manual de neumática

Manual de Neumática

INDICE

0. AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA ................................................................................................... 2

0.1 FUNDAMENTOS FÍSICOS........................................................................................................................20.2 LEY DE NEWTON.................................................................................................................................30.3 PRESIÓN ABSOLUTA Y PRESIÓN RELATIVA.............................................................................................40.4 LEY DE BOYLE-MARIOTTE..................................................................................................................40.5 LEY DE GAY-LUSSAC..........................................................................................................................50.6 LEY DE CHARTES:...............................................................................................................................60.7 EJEMPLO:...........................................................................................................................................60.8 ECUACIÓN DE BERNOUILLI..................................................................................................................80.9 LEY DE CONTINUIDAD (ECUACIÓN DE CONTINUIDAD)............................................................................90.9.1 DEFINICIÓN DEL CONCEPTO DE VACÍO..................................................................................................90.10 PRINCIPIO VENTURI: VACIO..........................................................................................................120.11 PRODUCCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO...............................................................................................130.11.1 GENERADORES..............................................................................................................................130.11.2 TIPOS DE COMPRESORES.................................................................................................................130.11.3 COMPRESORES DE ÉMBOLO.............................................................................................................140.12 REGULACIÓN DEL COMPRESOR..........................................................................................170.13 CILINDRO CONSUMO...............................................................................................................200.13.1 CONSUMO DE AIRE COMPRIMIDO EN CILINDROS NEUMÁTICOS..............................................................................200.14 ELECCIÓN DE ACUMULADOR...............................................................................................210.15 DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO..............................................................................................240.15.1 DIMENSIONADO DE LAS TUBERÍAS....................................................................................................240.16 CÁLCULO DE UNA TUBERÍA:.............................................................................................................240.16.1 NOMOGRAMA (DIÁMETRO DE TUBERÍA)............................................................................................250.16.2 NOMOGRAMA (LONGITUDES SUPLETORIAS) FIGURA 26......................................................................280.17 UNIONES.........................................................................................................................................310.18 TIPOS DE ROSCAS............................................................................................................................320.19 PREPARACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO..............................................................................................340.20 RED DE DISTRIBUCIÓN.....................................................................................................................380.20.1 CRITERIOS DE DISEÑO....................................................................................................................380.21 FACTOR KV CARACTERÍSTICAS DE CAUDAL.......................................................................390.22 POTENCIA.......................................................................................................................................440.23 CONFIGURACIÓN DE LA TABLA QUE APARECE AL INSERTAR CILINDROS EN EL SIMULADOR..........................................................................................................................................450.24 MÉTODO CASCADA MÍNIMO.................................................................................................46

1


0. AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA

La neumática es la parte de la ingeniería que se dedica al estudio y aplicación del aire comprimido enla automatización de diversos procesos industriales.

0.1 Fundamentos físicos

La superficie del globo terrestre está rodeada de una envoltura aérea. Esta es una mezclaindispensable para la vida y tiene la siguiente composición:Nitrógeno aproximadamente 78% en volumenOxigeno aproximadamente 21% en volumenAdemás contiene trazas de bióxido de carbono, argón, hidrógeno, neón, helio, criptón y xenón.Unidades básicas

Unidades y símbolosMagnitud Abreviatura Sistema técnico Sistema de unidades (Si)

Unidad Símbolo Unidad SímboloLongitud l metro m metro mTiempo t segundo s segundo s

Masa mm

skp 2m kilogramo kg

Intensidad luminosa l candela cdCantidad de sustancia n mol mol

Temperatura T Grado centígrado (oC) (grado Celsio) kelvin K

Corriente eléctrica I amperio A amperio A

Unidades derivadasUnidades y símbolos derivados

Magnitud Abreviatura Sistema técnico Sistema de unidades (SI)Unidad Símbolo Unidad Símbolo

Fuerza Fkilopondio o

kg fuerza

Kp

kgf

newton

2

11

s

mkgN

N

Superficie Ametro

cuadradom2 metro

cuadradom2

Volumen V metro cúbico m3 metro cúbico m3

Caudal Qmetro

cúbico/sm3/s metro cúbico/s m3/s

Presión patmósfera

bar

at = kp/cm2

bar1bar =105Pa

pascalPa

2

11

m

NPa

Potencia W Watio W Watio W

HP Caballo vaporHP

1HP=745,7W

CV Caballo vaporCV

1CV=735,5W1000W=1,36 CV

2


0.2 Ley de Newton nAceleracióMasaFuerza

amF (siendo “a” la aceleración de la gravedad) 2

81,9

s

mg

Para convertir las magnitudes antes indicadas de un sistema a otro rigen los siguientes valores deconversión.

Masam

skpkg

81,9

11

2

Fuerza Nkp 81,91 para cálculos aproximados puede suponerse Nkp 101

Temperatura Diferencia de temperatura 1o C = 1 K (Kelvin) Punto cero 0o C = 273 K

Presión Además de las unidades indicadas en la relación (at en sistema técnico, así como bar y Paen el “sistema SI”), se utilizan a menudo otras designaciones. Al objeto de completar la relación,también se citan a continuación.

1. Atmósfera técnica, at (presión absoluta en el sistema técnico de medidas) 1 at = 1 kp/cm2 =0,981 bar = 0,968 atm = 98100 N/m2 = 736 Torr = 10.000 mm ca

2. Atmósfera física, atm (presión absoluta en el sistema físico de medidas (1 atm = 1,033 at) =1,0133 bar (101,33 kPa) = 760 Torr

3. Milímetros de columna de mercurio, mm Hg (corresponde a la unidad de presión Torr) 1 mmHg = 1 Torr (1 at = 736 Torr) 100 kPa = 1bar = 750 Torr

1bar = 14.5 p.s.i. (libras por pulgada cuadrada)

4. Pascal, Pa barm

NPa 5

210

11

5. Bar, bar atPacm

N

m

Nbar 02,110

10101 5

22

5

Presión (p)Representa la fuerza F ejercida sobre una superficie A

A

Fp (N/m2)

Caudal (Q) Representa el volumen de un fluido V que pasa por una sección A, transversal a la corriente, en unaunidad de tiempo t.

smt

VQ /3

Como V = A l, siendo A = Sección transversal y l = Espacio recorrido por el fluido

t

lAQ

y como

t

lv donde v es la velocidad del fluido

AvQ

3


0.3 Presión absoluta y presión relativa

La presión de aire no siempre es la misma. Cambia según la situación geográfica y el tiempo. La zonadesde la línea del cero absoluto hasta la línea de referencia variable se llama esfera de depresión (-pe);la superior se llama esfera de sobrepresión (+pe)

La presión absoluta pabs, consiste en la suma de las presiones -pe y +pe. En la práctica se utilizanmanómetros que solamente indican la sobrepresión +pe. Si se indica la presión pabs, el valor es unos100 kPa (1 bar) más alto.

Con la ayuda de las magnitudes básicas definidas pueden explicarse las leyes físicas fundamentales dela aerodinámica.

100Kpa = 1bar

Presiónatmosférica pamb

El aire es compresibleComo todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. La toma del recipiente que locontiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido (compresión) y tiene la tendencia a dilatarse(expansión).

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

0.4 Ley de Boyle-MariotteA temperatura constante, el producto de la presión absoluta por el volumen que ocupa el gas esconstante. teconsVpVpVp tan332211 Esta ley se demuestra mediante el siguiente ejemplo.

