libro neumatica i v2.pdf

Autor: Rafael Sancho Cayuso

Vivimos en el fondo de un mar de aire. Evangelista Torricelli (1608-1647)

He redactado esta carta ms extensa de lo usual porque carezco de tiempo para escribirla ms breve.

Blaise Pascal (1623-1661)

Lo ltimo que uno sabe es por dnde empezar. Blaise Pascal (1623-1661)

Este trabajo ha sido confeccionado , tomando como base textos del material

didctico de las empresas:

,

,

siendo en parte transcripcin directa.

Cabezn de la Sal, Septiembre de 1.999

Indice I.E.S. Foramontanos

Autor : Rafael Sancho Cayuso I

1. INTRODUCCIN..........................................................................................................1-1 1.1 Formas de energa para elementos de trabajo y de mando.......................................1-2

1.2 Propiedades del aire comprimido...............................................................................1-4

1.3 Rentabilidad de los equipos neumticos....................................................................1-6

1.4 Fundamentos fsicos...................................................................................................1-7

1.4.1. El aire es compresible................................................................................1-9

1.4.2 El volumen del aire vara en funcin de la temperatura...........................1-10

1.4.3 Ecuacin de estado de los gases.............................................................1-12

2. PRODUCCIN DEL AIRE COMPRIMIDO ..................................................................2-1 2.1 Generadores...............................................................................................................2-1

2.2 Tipos de compresores ................................................................................................2-1

2.2.1 Compresores de mbolo..............................................................................2-2

2.2.2 Turbocompresores ......................................................................................2-6

2.3 Eleccin del compresor .............................................................................................2-7

2.3.1 Caudal..........................................................................................................2-7

2.3.2 Presin.........................................................................................................2-8

2.3.3 Accionamiento............................................................................................2-10

2.3.4 Regulacin ..............................................................................................2-10

2.3.5 Refrigeracin...........................................................................................2-13

2.3.6 Lugar de emplazamiento............................................................................2-14 3. DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO .................................................................3-1 3.1 Dimensionado de las tuberas ....................................................................................3-2

3.2 Tendido de la red........................................................................................................3-5

3.3 Material de tuberas ....................................................................................................3-7

3.3.1 Tuberas principales.....................................................................................3-7

3.3.2 Derivaciones hacia los receptores ...............................................................3-8

3.4 Uniones.......................................................................................................................3-8

3.4.1 Racores para tubos Aplicables sobre todo para tubos de acero y de cobre3-8

3.4.2 Acoplamientos............................................................................................3-10

3.4.3 Racores para tubos flexibles......................................................................3-10

3. 5 Preparacin del aire comprimido ..........................................................................3-12

3.5.1 Impurezas ..................................................................................................3-12

3.5.2 Filtro de aire comprimido con regulador de presin ..................................3-19

3.5.4 Filtro finsimo de aire comprimido ..............................................................3-21

3.5.5 Reguladores de presin.............................................................................3-23

3.5.6 Lubricador de aire comprimido...................................................................3-25


Autor : Rafael Sancho Cayuso II

3.6 Unidad de mantenimiento ...................................................................................... 3-27

3.6.1 Conservacin de las unidades de mantenimiento..................................... 3-29

3.6.2 Caudal en las unidades de mantenimiento ............................................... 3-30

4. ACTUADORES............................................................................................................ 4-1 4.1 Actuadores lineales (cilindros neumticos) ................................................................ 4-1

4.1.1 Cilindros de simple efecto ........................................................................... 4-1

4.1.2 Cilindros de doble efecto............................................................................. 4-4

4.1.3 Cilindros de doble efecto de ejecucin especial.......................................... 4-6

4.1.3.1 Cilindros de doble vstago ........................................................... 4-6

4.1.3.2 Cilindro tndem............................................................................. 4-7

4.1.3.3 Cilindro multiposicional ................................................................. 4-8

4.1.3.4 Cilindro de impacto....................................................................... 4-8

4.1.3.5 Actuador lineal sin vstago........................................................... 4-8

4.1.3.6 Cilindro de giro.............................................................................. 4-9

4.1.3.7 Cilindro de mbolo giratorio........................................................ 4-10

4.1.3.8 Pinzas......................................................................................... 4-11

4.2 Fijaciones ................................................................................................................. 4-11

4.3 Constitucin de los cilindros..................................................................................... 4-12

4.4 Variables a tener en cuenta en la seleccin de los actuadores ............................... 4-14

4.4.1 Fuerza del mbolo..................................................................................... 4-14

4.4.2 Longitud de carrera ................................................................................... 4-17

4.4.3 Velocidad del mbolo ................................................................................ 4-17

4.4.4 Consumo de aire ....................................................................................... 4-18

4.5 Elementos neumticos con movimiento giratorio..................................................... 4-23

4.5.1 Motores de mbolo.................................................................................... 4-24

4.5.2 Motores de paletas.................................................................................... 4-25

4.5.3 Motor de engranajes ................................................................................. 4-26

4.5.4 Turbomotores ............................................................................................ 4-27

4.6 Parametros bsicos ................................................................................................. 4-27

5. VLVULAS .................................................................................................................. 5-1 5.1 Generalidades............................................................................................................ 5-1

5.2 Vlvulas distribuidoras ............................................................................................... 5-1

5.2.1 Representacin esquemtica de las vlvulas ............................................. 5-1

5.2.2 Accionamiento de vlvulas.......................................................................... 5-3

5.2.3 Caractersticas constructivas de las vlvulas distribuidoras........................ 5-4


Autor : Rafael Sancho Cayuso III

5.2.4 Vlvulas de asiento......................................................................................5-5

5.2.4.1 Vlvulas de asiento esfrico..........................................................5-5

5.2.4.2 Vlvulas de asiento plano .............................................................5-6

5.2.5 Vlvulas de corredera ................................................................................5-11

5.2.6 Caudal circulante por las vlvulas..............................................................5-14

5.3 Vlvulas de bloqueo .................................................................................................5-18

5.3.1 Vlvula antirretorno....................................................................................5-18

5.3.2 Vlvula selector de circuito (Vlvula o; funcin lgica or) .....................5-18

5.3.3 Vlvula de simultaneidad (Vlvula Y; funcin lgica and).....................5-20

5.3.4 Vlvulas antirretorno y de estrangulacin..................................................5-21

5.3.5 Vlvula de escape rpido...........................................................................5-25

5.4 Reguladores de presin............................................................................................5-26

5.4.1 Vlvulas de regulacin de presin .............................................................5-26

5.4.2 Vlvula limitadora de presin.....................................................................5-27

5.4.3 Vlvula de secuencia .................................................................................5-28

5.5 Vlvulas de caudal y de cierre..................................................................................5-29

5.6 Vlvulas combinadas................................................................................................5-29

5.6.1 Temporizador .............................................................................................5-30

5.6.2 Tobera de aspiracin por depresin ..........................................................5-32

5.6.3 Convertidor de seal neumtico - elctrico................................................5-33

5.7 Sensores de proximidad neumticos........................................................................5-34

5.7.1 Amplificador de presin..............................................................................5-35

5.7.2 Sensores de obturacin de fuga (toberas de contrapresin) .....................5-36

5.8 Sensores de reflexin ...............................................................................................5-36

5.9 Barreras de aire ........................................................................................................5-38

6. CIRCUITOS NEUMTICOS.........................................................................................6-1 6.1 Simbologa..................................................................................................................6-1

