Come calcolare le dimensioni delle tubazioni per l'aria compressa

Un compressore d'aria può ridurre drasticamente il tempo, la coordinazione e la resistenza che sono stati tradizionalmente richiesti per una serie di attività manuali.

Con un compressore d'aria, è possibile collegare strumenti pneumatici all'unità e aspirare aria in pressione per segare, tagliare, tranciare, levigare e per altre numerose applicazioni. Tuttavia, questi sforzi difficilmente sarebbero efficaci senza le tubazioni con le sufficienti dimensioni. Il seguente articolo spiega come determinare le dimensioni del tubo necessarie per un sistema ad aria compressa.

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Come determinare la dimensione corretta del tubo?

Affinché un sistema di aria compressa abbia un flusso d'aria sano, è essenziale ridurre al minimo i livelli di perdita di pressione. Se il sistema è appositamente progettato per prestazioni ad alta potenza, la perdita di pressione dovrebbe essere praticamente inesistente.

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La dimensione del tubo richiesta per un compressore d'aria dipende da due fattori: la distanza dell'applicazione e il volume di aria trasportata al punto finale. Se gli utensili pneumatici sono posizionati a metà della fabbrica, sarà necessario un tubo di dimensioni diverse rispetto a quanto si farebbe per un'applicazione situata a un metro di distanza dal compressore d'aria. Allo stesso modo, il diametro del tubo potrebbe differire se l'applicazione è ad alta intensità, a differenza di bassa intensità.

Qual è il tubo migliore per l'aria compressa?

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Affinché un tubo limiti al minimo la perdita d'aria ha bisogno di un diametro adeguatamente largo per trasportare un volume di flusso specifico attraverso una lunga estensione. Tuttavia, per quello stesso volume, può essere sufficiente un diametro inferiore per percorrere una distanza più breve tra il compressore e il punto di utilizzo.

È necessario quindi definire le dimensioni delle tubazioni alla pressione del compressore e al punto di utilizzo delle applicazioni. Ad esempio, se il sistema gestisce 8 bar, il tubo trasporterà aria con una perdita dell'1%. Allo stesso modo, se il sistema gestisce solo 5 bar, il tubo trasporterà volumi d'aria inferiori con perdite proporzionalmente inferiori.

Può essere difficile determinare la quantità di flusso d'aria che si avrà in ogni braccio di un sistema di distribuzione aereo, questo perché il flusso dipende molto dagli utilizzi finali. Per alcune applicazioni, l'utilizzo dell'aria potrebbe fluire a una velocità normale e uniforme. Questo tende ad essere il caso di grandi sistemi costituiti da varie diramazioni che forniscono aria a macchine e strumenti diversi.

Nei sistemi più piccoli, spesso si verificano flussi ad ondate, specialmente se l'aria viene inviata a numerose applicazioni contemporaneamente. Nei casi in cui l'aria viene inviata a più applicazioni da un compressore d'aria a bassa capacità l'ondata è spesso seguita da un periodo di vuoto di flusso.

Come dimensionare un tubo dell'aria compressa

Nelle applicazioni che richiedono un flusso d’aria stabile, il compressore produrrà un volume d'aria (m3) al minuto in relazione alla sua potenza. Se il compressore ha una potenza elevata, dovrebbe produrre una maggiore capacità, con maggiore volume d'aria al minuto.

Molto spesso, il tubo collegato al compressore d'aria viene selezionato in base al diametro dell'uscita della macchina. Anche se può sembrare intuitivo correlare il diametro delle tubazioni con il diametro di uscita, questo può portare a errori all'interno del sistema, come cadute di pressione e perdite di efficienza.

Ad esempio, su un compressore d'aria più piccolo, l'utente potrebbe scegliere di ridurre i costi posizionando una connessione da 1 pollice su un'unità da 40 HP (30 kW). In questo caso il compressore d'aria, quando attivo, potrebbe sviluppare una caduta di pressione nel tratto di tubo all'interno dell'unità, e solitamente questo non viene notato da quando sottoposto a semplice test.

Scelta del tubo dell'aria compressa di dimensioni adeguate

Secondo alcuni tecnici che lavorano con i compressori d'aria, la velocità dell'aria all'interno di una serie di tubazioni del sistema dovrebbe variare tra i 6 e i 9 m al secondo. In questo modo si limita al minimo qualsiasi caduta di pressione che si potrebbe verificare.

