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1Curso de Neumtica Bsica

2Programa del Curso

1. Introduccin y Teora del aire.

2. Tratamiento del Aire Comprimido.

3. Simbologa ISO 1219-1.

4. Funcionamiento Componentes Neumticos.

5. Diseo de Circuitos Neumticos.

Introduccin y

Teora del AirePara neumtica industrial

4Contenido

z Composicin del aire.z Presin atmosfrica.z Aire comprimido industrial.z Presin.z Unidades de presin.z Presin y fuerza.z Ley general de los gases.z Generacin de aire comprimido.

z Caudal de aire comprimido.

z Introduccin.

z Agua en el aire comprimido.

z Caudal a travs de vlvulas.

z Pulsar la seccin para acceso directo.

5Introduccinz Que es Neumtica ?

z La tcnica que trata del aprovechamiento de las propiedades que tiene el aire comprimido.

z Propiedades del aire comprimido :z Fluidez: no ofrecen ningn tipo de resistencia al

desplazamiento.z Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un

recipiente cerrado aumentando la presin.z Elasticidad: la presin ejercida en un gas se transmite

con igual intensidad en todas las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.

6Composicin del airez El aire que

respiramos es elstico, comprimible y fluido.

z Damos por hecho que el aire llena todo el espacio que lo contiene.

z El aire se compone bsicamente de nitrgeno y de oxgeno.

Composicin por VolumenNitrogeno 78.09% N2Oxgeno 20.95% O2Argn 0.93% ArOtros 0.03%

7Presin Atmosfricaz La presin atmosfrica

es causada por el peso del aire sobre nosotros.

z Esta es menor cuando subimos una montaa y mayor al descender a una mina.

z La presin vara con las condiciones atmosfricas.

8Atmsfera Standardz Una atmsfera standard se define por la

Organizacin Internacional de Aviacin Civil. La presin y temperatura al nivel del mar es 1013.25milli bar absoluta y 288 K (15OC).

1013.25 m bar

9Atmsfera y vacioz La potencia de la

presin atmosfrica es evidente en la industria de manipulacin donde se utilizan ventosas y equipos de vacio.

z El vacio se consigue evacuando todo el aire de un sitio determinado.

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Aire comprimido industrial

Rangobajo

Rangoindustrialtpico

0123456789

1011121314151617

0123456789

10111213141516

P

r

e

s

i

n

a

b

s

o

l

u

t

a

b

a

r

P

r

e

s

i

n

m

a

n

o

m

t

r

i

c

a

b

a

r

Vacio totalAtmsfera

RangoIndustrialampliado

z Las presiones se dan en bar (relativos a la presin atmosfrica).

z El zero del manmetro es la presin atmosfrica.

z Para clculos se utiliza la presin absoluta:Pa = Pg + Patmsfera.

z Se asume para clculos rpidos que 1 atmsfera equivale a 1.000 mbar.

z En realidad 1 atmsfera equivale a 1.013 mbar.

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Presinz 1 bar = 100.000 N/m2

(Newtons por metro cuadrado).

z 1 bar = 10 N/cm2

z 1.000 mbar = 1 barz El sistema de medidas

anglosajn utiliza los pies por pulgada cuadrada (psi)1 psi = 68.95mbar14.5 psi = 1bar

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Unidades de presinz Existen diversas unidades de medida de presin.

Se muestran algunas de ellas y sus equivalencias:

z 1 bar = 100.000 N/m2z 1 bar = 100 kPaz 1 bar = 14.50 psiz 1 bar = 10.197 kgf/m2z 1 mm Hg = 1,334 mbar approx. z 1 mm H2O = 0,0979 mbar approx.z 1 Torr = 1mmHg abs (para vacio)

Presin y fuerza

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Presin y fuerzaz El aire comprimido ejerce

una fuerza de igual valor en todas las direcciones de la superficie del recipiente que lo contiene.

z El lquido en un recipiente ser presurizado y transmitido con igual fuerza.

z Por cada bar de manmetro, se ejercen 10Newtons uniformemente sobre cada centmetro cuadrado.