6.1.1 Smb.de energa y componentes de alimentacin. equipo de red y mantenimiento...6-1

6.1.2 Mtodos de representacin ............................................................................6-2

6.1.3 Esquema funcional .........................................................................................6-2

6.1.4 Diagrama espacio - fase.................................................................................6-8

6.1.5 Diagrama espacio - tiempo.............................................................................6-9

6.1.6 Secuencia de actividades.............................................................................6-10

6.2 Confeccin de un circuito .........................................................................................6-10

6.2.1 Esquema del proceso...................................................................................6-11

6.2.2 Esquema del circuito funcional.....................................................................6-12


Autor : Rafael Sancho Cayuso IV

6.2.3 Diagrama espacio fase ............................................................................. 6-20

7. EJEMPLOS RESUELTOS........................................................................................... 7-1 7.1 Manipulacin de paquetes ......................................................................................... 7-1

7.1.1 Diagrama espacio-fase ............................................................................... 7-2

7.1.2 Esquema neumtico.................................................................................... 7-2

7.1.3 Secuencia de actividades............................................................................ 7-2

7.2 Compactador de basura domstica ........................................................................... 7-3

7.2.1 Diagrama espacio fase............................................................................. 7-5

7.2.2 Esquema neumtico.................................................................................... 7-5

7.2.3 Secuencia de actividades............................................................................ 7-6

7.3 Esquemas con interferencias..................................................................................... 7-7

7.4 Fresadora................................................................................................................... 7-9

7.5 Mtodo en cascada para la resolucin de interferencias......................................... 7-13

7.6 Marcado de piezas................................................................................................... 7-18

8. ELECTRONEUMTICA. ............................................................................................. 8-1 8.1 Introduccin................................................................................................................ 8-1

8.2 Entradas de seal ...................................................................................................... 8-3

8.3 Finales de carrera ...................................................................................................... 8-6

8.3.1 Finales de carrera mecnicos ..................................................................... 8-7

8.3.2 Finales de carrera sin contacto. .................................................................. 8-7

8.3.2.1 Contacto magnetosensible (tipo reed) ..................................................... 8-7

8.3.2.2 Sensores inductivos...................................................................... 8-9

8.3.2.3 Sensores capacitivos.................................................................. 8-14

8.4 Rels ........................................................................................................................ 8-17

8.5 Rels de tiempo o temporizadores .......................................................................... 8-19

8.6 Electrovlvulas ......................................................................................................... 8-23

8.6.1 Generalidades ........................................................................................... 8-23

8.6.2 Formas constructivas ................................................................................ 8-23

8.6.3 Mtodos de accionamiento ....................................................................... 8-24

8.6.4 Electrovlvula de 3/2 vas simple bobina, normalmente cerrada .............. 8-25

8.6.5 Electrovlvula de 3/2 vas simple bobina, normalmente abierta ............... 8-26

8.6.6 Vlvulas pilotadas ..................................................................................... 8-27

8.6.7 Electrovlvula de 3/2 vas, pilotada........................................................... 8-27

8.6.8 Electrovlvula de 5/2 vas, pilotada........................................................... 8-29

8.6.9 Vlvula de 5/2 vas, doble pilotaje............................................................. 8-30


Autor : Rafael Sancho Cayuso V

8.6.10 Fiabilidad de las vlvulas .........................................................................8-32

8.6.11 Caractersticas de conmutacin de las vlvulas ......................................8-32

8.7 Simbologa elctrica .................................................................................................8-33

8.8 Circuitos bsicos (electroneumtica). .......................................................................8-35

8.8.1 Mando de un cilindro de simple efecto.......................................................8-35

8.8.2 Mando de un cilindro de doble efecto. .......................................................8-36

8.8.3 Conexin en paralelo o (cilindro de simple de doble efecto). ...............8-37

8.8.4 Conexin en serie y (cilindro de simple de doble efecto). ....................8-38

8.8.5 Mando indirecto en ambos lados ...............................................................8-39

8.8.6 Retorno automtico de un cilindro .............................................................8-40

8.8.7 Movimiento oscilante de un cilindro de doble efecto..................................8-41

8.9 Circuito de autorretencin.........................................................................................8-43

8.9.1 Retroceso automtico de un cilindro con un final de carrera .....................8-44

8.10 Mandos con comportamiento temporizado.............................................................8-45

8.10.1 Mando de un cil. de doble efecto con temporizacin (retar.excitacin) ...8-45

8.10.2 Mando de un cil. de doble efecto con temp. (retardo de desexcitacin)..8-46

8.11 Ejemplos de circuitos..............................................................................................8-48

8.11.1 Ejemplo 1: manipulacin de paquetes .....................................................8-48

8.12 Interferencias de seales........................................................................................8-56

8.12.1 Ejemplo 1: fresadora. ...............................................................................8-57

8.12.2 Ejemplo 2: dispositivo de cortar. ..............................................................8-63

8.12.3 Ejemplo 3: Taladradora............................................ ................................8-68

9. AUTOMATIZACIN CON AUTMATAS PROGRAMABLES. ...................................9-1 9.1 Introduccin ................................................................................................................9-1

9.1.1 Qu es un autmata programable ? ..........................................................9-1

9.2.2 Definicin de autmata programable ...........................................................9-3

9.1.3 Campos de aplicacin.................................................................................9-3

9.1.4 Ventajas e inconvenientes de los PLC's. ....................................................9-4

9.1.4.1 Pequea resea histrica..............................................................9-5

9.1.5 Estructura de los autmatas programables ................................................9-6

9.1.5.1 Estructura externa .......................................................................9-6

9.1.5.2 Estructura interna .........................................................................9-7

9.2 Conexin del autmata a la mquina neumtica........................................................9-9

9.3 Componentes del autmata......................................................................................9-12

9.3.1 Unidad central de proceso (CPU): .............................................................9-12

9.3.2 Sistemas de Entradas/Salidas: ..................................................................9-14


Autor : Rafael Sancho Cayuso VI

9.4 Funcionamiento del autmata.................................................................................. 9-19

9.5 Programacin del autmata ..................................................................................... 9-20

9.5.1 Equipos o unidades de programacin.........................................................9-21

9.5.2 Lenguajes de programacin .......................................................................9-22

9.5.2.1 Lenguaje a contactos. (LD) .........................................................9-22

9.5.2.2 Lenguaje por Lista de Instrucciones. (IL) (AWL).......................9-23

9.5.2.3 GRAFCET. (SFC).........................................................................9-23

9.5.2.4 Plano de funciones. (FBD)...........................................................9-29

9.5.2.5 Dispositivos perifericos............................................................... 9-29

9.6 Estndar IEC1131-3................................................................................................. 9.30

10. NEUMTICA PROPORCIONAL .............................................................................. 10-1

10.1 Introduccin............................................................................................................ 10-1

10.2 Vlvula proporcional de caudal 5/3 ........................................................................ 10-1

10.2.1 Diseo y caractersticas ...................................................................................... 10-1

10.2.2 Funcionamiento................................................................................................... 10-2

10.3 Simbologa ............................................................................................................. 10-4

10.4 Vlvula proporcional de presin............................................................................. 10-4

10.4.1 Diseo y caractersticas ...................................................................................... 10-4

10.4.2 Funcionamiento................................................................................................... 10-5

10.5 Prcticas a realizar................................................................................................. 10-6

10.5.1 Control de la velocidad de desplazamiento de un cilindro en lazo abierto.......... 10-6

10.5.2 Ejemplo 2: Control de la presin de un cilindro................................................... 10-7

10.5.3 Control de la posicin de un cilindro. .................................................................. 10-8

11.Bibliografa .............................................................................................................. 11-1

Introduccin I.E.S. Foramontanos

La neumtica constituye una herramienta muy importante dentro del control automtico en la industria , enumeramos aqu los conceptos mas importantes destinados a operarios y encargados de mantenimiento

1. Introduccin El aire comprimido es una de las formas de energa ms antiguas que conoce

el hombre y aprovecha para reforzar sus recursos fsicos.

