1 tutorial neumc3a1tica bombas de menbrana

www.ZonaEMEC.tk

Nombre del Plantel: Conalep Tehuacn 150

Nombre del mdulo:

Mantenimiento de Sistemas de Transmisin de Potencia

Tutorial: Sistemas Neumticos

Nombre del docente:

Ing. Jonathan Quiroga Tinoco

Grupo: 608

Carrera:

P.T.B. en Electromecnica Industrial

Ciclo Escolar: Febrero Julio 2014

Tutorial sobre Neumtica Ing. Jonathan Quiroga Tinoco - ZonaEMEC

Ing. Jonathan Quiroga www.quiroga-racing.mx.vg 1

CAPITULO I

EL AIRE COMPRIMIDO

INTRODUCCION. I.1 LA EVOLUCION EN LA TECNICA DEL AIRE COMPRIMIDO. El aire comprimido es una de las formas de energa ms antigua que conoce el hombre y aprovecha para reforzar sus recursos fsicos. El primero que se ocup de la Neumtica, que utiliz el aire comprimido como elemento de trabajo, fue el griego KTESIBIOS. Hace ms de dos mil aos construy una catapulta impulsada con aire comprimido y uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido como energa procede del siglo I de nuestra era, describe mecanismos accionados por medio de aire caliente. Los trminos neumtico y Neumtica provienen de la palabra griega Pneuma, que significa aliento o soplo. Inicialmente la neumtica se ocupaba de la dinmica del aire y los fenmenos gaseosos, pero la tcnica ha creado de ella un concepto propio, pues en la Neumtica slo se trata la aplicacin de la sobrepresin o de la depresin (vaco). La Neumtica moderna se inici en Alemania a partir de 1950 como una tcnica aplicada en los procesos de fabricacin industriales, ya que con anterioridad existan algunas aplicaciones y ramos de explotacin: en la minera, industria de la construccin y en los frenos de aire de ferrocarriles. Una irrupcin verdadera y generalizada de la Neumtica en la industria slo se inici hasta que se presentaron las exigencias de una automatizacin y racionalizacin en los procesos de trabajo. A pesar de que esta tcnica fue rechazada en un principio, debido en la mayora de los casos a falta de conocimiento y formacin, fueron amplindose los diversos sectores de aplicacin y en la actualidad no se concibe una explotacin industrial moderna sin el aire comprimido. I.2 PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO Causar asombro el hecho de que la Neumtica se haya podido expandir en tan corto tiempo y con gran rapidez, esto se debe a que entre otras cosas en la solucin de algunos problemas de automatizacin no puede disponerse de otro medio que sea simple y econmico. Propiedades del aire comprimido que han contribuido a su popularidad: Abundante: Est disponible para su compresin en todo el mundo. Transporte: Puede ser transportado fcilmente por tuberas, incluso a grandes distancias, y no es

necesario disponer de tuberas de retorno. Almacenamiento: El aire comprimido puede almacenarse en depsitos y tomarse de estos, impidiendo

que un compresor permanezca continuamente en servicio. Temperatura: El aire comprimido es insensible a los cambios de temperatura; garantiza un trabajo

seguro incluso a temperaturas extremas. Antideflagrante: No es un explosivo ni se puede incendiar; por lo tanto no es necesario disponer de

instalaciones antideflagrantes.

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Centro de Ingeniera y Desarrollo Industrial

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Velocidad: Es un medio de trabajo muy rpido, y por eso permite obtener velocidades de trabajo

elevadas. A prueba de Las herramientas y elementos de trabajo neumticos pueden utilizarse hasta su sobrecargas: parada completa sin riesgo alguno de sobrecarga. No todas las propiedades del aire comprimido son ventajosas; existen propiedades que son adversas y que delimitan el campo de utilizacin de la Neumtica. Preparacin: El aire comprimido debe ser preparado antes de su utilizacin. Es preciso eliminar

impurezas y humedad con el objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes.

Compresibilidad: Con aire comprimido no es posible obtener para los mbolos velocidades uniformes y

constantes. Fuerza: El aire comprimido es econmico slo hasta cierta presin, condicionado por la

presin de servicio normalmente usual de 700 KPa (7 bar), el lmite tambin en funcin de la carrera y la velocidad es de 20,000 a 30,000 N (2000 a 3000 Kp).

Escape: El escape de aire produce ruido, sin embargo este problema ya se ha resuelto en gran

parte mediante el desarrollo de materiales insonorizantes. Costo: El aire comprimido es una fuente de energa relativamente cara, sin embargo, este

costo elevado se compensa en su mayor parte por los elementos de precio econmico y buen rendimiento.

