2 - intro y teoria neumatica
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Curso de Neumática Básica
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Programa del Curso
1. Introducción y Teoría del aire.
2. Tratamiento del Aire Comprimido.
3. Simbología ISO 1219-1.
4. Funcionamiento Componentes Neumáticos.
5. Diseño de Circuitos Neumáticos.
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Introduccióny
Teoría del Aire
Para neumática industrial
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Contenido
Composición del aire.
Presión atmosférica. Aire comprimido industrial.
Presión.
Unidades de presión.
Presión y fuerza.
Ley general de los gases.
Generación de aire comprimido.
Caudal de aire comprimido.
Introducción.
Agua en el aire comprimido.
Caudal a través de válvulas.
Pulsar la sección para acceso directo.
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Introducción
¿Que es Neumática ?
La técnica que trata del aprovechamiento de las
propiedades que tiene el aire comprimido. Propiedades del aire comprimido :
Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al
desplazamiento. Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un
recipiente cerrado aumentando la presión.
Elasticidad: la presión ejercida en un gas se transmite
con igual intensidad en todas las direccionesocupando todo el volumen que lo engloba.
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Composición del aire
El aire querespiramos es
elástico, comprimibley fluido.
Damos por hecho
que el aire llena todoel espacio que locontiene.
El aire se componebásicamente denitrógeno y deoxígeno.
Composición por Volumen
Nitrogeno 78.09% N2Oxígeno 20.95% O2
Argón 0.93% ArOtros 0.03%
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Presión Atmosférica
La presión atmosféricaes causada por el peso
del aire sobre nosotros. Esta es menor cuando
subimos una montaña y
mayor al descender auna mina.
La presión varía con las
condicionesatmosféricas.
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Atmósfera Standard
Una atmósfera standard se define por laOrganización Internacional de Aviación Civil. La
presión y temperatura al nivel del mar es 1013.25milli bar absoluta y 288 K (15OC).
1013.25 m bar
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Atmósfera y vacio
La potencia de lapresión atmosférica
es evidente en laindustria demanipulación donde
se utilizan ventosas yequipos de vacio.
El vacio se consigue
evacuando todo elaire de un sitiodeterminado.
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Aire comprimido industrial
Rangobajo
Rangoindustrialtípico
0
1
2
34
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
0
1
23
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
P r e s i ó n a b s
o l u t a b a r
P r e s i ó n m a n o m é t r i c a b a r
Vacio total
Atmósfera
RangoIndustrialampliado
Las presiones se dan enbar (relativos a la presiónatmosférica).
El zero del manómetro esla presión atmosférica.
Para cálculos se utiliza la
presión absoluta:Pa = Pg + Patmósfera.
Se asume para cálculosrápidos que 1 atmósfera
equivale a 1.000 mbar.
En realidad 1 atmósferaequivale a 1.013 mbar.
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Presión
1 bar = 100.000 N/m2
(Newtons por metro
cuadrado). 1 bar = 10 N/cm2
1.000 mbar = 1 bar
El sistema de medidas
anglosajón utiliza lospies por pulgadacuadrada (psi)
1 psi = 68.95mbar14.5 psi = 1bar
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Unidades de presión
Existen diversas unidades de medida de presión.Se muestran algunas de ellas y sus
equivalencias:
1 bar = 100.000 N/m2
1 bar = 100 kPa
1 bar = 14.50 psi
1 bar = 10.197 kgf/m2
1 mm Hg = 1,334 mbar approx. 1 mm H2O = 0,0979 mbar approx.
1 Torr = 1mmHg abs (para vacio)
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Presión y fuerza
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Presión y fuerza
El aire comprimido ejerceuna fuerza de igual valor entodas las direcciones de lasuperficie del recipienteque lo contiene.
El líquido en un recipiente
será presurizado ytransmitido con igualfuerza.
Por cada bar de
manómetro, se ejercen 10Newtons uniformementesobre cada centímetrocuadrado.