El descubrimiento consciente del aire como medio - materia terrestre - se

remonta a muchos siglos, lo mismo que un trabajo ms o menos consciente con

dicho medio.

El primero del que sabemos con seguridad es que se ocup de la neumtica,

es decir, de la utilizacin del aire comprimido como elemento de trabajo, fue el

griego KTESIBIOS. Hace ms de dos mil aos, construy una catapulta de aire

comprimido. Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido

como energa procede del siglo I de nuestra era, y describe mecanismos

accionados por medio de aire caliente.

De los antiguos griegos procede la expresin "Pneuma", que designa la

respiracin, el viento y, en filosofa, tambin el alma.

Como derivacin de la palabra "Pneuma" se obtuvo, entre otras cosas el

concepto Neumtica que trata los movimientos y procesos del aire.

Aunque los rasgos bsicos de la neumtica se cuentan entre los ms antiguos

conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando

empezaron a investigarse sistemticamente su comportamiento y sus reglas. Slo

desde aprox. 1950 podemos hablar de una verdadera aplicacin industrial de la

neumtica en los procesos de fabricacin.

Es cierto que con anterioridad ya existan algunas aplicaciones y ramos de

explotacin como por ejemplo en la minera, en la industria de la construccin y en

los ferrocarriles (frenos de aire comprimido).

Autor : Rafael Sancho Cayuso

1-1

Neumtica I.E.S. Foramontanos

La irrupcin verdadera y generalizada de la neumtica en la industria no se

inici, sin embargo, hasta que lleg a hacerse ms acuciante la exigencia de una

automatizacin y racionalizacin en los procesos de trabajo.

A pesar de que esta tcnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayora

de los casos a falta de conocimiento y de formacin, fueron amplindose los

diversos sectores de aplicacin.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotacin industrial sin el

aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales ms variados

se utilicen aparatos neumticos.

1.1 Formas de energa para elementos de trabajo y de mando

La posibilidad, de poder, con ayuda de elementos apropiados (convertidores

de seales, transductores de medida), transformar las seales de una forma de

energa en otra, significa para la tcnica de mando, que dentro de un automatismo

puede operarse con diferentes tipos de energa. Existe pues la posibilidad de

disear un mando segn criterios econmicos y tcnicos ptimos.

No obstante, la eleccin del sistema ms adecuado no siempre es fcil y claro

en la prctica; junto a las exigencias definidas por el planteamiento del problema

son determinantes sobre todo las condiciones marginales, como por ejemplo el

lugar de emplazamiento, las influencias ambientales, el personal de

mantenimiento disponible, etc., que a menudo estn en desacuerdo con la propia

solucin del problema y que pueden influir considerablemente en su solucin.

A esto hay que aadir que en funcin de la formacin del proyectista,

pretender el electricista resolver el problema necesariamente mediante una

solucin de mando elctrica, el hidrulico de una manera hidrulica y el

neumtico empleando la neumtica. La solucin de mando ptima de un

problema planteado implica como condicin previa el conocimiento de todas las

alternativas que se ofrecen.

Los cuadros que se acompaan a continuacin tienen como finalidad

proporcionar una idea general de las caractersticas fundamentales de los medios

ms corrientes de trabajo y de mando, as como establecer unos criterios para su

eleccin. Sin embargo no se trata ni puede tratarse aqu de una enumeracin

Autor : Rafael Sancho Cayuso 1-2


completa de todos los factores, sino slo de una exposicin de los puntos ms

importantes empleando palabras clave.

Comparacin de los medios de trabajo entre diversas tecnologas

Criterio Neumtica Hidrulica Electricidad Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido a

la baja presin y al dimetro del cilindro (50.000 N). Produce fuerza en reposo sin consumo de energa.

Grandes fuerzas utilizando alta presin. Produce fuerza en reposo con consumo de energa.

Mal rendimiento; gran consumo de energa en la marcha en vaco. No produce fuerza en reposo.

Fuerza rotativa

Par de giro en reposo tambin sin consumo de energa.

Par de giro tambin en reposo, originndose consumo de energa.

Par de giro ms bajo en reposo.

Seguridad frente a las sobrecargas

S, se para. Vuelve a moverse cuando se elimina la sobrecarga.

S, se para. Vuelve a moverse cuando se elimina la sobrecarga.

No, se estropea.

Movimiento lineal

Generacin fcil; alta aceleracin; alta velocidad (1,5 m/s y ms).

Generacin fcil mediante cilindros; buena regulabilidad.

Complicado y caro.

Movimiento rotativo u oscilante

Motores neumticos con muy altas revoluciones (500.000 min-1); elevado coste de explotacin; mal rendimiento; movimiento oscilante por conversin mediante cremallera y pin.

Motores hidrulicos y cilindros oscilantes con revoluciones ms bajas que en la neumtica; buen rendimiento.

Rendimiento ms favorable en accionamientos rotativos; revoluciones limitadas.

Regulabilidad Fcil regulabilidad de la fuerza y de la velocidad, pero no exacta.

Regulabilidad muy buena y exacta de la fuerza y la velocidad en todo caso

Posible slo limitadamente siendo el gasto considerable

Acumulacin de energa y transporte

Posible, incluso en apreciables cantidades sin mayor gasto; fcilmente transportable en conductos (1.000 m) y botellas de aire comprimido.

Acumulacin posible slo limitadamente; transportable en conductos de hasta unos 100 m.

Acumulacin muy difcil y costosa, fcilmente transportable por lneas a travs de distancias muy grandes.

Influencias ambientales

Insensible a los cambios de temperatura; ningn peligro de explosin; hay peligro de congelacin existiendo elevada humedad atmosfrica.

Sensible a las fluctuaciones de temperatura; fugas significan suciedad y peligro de incendio.

Insensible a las fluctuaciones de temperatura; en los mbitos de peligrosidad hacen falta instalaciones protectoras contra incendio y explosin.

Gastos de energa

Alto en comparacin con la electricidad; 1 m3 de aire comprimido a 6 bar cuesta de 0,006 a 0,012 euros.

Alto en comparacin con la electricidad.

Gastos ms reducidos de energa.

Manejo No requiere de especialistas ni en ejecucin ni en mantenimiento. No presenta peligros.

Requiere de especialistas. Precisa conducciones de retorno.

Slo con conocimientos tcnicos; peligro de accidente; la conexin errnea causa a menudo la destruccin de los elementos y del mando.

En general Los elementos son seguros Con altas presiones Los elementos no son


1-3


contra sobrecargas; los ruidos del aire de escape son desagradables, necesita una amortiguacin.

ruido de bombeo; los elementos son seguros contra sobrecargas.

seguros contra sobrecargas; ruidos en la maniobra de los contactores y electroimanes.

Comparacin de los medios de mando

Criterio Electricidad Electrnica Neumtica presin normal Neumtica baja

presin Fiabilidad de los elementos

Insensibles a las influencias ambientales como polvo, humedad, etc.

Muy sensibles a las influencias ambientales como polvo, humedad, campos perturbadores, golpes y vibraciones; larga duracin.

Insensibles a las influencias ambientales; con aire limpio larga duracin

Insensibles a las influencias ambientales; sensibles al aire contaminado; larga duracin.