A parità di lunghezza di tubazione, le perdite di carico si possono diminuire utilizzando tubazioni con interno liscio come rame, alluminio o acciaio inossidabile. Con questi materiali, è possibile utilizzare tubi di dimensioni inferiori e una maggiore velocità dell'aria mantenendo comunque una caduta di pressione minima. Tuttavia, se il sistema di tubazioni contiene curve strette di 90 gradi o più, a causa di queste restrizioni potrebbe verificarsi una maggiore perdita di pressione. Se la rete dell'aria compressa è costituita da tubazioni complicate con diverse curve strette, è necessario utilizzare tubi più grandi per ridurre al minimo la velocità dell'aria e quindi le potenziali perdite di pressione.

Come determinare le dimensioni del tubo necessarie?

Per trovare le giuste dimensioni delle tubazioni per l'impianto di aria compressa, è necessario tenere conto della richiesta massima di aria alla pressione operativa minima del sistema. Per determinare con precisione le massime richieste di aria in m3/min del sistema è spesso necessario condurre uno studio.

Si deve considerare lo scenario peggiore che potrebbe verificarsi durante un ciclo di utilizzo momentaneo. Tale uso è generalmente creato dall'immagazzinamento dell'aria al punto di utilizzo. Pertanto, non sarà necessario cambiare i tubi in tutta la struttura solo per verificare le situazioni di uso momentaneo.

Come determinare le dimensioni del tubo necessarie per l'aria compressa

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Qualsiasi ricerca su Google su come calcolare la dimensione corretta del tubo dell'aria compressa farà apparire collegamenti a grafici che mostrano le classificazioni in funzione della capacità di un sistema. Queste classificazioni si basano solitamente sulla pressione (bar) di un sistema e sulla lunghezza dei tubi che collegano la macchina alle sue applicazioni nel punto di utilizzo. Per i raccordi per tubi in alluminio, i diagrammi di flusso correlati a una particolare marca o dimensione saranno inclusi nel prodotto. Il problema è che questi grafici possono essere incoerenti, poiché alcuni si basano su misurazioni del diametro esterno, mentre altri si basano su misurazioni del diametro interno. Per conoscere le dimensioni del tubo necessarie per il compressore d'aria, è necessario conoscere anche la pressione operativa minima per le unità. Questa cifra dovrebbe basarsi sui requisiti minimi specificati dal produttore. Idealmente, il sistema di distribuzione di un compressore d'aria non perde praticamente alcuna pressione tra i punti di connessione delle unità e ciascuna applicazione pneumatica.


Dimensione suggerita del tubo per il flusso di aria compressa

Se il tubo è troppo piccolo, causerà una caduta di pressione  in qualche punto tra il compressore e l'attrezzo pneumatico. Il problema si riduce alla pressione dell'aria, che viene bloccata all'interno di tubi troppo stretti per facilitare il flusso di pressione. Se il tubo non ha un diametro sufficiente per far passare l'aria alla velocità richiesta per l'applicazione in corso, il sistema è costretto a creare una pressione in eccesso all'operazione.

Ad esempio, se si tenta di ottenere 8 bar per l'applicazione al punto di utilizzo, ma per ottenere questo è richiesta una pressione di 8,5 bar dal compressore d'aria, il sistema di tubazione avrà dissipato 0,5 bar solo in perdite per trasportare l'aria all'utensile pneumatico o sulla macchina. D'altra parte, se la tua tubazione fosse ben dimensionata da gestire la pressione richiesta, si potrebbe avere una perdita minore e risparmiare l'energia che altrimenti verrebbe consumata nel solo trasporto dell'aria.

Dimensionamento del tubo dell'aria compressa

Un errore che alcuni utenti fanno è semplicemente supporre che l'energia persa nella sovrapressione dovuta alle perdite nelle tubazioni sia una sicurezza nel caso di utilizzi occasionali di applicazioni ad alta. Il fatto è che sono in gioco le prestazioni e la longevità del tuo sistema di aria compressa. Il prezzo che dovresti pagare per sostituire le tue tubazioni con dimensioni adatte per il tuo impianto potrebbe essere una spesa minima rispetto ai costi che si possono avere su base annuale derivati dallo spreco di energia e le perdite d’aria.

