Eligiendo el sistema correcto de alimentación de gas

April 24, 2014

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cación en metal puede ser complicado, especialmente si el gas necesita llegar a varios lugares. Si usted está buscando ahorro en costos y ganancias en la productividad, considere instalar cilindros de gas en una ubicación principal y controlarlos con un múltiple básico o con un múltiple conmutador.

Figura 1
Usted debe monitorear los sistemas de conmutación y agregar continuamente nuevos cilindros llenos para evitar que las estaciones de trabajo se queden sin gas.

Ya sea en un gran astillero o en un pequeño taller de metalmecánica, los fabricantes en metal usan productos de gas que se suministran y almacenan en cilindros. Desde un cilindro básico a alta presión hasta un tanque de grandes proporciones, el objetivo es tener un sistema que brinde ahorros en costos y le de la capacidad de expansión.

El principal componente de un sistema exitoso de suministro de gas es dimensionarlo para la presión y el flujo correctos. Suministrar gas a una aplicación se ve como una tarea simple—surtir un cilindro de gas y un regulador con un proveedor local, conectarlo y abrirlo.

Si se trata de una aplicación única en la cual la demanda de presión o flujo permanece invariable, entonces es simple. Las cosas se complican cuando la aplicación evoluciona a ubicaciones múltiples o requiere más presión o flujo. Cuando esto ocurre, el sistema de suministro de gas necesitará actualizarse para asegurar su desempeño. Por supuesto, cada punto de uso podría equiparse con un cilindro y regulador reductor de presión, o en caso de un consumo más alto, usted podría pasársela cambiando ma-nualmente cilindros según se requiriera. Sin embargo, esa solución quita tiempo y es costosa. Al instalar cilindros de gas en una ubicación principal y controlarlos con un múltiple básico o múltiple de conmutación, usted no tendrá que preocuparse por cilindros que se quedan sin gas.

Cuatro tipos de cambiadores de gas

Los cambiadores manuales tienen varios cilindros conectados a un múltiple que tiene un regulador reductor de presión en la salida. Luego la presión de salida del regulador se ajusta para alimentar una aplicación o sistema de tubería. Es importante monitorear estos sistemas, y usted debe agregar nuevos cilindros lle-nos para evitar que las estaciones de trabajo se queden sin gas (vea la Figura 1).

Los conmutadores de reserva principales tienen un banco principal de cilindros localizado a la derecha, y un banco de cilindros de reserva ubicado a la izquierda, y cada uno tiene un regulador con un ajuste diferente. Por ejemplo, usted puede ajustar uno a 300 PSI y uno a 200 PSI, con ambos alimentando una línea común. El regulador del primer ci-lindro ajustado a 300 PSI mantiene ce-rrada la salida del regulador de 200 PSI mientras alimenta al sistema de tuberías. Conforme el cilindro principal—ajustado a 300 PSI—se vacía y la presión de alimentación cae abajo del ajuste de 300 PSI, el regulador ajustado a 200 PSI (secundario) se abrirá y empezará a alimentar al sistema. Antes de que los cilindros secundarios se vacíen, usted tendrá que agregar nuevos cilindros al lado primario para continuar el suministro ininterrumpido de gas al sistema.

Los conmutadores semiautomáticos típicamente funcionan por diferencia de presión y son similares a los sistemas de reserva primarios. Pero en éstos, el primer regulador tiene dos ajustes—digamos 300 PSI y 100 PSI—y una perilla o palanca direccional para cambiar el valor, y un segundo regulador ajustado a 200 PSI que se alimenta a una línea común. El regulador del primer cilindro ajustado a 300 PSI mantiene cerrada la salida del regulador a 200 PSI. De nuevo, conforme el primer cilindro se vacía y la presión cae abajo del ajuste de 300 PSI,

el regulador del segundo cilindro ajustado a 200 se abrirá y empezará a alimentar al sistema. Cuando esto ocurre, usted pue-

de girar la perilla o palanca direccional para cambiar el ajuste del primer regula-dor a 100 PSI, y reemplazar el cilindro vacío. Cuando la presión en el segundo cilindro cae abajo de 200 PSI, el regulador a 100 PSI seguirá alimentando al sistema (vea la Figura 2).

Los conmutadores totalmente automáticos funcionan con sensores de presión que monitorean las entradas primaria y secundaria. Cuando la presión de la fuente de entrada llega a un punto de ajuste predeterminado, el sistema cambia automáticamente de primario a secundario (vea la Figura 3).

Ventajas de un suministro de gas continuo

De acuerdo con los estándares industriales, lleva un promedio de 20 a 30 minutos cambiar un cilindro de gas vacío y reemplazarlo por uno lleno. Cuando se multiplica por el número de estaciones de trabajo en un taller, se obtiene una cantidad considerable de tiempo perdido. El otro costo que no se ve es la renta del cilindro que está entre $0.25 y $0.40 por día para cilindros a alta presión y entre $1.50 y $3.00 por día para cilindros de contenido líquido. Combinando va-rios cilindros en un múltiple básico para alimentar una aplicación con gas, usted puede minimizar el tiempo requerido para cambiar cilindros vacíos.

Figura 2
Muy parecidos a los sistemas de reserva primarios, los conmutadores semiautomáticos típicamente funcionan por diferencia de presión. Tienen una perilla o palanca diferencial para cambiar el ajuste.