Presin. Adems de las unidades indicadas en la relacin (atm en el sistema tcnico). As como bar y Pa en el Sistema Internacional de Unidades SI, se utilizan a menudo otras designaciones como las siguientes: 1.- Atmsfera, at (Presin absoluta en el Sistema Tcnico de Medidas) 1 at = 1 Kp/**************************************************************************************************************************************************

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FIG 1.1

La presin del aire no siempre es la misma y cambia segn la situacin geogrfica y el tiempo. En la figura anterior la presin de referencia o atmosfrica est representada por la lnea punteada, las desviaciones hacia arriba son consideradas como sobrepresiones (+Pe) y las desviaciones hacia abajo hasta el cero absoluto son consideradas como depresiones (-Pe), la presin absoluta Pabs consiste en la suma de las presiones -Pe y +Pe. En la prctica se utilizan manmetros que solamente indican sobrepresin. I .2 COMPRESIBILIDAD DEL AIRE Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada, toma la forma del recipiente que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido y tiende a dilatarse por efecto de la temperatura. La ley que rige estos fenmenos es la Ley de Boyle-Mariotte; a temperatura constante, el volumen de un gas contenido en un recipiente es inversamente proporcional a la presin absoluta, o sea, el producto de la presin absoluta y el volumen es constante para una determinada cantidad de gas.

p1V1 = p2V2 = p3V3 = constante

Esta ley se demuestra mediante el siguiente ejemplo:

FIG. 1.2

Ejemplo: Si el volumen V1 = 1 m3 que est a la presin atmosfrica p = 100 KPa (1 bar) es comprimido con una fuerza F2 hasta V2 = 0.5 m3 permaneciendo la temperatura constante se obtiene:



Si el volumen se comprime con la fuerza F3 an ms hasta lograr un volumen V3 = 0.05 m3 la presin que se alcanza es:

I .4 VARIACION DEL VOLUMEN DEL AIRE EN FUNCION DE LA TEMPERATURA Si la presin permanece constante y la temperatura se eleva, el aire tiende a expandirse, esto quiere decir que aumenta su volumen. Esto lo demuestra la Ley de Gay-Lussac.

V1 = Volumen a la temperatura T1 V2 = Volumen a la temperatura T2 De donde:

La variacin de volumen V es:

Lo mismo es vlido para para V2

Las ecuaciones anteriores son vlidas solamente cuando se utilizan temperaturas absolutas (grados Kelvin K), en donde: K = C + 273 C - Grados Centgrados

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FIG 1.3 Ejemplo: 0.8 m3 de aire a la temperatura T1 = 293K (20C) se calienta hasta una temperatura T2 = 344K (71C). Cul ser su volumen final?

El aire se ha dilatado de 0.8 m3 a 0.94 m3

En Neumtica se suele referir todas las indicaciones de la cantidad de aire a su estado normal. El estado normal segn normas, es un estado de una sustancia slida, lquida o gaseosa fijada por la temperatura y la presin normales. El estado normal tcnico est definido como: - Temperatura normal Tn = 293.15K; tn = 20C - Presin normal pn = 98.0665 Pa = 98.0665 N/m2 = 0.980 665 bar El estado normal fsico est definido como: - Temperatura normal Tn = 273.15K; tn = 0C - Presin normal pn = 101.325 Pa = 101.325 N/m2 = 1.01325 bar Ejemplo: En un depsito de 2m3 de capacidad hay aire a una presin de 700 KPa (7 bar) y a una temperatura de 298 K (25C). Determinar la cantidad de aire que se encuentra en el depsito. Segn la ley de Boyle-Mariotte.



p1V1 = p2V2 V1 = Volumen a la presin p1 p1 = 100 KPa (1 bar) presin normal V2 = 2 m3 p2 = 700 KPa (7 bar) presin absoluta

Conversin a una temperatura de 273K (0C) La dilatacin vale:

Si la temperatura T1 es mayor que T2, V2 ser menor que V1 ; por lo tanto, si la temperatura disminuye.

Si T2 = 273K (0C) en vez de T2 se puede poner slo To y en lugar de V2 slo Vo, la ecuacin queda:

El depsito contiene 12.83 m3 de aire (referido a 0C y una presin de 100 KPa, 1 bar). Existe una ecuacin para todos los gases, la ecuacin general de los gases. P1 V1 P2 V2 = = constante T1 T2

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CAPITULO II

PRODUCCION DEL AIRE COMPRIMIDO ll.1 GENERADORES Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presin del aire hasta un valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumticos se alimentan desde una estacin central a travs de un sistema de tuberas diseado e instalado con ese fin. Los compresores mviles se utilizan en el ramo de la construccin o en mquinas que son desplazadas frecuentemente. Es importante en el momento de la planificacin prever un tamao superior de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumticos nuevos que sean adquiridos en un futuro. Por esto es necesario sobredimensionar la instalacin, con objeto de que el compresor no resulte insuficiente ms tarde y provoque gastos considerables con una ampliacin del equipo neumtico. Los compresores se valoran por el caudal suministrado en /min. (para compresores pequeos) o en m3/min. Los caudales suministrados pueden ser desde pocos /min. hasta varios miles de m3/min, segn el tipo de compresor. Los sistemas neumticos de mando trabajan normalmente con aire comprimido.