4


Ejemplo: Si el volumen V1 = 1 m3, que está a la presión atmosférica p1 = 100 kPa (1 bar) se comprime con lafuerza F2 hasta alcanzar el volumen V2= 0,5 m3, permaneciendo la temperatura constante, se obtiene:

2211 VpVp 2

112 V

Vpp

)2(2005,0

11003

3

2 barkPam

mkPap

Si el volumen V1 se comprime con la fuerza F3 aún más hasta lograr V3= 0,05 m3, la presión que sealcanza es:

3

113 V

Vpp

)20(2000

05,0

11003

3

3 barkPam

mkPap

Ejemplo:Disponemos de un volumen de 7 m3 de aire a presión atmosférica (pamb) ¿Qué presión relativaobtendremos si comprimimos este volumen hasta que ocupe 1 m3 teniendo en cuenta que latemperatura permanece constante?

V1=7m3

V2=1m3

p1=1barp2=

2211 VpVp

barV

Vpp 7

1

71

2

112

barbarbar 617 6 bar de sobrepresión (pe) presión relativa o manométrica

El volumen del aire varía en función de la temperatura

Si la presión permanece constante y la temperatura se eleva 1 K partiendo de 273 K, el aire se dilata1/273 de su volumen.

Esto demuestra la ley de Gay-Lussac:

0.5 Ley de Gay-LussacA presión constante, el volumen ocupado por una determinada masa de gas, es directamenteproporcional la temperatura absoluta (absoluta o de Kelvin)

2

2

1

1

T

V

T

V

(a presión constante) V1 = Volumen a la temperatura T1 V2 = Volumen a la temperatura T2

1

212 T

TVV

5


0.6 Ley de Chartes:A volumen constante, la presión absoluta de una masa de gas es directamente proporcional a latemperatura absoluta.

2

1

2

1

T

T

P

P

(a volumen constante)

Las ecuaciones anteriores tienen validez únicamente cuando las temperaturas se indican en K.Las temperaturas indicadas en oC deben convertirse, por tanto, a K.También puede prepararse una ecuación con la que pueda calcularse inmediatamente en oC; para ellosólo hay que añadir 2730 C a los valores de temperatura.

0.7 Ejemplo:Tenemos 0,8 m3 de aire a la temperatura T1 = 293 K (20 oC) se calientan hasta T2 = 344 K (71 oC).¿Cuál será el volumen final?

Según la ley de Gay-Lussac: 2

2

1

1

T

V

T

V

1

212 T

TVV

= 3

3

94,0293

3448,0m

K

Km

En neumática se suele referir todas las indicaciones de la cantidad de aire al llamado «estadonormal».

Explicación:El estado normal según DIN 1343 es un estado de una sustancia sólida, líquida o gaseosa fijada porla temperatura y la presión normales.

El estado normal técnico está definido-con la temperatura normal: Tn = 293,15 K; tn = 20 0C.-y la presión normal: pn = 98.066,5 Pa = 98.066,5 N/m2 = 0,980665 bar

El estado normal físico está definido-por la temperatura normal: Tn = 273,15 K; tn = 0 oC-y la presión normal: pn = 101.325 Pa = 101,325 N/m2 = 1,01325 bar

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Ejemplo:

En un depósito de 2 m3 de capacidad hay aire a una presión absoluta de 700 kPa (7 bar) y a unatemperatura de 298 K (25 oC). ¿Qué cantidad de aire, a presión normal se encuentra en el depósito?

Primer paso: Conversión a una presión de 101.325 Pa (1,013 bar) 100.000 Pa = 100 kPa (1 bar)

Según la ley de Boyle-Mariotte es: 2211 VpVp

V1 = volumen a la presión p1 (absoluta)p1 = 100 kPa (1 bar) presión normal (absoluta)V2 = 2 m3

P2 = 700 kPa (7 bar) (presión absoluta)

33

1

221 14

100

2700m

kPa

mkPa

p

VpV

El volumen de 14 m3 de aire a 25 oC será menor. 0 oC

Segundo paso: Conversión a una temperatura de 273 K (0 oC)Ley de Gay-Lussac:

De donde:

33

1

212 825,12

298

27314m

K

Km

T

TVV

El depósito contiene 12,83 m3 de aire (referido a 0 oC y una presión de 100 kPa (1 bar).

Ecuación de estado de los gases

Para todos los gases vale, no obstante, la “Ecuación general de los gases”

teconsT

Vp

T

Vptan

2

22

1

11

2

2

1

1

T

V

T

V

V1 = Volumen a la temperatura T1 V2 = Volumen a la temperatura T2

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0.8 Ecuación de Bernouilli

Si consideramos dos secciones en un mismo conductor, podemos establecer el siguiente balanceenergético:La ecuación de Bernouilli nos dice que en un flujo la energía permanece constante, siempre que nohaya intercambio con el exterior.

Energía estática potencial: depende de la masa y la posición relativa de esa masa.

21 hgmhgm Energía hidrostática debida a la presión: determina el trabajo desarrollado en cada momento.

111111 WlFlAp 222222 WlFlAp Energía hidrodinámica: es debida a la energía cinética del fluido, por lo tanto depende de lavelocidad.

222

1212

1 vmvm Si consideramos dos secciones diferentes, tal y como se indican en la figura anterior, y sumamostodas las energías que entran en juego:

222

12222

212

11111 vmlAphgmvmlAphgm

Como lA es el volumen desplazado del fluido, y como V1 = V2 = V y densidad =

VmV

m

Quedaría:222

122

212

111 vphgvphg

Denominada ecuación de BernouilliEn instalaciones horizontales, la variación de energía potencial es cero, por lo que:

222

12

212

11 vpvp

Podemos apreciar como al aumentar la velocidad desciende la presión.

8


0.9 Ley de continuidad (ecuación de continuidad)

Considerando a los líquidos como incomprensibles y con densidades constantes, por cada sección deun tubo pasará el mismo caudal por unidad de tiempo.

11111

1 vAt

lA

t

VQ

22222

2 vAt

lA

t

VQ

21 QQ

velocidad =espacio/tiempo

(t

lv )

2211 vAvA Ley de continuidad

de donde podemos establecer:1

2

2

1

A

A

v

v

Lo que nos dice que las velocidades de circulación están en relación inversa de las seccionescorrespondientes, de tal manera que al disminuir la sección aumenta la velocidad de circulación, peropor el teorema de Bernouilli hemos visto que al aumentar la velocidad disminuye la presión, es decirocurrirá que en los estrechamientos se producirá una depresión que será máxima en el punto demáximo estrechamiento.

Si aplicamos este principio a los generadores de vacío obtendremos que cuando el aire comprimidoatraviesa el estrangulamiento de la boquilla “ejectora” aumentará su velocidad arrastrando cada vezmas aire del que estaba en reposo produciendo vacío:

Al entrar este chorro en la boquilla colectora ira disminuyendo su velocidad a medida queaumentamos la sección de esta con lo que el chorro procedente del “ejector” puede circular sinobstáculos.

Cuando las secciones de las conducciones son circulares. 222

112 vDvD donde la velocidad

varía de forma inversamente proporcional al cuadrado del diámetro.