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Presión y fuerza D mm
P bar
La fuerza que sedesarrolla sobre unpistón debida a la presióndel aire comprimido es elárea efectiva multiplicadapor la presión:
Fuerza = D 2
40
P Newtons
π
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Presión y fuerza
Si ambas conexiones deun cilindro de dobleefecto se conectan a lamisma presión el cilindrose moverá debido eldiferencial de presiónque hay en ambascámaras.
Si el cilindro es de doblevástago el cilindro no se
moverá.
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Presión y fuerza
En la corredera de una válvula la presión actuando encualquier conexión no hará que la corredera se desplacepuesto que las dos areas sobre las que actua el aire soniguales.
P1 y P2 son las presiones de alimentación y escape.
P1 P2
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Las leyes de los gases
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Las leyes de los gases
Para cualquier masa de aire dada las propiedadesvariables son presión, volumen y temperatura.
Asumiendo que una de estas variables se mantieneconstante se darán los siguientes casos:
Temperatura Constante
Presión Constante
Volumen Constante
P.V = C (una constante)
= C (una constante)V
T
= C (una constante)P
T
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La Ley general de los Gases
= = C P1 .V 1
T 1
P2 .V 2
T 2
Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante.
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Generación del aire comprimido
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Central Generación Aire Comprimido
Compresor y refrigerador
Presión manómetro
Válvula seguridad
Purga condesados
Válvula de purga
Depósito acumulador
Tubería
distribución
SWP10bar
Válvula de corte
M
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Agua en el Aire Comprimido
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Agua en el aire comprimido
Cuando se comprimengrandes cantidades deaire se produce una
cantidad considerable decondensados.
El vapor de agua natural
que contiene el aireatmosférico licua comoen una esponja.
El aire en el interior del
recipiente continuarásaturado (100% HR).
purga
aire
totalmentesaturado
Condensado
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Agua en el aire comprimido
La cantidad de vapor de agua que contiene una muestrade aire atmosférico se mide por la humedad relativa en %HR. Este porcentage es la proporción de la cantidad
máxima de agua que puede contener el aire a unatemperatura determinada.
-40
-20
0 10 20 30 40 50
0
20
40
Gramos vapor agua / metro cúbico 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/m3
50% HR = 8.7 g/m3
25% HR = 4.35 g/m3
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Agua en el aire comprimido
La ilustración muestra cuatro cubos donde cada unorepresenta 1 metro cúbico de aire atmosférico 20º C. Cadauno de estos volumenes tiene una humedad relativa del 50%
HR. Esto quiere decir que contiene 8.7 gramos de vapor deagua, la mitad del máximo posible que es 17.4 gramos.
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Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, perotan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dospartes condensaran en gotas de agua.
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Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, perotan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dospartes condensaran en gotas de agua.
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Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, perotan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dospartes condensaran en gotas de agua.
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Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, perotan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dospartes condensaran en gotas de agua.
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Agua en el aire comprimido
4 metros cúbicos a presiónatmosférica contenidos en 1metro cúbico producen una
presión de 3 bares de manómetro.
17.4 gramos de agua semantienen como vaporproduciendo el 100% HR y losotros 17.4 gramos condensan enagua líquida.
Esto es un proceso continuo, de
manera que cuando el manómetromarca 1 bar, cada vez que secomprime un metro cúbico de airey se añade al metro cúbico
contenido, otros 8.7 gramos secomprimen.
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Caudal de aire comprimido
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Unidades de caudal
El caudal se mmide comovolumen de aire libre porunidades de tiempo.
Las unidades usuales : Litros normales o
decímetros cúbicos porsegundo lN/s o dm 3 /s
Metros cúbicos porminuto m 3 N/min
Pies cúbicos normalespor minuto scfm
1 m 3/m = 35.31 scfm
1 dm 3/s = 2.1 scfm
1 scfm = 0.472 l/s
1 scfm = 0.0283 m3/min 1 metro cúbicoo 1000 dm3
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Caudal aire Libre
El espacio entre lasbarras representa elvolumen real que ocup un
litro de aire libre a surespectiv presión.
