo en el concepto de 4 bar, puede resultar beneficioso a largo plazo. Por ejemplo, cuando se diseña una máquina para trabajar a 4 bar es necesario controlar la presión ya que el margen es escaso. En primer lugar, la supervisión de la presión actúa como medida de control para que la máquina reciba los 4 bar que necesita. En segundo lugar, los presostatos pueden controlar el consumo de aire e identificar cualquier pérdida de presión. Las fugas de aire son algo que ninguna máquina puede permitirse, especialmente a 4 bar.
4 bar factory: el futuro
Los fabricantes de maquinaria han de proponer a los usuarios finales que adopten maquinaria que funcione a 4 bar para seguir siendo competitivos. Para ayudar a agilizar un proyecto que implique el diseño de una máquina a esta presión de trabajo, el equipo de expertos de SMC contribuye a que tanto fabricantes como usuarios alcancen el objetivo. Desde la fase inicial del proyecto podemos sugerir y recomendar el tamaño correcto para cada componente neumático garantizando un menor consumo de energía sin comprometer el rendimiento de tu máquina o proceso productivo.
Por supuesto, los proyectos de modernización de máquinas y procesos se beneficiarán también de esta iniciativa.