Se desideri avere tubazioni che soddisfino tutte le possibili richieste di pressione, considera il layout del tuo sistema. Anche se potrebbe sembrare utile acquistare i tubi più grandi possibili, questo potrebbe essere uno spreco di denaro per tubazioni eccessive. Invece bisogna considerare il posizionamento di un set adeguato di tubazioni in relazione al compressore e agli utensili pneumatici.

Ad esempio, 150m di tubazioni con una larghezza di un pollice equivarrebbero all'incirca a 70 litri di capacità. Allo stesso modo, la stessa tubazione di 150m con una larghezza di due pollici equivalgono approssimativamente a 290 litri di capacità. Tra i due, guadagneresti 220 litri che potrebbero non essere utili per le tue applicazioni, pagando comunque un prezzo molto più alto nell'impianto. L'unico vero motivo per utilizzare tubi di dimensioni eccessive nel sistema attuale si verifica nel caso in cui si intenda ingrandire le apparecchiature a una dimensione che richiede tali tubi nell’immediato futuro.

Dimensione corretta del tubo dell'aria compressa per applicazioni specifiche

Con un compressore d'aria alternativo o rotativo a vite, è possibile eseguire moltissime attività purché si disponga degli strumenti adeguati e di una connessione ottimale. Per la maggior parte delle applicazioni singole, è necessaria solo una frazione della capacità del compressore d'aria. Fino a tubazioni di lunghezza 30 m, sarà sufficiente un diametro di mezzo pollice per facilitare la velocità e la pressione dell'aria necessarie per le seguenti applicazioni:

  • Pittura;
  • Perforazione;
  • Ingrassaggio;
  • Modellamento;
  • Chiodatura;
  • Taglio e segatura;
  • Lucidatura e segatura;
  • Lavorazione del metallo.
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Pittura

Una tubazione da mezzo pollice flessibile ti permetterà di dipingere alla perfezione qualsiasi superficie con una pistola a spruzzo, che in genere richiede tra 90 e 300 l/min a 6 bar. Con una pistola per verniciatura, puoi dipingere case, veicoli, arredi ed elettrodomestici in una frazione del tempo che impiegherebbe con spazzole, rulli o un pennello. Soprattutto, il lavoro può essere svolto senza striature, bolle e coerenze.

Perforazione

Se si eseguono operazioni di perforazione, solo 90 l/min a 9 bar e un tubo da mezzo pollice sono sufficienti per un trapano pneumatico. A differenza dei trapani manuali, l'equivalente ad aria compressa può praticare fori nel legno e nelle superfici più difficili in una frazione di secondo. Sia che sia necessario creare 6 o 12 fori uniformi ai fini dell'assemblaggio, in qualsiasi punto da 90 a 180 l/min vi darà abbastanza potenza per completare l'attività in meno di un minuto, indipendentemente dalla lunghezza della tubazione.

Ingrassaggio

Se si eseguono lavori di manutenzione e riparazione automatici, un ingrassatore pneumatico può facilitare uno dei lavori più difficili ma necessario nella manutenzione del motore. Con un minimo di 100 l/min a 7 bar e un tubo da mezzo pollice, è possibile utilizzare una pistola ingrassatrice ad aria per lubrificare in modo ordinato e uniforme tutte le parti metalliche in movimento nel motore di auto, furgoni, camion e SUV.

Modellamento

Se lavori con metalli o esegui lavori di riparazione su automobili, una smerigliatrice pneumatica sarebbe lo strumento ideale per applicazioni come il taglio e la lucidatura. A seconda della superficie a portata di mano, è anche possibile utilizzare lo strumento per levigare le superfici e lucidare i bordi. Una smerigliatrice angolare standard richiederà tra 120 e 220 l/min richiedendo un diametro delle tubazioni di mezzo pollice.

Chiodatura

Per i tipi di applicazioni pneumatiche necessarie per i lavori di ristrutturazione, uno degli strumenti più utili è una chiodatrice ad aria. Finché hai almeno 10 l/min provenienti dal tuo compressore d'aria e un tubo da mezzo pollice per collegare lo strumento, puoi inchiodare assi e ripiani in pochi secondi, al contrario dei minuti che ci vorrebbe con un martello.