Tiempo de conmutacin de los elementos

> 10 ms 5 ms > 1 ms

Velocidad de las seales.

Muy elevada (velocidad de la luz).

Muy elevada (velocidad de la luz).

10-40 m/s 100-200 m/s

Distancia salvable

Prcticamente ilimitada Limitada por la velocidad de las seales

Espacio necesario

Poco Muy poco Poco Poco

Procesamiento principal de la seal

Digital Digital, analgico

Digital Digital, analgico

1.2 Propiedades del aire comprimido

Causar asombro el hecho de que la neumtica se haya podido expandir

en tan corto tiempo y con tanta rapidez. Esto se debe, entre otras cosas, a que en

la solucin de algunos problemas de automatizacin no puede disponerse de otro

medio que sea ms simple y ms econmico.

Cules son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su

popularidad?

Abundante: Est disponible para su compresin prcticamente en todo

el mundo, en cantidades ilimitadas.

Transporte: El aire comprimido puede ser fcilmente transportado por

tuberas, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer

tuberas de retorno.



Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca

continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en

depsitos y tomarse de stos. Adems, se puede transportar en

recipientes (botellas).

Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de

temperatura , garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas

extremas.

Antideflagrante: No existe ningn riesgo de explosin ni incendio; por

lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que

son caras.

Limpio : El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de

estanqueidad en elementos, no produce ningn ensuciamiento Esto es

muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la

madera, textiles y del cuero .

Constitucin de los elementos : La concepcin de los elementos de

trabajo es simple si, por tanto, precio econmico.

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

obtener velocidades de trabajo muy elevadas.(La velocidad de trabajo

de cilindros neumticos pueden regularse sin escalones.)

A prueba de sobrecargas : Las herramientas y elementos de trabajo

neumticos pueden hasta su parada completa sin riesgo alguno de

sobrecargas.

Para delimitar el campo de utilizacin de la neumtica es preciso

conocer tambin las propiedades adversas.

Preparacin: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su

utilizacin. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar

un desgaste prematuro de los componentes).

Compresible : Con aire comprimido no es posible obtener para los

mbolos velocidades uniformes y constantes.


1-5


Fuerza: El aire comprimido es econmico slo hasta cierta fuerza.

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. No obstante, este problema

ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales

insonorizantes.

Costos: El aire comprimido es una fuente de energa relativamente

cara ; este elevado costo se compensa en su mayor parte por los

elementos de precio econmico y el buen rendimiento (cadencias

elevadas).

1.3 Rentabilidad de los equipos neumticos

Como consecuencia de la automatizacin y racionalizacin, la fuerza de

trabajo manual ha sido reemplazada por otras formas de energa; una de stas es

muchas veces el aire comprimido

Ejemplo: Traslado de paquetes, accionamiento de palancas, transporte de piezas

etc.

El aire comprimido es una fuente cara de energa, pero, sin duda, ofrece

indudables ventajas. La produccin y acumulacin del aire comprimido, as como

su distribucin a las mquinas y dispositivos suponen gastos elevados. Pudiera

pensarse que el uso de aparatos neumticos est relacionado con costos

especialmente elevados. Esto no es exacto, pues en el clculo de la rentabilidad

es necesario tener en cuenta, no slo el costo de energa, sino tambin los costos

que se producen en total. En un anlisis detallado, resulta que el costo energtico

es despreciable junto a los salarios, costos de adquisicin y costos de

mantenimiento.

1.4 Fundamentos fsicos

La superficie del globo terrestre est rodeada de una envoltura area.

Esta es una mezcla indispensable para la vida y tiene la siguiente composicin:



ido de carbono, argn, hidrgeno,

indican en fsicas y su correspondencia dentro del

sistema de medidas. Con el fin de establecer aqu relaciones inequvocas y

ente definidas, los cientficos y tcn

Nitrgeno aprox. 78% en volumen

Oxgeno aprox. 21% en volumen

Adems contiene trazas, de bix

nen, helio, criptn y xenn.

Para una mejor comprensin de las leyes y comportamiento del aire se

primer lugar las magnitudes

claram icos de la mayora de los pases estn

en vsperas de acordar un sistema de medidas que sea vlido para todos,

denominado "Sistema internacional de medidas", o abreviado "SI".

La exposicin que sigue ha de poner de relieve las relaciones entre el

"SISTEMA TCNICO" y el "SISTEMA DE UNIDADES SI".


1-7


Como sobre la tierra todo est sometido a la presin atmosfrica no notamos

sta. Se toma la correspondiente presin atmosfrica como presin de

referencia y cualquier divergencia de sta se designa de sobrepresin ,.

La siguiente figura lo visualiza .

Figura 3 :

La presin de aire no siempre es la misma. Cambia segn la situacin

geogrfica y el tiempo. La zona desde la lnea del cero absoluto hasta la lnea de

referencia variable se llama esfera de depresin (-Pe) la superior se llama esfera

de sobrepresin (+Pe).

La presin absoluta Pabs. consiste en la suma de las presiones -Pe y

+Pe. En la prctica se utilizan manmetros que solamente indican la sobrepresin

+Pe. Si se indica la presin Pabs. el valor es unos 100 kPa (1 bar) ms alto.

Con la ayuda de las magnitudes bsicas definidas pueden explicarse

las leyes fsicas fundamentales de la aerodinmica.



1.4.1 El aire es compresible

Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la

del recipiente que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido

(compresin) y tiene la tendencia a dilatarse (expansin).

La ley que rige estos fenmenos es la de Boyle-Mariotte.

A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado 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 cantidad determinada

de gas.

Este ley es demuestra mediante el siguiente ejemplo:

Figura 4. :


1-9



1-11



1-12


Figura 14: Diagrama de caudal

En este diagrama estn indicadas las zonas de cantidades de aire aspirado y la

presin para cada tipo de compresor.

Figura 14: Diagrama de caudal


1-13


El caudal es la cantidad de fluido que atraviesa una seccin por unidad de tiempo.

El caudal se puede expresar de dos formas:

Caudal msico: Cantidad de masa por unidad de tiempo. [Kg / seg] Caudal volumtrico: Cantidad de volumen por unidad de tiempo. [m3 / seg]

[m3 / hora]

v

Seccin

STubera

L Caudal Q = Seccin x velocidad = m2 x m/seg

[m3 / seg]


Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos

2. Produccin del aire comprimido

2.1 Generadores

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la

presin del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos

neumticos se alimentan desde una estacin central. Entonces no es necesario

calcular ni proyectar la transformacin de la energa para cada uno de los

consumidores. El aire comprimido viene de la estacin compresora y llega a las

instalaciones a travs de tuberas.

Los compresores mviles se utilizan en el ramo de la construccin o en

mquinas que se desplazan frecuentemente.

En el momento de la planificacin es necesario prever un tamao superior

de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumticos nuevos que se

adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalacin, al

objeto de que el compresor no resulte ms tarde insuficiente, puesto que toda

ampliacin ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.

Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire

comprimido tendr una larga duracin. Tambin debera tenerse en cuenta la

aplicacin correcta de los diversos tipos de compresores.

2.2 Tipos de compresores

Segn las exigencias referentes a la presin de trabajo y al caudal de

suministro, se pueden emplear diversos tipos de construccin.

Se distinguen dos tipos bsicos de compresores:

El primero trabaja segn el principio de desplazamiento. La compresin se

obtiene por la admisin del aire en un recinto hermtico, donde se reduce luego el

volumen. Se utiliza en el compresor de mbolo (oscilante o rotativo).