Sin embargo, un múltiple básico sigue requiriendo monitoreo para asegurar que el proceso no se quede sin gas.

Tiempo para cambio de modo

Dado que el gas escasea en cilindros a alta presión, el siguiente paso en el aho-rro en costos es un cilindro vertical para contenido gaseoso/líquido (VGL) o un cilindro para líquido. Los cilindros para líquido son esencialmente botellas térmicas grandes capaces de alimentar producto gaseoso o líquido a una aplicación.

Los cilindros para líquido están disponibles comúnmente para oxígeno, nitrógeno, argón y dióxido de carbono. El volumen de un cilindro para líquido es igual aproximadamente a 15-20 cilindros a alta presión, y cuesta menos llenar un cilindro para líquido que llenar 20 cilindros a alta presión.

Los cilindros para líquido tienen un puerto para gas y otro para líquido, y un puerto de conexión de venteo. Un circuito de acumulación de presión genera presión y flujo adicional para la aplicación, y un circuito economizador evita que genere gas cuando la demanda es baja. Válvulas de seguridad ajustadas a 230, 350 o 500 PSI aseguran que las presiones internas nunca lleguen al punto en el que el cilindro pudiera romperse o explotar.

Con cilindros estándar para contenido líquido llenos de argón, nitrógeno y oxígeno, la capacidad de acumulación de presión normalmente es de alrededor de 300 SCFH, con un flujo pico de 350 SCFH por periodos cortos.

Para cilindros estándar con CO2 líquido, la capacidad de acumulación de presión típicamente es de alrededor de 100 SCFH, con flujo pico de 150 SCFH por corto tiempo. Si la aplicación demanda más flujo del que puede proporcionar un cilindro, se pueden agregar más cilindros.

Al elegir un sistema de conmutación, recuerde que los conmutadores por diferencia de presión no funcionan eficientemente con cilindros para líquido suministrando el producto. Si la demanda de gas es demasiado alta para que la mantenga un cilindro para líquido, la presión en el cabezal del cilindro caerá abajo del punto de conmutación y creará una condición de vacío falsa o prematura. Además, los conmutadores por diferencia de presión tienden a dejar 15 por ciento o más de producto sin usar. También llega un punto en que la demanda de flujo de gas para una aplicación es tan grande que usar la capacidad de vapo-rización interna de varios cilindros para líquidos ya no resulta práctico.

Sistema de empuje

Una solución es extraer el producto líquido del cilindro para líquido y po-nerlo a través de un vaporizador externo para crear volúmenes mayores de producto gaseoso. Usted puede conectar varios cilindros para líquido a un múltiple criogénico para alimentar un suministro continuo de producto líquido al vaporizador (vea la Figura 4).

Un sistema de empuje usa todo el producto líquido dentro de un cilindro y mantiene presión y flujo constantes hacia el vaporizador y corriente abajo de la aplicación. Con un sistema de empuje, la presión de salida (gas) de un cilindro para líquido separado (impulsor) se usa para sacar el producto líquido del ci-lindro para líquido (esclavo) a través del múltiple criogénico y hacia el vaporizador. Un suministro ininterrumpido de gas puede alimentarse entonces a un mezclador de gas y a un sistema de tubería poniendo un sistema de empuje en cualquiera de los lados de un sistema de conmutación totalmente automático.

Con el sistema de empuje, usted está limitado sólo por la capacidad nominal del vaporizador para producir producto gaseoso y por el número de cilindros conectados para alimentar la aplicación.

Figura 3
Un conmutador totalmente automático funciona con sensores de presión que monitorean la entrada primaria y secundaria y cambian automáticamente de la fuente primaria a la secundaria en puntos de ajuste predeterminados.

Sistemas de múltiples y tuberías de una instalación

La manera más rentable de suministrar gas a varias estaciones de trabajo es mediante la instalación de un sistema de tuberías que se conecta a un múltiple de cilindros, a un sistema de conmutación, o a un tanque de gran volumen. De nuevo, la clave aquí es dimensionar el sistema de suministro de gas y las tuberías para la presión y flujo total combinados requeridos en todos los puntos de uso. Esto es necesario para evitar dejar sin alimentación a alguno de los puntos de uso corriente abajo.

Al dimensionar el sistema de tuberías es importante usar el tamaño correcto de tubo de cédula gruesa o delgada para asegurar que la presión y el flujo de gas no se restrinjan. Es importante considerar la expansión futura del sistema de tuberías antes de seleccionar el tamaño de la tubería. Dado que la diferencia en el costo del material es mínima, es buena idea pecar de precavido y usar un tamaño más grande de tubo de cédula gruesa o delgada.

Los dos tipos de sistemas de tubería son de extremo ciego y en circuito. Con un sistema de extremo ciego, la tubería empieza en el múltiple del cilindro y acaba en la última caída o punto de uso. Con un sistema en circuito, el gas siempre puede viajar en dos direcciones hacia el último punto de uso. Usando el tamaño de tubo correcto y conectando el sistema de tubería de gas, usted puede asegurar que ninguno de los puntos de uso se vea afectado si hay una gran demanda de flujo en un punto.

Figura 4
Un sistema de empuje usa todo el producto líquido de un cilindro y mantiene una presión y flujo constantes.



John Karpus

Application Specialist
CONCOA (Controls Corporation of America)
1501 Harpers Road
Virginia Beach, VA 23454
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Phone: 800-225-01473

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