Automatizacin

Christian SchindlerINTRODUCCIN A LA NEUMTICAAplicaciones de sistemas neumticasVentajas y desventajas de sistemas neumticasComponentes principalesPrincipios de produccin del aire comprimido

Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaDefinicin y Aplicaciones

Aplicaciones de sistemas neumticos en la automatizacin de procesosIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaEjemplo de aplicacin

Dosificador1.0: Cilindro de doble efecto Alimentar y prensar cascarn para ensamblar cojinete2.0: Cilindro de simple efecto Encaje del cojineteCascarnProducto terminadoTope con gua para taladrar3.0: Taladro de simple efectoIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaIntroduccin a sistemas neumticosVENTAJASRegulacin continua de fuerzas y velocidadesVelocidades de cilindros neumticos hasta 3m/s; Revoluciones de motores neumticos hasta 30000min-1 Turbinas hasta 450000min-1Torque en motores y fuerzas en cilindros hasta su mximo sin peligro de daos en sus componentes Relacin potencia/peso favorableMantenimiento sencilloAplicacin posible en un ambiente de peligro de explosiones Posibilidad de almacenamiento de aire comprimido en contenedores o acumuladoras de aire comprimidoDESVENTAJASFuerzas mximos en cilindros neumticos limitados a 10000N (porque el aire se comprime normalmente a mximo 10 bares)Cilindros con una carrera mxima de 2m Emisin de ruidos de los compresores y escapes de aire comprimidoVelocidad de avance dependiendo de la fuerza de carga (por los gases que son compresibles)Fuga de aire entre 10% - 25% aumenta el costo de energaPosicionamiento exacto de cilindros requieren topesVentajas y desventajas de sistema neumticosIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la Neumtica

Componentes principales de un sistema neumticoCompresorMotorFiltro de aspiracinCOMPONENTES DE COMPRESION DE AIRE Tanque de aire comprimidoPurgas de agua condensadoVlvula de seguridadUNIDAD DE MANTENIMIENTO Regulador de presinFiltroVlvula principalVlvula 3/2 vasVlvula 5/2 vasACTUADORES Simple efecto Regulador de flujo ELEMENTOS DE POSICIN ELEMENTOS DE CONTROLGrfica esquemticaIntercambiador de calor (enfriador de aire)LubricadorDoble efecto

Grfica de smbolosIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaProduccin de aire comprimidoCompresoresCompresor de pistnCompresorradialCompresor axialDesplazamientorotativoDesplazamientolinealTurbocompresoresDesplazamiento positivoCompresor de membranaCompresorrotativo celularCompresor helicoidalCompresor Roots

Compresores de desplazamiento positivo succionan una cantidad determinada de aire lo comprimen en un recinto hermtico del compresor reduciendo el volumenTurbocompresores aceleran la masa del aire. Posteriormente la energa cintica se convierte en energa potencial al comprimir la masa del aire (presin)

Clasificacin de compresoresIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaProduccin de aire comprimido

Compresores de desplazamiento lineal recprocaCompresor de pistnTipo de compresores ms encontradas en sistemas de compresin de aireCompresin de la primer etapa hasta 4 bar, Volumen 30m3/minCompresores de 2 etapa hasta 15bar, Volumen hasta 50m3/min ,con enfriamiento entre las etapas (sistemas industriales normalmente trabajan con 7bar)Compresor de membranaMembrana separa el aire y el mecanismoEspecialmente adaptado para producir aire comprimido libre de lubricantes (aceites)Presin 7bar, Volumen hasta 0.7m3/min

Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaProduccin de aire comprimidoCompresor multicelularRotor excntrico gira en un recipiente cilndrico. La excentricidad hacer variar el volumen de clulas constantemente.Para mayor presin (10bar) sistemas de lubricacin / enfriamiento a travs de inyeccin de aceite.Compresores rotativos

Compresor helicoidalCompresor Rotativos son mas silenciosos que los compresores de pistn.Para presiones mayor de 7bar se requiere compresin en dos etapas con enfriamiento intermedio.Volumen 200m3/min, (compresor de dos etapas). Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la Neumtica