Los equipos generadores de aire comprimido deben instalarse en un lugar adecuado, siendo muy importante que el aire aspirado por los compresores sea lo ms fresco posible, seco y excento de polvo con lo cual se alarga la vida del compresor. La aspiracin de aire caliente y hmedo conduce a una mayor produccin de condensados despus de la compresin del aire. II.2 TIPOS DE COMPRESORES Segn las exigencias de los sistemas neumticos referentes a la presin de trabajo y al caudal suministrado, se pueden emplear diversos tipos de compresores, de los cuales se distinguen dos tipos bsicos: El primero trabaja segn el principio de desplazamiento, en el cual la compresin se obtiene por la

admisin del aire en un recinto, donde luego se reduce su volumen, esto se realiza en un compresor de mbolo (oscilante o rotativo).

El segundo trabaja segn el principio de la dinmica de los fluidos, en donde el aire es aspirado por

un lado y comprimido como consecuencia de la aceleracin del mismo mediante una turbina.

COMPRESOR DEPISTON

COMPRESOR DEMEMBRANA

DE EMBOLOOSCILANTE

DE EMBOLOROTATIVO

COMPRESORRADIAL

TURBOCOMPRESOR

AXIAL

TURBOCOMPRESOR

TIPOS DECOMPRESORES

COMPRESORROTATIVOCELULAR

COMPRESORHELICOIDALBICELULAR

COMPRESOR ROOTS

FIG. 2.1

COMPRESORES DE EMBOLO OSCILANTE Es el compresor ms frecuentemente empleado, puede emplearse como unidad estacionaria o mvil y es apropiado para comprimir a baja, media o alta presin, entregando caudales superiores a los 500 m3/min. con presiones hasta de varios miles de KPa. Los compresores de mbolo de un paso comprimen el aire hasta la presin final de 6 Kg/cm2 y en algunos casos hasta 10 Kg/cm2, los compresores de dos pasos llegan normalmente hasta 15 Kg/cm2 pudiendo conseguir presiones de hasta 250 Kg/cm2 con compresores de alta presin de 3 4 pasos. En Neumtica, los ms adecuados son los de uno y dos pasos, con preferencia para el de dos pasos cuando la presin de trabajo excede los 6 Kg/cm2, porque se proporciona una potencia equivalente con costo de accionamiento ms bajo.

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FIG. 2.2 COMPRESOR DE EMBOLO OSCILANTE COMPRESOR DE MEMBRANA Este tipo forma parte del grupo de compresores de mbolo, en donde una membrana separa el mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas mviles, y por lo tanto el aire no est en contacto con las piezas mviles, quedando el aire comprimido libre de aceite.Estos compresores se emplean con preferencia en las industrias farmacutica y qumica. (FIG. 2.4) COMPRESOR DE EMBOLO ROTATIVO Este compresor consta de un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio, y el aire es comprimido por la continua reduccin del volmen en un espacio cerrado. (FIG. 2.3).

FIG. 2.3 COMPRESOR DE EMBOLO ROTATIVO FIG. 2.4 COMPRESOR DE MENBRANA

COMPRESOR ROTATIVO MULTICELULAR En estos compresores un rotor excntrico gira en el interior de un crter cilndrico con ranuras de entrada

y de salida. Las ventajas de este compresor estn en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal prcticamente uniforme sin vibraciones.

El rotor est provisto de un cierto nmero de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman

las clulas con la pared del crter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrfuga.



contra la pared del crter y debido a la excentricidad el volmen de las clulas vara constantemente. (FIG. 2.5).

FIG. 2.5 COMPRESOR ROTATIVO MULTICELULAR FIG. 2.6 COMPRESOR DE TONILLO HELICOIDAL COMPRESOR DE TORNILLO HELICOIDAL Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cncavo y convexo impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. (FIG. 2.6). COMPRESOR ROOTS En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado, en el lado de impulsin la retencin del aire se asegura mediante los bordes de los mbolos rotativos.

FIG. 2.7 COPRESOR ROOTS TURBOCOMPRESORES Funcionan segn el principio de la dinmica de los fludos, y son apropiados para grandes caudales. El aire se pone en circulacin por medio de una o varias ruedas con aletas (turbinas), en donde esta energa de movimiento se convierte en energa de presin a la salida.

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FIG. 2.8 COMPRESOR AXIAL FIG. 2.9 COMPRESOR RADIAL En el siguiente diagrama se indican las zonas de cantidades de aire aspirado y las presiones de trabajo para cada tipo de compresor.

100###500##1000#####5000#10000##50000#100000

1000800600400300200

1008060504030

20

10865432

1.00.80.6

0.40.30.2

0.1

COMPRESOR#DE#EMBOLO

TURBOCOMPRESOR

AXIAL

COMPRESOR#DE#TONILLO#HELICOIDAL

TURBOCOMPRE

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