0.9.1 Definición del concepto de vacío

Es el estado de un gas en el que la densidad de partículas es menor que la existente en la atmósferavecina a la superficie terrestre.El estado de un gas puede definirse como vacío cuando su presión es menor que la atmosférica.Podemos distinguir diversos márgenes de presión:

Vacío primario de 1013 mbar hasta 1 mbarVacío intermedio de 1 mbar hasta 10-3 mbarAlto vacío de 10-3 mbar hasta 10-7 mbarUltravacío menos de 10-7 mbar

9


Calculo de la fuerza de retención en función del diámetro de la ventosa.

En absoluta pat – pv = p

104

2

snd

pFh

(Multiplicamos por 10 para pasar los bares a Newton/cm2 ya que un bar es igual a 10N/cm2

Fh =Fuerza de retención en newtonp =Nivel de vacío en bar d =Diámetro de la ventosa en centímetrosn =Numero de ventosass =Factor de seguridad (0,6 para pieza en posición horizontal y 0,4 para pieza en posición vertical)según Festom =Masa en kg.

Según SMC 101

4

2

s

nd

pFh

Para elevación horizontal Dinámico 4 Estático 2

Para elevación vertical Dinámico 8 Estático 2

Calculo del diámetro de la ventosa en función de la fuerza necesaria. amFh (según Festo)

25,114,310

481,9

snp

m

snp

md

snp

md

12,1 = cm

kg26,6

4,018,0

1012,1

o bien de esta otra forma 10

4

snp

Fd h

Ejemplo:

Presión relativa de vacío –0,8 bar

Masa a desplazar 10 kg (desplazar la carga con ventosa en posición vertical estática)

amF Ns

mkg 1,9881,910

2 ( N

s

mkg

2 )

10

4

snp

Fd h

cm

Nd 26,6

104,0114,38.0

41,98

10


Ejemplo: (siguiendo el manual de Festo)

Calcular la fuerza de elevación de una ventosa de diámetro 6,26 cm, disponemos de presión relativade vacío de –0,8 bar. (la ventosa trabaja en posición horizontal dinámica) ( absolutaenpresiónderelativapresiónde 2,08,0 )

104

2

snd

pFh

NFh 4,98106,01

4

26,614,38,0

2

Estos datos se entienden para condiciones ideales, superficies limpias, densas, aceleracionesreducidas, etc.Estado de la superficie: Lisa, rugosa, estructuralTemperatura de la piezaCalidad de la superficie: Húmeda, aceitosa, polvorientaDuración del cicloCaídas de presiónFlujo volumétricoEstado inicialForma de manipulado: Voltear, girar, etc.En cualquier caso, la experiencia siempre ha demostrado que a pesar de los cálculos mas estrictos yuna vez tenidos en cuenta todos los factores citados, y otros que seguramente habremos omitido, lomas fiable es probar tipo y forma deseada.

(siguiendo el manual de SMC) Presión en kgf/cm2

(Fuerza teórica)

ND

ppF vatt

81,91004

2 N

mm

cm

kgf

cm

kgf24181,9

1004

6,6214,32,0033,1 2

22

(Fuerza real) t

FF tR

1 t = coeficiente de seguridad

NN 604

1241 (la diferencia es notable en comparación con Festo ya que aplicamos un

coeficiente de seguridad más severo)

Otra forma de calcular la fuerza de elevación de una ventosa

Presión de vacío en mm Hg Diámetro de la ventosa en mm

mmHgXXaesbar

mmHgaesbarSi588

033,1

8,0760

8,0

760033,1

NDp

F vt 24181,9033,1

1004

6,6214,3

760

58881,9033,1

1004760

22

Calcular el diámetro de la ventosa

mmkgf

tn

W

pD

v

8,7910041

10

033,1588

760

14,3

4100

033,1

7604

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0.10Principio Venturi: VACIO

A través de un tubo con secciones diferentes pasan en el mismo tiempo cantidades de aire iguales.Esto significa que la velocidad de flujo del aire aumenta en los estrechamientos y, a la inversa,disminuye en los puntos de mayor diámetro.

Al mismo tiempo cambian los valores de presión. En una reducción de la sección disminuye lapresión respecto a la sección mayor.

Las siguientes circunstancias explican este comportamiento:

El aire que fluye tiene la misma energía al principio y al final de un tubo, si se desprecian las pérdidaspor rozamiento. Esta energía se compone de dos energías parciales:

a) Energía de presión, dependiente de pabs (presión absoluta)b) Energía cinética, dependiente de la velocidad de flujo

Si se desprecian las pérdidas por rozamiento, de lo dicho puede deducirse la siguiente relación:

Energía de presión + Energía cinética = constante

Esta fórmula nos dice que la energía total (compuesta de la energía de presión y la energía cinética)es constante en todos los puntos de un tubo.

Si debido a un estrechamiento del tubo el aire fluye a mayor velocidad, disminuye la presión.

Después del estrechamiento vuelve a aumentar la presión.

Por rozamiento del aire comprimido consigo mismo y por rozamiento con las paredes del tubo(especialmente en el estrechamiento, ya que allí se hace muy pequeña la relaciónsuperficie/perímetro), después del estrechamiento queda una caídade presión.

LUBRICACIÓNConsumo 2000 Nl/min. Cada 1000 Nl deben ser lubricados con 5gotas de aceite más o menos.En la práctica son suficientes entre 1 y 12 gotas por 1.000 Nl deaire.

Clases de aceites apropiados Viscosidad a 200 CISO- Clase VG 32 32 mm2/s a 40 ºC = 32 cSt (centistoques)ARAL OEL TU 500 23.6 cStAvia Avilub RSI- 3 34 cStBP ENERGOL HLP 40 27 cStESSO SPINESSO 34 23 cStMobil Vac HLP 9 25.2 cStShell TELLUS OEL 15 22 cStTEXACO VALVOLINE Ritzol R-60 Rando Ofl AAA 25 cStVALVOLINE Ritzol R-60 26 cStVedol Andarin 38 20.5 cSt

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0.11Producción del aire comprimido

0.11.1 Generadores

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aire al valor detrabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central.Entonces no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada uno de losconsumidores. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a travésde tuberías.

Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en máquinas que se desplazanfrecuentemente.

En el momento de la planificación, es necesario prever un tamaño superior de la red, con el fin depoder alimentar aparatos neumáticos nuevos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesariosobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulte más tardé insuficiente,puesto que toda ampliación ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.

Es muy importante que el aire sea puro. SÍ es puro el generador de aire comprimido tendrá una largaduración. También debería tenerse en cuenta la aplicación correcta de los diversos tipos decompresores,

0.11.2 Tipos de compresores

Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden empleardiversos tipos de construcción.

Se distinguen dos tipos básicos de compresores:

El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la admisióndel aire en un recinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se utiliza en el compresor deémbolo (oscilante o rotativo).

El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos. El aire es aspirado por un lado ycomprimido como consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).

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0.11.3 Compresores de émbolo

Compresor de émbolo oscilanteEste es el tipo de compresor más difundido actualmente.s apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde unos100 kPa (1 bar) a varios miles de kPa (15 bar).

Compresor de émbolo oscilante Compresor de dos etapas con refrigeraciónintermedia

Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aireaspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, paraluego ser comprimido por el siguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara de compresión es,en conformidad con la relación, más pequeño. Durante el trabajo de compresión se forma unacantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema refrigeración.