Produccin de aire comprimidoTurbocompresoresTurbocompresor axialNormalmente con varias etapas con excepcin de ventiladores sencillosAire se acelera en sentido axialAplicada cuando se requiere grandes cantidades de aire Presin hasta 10bar, Volumen mayor de 130m3/minTurbocompresor radialAire se acelera en sentido radial hacia afuera

Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaProduccin de aire comprimidoLa propulsin de los compresores se hace primordialmente con motores electros pero tambin con motores de combustin interna.Compresor es hasta una potencia de 7.5kW se conectan directamente con una unin de acoplamiento fuerte o embarquesEl acoplamiento fuerte se usa con motores elctricosEmbragues centrifugas se usan con motores de combustin interna

Para potencias mayor de 7.5kW se usa el acoplamiento indirecto entre motor y compresor a travs de correas o engranes

Propulsin de compresoresIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaProduccin de aire comprimidoCompresor con propulsin de motores de combustin internaA travs de la variacin de velocidad de revolucionesEstrangulamiento de la aspiracin (Esta tcnica de regulacin aumenta la relacin de compresin y por tal el consumo de energa)

Compresores con propulsin de motores elctricosPara compresor pequeos y medianas: regulacin por intermitencias (marcha interrumpido) con la regulacin de dos puntos (mnima y mxima) con diferencia de presin entre 0.2 y 0.4 bar.Para compresor medianas y grandes: Marcha en vaco sin apagar el motor (compresor no prolifera) a travs de abertura constante de la vlvula de aspiracin del compresorRegulacin de suministro de caudalIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaProduccin de aire comprimidoEl acumulador (Tanque o deposito) Estabiliza el suministro de aire comprimidoCompensa las oscilaciones de presin en la red de tuberasEnfra el aire comprimidaEvita la intermitencia de alta frecuencia del compresor

El tamao del acumulador depende deConsumo de aire (caudal m3/h)Diferencia de presin permitido en la redFrecuencia de conmutacin (intermitencias/h)

El enfriamiento del aire comprimido en el tanque genera condensacin: hay que drenar (purgar) diariamente el tanque

Potencia (kW)Intermitencias7.52010 -606-870-1604200-4503Acumulador de aire comprimidoIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaProduccin de aire comprimidoUn compresor de 85 kW eleva la presin en el tanque a 8barEl tanque alimenta una red de aire comprimido con un caudal de 20m3/h . La variacin de presin en el tanque (mximo / mnimo) no debe exceder 0.3bar. Calcula el volumen requerido del tanque

Solucin

Actividad: Dimensionamiento de un tanque de aire comprimidoIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaAcondicionamiento del aire comprimido

La cantidad de agua (humedad absoluta) en el aire depende de: la humedad relativala temperatura del aire la presin atmosfrica

Cantidad de condensado:1-2: Al enfriar el aire se satura2-3: Sigue el enfriamiento el vapor se condensa y se forma neblina o agua (Condensado)

La cantidad de condensado total: Humedad (Diagrama de Mollier)Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaAcondicionamiento del aire comprimido500kg de aire con la densidad de 1.25kg/m3 y una temperatura de 40C con una humedad relativa de 60% se enfran a una temperatura de 20Ca) Cuanto condensado se forma?b) Cuanto es el condensado mximo a evacuar, suponiendo que se seca el aire totalmente (humedad relativa 0%).Diagrama de Mollier: x1=0.028 ; Temperatura de saturacin: 30.7C; Saturacin a 20C: x3=0.015Actividad: Calculo de cantidad de agua por eliminarSolucinIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaRed de distribucion de aire comprimido

Tanque de aire comprimidoUnidad de mantenimientoVlvula de purga del condensadoInclinacin 1%Tomas de aire comprimidoPara la red de distribucin se usan normalmente tubos de acero, cobre o PVCEl lnea de transferencia principal se coloca normalmente en circuito, inclinado con 1%..2% hacia una vlvula de purga.Las tomas se instalan hacia arriba para evitar la entrada del condensado a las instalacionesDiseo de la red de distribucin de aire comprimidoIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaRed de distribucion de aire comprimidoEl dimetro de las tuberas no debera elegirse conforme a otros tubos existentes ni de acuerdo con cualquier regla emprica, si no en conformidad con:el caudalla longitud de las tuberasla perdida de presin(Admisible) la presin de servicioLa cantidad de estrangulamientos en la redDimensionamiento de la red de distribucin de aire comprimido