El otro trabaja segn el principio de la dinmica de los fluidos. El aire es

aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleracin de la

masa (turbina).



2.2.1 Compresores de mbolo

Compresor de mbolo oscilante . Este es el tipo de compresor ms

difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presin.

Su campo de trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles de

kPa (bar).

Figura 6: Compresor de mbolo oscilante

Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias

etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresin previa por el

primer mbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el

siguiente mbolo. El volumen de la segunda cmara de compresin es, en

conformidad con la relacin, ms pequeo. Durante el trabajo de compresin se

forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema

refrigeracin.



Los compresores de mbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por

agua, y segn las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:

Para los caudales vase la figura 14 diagrama.

Compresor de membrana

Este tipo forma parte del grupo de compresores de mbolo. Una membrana

separa el mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra en contacto con las

piezas mviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estar exento de

aceite.

Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias

alimenticias farmacuticas y qumicas.

Compresor de mbolo rotativo

Consiste en un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio. El

aire es comprimido por la continua reduccin del volumen en un recinto hermtico.



Compresor rotativo multicelular

Un rotor excntrico gira en el interior de un crter cilndrico provisto de ranuras

de entrada y de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus

dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal prcticamente

uniforme y sin sacudidas. Para el caudal vase la figura 14 (diagrama).

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 volumen de las clulas vara constantemente.



Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes

Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cncavo y convexo

impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. Para el caudal, vase la

figura 14 (diagrama)

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 estanqueidad se asegura mediante los

bordes de los mbolos rotativos.

Fig. 11 - Compresor Roots

2.2.2 Turbocompresores

Trabajan segn el principio de la dinmica de los fluidos, y son muy

apropiados para grandes caudales. Se fabrican de tipo axial y radial. El aire se



pone en circulacin por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta energa

cintica se convierte en una energa elstica de compresin. Para el caudal,

vase la figura 14 (diagrama).

La rotacin de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo.

Aceleracin progresiva de cmara a cmara en sentido radial hacia afuera;

el aire en circulacin regresa de nuevo al eje. Desde aqu se vuelve a acelerar

hacia afuera.



2.3 Eleccin del compresor

2.3.1 Caudal

Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen

dos conceptos.

1. El caudal terico

2. El caudal efectivo o real

En el compresor de mbolo oscilante, el caudal terico es igual al producto de

cilindrada * velocidad de rotacin. El caudal efectivo depende de la construccin

del compresor y de la presin. En este caso, el rendimiento volumtrico es muy

importante.



Figura 15 :

Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Slo ste es el

que acciona y regula los equipos neumticos.

Los valores indicados segn las normas ?representan valores efectivos (p.

ej.: DIN 1945).

El caudal se expresa en m3/min m3/h .

No obstante, son numerosos los fabricantes que solamente indican el

caudal terico.

2.3.2 Presin

Tambin se distinguen dos conceptos:

La presin de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y

existe en las tuberas que alimentan a los consumidores.

La presin de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado.

En la mayora de los casos, es de 600 kPa (6 bar).

Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presin.

Importante:



Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario que la presin

tenga un valor constante. De sta dependen :

- la velocidad

- las fuerzas

- el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo.

Figura 16 :



2.3.3 Accionamiento

Los compresores se accionan, segn las exigencias, por medio de un

motor elctrico o de explosin interna. En la industria, en la mayora de los casos

los compresores se arrastran por medio de un motor elctrico.

Si se trata de un compresor mvil, ste en la mayora de los casos se acciona

por medio de un motor de combustin (gasolina, Diesel ).

Figura 17:

2.3.4 Regulacin

Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo

que flucta, se debe proceder a ciertas regulaciones del compresor. Existen

diferentes clases de regulaciones. El caudal vara entro dos valores lmites

ajustados (presiones mxima y mnima).

Regulacin de marcha en vaco Regulacin de carga parcial Regulacin por intermitencias a) Regulacin por escape a la atmsfera a) Regulacin de velocidad de

rotacin

b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin b) Regulacin por

estrangulacin de la aspiracin

c) Regulacin por apertura de la aspiracin

Regulacin de marcha en vaco:



a) Regulacin por escapo a la atmsfera

En esta simple regulacin se trabaja con una vlvula reguladora de

presin a la salida del compresor. Cuando en el depsito (red) se ha

alcanzado la presin deseada, dicha vlvula abre el paso y permite que el

aire escape a la atmsfera. Una vlvula antirretorno impide que el depsito se vace (slo en instalaciones muy pequeas).

b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin

En este tipo de regulacin se bloquea el lado de aspiracin. La

tubuladura de aspiracin del compresor est cerrada. El compresor no

puede aspirar y sigue funcionando en el margen de depresin. Esta

regulacin se utiliza principalmente en los compresores rotativos y tambin

en los de mbolo oscilante.



c) Regulacin por apertura de la aspiracin

Se utiliza en compresores de mbolo de tamao mayor. Por medio de

una mordaza se mantiene abierta la vlvula de aspiracin y el aire circula

sin que el compresor lo comprima. Esta regulacin es muy sencilla.

Regulacin de carga parcial

a) Regulacin de la velocidad de rotacin

El regulador de velocidad del motor de combustin interna se ajusta

en funcin de la presin de servicio deseada, por medio de un elemento de

mando manual o automtico.

Si el accionamiento es elctrico, la velocidad de rotacin puede

regularse de forma progresiva empleando motores de polos conmutables.

No obstante, este procedimiento no es muy utilizado.

b) Regulacin del caudal aspirado

Se obtiene por simple estrangulacin de la tubuladura de aspiracin.

El compresor puede ajustarse as a cargas parciales predeterminadas. Este

sistema se presenta en compresores rotativos o en turbocompresores.



Regulacin por Intermitencias

Con este sistema, el compresor tiene dos estados de servicio

(funciona a plena carga o est desconectado). El motor de accionamiento

del compresor se para al alcanzar la presin Pmax. Se conecta de nuevo y

el compresor trabaja, al alcanzar el valor mnimo Pmin.

Los momentos de conexin y desconexin pueden ajustarse

mediante un presstato. Para mantener la frecuencia de conmutacin

dentro de los lmites admisibles, es necesario prever un depsito de gran

capacidad.

Figura 21: Regulacin intermitente

2.3.5 Refrigeracin

Por efecto de la compresin del aire se desarrolla calor que debe

evacuarse. De acuerdo con la cantidad de calor que se desarrolle, se

adoptar la refrigeracin ms apropiada.

En compresores pequeos, las aletas de refrigeracin se encargan

de irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un ventilador

adicional, que evacua el calor.



Figura 22:

Cuando se trata de una estacin de compresin de ms de 30 kW

de potencia, no basta la refrigeracin por aire. Entonces los compresores

van equipados de un sistema de refrigeracin por circulacin de agua en

circuito cerrado o abierto. A menudo se temen los gastos de una instalacin

mayor con torre de refrigeracin. No obstante, una buena refrigeracin

prolonga la duracin del compresor y proporciona aire ms fro y en

mejores condiciones. En ciertas circunstancias, incluso permite ahorrar un

enfriamiento posterior del aire u operar con menor potencia.

2.3.6 Lugar de emplazamiento

La estacin de compresin debe situarse en un local cerrado e

insonorizado. El recinto debe estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo

ms fresco, limpio de polvo y seco posible.

Acumulador de aire comprimido

El acumulador o depsito sirve para estabilizar el suministro de aire

comprimido. Compensa las oscilaciones de presin en la red de tuberas a

medida que se consume aire comprimido.

Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera

adicionalmente. Por este motivo, en el acumulador se desprende directamente

una parte de la humedad del aire en forma de agua

Figura 23: Acumulador



El tamao de un acumulador de aire comprimido depende:

Del caudal de suministro del compresor

Del consumo de aire

De la red de tuberas (volumen suplementario)

Del tipo de regulacin

De la diferencia de presin admisible en el interior de la red.

Determinacin del acumulador cuando el compresor funciona

Intermitentemente

El tamao de un acumulador puede determinarse segn el diagrama de la

figura 24.


Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos

3. Distribucin del aire comprimido

Como resultado de la racionalizacin y automatizacin de los dispositivos

de fabricacin, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire.

Cada mquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo

abastecido por un compresor, a travs de una red de tuberas.

El dimetro de las tuberas debe elegirse de manera que si el consumo

aumenta, la prdida de presin entre l depsito y el consumidor no sobrepase 10

kPa (0,1 bar). Si la cada de presin excede de este valor, la rentabilidad del

sistema estar amenazada y el rendimiento disminuir considerablemente. En la

planificacin de instalaciones nuevas debe preverse una futura ampliacin de la

demanda de aire, por cuyo motivo debern dimensionarse generosamente las

tuberas. El montaje posterior de una red ms importante supone costos dignos

de mencin.

En el organigrama adjunto (figura 3-1) se esquematiza una instalacin de

aire comprimido y en la figura 3-2 se representa grficamente una central

compresora.

FILTRO

COMPRESOR REFRIGERADOR SEPARADOR DEPOSITO REGULADOR

ELIMINACIN DE IMPUREZAS

SECADOR

130 C 30 C 30 C

AIRE COMPRIMIDO

AIRE CON AGUA AIRE HUMEDO

AIRE LIMPIO

ATMOSFERA

RED DE DISTRIBUCIN ACOMETIDA

EQUIPO DE MANTENIMIENTOUSO

ATMOSFERA

AIRE SECO


3-1


Figura 3-2

3.1 Dimensionado de las tuberas

El dimetro de las tuberas no debera elegirse conforme a otros tubos

existentes ni de acuerdo con cualquier regla emprica, sino en conformidad con:

el caudal

la longitud de las tuberas

la prdida de presin (admisible) la presin de servicio la cantidad de

estrangulamientos en la red

En la prctica se utilizan los valores reunidos con la experiencia. Un

nomograma (figura 25) ayuda a encontrar el dimetro de la tubera de una forma

rpida y sencilla.

Clculo de una tubera:

El consumo de aire en una industria es de 4 m3/min (240 m3/h). En 3 aos

aumentar un 300%, lo que representa 12 m3/min (720 m3/h).

El consumo global asciende a 16 m3/min (960 m3/h) La red tiene una

longitud de 280 m; comprende 6 piezas en T, 5 codos normales, 1 vlvula de

cierre. La prdida admisible de presin es de A p = 10 kPa (0,1 bar). La presin

de servicio es de 800 kPa (S bar).

Se busca: El dimetro de la tubera



El nomograma de la figura 25, con los datos dados, permite determinar el

dimetro provisional de las tuberas.

solucin:

En el nomograma, unir la lnea A (longitud M tubo) con la B (cantidad de

aire aspirado) y prolongar el trazo hasta C (eje l). Unir la lnea E,(presin). En la

lnea F (eje 2) se obtiene una interseccin. Unir los puntos de interseccin de los

ejes 1 y 2. Esta lnea corta la D (dimetro nominal de la tubera) en un punto que proporciona el dimetro deseado.

En este caso, se obtiene para el dimetro un valor de 90 mm.

Tomado del manual de neumtica de FMA Pokorny, Francfort


3-3


Las resistencias de los elementos estranguladores (vlvula de cierre,

vlvula esquinera, pieza en T, compuerta, codo normal) se indican en longitudes

supletorias. Se entiende por longitud supletoria la longitud de una tubera recta

que ofrece la misma resistencia al flujo que el elemento estrangulador o el punto

de estrangulacin. La seccin de paso de la "tubera de longitud supletoria" es la

misma que la tubera.

Un segundo nomograma (figura 26) permite averiguar rpidamente las

longitudes supletorias.



Con esta longitud total de tubera de 380 m, el consumo de aire, la prdida

de presin y la presin de servicio se puede determinar, como en el problema anterior, con ayuda del nomograma (figura 25) el dimetro definitivo de las tuberas.

En este caso, el dimetro es de 95 mm.

3.2 Tendido de la red

No solamente importa el dimensionado correcto de las tuberas, sino

tambin el tendido de las mismas.

Las tuberas requieren un mantenimiento y vigilancia regulares, por cuyo

motivo no deben instalarse dentro de obras ni en emplazamientos demasiado

estrechos. En estos casos, la deteccin de posibles fugas se hace difcil.

Pequeas faltas de estanqueidad ocasionan considerables prdidas de presin.

En el tendido de las tuberas debe cuidarse, sobre todo , de que la tubera

tenga un descenso en el sentido de la corriente, del 1 al 2%.

En consideracin a la presencia de condensado , las derivaciones para las

tomas aire en el caso de que las tuberas estn tendidas horizontalmente, se

dispondrn siempre en la parte superior del tubo.

As se evita que el agua condensada que posiblemente en encuentre en la

tubera principal llegue a travs de las tomas. Para recoger y vaciar el agua

condensada se disponen tuberas especiales en la parte inferior de la principal.


3-5


En la mayora de los casos, la red principal se monta en circuito cerrado.

Desde la tubera principal se instalan las uniones de derivacin.

Con este tipo de montaje de la red de aire comprimido se obtiene una

alimentacin uniforme cuando el consumo de aire es alto. El aire puede pasar en dos direcciones.

En la red cerrada con interconexiones hay un circuito cerrado, que permite

trabajar en cualquier sitio con aire, mediante las conexiones longitudinales y

transversales de la tubera de aire comprimido,

Ciertas tuberas de aire comprimido pueden ser bloqueadas mediante

vlvulas de cierre (correderas) si no se necesitan o si hay que separarlas para

efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento. Tambin existe la posibilidad

de comprobar faltas de estanqueidad.



3.3 Material de tuberas

3.3.1 Tuberas principales

Para la eleccin de los materiales brutos, tenemos diversas posibilidades:

- Cobre Tubo de acero negro

- Latn Tubo de acero galvanizado

- Acero fino Plstico

Las tuberas deben poderse desarmar fcilmente, ser resistentes a la

corrosin y de precio mdico.

Las tuberas que se instalen de modo permanente se montan

preferentemente con uniones soldadas. Estas tuberas as unidas son estancas y,

adems de precio econmico. El inconveniente de estas uniones consiste en que

al soldar se producen cascarillas que deben retirarse de las tuberas. De la

costura de soldadura se desprenden tambin fragmentos de oxidacin; por eso,

conviene y es necesario incorporar una unidad de mantenimiento.

En las tuberas de acero galvanizado, los empalmes de rosca no siempre

son totalmente hermticos. La resistencia a la corrosin de estas tuberas de

acero no es mucho mejor que la del tubo negro. Los lugares desnudos (roscas)

tambin se oxidan, por lo que tambin en este caso es importante emplear

unidades de mantenimiento. Para casos especiales se montan tuberas de cobre

o plstico.


3-7


3.3.2 Derivaciones hacia los receptores

Los tubos flexibles de goma solamente han de emplearse en aquellos

casos en que se exija una flexibilidad en la tubera y no sea posible instalar

tuberas de plstico por los esfuerzos mecnicos existentes. Son ms caros y no

son tan manipulables como las tuberas de plstico.