El caudal es el resultadode la presión diferencial,a un bar absoluto (0 demanómetro) solo habríacaudal en vacio.
Si la velocidad fuese lamisma en cada caso elcaudal seria el dobl queen el caso anterior.
Volumen real de 1 litrode aire libre a presión
0
1/8
1/16
1
/4
1/2
1 litro
1bar a
2bar a
4bar a
8bar a
16bar a
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Caudal sónico
P1 bar
absoluta
time
P1 está 9 barun recipiente ala atmósfera
2P2
0 5 10 2001
23456
15
789
atm
0 5 10 2001
234
56
15
789
P2 barabsoluta
P1 está 9 baralimentación aun recipiente
1/2P1
atm
La velocidad límite a la cualpuede circular el aire es lavelocidad del sonido
Para alcanzar el caudalsónico, se ha de tener una P1,aprox. 2 veces P2 o mas.
Cuando se vacia un recipientede aire a alta presión a laatmósfera el caudal semantendrá constante hasta
que P1 sea menor que 2 P2. Cuando se carga un recipiente
elcaudal se mantieneconstante hasta que P2 es 1/2
P1.
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Caudal a través de válvulas
La característica de caudal de una válvula se suele indicarpor algun tipo de factor de caudal, como “C” , “b”, “Cv”,“Kv” y otros.
El procedimiento mas preciso para determinar estacaracterística de una válvula es a través de su valor “C”(conductancia) y “b” (relación crítica de presiones). Estascaracterísticas se determinan provando el componentesegún CETOP RP50P recommendations.
Para un rango de presiones
de alimentación P determinado,
P2 se contrasta con el caudalhasta alcanzar su máximo.
El resultado es un conjunto de curvas
mostrando la característica de caudalde la válvula.
P1 P2
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Caudal a través de válvulas
A partir de estas curvas se puede determinar la relacióncrítica de presiones “b”. La “b” representa la relación deP2 sobre P1, en la cual la velocidad es sónica. Así la
conductancia “C” en este punto representa el caudal “dm³/segundo / bar absoluto”.
Presión P2 (bar) aguas a bajo
Relación crítica de presiones b = 0.15
0 1 2 3 4 5 6 70
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
ConductanciaC= 0.062 dm/s/bar aTan solo para la partehorizontal de la curva
Caudaldm3/sairelibre
P1 es el punto decaudal zero paracada curva
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Caudal a través de válvulas
Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocenla conductancia y la relación crítica de presiones, el valordel caudal para cualquier caida de presión se puede
calcular mediante la siguiente fórmula:
Q = C P1 1 -1 - b
P 2
P1
- b
2
Donde :P1 = aguas arriba barP2 = aguas a bajo barC = conductancia dm3/s/bar
b = relación crítica de presionesQ = caudal dm3/s
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Caudal a través de válvulas
El Coeficiente de caudal Cv es un factorcalculado a partir del caudal de agua que circula
a través de un componente neumático con unapérdida de presión de 1 p.s.i.
Q : caudal en l N / min
AP : caída de presión en bar
P1 : presión de entrada en barP2 : presión de salida en bar
T : temperatura abs. (273º + C).
CvQ
P P Pa
T
=+
114 52
1,( )Α
40
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Caudal a través de válvulas
El Coeficiente de caudal Kv es un factorcalculado a partir del caudal de agua que circula
a través de un componente neumático con unapérdida de presión de 1 bar.
Vn : caudal en l N / min
AP : caída de presión en bar
Gn : Gravedad específica (1 para el aire)P2 : presión de salida en bar
T1 : temperatura abs. (273º + C)
KvVn GnT
P P=
504
1
2Α
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