Los compresores de émbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por agua, y según lasprescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:

hasta 400 kPa (4 bar), 1 etapahasta 1.500 kPa (15 bar), 2 etapasmás de 1.500 kPa (15 bar), 3 etapas o más

No resulta siempre económico, pero también pueden utilizarse compresores

de 1 etapa, hasta 1.200 kPa (12 bar)de 2 etapas, hasta 3.000 kPa (30 bar) de 3 etapas, hasta 22.000 kPa (220 bar)

Para los caudales véase la figura 14 (diagrama).

Compresor de membrana Este tipo forma parte del grupo de compresores de émbolo. Unamembrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra encontacto con las piezas móviles. Por tanto, el aire comprimido estaráexento de aceite.

Estos compresores se emplean con preferencia en las industriasalimenticias, farmacéuticas y químicas.

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Compresor rotativo multicelularUn rotor excéntrico gira en el interior de un cárter cilíndricoprovisto de ranuras de entrada y de salida. Las ventajas deeste compresor residen en sus dimensiones reducidas, sufuncionamiento silencioso y su caudal prácticamenteuniforme y sin sacudidas. Para el caudal véase la figura 14(diagrama).

El rotor está provisto de un cierto número de aletas que sedeslizan en el interior de las ranuras y forman las células conla pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas sonoprimidas por la fuerza centrífuga contra la pared del cárter,y debido a la excentricidad el volumen de las células varíaconstantemente.

Compresor de tornillo helicoidal, dedos ejesDos tornillos helicoidales que engranancon sus perfiles cóncavo y convexoimpulsan hacia el otro lado el aireaspirado axialmente. Los compresores de tornillo puedenconstruirse para trabajo en seco, idealespara aire comprimido sin lubricación, obien, con lubricación forzada en suversión normal.

Compresor RootsEn estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que elvolumen sea modificado. Trabaja sin sellos, la presión se logra por generación contra resistencia.Este principio solo consigue presiones pequeñas. El sistema no tiene rozamiento debido a su movimiento mecánicosincronizado de émbolos y por lo tanto no requiere lubricación.Los compresores Roots se usan principalmente para el transporteneumático.

TurbocompresoresTrabajan según el principio de la dinámica de los fluidos, y son muy apropiados para grandescaudales. Se fabrican de tipo axial y radial.El aire se pone en circulación por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta energía cinética seconvierte en una energía elástica de compresión.

Compresor axial Compresor radial La rotación de los álabesacelera el aire en sentidoaxial de flujo.

Aceleración progresiva de cámara a cámara, en sentido radial haciaafuera; el aire en circulación regresa de nuevo al eje. Desde aquí sevuelve a acelerar hacia afuera.

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En este diagrama están indicadas las zonas de cantidades de aire aspirado y la presión para cada tipo de compresor.

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Elección del compresor

Caudal

Por caudal se entiende la cantidad de aire que suministra elcompresor. Existen dos conceptos:

1. El caudal teórico 2. El caudal efectivo o real

En el compresor de émbolo oscilante, el caudal teórico es igualal producto de cilindrada velocidad de rotación. El caudalefectivo depende de la construcción del compresor y de lapresión. En este caso, el rendimiento volumétrico es muyimportante.

Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Sóloéste es el que acciona y regula los equipos neumáticos. Losvalores indicados según las normas representan valoresefectivos (por ejemplo.: DIN 1945 El caudal se expresa enm3/min ó m3/h. No obstante, son numerosos los fabricantes quesolamente indican el caudal teórico.

Presión

También se distinguen dos conceptos: La presión de servicio es la suministrada por el compresor oacumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores. La presión de trabajo es lanecesaria en el puesto de trabajo considerado. En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Poreso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presión.

0.12REGULACIÓN DEL COMPRESOR

Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo que fluctúa, se debeproceder a ciertas regulaciones del compresor.

El caudal varía entre dos valores límites ajustados (presiones máxima y mínima).

Se conocen diferentes sistemas de regulación

Regulación de marcha envacío

Regulación de carga parcial Regulación por intermitencias

a) Regulación por escape a laatmósferab) Regulación por aislamientode la aspiraciónc) Regulación por apertura de laaspiración

a) Regulación de velocidad derotaciónb) Regulación porestrangulación de la aspiración

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Regulación de marcha en vacío:

a) Regulación por escape a la atmósferaEn esta simple regulación se trabaja con una válvula reguladora de presión a lasalida del compresor. Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado la presióndeseada, dicha válvula abre el paso y permite que el aire escape a la atmósfera.Una válvula antirretorno impide que el depósito se vacíe (sólo en instalacionesmuy pequeñas).

b) Regulación por aislamiento de la aspiraciónEn este tipo de regulación se bloquea el lado de aspiración. Latubuladura de aspiración del compresor está cerrada. El compresorno puede aspirar y sigue funcionando en el margen de depresión.Esta regulación se utiliza principalmente en los compresoresrotativos y también en los de émbolo oscilante.

c) Regulación por apertura de la aspiración

Se utiliza en compresores de émbolo detamaño mayor. Por medio de una mordazase mantiene abierta la válvula de aspiracióny el aire circula sin que el compresor locomprima. Esta regulación es muy sencilla.

Regulación de carga parcial

a) Regulación de la velocidad de rotación

El regulador de velocidad del motor de combustión interna se ajusta en función de la presión deservicio deseada, por medio de un elemento de mando manual o automático.

Si el accionamiento es eléctrico, la velocidad de rotación puede regularse de forma progresivaempleando motores de polos conmutables. No obstante, este procedimiento no es muy utilizado.

b) Regulación del caudal aspirado

18


Se obtiene por simple estrangulación de la tubuladura de aspiración. El compresor puede ajustarseasí a cargas parciales predeterminadas. Este sistema se presenta en compresores rotativos o enturbocompresores.

Regulación por intermitencias

Con este sistema, el compresortiene dos estados de servicio(funciona a plena carga o estádesconectado). El motor deaccionamiento del compresor separa al alcanzar la presión pmáx.

Se conecta de nuevo y elcompresor trabaja, al alcanzar elvalor mínimo pmin.

Los momentos de conexión ydesconexión pueden ajustarsemediante un presostato. Paramantener la frecuencia deconmutación dentro de los límitesadmisibles, es necesario prever undepósito de gran capacidad.

Regulación intermitente

Refrigeración

Por efecto de la compresión del aire se desarrolla calor que debe evacuarse. De acuerdo con lacantidad de calor que se desarrolle, se adoptará la refrigeración más apropiada.

En compresores pequeños, las aletas de refrigeración se encargan de irradiar el calor. Loscompresores mayores van dotados de un ventilador adicional, que evacua el calor.

Cuando se trata de una estación decompresión de más de 30 kW depotencia, no basta la refrigeración poraire. Entonces los compresores vanequipados de un sistema de refrigeraciónpor circulación de agua en circuitocerrado o abierto. A menudo se temenlos gastos de una instalación mayor contorre de refrigeración. No obstante, unabuena refrigeración prolonga la duracióndel compresor y proporciona aire más frío y en mejores condiciones. En ciertas circunstancias,incluso permite ahorrar un enfriamiento posterior del aire u operar con menor potencia.

Lugar de emplazamiento

19


La estación de compresión debe situarse en un local cerrado e insonorizado. El recinto debe estarbien ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco, limpio de polvo y seco posible.

Acumulador de aire comprimido

El acumulador o depósito sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido. Compensa lasoscilaciones de presión en la red de tuberías a medida que se consume aire comprimido.

Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo, en elacumulador se desprende directamente una parte de la humedad del aire en forma de agua.

Acumulador

0.13 CILINDRO CONSUMO

SEGÚN EL TIPO

Amortiguación en los dos lados, no regulable.

Amortiguación en el lado del émbolo, noregulable.

Amortiguación en el lado del émbolo,regulable.

OTROS:

0.13.1 Consumo de aire comprimido en cilindros neumáticos

El consumo de aire puede calcularse conociendo el diámetro del cilindro, su carrera, elnúmero de éstas que va a realizar y la presión de servicio; de este modo, se tiene:

20


a) Cilindro de simple efecto

Consumo de aire:

utolitros/min N qnsQ

b) Cilindro de doble efecto

Consumo de aire:

Q 2 (s n q) N litros/ minuto

V s nd

4

2

Siendo:

Q = Consumo de aire total en N. litros/minuto.

q = Consumo de aire por centímetro de carrera enN. litros/minuto (véase la tabla 5.1)

s = Carrera en centímetros.

n = Número de carreras por minuto.

N litros = Normal litro.

0.14ELECCIÓN DE ACUMULADOR

Del libro Dispositivos neumáticos de Marcombo, S.A. 1982 de w. deppert/k. stolltraducido por Cayetano Cabrera deducimos lo siguiente:

Caudal suministrado por el compresor en Nm3/min. = volumen del acumulador.

Este cálculo sólo puede interpretarse como una regla empírica, sirviendo de ayuda para estamisión los manuales y hojas de características de los fabricantes de compresores.

Basándonos en este otro libro Compresores de aire de P. C. Bevis de la editorial Reverté,S. A. Del año 1953 y según nuestro planteamiento, obtenemos lo siguiente.

Todos los tatos son referidos al aire en condiciones normales, (Nm3) presión atmosféricay 293 K (20 ºC).

1 Atmósfera física = 1,033 atmósfera técnica = 1,0133 bar

21


En primer lugar deberíamos decidir por que solución nos inclinamos.

Un depósito grande implica una cantidad suplementaria de aire en el momento que se necesitasin necesidad de instalar un gran compresor, o considerar la economía de trabajar continuamente conuna instalación pequeña bajo carga constante que con una mayor de forma intermitente.

Ejemplo: Solución con instalación intermitente

Un compresor suministra aire a unas máquinas para deformar piezas mediante un cilindroneumático.

Supongamos que este cilindro necesita 2 Nm3 de aire durante una hora.

La presión normal de trabajo es de 7 bar y la presión mínima es de 6 bar.

Elegimos primero el tamaño del acumulador. (podremos elegir uno mayor si lo consideramosconveniente)

V = Volumen necesario del depósito en metros cúbicos

Vs = volumen sacado del depósito en metros cúbicos

p1 = presión máxima 8 bar

p2 = presión mínima 6,5 bar (dado que hemos contado con una perdida de carga de 0,5 bar enla instalación)

Capacidad del depósito cuando está cargado a la presión de 8 bar

bar

barpV

0133,1

0133,11

Capacidad del depósito cuando está cargado a la presión de 6,5 bar

bar

barpV

0133,1

0133,12

Volumen mínimo del depósito.

22


0133,1

0133,15,6

0133,1

0133,182 3 VVNmVS 48,12 V

335,148,1

2NmV

Esta formula podemos expresarla más sencillamente por:

21

3 0133,1

ppadmisiblepresióndecaida

cilindroelmoverparanecesarioairedemdepósitodelCapacidad

335,15,68

0133,12NmV

Puesto que se necesitan 2 m3 de aire por hora deberá instalarse un compresor que suministreun caudal efectivo superior al necesitado por el cilindro.

Para elevar la presión de 6,5 a 8 bar en el depósito son necesarios 2 m3 de aire.

Si elegimos un compresor que aporte 4 m3 de aire por hora.

Dado que del acumulador se están sacando 2 m3 a la hora, ¿cuanto tiempo necesitará elcompresor para aportar lo que se va gastando y llenar el depósito?

V = 2 m3 = Volumen necesario para que suba la presión en el depósito de 6,5 a 8 bar

(podremos sacar la misma cantidad para que baje la presión de 8 bar a 6,5 bar)

VA = 4m3/h = Caudal aportado por el compresor

VS = 2 m3/h = Caudal necesario para abastecer las máquinas durante una hora

t = tiempo de funcionamiento del compresor

tVVV SA th

m

h

mm

333 24

2 horam

mt 1

2

23

3

Por lo tanto el compresor estará una hora en funcionamiento y otra hora parado

Como resultado de la racionalización y automatización de los dispositivos de fabricación, lasempresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire. Cada máquina y mecanismo necesitauna determinada cantidad de aire, siendo abastecido por un compresor, a través de una red detuberías.

El diámetro de las tuberías debe elegirse siempre de manera que si el consumo aumenta, la pérdidade presión entre él depósito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presiónexcede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuiráconsiderablemente. En la planificación de instalaciones nuevas debe preverse una futura ampliaciónde la demanda de aire, por cuyo motivo deberán dimensionarse generosamente las tuberías. Elmontaje posterior de una red más importante supone costos dignos de mención.

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Excepto en casos especiales, el compresor no debe arrancar más de diez veces por hora y en ningunasituación, más de quince veces por hora.

Si se admite que la presión en las bocas de salida no puede variar más de 0.7 bar sin causarproblemas, entonces el depósito, para poder soportar durante un minuto la carga, deberá tener unvolumen de 1,4 veces la capacidad del compresor en m3/min. de aire libre.

En la práctica, los depósitos están normalizados y cada fabricante aconseja cuáles irán correctamentea la capacidad del compresor propuesto.

0.15Distribución del aire comprimido

0.15.1 Dimensionado de las tuberías

El diámetro de las tuberías no debería elegirse conforme a otros tubos existentes ni de acuerdo concualquier regla empírica, sino en conformidad con:

- el caudal- la longitud de las tuberías- la pérdida de presión (admisible)- la presión de servicio- la cantidad de estrangulamientos en la red

En la práctica se utilizan los valores reunidos con la experiencia. Un nomograma (figura 25) ayuda aencontrar el diámetro de la tubería de una forma rápida y sencilla.

0.16Cálculo de una tubería

El consumo de aire en una industria es de 4 m3/min (240m3/h). En 3 años aumentará un 300%, lo querepresenta 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; comprende6 piezas en T, 5 codos normales, 1 válvula de cierre. La pérdida admisible de presión es de: p = 10kPa (0,1 bar). La presión de servicio es de 800 kPa (8 bar). Se busca: El diámetro de la tubería

El nomograma de la figura 25, con los datos dados, permite determinar el diámetro provisional de lastuberías.

Solución:

En el nomograma (ANEXOS), unir la línea A (longitud del tubo) con la B (cantidad de aireaspirado) y prolongar el trazo hasta C (eje 1). Unir la línea E (presión) con la perdida de carga (líneaG). En la línea F (eje 2) se obtiene una intersección. Unir los puntos de intersección de los ejes 1 y 2.Esta línea corta la D (diámetro nominal de la tubería) en un punto que proporciona el diámetrodeseado.