Las tuberas de polietileno y poliamida se utilizan cada vez ms en la

actualidad para unir equipos de maquinaria. Con racores rpidos se pueden

tender de forma rpida, sencilla y econmica.

3.4 Uniones

Describimos en lo sucesivo los dispositivos de uso comn en neumtica

basndonos bsicamente en los modelos Festo , para mas informacin sobre esta

marca ingresar a su pgina web .

3.4.1 Racores para tubos Aplicables sobre todo para tubos de acero y de cobre

Figura 30: Racores de anillo cortante. El empalme puede soltarse y unirse varias

veces.



figura 31: Racor con anillo de sujecin para tubos de acero y cobre, con anillo

interior especial (bicono) tambin para tubos de plstico .

Figura 32: Racor con borde recalcado

Figura 33: Racor especial con reborde (para tubo de cobre con collarn)


3-9


3.4.2 Acoplamientos

Figura 34: Base de enchufe rpido

Figura 35: Racor de enchufe rpido

3.4.3 Racores para tubos flexibles

Figura 36: Boquilla con tuerca de racor



Figura 37: Boquilla

Figura 38: Racores rpidos para tubos flexibles de plstico

Racor CS


3-11


3. 5 Preparacin del aire comprimido

3.5.1 Impurezas

En la prctica se presentan muy a menudo los casos en que la calidad del

aire comprimido desempea un papel primordial.

Las impurezas en forma de partculas de suciedad u xido, residuos de

aceite lubricante y humedad dan origen muchas veces a averas en las

instalaciones neumticas y a la destruccin de los elementos neumticos .

Mientras que la mayor separacin del agua de condensacin tiene lugar en

el separador, despus de la refrigeracin, la separacin fina, el filtrado y otros

tratamientos del aire comprimido se efectan en el puesto de aplicacin.

Hay que dedicar especial atencin a la humedad que contiene el aire

comprimido.

El agua (humedad) llega al interior de la red con el. aire que aspira el

compresor. La cantidad de humedad depende en primer lugar de la humedad

relativa del aire, que -a su vez depende de la temperatura del aire y de las

condiciones climatolgicas.

La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire.

El grado de saturacin es la cantidad de agua que un m3 de aire puede

absorber, como mximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces

del 100% , como mximo (temperatura del punto de roco).

El diagrama de la figura 39 muestra la saturacin del aire en funcin de la

temperatura.



Ejemplo:

Para un punto de roco de 293 K (20'C), la humedad contenida en un m3 de aire

es de 17,3 g.

Remedio:

Filtrado correcto del aire aspirado por el compresor Utilizacin de

compresores exentos de aceite. Si el aire comprimido contiene humedad, habr

de someterse a un secado.

Existen varios procedimientos:

- Secado por absorcin

- Secado por adsorcin

- Secado por enfriamiento


3-13

http://www.sapiens.itgo.com/neumatica/#absorcionhttp://www.sapiens.itgo.com/neumatica/#adsorcionhttp://www.sapiens.itgo.com/neumatica/#enfriamiento


Figura 39: Caracterstica del punto de roco

Ejemplo: Para un punto de roco de 313 K (40 C) la humedad contenida en un

m3 de aire es de 50 gramos.



Secado por absorcin

El secado por absorcin es un procedimiento puramente qumico. El aire

comprimido pasa a travs de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua

o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina qumicamente

con sta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante.

Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se

puede realizar manual o automticamente.

Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en

intervalos regulares (2 a 4 veces al ao).

Al mismo tiempo, en el secador por absorcin se separan vapores y

partculas de aceite. No obstante, las cantidades de aceite, si son grandes,

influyen en el funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino

delante de ste.

Figura 40: Secado por absorcin

El procedimiento de absorcin se distingue:


3-15


- Instalacin simple - Reducido desgaste mecnico, porque el secador no tiene

piezas mviles - No necesita aportacin de energa exterior

Secado por adsorcin

Este principio se basa en un proceso fsico. (Adsorber: Deposito de

sustancias sobre la superficie de cuerpos slidos.)

El material de secado es granuloso con cantos vivos o en forma de perlas.

Se compone de casi un 100% de dixido de silicio. En general se le da el nombre

de Gel .

La misin del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua. El aire

comprimido hmedo se hace pasar a travs del lecho de gel, que fija la humedad.

La capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada. Si

est saturado, se regenera de forma simple. A travs del secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado.

El calor necesario para la regeneracin puede aplicarse por medio de

corriente elctrica o tambin con aire comprimido caliente.

Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el

secado del aire, mientras el otro es regenera (soplndolo con aire caliente).

Figura 41: Secado por adsorcin

Secado por enfriamiento



Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se basan en el principio

de una reduccin de la temperatura del punto de roco.

Se entiende por temperatura del punto de roco aquella a la que hay que

enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire

comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado

intercambiador de calor de aire-aire.

El aire caliente que entra en el secador se enfra mediante aire seco y fro

proveniente del intercambiador de calor (vaporizador).

El condensado de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a

travs del separador .

Este aire preenfriado pasa por el grupo frigorfico (vaporizador) y se enfra

ms hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 C) En este proceso se elimina

por segunda vez el agua y aceite condensados.

Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino, al

objeto de eliminar nuevamente partculas de suciedad.


3-17


Figura 42: Secado por enfriamiento



3.5.2 Filtro de aire comprimido con regulador de presin

El filtro tiene la misin de extraer del aire comprimido circulante todas las

impurezas y el agua condensada.

Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido tiene que atravesar la

chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices. Como consecuencia se

somete a un movimiento de rotacin. Los componentes lquidos y las partculas

grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrfuga y se

acumulan en la parte inferior del recipiente.

En el filtro sintetizado (4) [ancho medio de poros, 40 mm] sigue la

depuracin del aire comprimido.

Dicho filtro (4) separa otras partculas de suciedad. Debe ser sustituido o

limpiado de vez en cuando, segn el grado de ensuciamiento del aire comprimido.

El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador de presin y llega

a la unidad de lubricacin y de aqu a los consumidores.

La condensacin acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se deber

vaciar antes de que alcance la altura mxima admisible, a travs del tornillo de

purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar una purga

automtica de agua.

Funcionamiento de la purga automtica de agua.

El agua condensada es separada por el filtro. De vez en cuando hay que

vaciar la purga, porque de lo contrario el agua ser arrastrada por el aire

comprimido hasta los elementos de mando. En la purga de agua mostrada abajo,

el vaciado tiene lugar de forma automtica.

El condensado del filtro llega, a travs del tubo de unin (1), a la cmara

del flotador (3). A medida que aumenta el nivel del condensado, el flotador (2)

sube y a una altura determinada abre, por medio de una palanca, una tobera (10).

Por el taladro (9) pasa aire comprimido a la otra cmara y empuja la membrana

(6) contra la vlvula de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir

por el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10) a medida que


3-19


disminuye el nivel de condensado. El aire restante escapa a la atmsfera por la

tobera (5). La purga puede realizarse tambin de forma manual con el perno (8).

Figura 43: Filtro de aire comprimido con regulador de presin .



Figura 44: Purga automtica de agua.

3.5.4 Filtro finsimo de aire comprimido

Este filtro se emplea en aquellos ramos en que se necesita aire filtrado

finsimamente (p. ej., en las industrias alimenticias, qumicas y farmacuticas, en

la tcnica de procedimientos y en sistemas que trabajan con mdulos de baja

presin). Elimina del aire comprimido, casi sin restos, las partculas de agua y

aceite. El aire comprimido se filtra hasta un 99,999% (referido a 0,01 micrn).