Para estimar el dimetro de la tubera de una red neumtica, se utilizan en la prctica nomogramas que ayuda estimar grficamente el dimetro de la tubera de forma rpida y sencilla.Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la Neumtica

Red de distribucion de aire comprimidoLas resistencias de los elementos estranguladores (vlvula de cierre, vlvula esquinera, pieza en T, compuerta, codo normal) se indican en longitudes supletorias .La longitud supletoria es la longitud de una tubera recta que equivale la misma resistencia al flujo que el elemento estrangulador . La seccin de paso de la tubera de longitud supletoria es la misma que la tubera.

El nomograma permite averiguar rpidamente las longitudes supletorias.Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaRed de distribucion de aire comprimidoEl consumo asciende a 16 m3/min (960 m3/h) en la red de 280m de longitud. Incluye 6 piezas en T, 5 codos normales, 1 vlvula de cierre. La perdida admisible de presin es de 10kPa (0,1 bar). La presin de servicio es de 800kPa (8 bar).Seleccionar el dimetro de la tubera

Solucin con el nomograma:Recta entre lnea vertical A, longitud tubo, con lnea de caudal (B) y prolongar el trazo hasta la lnea vertical C (Eje 1). Recta entre la lnea de presin (E) y perdida de presin (G). Trazar una recta de las intersecciones generadas en los ejes verticales (Eje 1 y Eje 2).La interseccin de esta recta proporciona la estimacin del dimetro proporciona (D): 90mm.

Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaAcondicionamiento del aire comprimidoImpurezas en el aire comprimido como:Partculas de suciedad,Oxido Residuos de aceite lubricante Humedad .provoquen daos en las instalaciones neumticasLa unidad de mantenimiento protege las instalaciones neumticos contra impurezas, regula la presin de trabajo e inyecta lubricante al aire comprimido para prevenir el desgaste prematuro de las piezas mviles del sistema neumtico

CondensadoFiltroRegulador de presinLubricadorAceiteResorte de regulacinVlvula purga del condensadoSmboloFiltro

Unidad de mantenimientoIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaAcondicionamiento del aire comprimido

Filtro de diferentes tamaos de porosCuerpo del filtro deCermicaMetalurgia de polvos (latn, broce, acero)Polmeros Aire entra de forma tangencial por la fuerzas centrifgales las impurezas grandes y pesadas juntan en la base del filtro

MembranaMuelleValvula de regulacionMantienen presin de salida constante a un nivel requerido. Baja la presin de salida aumenta la abertura de la vlvulaAbastece el aire con lubricantes para reducir fuerza de friccin en los elementos neumticos y disminuir la corrosinTrabaja con el principio de Venturi. Con poco flujo de aire la depresin en el Venturi es baja y aspira poca cantidad de aceiteUnidad de MantenimientoIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaAcondicionamiento del aire comprimidoSecado de aire comprimidoAbsorcin de la humedad mediante sales a base de NaCl. El absorbens se disuelve y gotea hacia la base del absorbedor

Absorbens (sales)Salida aire secoEntrada aire hmedoCondensadoPresecadoPurgaFiltroSecado por AbsorcinSecado por AdsorcinProceso fsico donde se deposita una substancia sobre la superficie de un cuerpo solido. Disco cubierto con metalsilicado (gel) adsorbe humedadAire caliente se usa para regenerar la capacidad el gel

Entrada aire hmedoSalida aire secoAire caliente para regeneracinSalida aire hmedo

Secado por CondensacinReduccin de la temperatura al punto de roci. La humedad se condensa (evaporador del la bomba de calor) luego se calienta el aire (condensador del la bomba de calor) disminuyendo la humedad relativa

ConsdesadorEvaporadorAire secoAire humedoEn aplicaciones especiales se requiere el secado del aire comprimido. Las tres tecnologas principales de secado:Secado por Absorcin, Adsorcin, Condensacin.Ingeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la NeumticaDiagrama Mollier

DensidadTemperaturaHumedad relativaEntalpiaVapor de AguaIngeniera Aplicada: Automatizacin Introduccin a la Neumtica