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

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0.16.1 Nomograma (diámetro de tubería) Figura 25

Hemos de recordar, que no es adecuado tener una pérdida de presión en la red de tuberías, de másde un 2% de la presión de trabajo, o sea, si trabajamos con presión de 7 bar, la caída máxima depresión que podemos consentir oscilará sobre 0,14 bar, en razón a que venimos arrastrando una seriede pérdidas de presión en los equipos de acondicionamiento de aire (refrigeradores posteriores,secadores y filtros), que, sumadas a las de la red general de aire, al final nos podrían dar un resultadoinadecuado para un óptimo rendimiento de la herramienta o de la máquina automatizada mediantecircuitos neumáticos.

Las resistencias de los elementos estranguladores (válvulas de cierre, válvula esquinera, pieza en T,compuerta, codo normal) se indican en longitudes supletorias. Se entiende por longitud supletoria lalongitud de una tubería recta que ofrece la misma resistencia al flujo que el elemento estrangulador oel punto de estrangulación. La sección de paso de la “tubería de longitud supletoria” es la misma quela tubería.

Un segundo nomograma (figura 26) permite averiguar rápidamente las longitudes supletorias.

25


0.16.2 Nomograma (longitudes supletorias) Figura 26

Longitudes supletorias

6 piezas en T (90 mm) = 6 10,5 m = 63 m1 válvula de cierre (90 mm) = 32 m5 codos normales (90 mm) = 5 1 m = 5m

100 mLongitud de la tubería 280 mLongitud supletoria 100 mLongitud total de tubería 380 m

Con esta longitud total de tubería de 380 m, el consumo de aire, la pérdida de presión y la presión deservicio se puede determinar, como en el problema anterior, con ayuda del nomograma (figura 25) eldiámetro definitivo de las tuberías.En este caso, el diámetro es de 95 mm.

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Tendido de la red

No solamente importa el dimensionado correcto de las tuberías, sino también el tendido de lasmismas.

Las tuberías requieren un mantenimiento y vigilancia regulares, por cuyo motivo no deben instalarsedentro de obras ni en emplazamientos demasiado estrechos. En estos casos, la detección de posiblesfugas se hace difícil. Pequeños faltas de estanqueidad ocasionan considerables pérdidas de presión.

Red abierta

En el tendido de lastuberías debe cuidarse, sobre todo, de que la tubería tenga un descenso, en el sentido de la corriente,del 1 al 2%.

En consideración a la presencia de condensado las derivaciones para las tomas de aire, en el caso deque las tuberías estén tendidas horizontalmente, se dispondrán siempre en la parte superior del tubo.

Así se evita que el agua condensada que posiblemente en encuentre en la tubería principal llegue, através de las tomas. Para recoger y vaciar el agua condensada se disponen tuberías especiales en laparte inferior de la principal.

Red cerrada

En la mayoría de los casos, la red principal se monta en circuito cerrado. Desde la tubería principalse instalan las uniones de derivación.

Con este tipo de montaje de la red de aire comprimido se obtiene una alimentación uniforme cuandoel consumo de aire es alto. El aire puede pasar en dos direcciones.

Red cerrada coninterconexiones

27


En la red cerrada con interconexiones hay un circuito cerrado, que permite trabajar en cualquier sitiocon aire, mediante las conexiones longitudinales y transversales de la tubería de aire comprimido.

Ciertas tuberías de aire comprimido pueden ser bloqueadas mediante válvulas de cierre (correderas)si no se necesitan o si hay que separarlas para efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento.También existe la posibilidad de comprobar faltas de estanqueidad.

Instalación completa de aire comprimido con red de tuberías

Material de tuberías

Tuberías principales. Para la elección de los materiales brutos, tenemos diversas posibilidades:

Cobre Tubo de acero negroLatón Tubo de acero galvanizadoAcero fino Plástico

Las tuberías deben poderse desarmar fácilmente, ser resistentes a la corrosión y de precio módico.

Las tuberías que se instalen de modo permanente se montan preferentemente con uniones soldadas.Estas tuberías así unidas son estancas y, además de precio económico. El inconveniente de estasuniones consiste en que al soldar se producen cascarillas que deben retirarse de las tuberías. De lacostura de soldadura se desprenden también fragmentos de oxidación; por eso, conviene y esnecesario incorporar una unidad de mantenimiento.

En las tuberías de acero galvanizado, los empalmes de rosca no siempre son totalmente herméticos.La resistencia a la corrosión de estas tuberías de acero no es mucho mejor que la del tubo negro. Loslugares desnudos (roscas) también se oxidan, por lo que también en este caso es importante emplearunidades de mantenimiento. Para casos especiales se montan tuberías de cobre o plástico.

Derivaciones hacia los receptores

Los tubos flexibles de goma solamente han de emplearse en aquellos casos en que se exija unaflexibilidad en la tubería y no sea posible instalar tuberías de plástico por los esfuerzos mecánicosexistentes. Son más caros y no son tan manipulables como las tuberías de plástico.

Las tuberías de polietileno y poliamida se utilizan cada vez más en la actualidad para unir equipos demaquinaria. Con racores rápidos se pueden tender de forma rápida, sencilla y económica.

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0.17 Uniones

Racores para tubosAplicables sobre todo para tubos de acero y de cobre

Racores de anillo cortante. El empalme puede soltarsey unirse varías veces

Racor con anillo desujeción para tubos deacero y cobre, conanillo interior especial(bicono) también paratubos de plástico.

Racor con borderecalcado

Racor especialcon reborde(paratubo de cobre concollarín)

Base de enchufe rápido Racor deenchufe rápido

Boquilla con tuerca de racor Boquilla

Racores rápidos para tubos flexibles de plástico Racor CS

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0.18Tipos de roscas

Roscas BSP (British StandardPipe) Estas roscas con perfil "Gas"pueden ser de dos tipos:

Cilíndricas: se montan en elmismo roscado cilíndrico. Laestanqueidad queda asegurada por unajunta tórica incorporada (o por unaarandela).

Cónicas : se montan en el mismoroscado cilíndrico o cónico. Laestanqueidad queda asegurada por unprecoating en la rosca.

Descripción de las roscas

BSP cilíndrica: G seguido de ladescripción, según norma ISO 228-1

Ejemplo: rosca 1/8 BSPcilíndrica, G1/8

BSP cónica: R seguido de ladescripción, según norma ISO 7-1

Ejemplo: rosca 1/8 BSP cónica, R1/8

Roscas hembras: BSP cilíndrica: Gseguido de la descripción BSP cónica:Rc seguido de la descripción

Roscas métricas

Estas roscas con perfil lSO son del tipocilíndrico. Se montan en el mismoroscado cilíndrico. La estanqueidadqueda asegurada por una junta tóricaincorporada (o por una arandela).

Descripción de las roscas

M seguido de los valores del diámetro y del paso en milímetros, separados por el signo demultiplicar, según norma ISO 68-1 e ISO 965-1

Ejemplo: M7x 1

Roscas NPT (National Pipe Thread)

Se refiere a un estándar americano, de tipo cónico. se montan en el mismo roscado cónico.La estanqueidad queda asegurada por un precoating en la rosca.

Los racores Legris son utilizables para cualquier implantación conforme a las normasinternacionales DIN 3852 (1, 2, 3) - NF E49051 - NF E48051 – JIS B202/JID B203.

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Recomendaciones

Instalación de los sistemas de conexiónLegris

Racores instantáneos

La implantación de los racores deentrada es inmediata. Si es necesario, procederal apriete final con la ayuda de una llavehexagonal (respetando los pares de aprieteindicados en esta catálogo).

Para conseguir un corte limpio aescuadra del tubo, utilizar el corta-tubo Legris.

Respetar el radio de curvatura indicadopara cada tipo de tubo.

Empujar el tubo hasta el fondo delracor. La conexión y la estanqueidad soninstantáneas y automáticas.

Racores instantáneos para engrasecentralizado

El montaje es inmediato: empujar eltubo hasta el fondo del racor. La conexión y laestanqueidad son instantáneas y automáticas.

Para garantizar la seguridad de la instalación, la desconexión se realiza en 2 fases :

• desenroscar el racor con una llave;

• cortar y tirar del tubo para desconectarlo.

Racores universales

Cortar el tubo a escuadra, desbarbar los bordesinteriores y exteriores ;

Si es necesario realizar un curvado del tubo,hacerlo antes de la conexión.

Introducir la tuerca en el tubo ; para grandesdiámetros, lubricar el interior de la tuerca facilita suapriete.

Montar el anillo sobre el extremo del tubo ;

Apretar el tubo a fondo contra el chafláninterior del cuerpo del racor.

Roscar la tuerca para lograr que el anillo sedeforme clavándose y quedando fijo el tubo.

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0.19Preparación del aire comprimido

Impurezas

En la práctica, se presentan muy a menudo casos en que la calidad del aire comprimido desempeñaun papel primordial.

Las impurezas en forma de partículas de suciedad u óxido, residuos de aceite lubricante y humedaddan origen muchas veces a averías en las instalaciones neumáticas y a la destrucción de los elementosneumáticos.

Mientras que la mayor separación del agua de condensación tiene lugar en el separador, después dela refrigeración, la separación fina, el filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se efectúan enel puesto de aplicación.

Hay que dedicar especial atención 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 dehumedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire, que a su vez depende de latemperatura del aire y de las condiciones climatológicas.

Humedad relativa es la relación entre la cantidad de vapor existente en el aire a una temperaturadada y la que contendría si se encontrase saturada a esa misma temperatura.

Aparato para medir la humedad (Higrómetro)

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

El grado de saturación es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como máximo, a latemperatura considerada. La humedad es entonces del 100%, como máximo (temperatura del puntode rocío).

100__

__

saturaciondegrado

absolutahumedadrelativaHumedad

Ejemplo:Para un punto de rocío de 293 K (20 0C), la humedad contenida en un m3 de aire es de 17,3 g.

Ejemplo:Cantidad de agua obtenida en las siguientes condiciones:Cantidad de aire aspirado: V = 400 m 3 / hPresión: p = 800 kPa (8 bar)Temperatura: T = 323 K (50 0C)Humedad relativa del aire: 60%Humedad absoluta del aire: ?

En el ejemplo se desea conocer la humedad absoluta.

Transformación de la ecuación

100

____

saturacióndegradorelativahumedadabsolutaHumedad

32


Del diagrama del punto de rocío (Anexo 7) se desprende para una temperatura de 323 K (50 0C) uncontenido de agua de 80 g/m3.

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/48%100

/80%60_ mg

mgabsolutaHumedad

Con una cantidad aspirada de 400 m3/h se obtiene una cantidad de agua de:

48 g/m3 x 400 m3/h = 19.200 g/h = 19,2 kg/h

Remedio:Si el aire comprimido contiene humedad, habrá de someterse a un secado.

Existen varios procedimientos:

- Secado por absorción- Secado por adsorción- Secado por enfriamiento

Secado por absorción

El secado por absorción es un procedimiento puramente químico. El aire comprimido pasa a travésde un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en contacto con dichasustancia, se combina químicamente con ésta y se desprende como mezcla de agua y sustanciasecante.

Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede realizar manual oautomáticamente.

Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces alaño).

Al mismo tiempo, en el secador por absorción se separan vapores y partículas de aceite. No obstante,las cantidades de aceite, si son grandes, influyen en el funcionamiento del secador. Por esto convienemontar un filtro fino delante de éste.

El procedimiento de absorción se distingue:

33


- Instalación simple - Reducido desgaste mecánico, porque el secador no tiene piezas móviles - No necesita aportación de energía exterior

Secado por adsorción

Este principio se basa en un proceso físico. (Adsorber: Depositación de sustancias sobre la superficie de cuerpos sólidos.)

El material desecado es granuloso con cantos vivos o en forma deperlas. Se compone de casi un 100% de dióxido de silicio. Engeneral se le da el nombre de «Gel».

La misión del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua.El aire comprimido húmedo se hace pasar a través del lecho degel, que fija la humedad.

La capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmentelimitada. Si está saturado, se regenera de forma simple. A travésdel secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad delmaterial de secado.

El calor necesario para la regeneración puede aplicarse por mediode corriente eléctrica o también con aire comprimido caliente.Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el secado del aire, mientras elotro se regenera (soplándolo con aire caliente).

Secado por enfriamientoEl secador usado más frecuentemente es el secador por enfriamiento. El aire es enfriado hasta temperaturas inferiores al punto de condensación. La humedad contenida enel aire es segregada y recogida en un recipiente.

El aire que penetra en el secadorpor enfriamiento pasa antes por unproceso de enfriamiento previo enel que se recurre al aire frío quesale de un intercambiador térmico.A continuación el aire es enfriadoen el secador hasta alcanzar unatemperatura inferior al punto decondensación.

Punto de condensación:La temperatura del punto decondensación es aquella que tieneque alcanzar el aire para que asípueda condensar el agua.

Secado por enfriamiento

Secado por adsorción

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Cuanto menor sea la temperatura en relación con el punto de condensación, tanto más aguacondensará. El secado por enfriamiento permite alcanzar temperaturas entre los 2ºC y 5ºC.

0.20Red de distribuciónDebe garantizar la presión y velocidad del aire en todos los puntos de uso. En las instalacionesneumáticas, al contrario de las oleohidráulicas, no es necesario un circuito de retorno de fluido, yaque éste se vierte directamente a la atmósfera por un silenciador después de haber sido usado.

0.20.1 Criterios de diseño

Para que una red satisfaga las necesidades de la instalación debe mantener:

Velocidad de circulación adecuada, de 6 a 10 m/sPerdida de presión baja, no superior a 0,1 barSer capaces de soportar posibles modificaciones futuras en cuanto a consumo.El material utilizado debe ser acero o plástico reforzado, dependiendo del uso.Pendiente de la tubería.

0.21Factor kv CARACTERÍSTICAS DE CAUDAL

El factor K, establece los rasgos característicos propios de los pasos internos de la válvula.

Por definición, el factor de paso K representa el caudal de agua ( =densidad) ( = 1 kg/dm3), enlitros por minuto, que pasa a través de la válvula con una pérdida de carga de 1 bar.El factor K = 1 corresponde al caudal de agua de un l/min, con una diferencia de presiones de 1bar.Es muy importante comprobar si el K viene expresado en m3/h, o en l/min.La conversión del coeficiente K de l/min. a m3/h, se resuelve mediante:

K (l/min) = 16,667 por K en (m3/h)K (m3/h) = 0.06 por K (l/min)

Para las unidades británicas y americanas el factor de flujo empleado es el C. Este factor se definecomo el caudal de agua en galones por minuto, que atraviesa la válvula bajo la deferencia de presiónde 1 psi (libra/pulgada2)

Las equivalencias que relacionan el K con el C queda reflejada en:C (gal/min) = 0,07 por K (l/min)K (l/min) = 14,3 por C (gal/min)

Al comparar dos válvulas entre sí, el factor K no es rigurosamente fiel como patrón decomparación, por ello se recurre a un testigo que asevere la confrontación.Esta misión la cumple el caudal nominal Qn del distribuidor neumático.El valor de Qn es un valor de calibración.