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Presin y fuerzaD mm

P bar

z La fuerza que se desarrolla sobre un pistn debida a la presin del aire comprimido es el rea efectiva multiplicada por la presin:

Fuerza = D2

40P

Newtons

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Presin y fuerzaz Si ambas conexiones de

un cilindro de doble efecto se conectan a la misma presin el cilindro se mover debido el diferencial de FUERZAS que hay en ambas cmaras.

z Si el cilindro es de doble vstago el cilindro no se mover.

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Presin y fuerzaz En la corredera de una vlvula la presin actuando en

cualquier conexin no har que la corredera se desplace puesto que las dos areas sobre las que actua el aire son iguales.

z P1 y P2 son las presiones de alimentacin y escape.

P1 P2

Las leyes de los gases

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Las leyes de los gasesz Para cualquier masa de aire dada las propiedades

variables son presin, volumen y temperatura.z Asumiendo que una de estas variables se mantiene

constante se darn los siguientes casos:

z Temperatura Constante

z Presin Constante

z Volumen Constante

P.V = C (una constante)

= C (una constante)VT

= C (una constante)P

T

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La Ley general de los Gases

= = CP1 .V1

T1

P2 .V2T2

Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante.

Generacin del aire comprimido

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Central Generacin Aire Comprimido

Compresor y refrigerador

Presin manmetro

Vlvula seguridad

Purga condesados

Vlvula de purga

Depsito acumulador

Tubera distribucin

SWP10bar Vlvula de corte

M

Agua en el Aire Comprimido

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Agua en el aire comprimidoz Cuando se comprimen

grandes cantidades de aire se produce una cantidad considerable de condensados.

z El vapor de agua natural que contiene el aire atmosfrico licua como en una esponja.

z El aire en el interior del recipiente continuar saturado (100% HR).

purga

aire totalmente

saturado

Condensado

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Agua en el aire comprimidoz La cantidad de vapor de agua que contiene una muestra

de aire atmosfrico se mide por la humedad relativa en % HR. Este porcentage es la proporcin de la cantidad mxima de agua que puede contener el aire a una temperatura determinada.

-40

-20

0 10 20 30 40 50

0

20

40

Gramos vapor agua / metro cbico aire g/m360 70 80

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

C

e

l

s

i

u

s

25% RH 50% RH 100% RH

A 20o Celsius100% HR = 17.4 g/m350% HR = 8.7 g/m325% HR = 4.35 g/m3

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Agua en el aire comprimidoz La ilustracin muestra cuatro cubos donde cada uno

representa 1 metro cbico de aire atmosfrico 20 C. Cada uno de estos volumenes tiene una humedad relativa del 50% HR. Esto quiere decir que contiene 8.7 gramos de vapor de agua, la mitad del mximo posible que es 17.4 gramos.

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Agua en el aire comprimidoz Cuando el compresor comprime estos cuatro metros

cbicos en uno solo luego habr 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.

28



29



30



31

Agua en el aire comprimidoz 4 metros cbicos a presin

atmosfrica contenidos en 1 metro cbico producen una presin de 3 bares de manmetro.

z 17.4 gramos de agua se mantienen como vapor produciendo el 100% HR y los otros 17.4 gramos condensan en agua lquida.

z Esto es un proceso continuo, de manera que cuando el manmetro marca 1 bar, cada vez que se comprime un metro cbico de aire y se aade al metro cbico contenido, otros 8.7 gramos se comprimen.