Inchiodare la struttura di una casa è molto diverso rispetto a inchiodare in posizione il retro di un cassetto. Per il primo compito, potresti avere più chiodi per fissare diverse posizioni in pochi secondi con una chiodatrice a telaio pneumatica, che può funzionare con un minimo di 60 l/min e un tubo da mezzo pollice. Una chiodatrice a telaio funziona in modo simile a una pistola in quanto si carica la chiodatrice con una cartuccia di chiodi. Invece di inchiodare un chiodo alla volta.

Taglio e segatura

Alcune delle applicazioni più intense di lavorazione dei metalli richiedono strumenti che funzionano con volumi più elevati d’aria compressa. Uno di questi strumenti è la cesoia pneumatica per metallo, che può essere utilizzata per tagliare pannelli di metallo più spessi come se fossero carta. Un cutter in metallo ad aria può fare questo lavoro con un minimo di 120 l/min a 7 bar e un tubo da mezzo pollice.

Un altro compito che richiede alti livelli di sforzo manuale è il taglio, che può essere un compito affaticante se fatto alla vecchia maniera. Per fortuna, la maggior parte dello sforzo viene rimosso dall'attività quando si utilizza una sega ad aria, che può funzionare a soli 140 l/min con un tubo da mezzo pollice. A differenza delle normali seghe, le seghe pneumatiche possono tagliare sia il metallo che il legno.

Lucidatura e levigatura

Ai vecchi tempi, una delle applicazioni manuali più estenuanti nella lavorazione del legno e nella finitura era il compito di levigare le superfici. Oggi, tutto ciò di cui hai bisogno èuna capacità di 350 l/min a 7 bar e un tubo da mezzo pollice per azionare una levigatrice ad aria, che può rifinire le superfici con una finitura più liscia e più uniforme di quanto potresti mai fare lavorando con strumenti manuali.

I materiali rigidi richiedono utensili ad alta potenza, ma per lucidare metallo, roccia e legno bastano tra tra i 120 ai 180 l/min a 7 bar quando si dispone di un mini-smerigliatrice. Con lo strumento in mano, puoi lucidare istantaneamente infissi in metallo, monete e oggetti d'antiquariato su una finitura come lucidata e tamponata.

Lavorazioni del metallo

Una delle applicazioni ad aria più esigenti è la carpenteria metallica, che è possibile eseguire con strumenti pneumatici gestiti a condizione che si disponga di potenza e velocità dell'aria sufficienti per alimentare le proprie operazioni. Con solo 100 l/min a 7bar e un tubo da mezzo pollice, è possibile attivare uno scalpello pneumatico e utilizzarlo per tagliare fogli di metallo e anche scolpire forme in legno, roccia e altri materiali rigidi.

Se lavori in modo più approfondito con i metalli, uno degli strumenti più utili nel tuo magazzino potrebbe essere una roditrice pneumatica per metallo, che puoi operare con 120 l/min a 7 bar e un tubo da mezzo pollice. Con una roditrice ad aria, puoi modellare le lamiere, infissi, cornici, ornamenti e arazzi. Una roditrice  pneumatica può tagliare il metallo come le forbici con la carta.

Per alcune delle applicazioni più impegnative nella lavorazione dei metalli, è necessario uno strumento di taglio pneumatico. Una cesoia richiederà dai 250 ai 500 l/min a 7 bar attraverso un tubo da mezzo pollice. Se il tubo supera i 30 m di lunghezza, sarà necessario un tubo da 3/4 di pollice per adattarsi alla pressione e alla velocità delle applicazioni che superano i 420 l/min. Con quella potenza, la cesoia ti consentirà di effettuare numerosi tagli al minuto attraverso spessori di lamiera e alluminio per mobili ed elettrodomestici.

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Indipendentemente dall'applicazione finale, è importante conoscere le dimensioni delle tubazioni necessarie al sistema di aria compressa per soddisfare le varie esigenze. Che tu gestisca un'officina o gestisca un impianto di pressatura, è fondamentale disporre di un compressore in grado di alimentare tutti i tuoi strumenti e anche avere i tubi giusti per facilitare la pressione e la velocità dell'aria.