El caudal nominal Qn es el caudal de aire que atraviesa la válvula cuando la presión de entrada p 1 esde 6 bar y la perdida de carga p es de 1 bar, a una temperatura de 20 ºC

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Caudal nominal, Qn (Nl/min)

Perdida de carga, 1 bar p (bar)Presión de salida, 5 bar, p2 (bar)Presión de entrada, 6 bar, p1 (bar)Temperatura, 20 ºC

El caudal nominal del aire, Qn, puede calcularse apartir de K, mediante la expresión.

Qn = 66 por Kv (Kv en l/min)

Conversión de valores Kv y Cv según El Manual de Mantenimiento Neumático de FESTO

Kv : Caudal de agua en m3/h, entre +5 y +30 0C, con una caída de presión de 1 bar, atraviesa unelemento en un sentido determinado (VDI 2173).En el supuesto que el elemento se comporte como una tobera corta (lo que sucede en la mayoría delos casos), se puede calcular el valor Kv ,según la formula

Kv = A0 /19,85 (Kv en m3/h) (A0 en mm2)

En esta formula, la sección transversal equivalente es A0 = 0,018 x QNn de lo que resulta Kv =QNn/1100 m3/h (QNn –“Caudal nominal normal en l/min”)El Cv se calcula con Cv = QNn/984

QNn l/min Kv m3/h Cv QNn l/min Kv m3/h Cv

10 0,009 0,010 1.000 0,909 1,01650 0,045 0,051 1.200 1,091 1,22080 0,073 0,081 1.500 1,364 1,524100 0,091 0,102 1.750 1,591 1,778120 0,109 0,122 2.000 1,818 2,033150 0,136 0,152 2.500 2,273 2,541180 0,164 0,183 3.000 2,727 3,049200 0,182 0,203 3.500 3,182 3,557250 0,227 0,254 4.000 3,636 4,065300 0,273 0,305 4.500 4,091 4,573330 0,300 0,335 5.000 4,545 5,081400 0,364 0,407 5.500 5,000 5,589450 0,409 0,457 6.000 5,455 6,098500 0,455 0,508 6.500 5,909 6,606550 0,500 0,559 7.000 6,364 7,114600 0,545 0,610 7.500 6,818 7,622650 0,591 0,661 8.000 7,273 8,130700 0,636 0,711 8.500 7,727 8,638750 0,682 0,762 9.000 8,182 9,146800 0,727 0,813 9.500 8,636 9,654900 0,818 0,915 10.000 9,091 10,163

36

6bar

5bar


Procedimiento para la determinación del caudal nominal.

.-Los criterios más importantes para la elección de una válvula son:

.-Tamaño de rosca de conexión y tamaño nominal.

.-Valor de caudal.

Rosca de conexión y tamaño nominal.

Como tamaño de conexión se indica el de la rosca de conexión que normalmente es una rosca paratubos Whitworth (BSP) o bien rosca métrica.

El tamaño nominal corresponde al diámetro de la área menor por el cual tiene que fluir el medio.d1=rosca exterior M5 o G1/8d2=diámetro del agujero,,

p=paso hpp o mm

Caudal nominal.

Dado que los datos sobre rosca de conexión y tamaño nominal solo dan valores orientativos delpasaje de una válvula, se usan además en la practica los valores de caudal y de Kv.

Actualmente también se usan diagramas de flujo establecidos según las recomendaciones de CETOP.Los valores deben incluir especificaciones exactas sobre las magnitudes de referencia.

CÁLCULOS

En la practica ha dado buen resultado añadir, a titulo de seguridad, a la fuerza de émbolo un 30 a50% puesto que no siempre puede determinarse con exactitud la fuerza de empuje realmentenecesaria. Esto es justificable desde el punto de vista de la rentabilidad, pues con un aumento de lafuerza de empuje de un 50% los costes del accionamiento aumentan únicamente en un 5 a un 15%,según ejecución y tamaño.

Son magnitudes de referencia: Caudal nominal, medido conaire.

Caudal nominal, medido conagua.

Presión de entrada P1. Pe1: 6bar. P: 1bar.Presión de salida P2. Pe2: 5bar. T: 20ºC..Temperatura T. P: 1bar.Disposición de la medición. T: 20ºC.

37


Ejercicio 2º de Neumática Festo

DatosDiámetro del cilindro = 250 mm¿Diámetro de vástago? (no dar, esperar a buscarlo en el diagrama, solución 40)Carrera (s) = 500 mmNº de carreras = 6/min.p= 6 bar

Calcular la fuerza de avance y retroceso. Calcular primero la fuerza de avance para mirar en el diagrama de pandeo el diámetro del vástagoque le corresponde según la fuerza que obtengamos.Calcular la velocidad de avance y de retroceso.Buscar en el manual la válvula 5/2 necesariaBuscar en el manual la unidad de mantenimiento necesaria

222

1 625,4904

2514,3

4cm

DA

22222

2 4784

42514,3

4cm

dDA

Fuerza de teórica en el avance

Ncmcm

NApFa 5,29437625,490

60 221

Fuerza real en el avance Fr = 10% (fuerza para vencer los rozamientos, según el tipo de construcción y tamaño del cilindro,entre un 3 y un 20%)

NNNFApF rra 2649429435,294371 NFra 264949,05,29437

Fuerza teórica en el retroceso

Ncmcm

NApFr 28680478

60 222

Fuerza real en el retroceso NNNFApF rrr 258122868286802

VELOCIDAD

s

dm

s

m

st

sv

11,0

60

625,01

Hasta 1 m/s los cilindros sin lubricación funcionan bien, mas de 1m/s necesitan lubricación.

CAUDAL

s

dmdm

s

dmAvQ

32 9,4

906,41

min

294609,4 3 lsdm

38


8,6013,1

6013,1

bar

barbarRc

.min2,19998,6

.min

294 Nll

OTRA FORMA DE CALCULAR EL CAUDAL

.

1976.

19768,6.

6

4

4,05,214,3

4

5,214,35

.

º

4

14,3

4

3222

222

min

Nl

min

dm

min

dmdmdmdm

Rcmin

carrerasNdDDSQ

Válvula de accionamiento neumático, mirar bloque y página 4.2/151-1 Catalogo de Festo (2000l/min. presión de mando 2-10 bar) Conexiones: utilización 3/8”, pilotaje 1/8”

Válvula de accionamiento eléctrico con pilotaje neumático, mirar bloque y página 4.2/81-3 Catalogode Festo (3000 l/min.)

Preparación del aire comprimido, mirar catalogo Festo 8/7-1 Unidad de mantenimiento.

0.22Potencia

Es la energía por unidad de tiempo

Se denomina potencia útil la que recibe el aire al ser comprimido, y potencia absorbida, la que recibeel motor que acciona el compresor.

QpP

P = potencia en W (vatios)p = presión en PaQ = caudal en m3/s (QNn)

La unidad de potencia es el W (vatio) que equivale a segundo

julio1

Ejemplo:