Caudal de aire comprimido

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Unidades de caudalz El caudal se mmide como

volumen de aire libre por unidades de tiempo.

z Las unidades usuales : z Litros normales o

decmetros cbicos por segundo lN/s o dm3/s

z Metros cbicos por minuto m3N/min

z Pies cbicos normales por minuto scfm

z 1 m 3/m = 35.31 scfmz 1 dm 3/s = 2.1 scfmz 1 scfm = 0.472 l/sz 1 scfm = 0.0283 m3/min 1 metro cbico

o 1000 dm3

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Caudal aire Librez El espacio entre las

barras representa el volumen real que ocup un litro de aire libre a surespectiv presin.

z El caudal es el resultado de la presin diferencial, a un bar absoluto (0 de manmetro) solo habra caudal en vacio.

z Si la velocidad fuese la misma en cada caso el caudal seria el dobl que en el caso anterior.

Volumen real de 1 litrode aire libre a presin

0

1/8

1/16

1/4

1/2

1 litro1bar a

2bar a

4bar a

8bar a

16bar a

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Caudal snico

P1 barabsoluta

time

P1 est 9 bar un recipiente ala atmsfera

2P2

0 5 10 200123456

15

789

atm

0 5 10 200123456

15

789

P2 barabsoluta

P1 est 9 baralimentacin aun recipiente

1/2P1

atm

z La velocidad lmite a la cual puede circular el aire es la velocidad del sonido

z Para alcanzar el caudal snico, se ha de tener una P1, aprox. 2 veces P2 o mas.

z Cuando se vacia un recipiente de aire a alta presin a la atmsfera el caudal se mantendr constante hasta que P1 sea menor que 2 P2.

z Cuando se carga un recipienteelcaudal se mantiene constante hasta que P2 es 1/2 P1.

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Caudal a travs de vlvulasz La caracterstica de caudal de una vlvula se suele indicar

por algun tipo de factor de caudal, como C , b, Cv, Kv y otros.

z El procedimiento mas preciso para determinar esta caracterstica de una vlvula es a travs de su valor C (conductancia) y b (relacin crtica de presiones). Estas caractersticas se determinan provando el componente segn CETOP RP50P recommendations.

z Para un rango de presionesde alimentacin P determinado,P2 se contrasta con el caudalhasta alcanzar su mximo.

z El resultado es un conjunto de curvasmostrando la caracterstica de caudal de la vlvula.

P1 P2

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Caudal a travs de vlvulasz A partir de estas curvas se puede determinar la relacin

crtica de presiones b. La b representa la relacin de P2 sobre P1, en la cual la velocidad es snica. As la conductancia C en este punto representa el caudal dm/ segundo / bar absoluto.

Presin P2 (bar) aguas a bajo

Relacin crtica de presiones b = 0.15

0 1 2 3 4 5 6 70

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5ConductanciaC= 0.062 dm/s/bar aTan solo para la partehorizontal de la curva

Caudaldm3/sairelibre

P1 es el punto de caudal zero para cada curva

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Caudal a travs de vlvulasz Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocen

la conductancia y la relacin crtica de presiones, el valor del caudal para cualquier caida de presin se puede calcular mediante la siguiente frmula:

Q = C P1 1 -1 - b

P2P1

- b2

Donde : P1 = aguas arriba barP2 = aguas a bajo barC = conductancia dm3/s/bar b = relacin crtica de presionesQ = caudal dm3/s

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Caudal a travs de vlvulasz El Coeficiente de caudal Cv es un factor

calculado a partir del caudal de agua que circula a travs de un componente neumtico con una prdida de presin de 1 p.s.i.

Q : caudal en l N / minAP : cada de presin en barP1 : presin de entrada en barP2 : presin de salida en barT : temperatura abs. (273 + C).

Cv QP P PaT

= +114 5 21, ( )

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Caudal a travs de vlvulasz El Coeficiente de caudal Kv es un factor

calculado a partir del caudal de agua que circula a travs de un componente neumtico con una prdida de presin de 1 bar.

Vn : caudal en l N / minAP : cada de presin en barGn : Gravedad especfica (1 para el aire)P2 : presin de salida en barT1 : temperatura abs. (273 + C)

Kv Vn GnTP P= 504 12

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