Funcionamiento

Este filtro se diferencia del filtro normal en el hecho de que el aire

comprimido atraviesa el cartucho filtrante de dentro hacia afuera.

El aire comprimido entra en el filtro por (1), y atraviesa el elemento filtrante

(2) (fibras de vidrio boro silicato de dentro hacia afuera. El aire comprimido limpio

pasa por la salida (5) a los consumidores.

La separacin de partculas finsimas hasta 0,01 micrn es posible debido a

la finura extraordinaria del tejido filtrante. Las partculas separadas se eliminan del

recipiente del filtro, por el tornillo de purga (4). Para que las partculas de agua y


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aceite no puedan ser arrastradas por el aire que circula, deben observarse los

valores de flujo. Al montarlo hay que tener presente lo siguiente: El prefiltrado

aumenta la duracin del cartucho filtrante; el filtro ha de montarse en posicin

vertical, prestando atencin al sentido de flujo (flecha).

Figura 45: Filtro finsimo de aire comprimido



3.5.5 Reguladores de presin

Regulador de presin con orificio de escape

El regulador tiene la misin de mantener la presin de trabajo (secundaria)

lo ms constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la

presin de red (primaria) y del consumo de aire. La presin primaria siempre ha

de ser mayor que la secundaria. Es regulada por la membrana (1), que es

sometida, por un lado, a la presin de trabajo, y por el otro a la fuerza de un

resorte (2), ajustable por medio de un tornillo (3).

A medida que la presin de trabajo aumenta, la membrana acta contra la

fuerza del muelle. La seccin de paso en el asiento de vlvula (4) disminuye hasta

que la vlvula cierra el paso por completo. En otros trminos, la presin es

regulada por el caudal que circula.

Al tomar aire, la presin de trabajo disminuye y el muelle abre la vlvula. La

regulacin de la presin de salida ajustada consiste, pues, en la apertura y cierre

constantes de la vlvula. Al objeto de evitar oscilaciones, encima del platillo de

vlvula (6) hay dispuesto un amortiguador neumtico o de muelle (5). La presin

de trabajo se visualiza en un manmetro.

Cuando la presin secundaria aumenta demasiado, la membrana es

empujada contra el muelle. Entonces se abre el orificio de escape en la parte

central de la membrana y el aire puede salir a la atmsfera por los orificios de

escape existentes en la caja.


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Figura 46: Regulador de presin con orificio de escape .

Regulador de presin sin orificio de escape

En el comercio se encuentran vlvulas de regulacin de presin sin orificio

de escape. Con estas vlvulas no es posible evacuar el aire comprimido que se

encuentra en las tuberas.

Funcionamiento:

Por medio del tornillo de ajuste (2) se pretensa el muelle (8) solidario a la

membrana (3). Segn el ajuste del muelle (8), se abre ms o menos el paso del

lado primario al secundario. El vstago (6) con la membrana (5) se separa ms o

menos del asiento de junta.

Si no se toma aire comprimido del lado secundario, la presin aumenta y

empuja la membrana (3) venciendo la fuerza del muelle (8). El muelle (7) empuja

el vstago hacia abajo, y en el asiento se cierra el paso de aire. Slo despus de

haber tomado aire del lado secundario, puede afluir de nuevo aire comprimido del

lado primario.



Figura 47: Regulador de presin sin orificio de escape .

3.5.6 Lubricador de aire comprimido

El lubricador tiene la misin de lubricar los elementos neumticos en

medida suficiente. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas

mviles, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosin.

Los lubricadores trabajan generalmente segn el principio "Venturi". La

diferencia de presin Ap (cada de presin) entre la presin reinante antes de la

tobera y la presin en el lugar ms estrecho de sta se emplea para aspirar

lquido (aceite) de un depsito y mezclarlo con el aire.

El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del flujo es suficientemente

grande. Si se consume poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza

para producir una depresin suficiente y aspirar el aceite del depsito.

Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el fabricante,


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Figura 48: Principio de Venturi

Funcionamiento de un lubricador

El lubricador mostrado en este lugar trabaja segn el principio Venturi.

El aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1) hasta la

salida (2). Por el estrechamiento de seccin en la vlvula (5), se produce una

cada de presin. En el canal (8) y en la cmara de goteo (7) se produce una

depresin (efecto de succin). A travs del canal (6) y del tubo elevador (4) se

aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a travs de la cmara de goteo (7) y del

canal (8) hasta el aire comprimido, que afluye hacia la salida (2). Las gotas de

aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este estado hasta el

consumidor.

La seccin de flujo vara segn la cantidad de aire que pasa y vara la

cada de presin, o sea, vara la cantidad de aceite. En la parte superior del tubo

elevador (4) se puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por medio de

un tornillo.

Una determinada cantidad de aceite ejerce presin sobre el aceite que le

encuentra en el depsito, a travs de la vlvula de retencin (3).



Figura 49: Lubricador de aire comprimido

3.6 Unidad de mantenimiento

La unidad de mantenimiento representa una combinacin de los siguientes

elementos:

- Filtro de aire comprimido

- Regulador de presin

- Lubricador de aire comprimido

Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:

1. El caudal total de aire en m3/h es decisivo para la eleccin del tamao de

unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una


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cada de presin demasiado grande. Por eso, es imprescindible respetar los

valores indicados por el fabricante.

2. La presin de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad , y la

temperatura no deber ser tampoco superior a 50 C (valores mximos para

recipiente de plstico).

Figura 50: Unidad de mantenimiento



Figura 51: Smbolo de la unidad de mantenimiento

3.6.1 Conservacin de las unidades de mantenimiento

Es necesario efectuar en intervalos regulares los trabajos siguientes de

conservacin

a) Filtro de aire comprimido: Debe examinarse peridicamente el nivel de agua

condensada, porque no debe sobrepasar la altura indicada en la mirilla de

control. De lo contrario, el agua podra ser arrastrada hasta la tubera por el

aire comprimido. Para purgar el agua condensada hay que abrir el tornillo

existente en la mirilla.

Asimismo debe limpiarse el cartucho filtrante.

b) Regulador de presin: Cuando est precedido de un filtro, no requiere ningn

mantenimiento.

c) Lubricador de aire comprimido: Verificar el nivel de aceite en la mirilla y, si es

necesario, suplirlo hasta el nivel permitido. Los filtros de plstico y los

recipientes de los lubricadores no deben limpiarse con tricloroetileno . Para los

lubricadores, utilizar nicamente aceites minerales.


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3.6.2 Caudal en las unidades de mantenimiento

Todos los aparatos poseen una resistencia interior, por lo que se produce

una cada de presin -hasta que el aire llega a la salida. Esta cada de presin

depende M caudal de paso y de la presin de alimentacin correspondiente. En el

diagrama estn representadas varias curvas, por ejemplo, para

En la abscisa est indicada la prdida de presin A p. Esta es la diferencia

entre la presin reinante en el regulador de presin (p,) y la presin a la salida de

la unidad (p2). La prdida mxima de presin A p puede corresponder por tanto a

la presin P2. En este caso, la resistencia despus de la unidad ha disminuido

hasta el valor cero y, por tanto, se dispone de caudal mximo de flujo.

Ejemplo:

La unidad de mantenimiento debe elegirse cuidadosamente segn el

consumo de la instalacin. Si no se pospone un depsito, hay que co

libro neumatica i v2.pdf

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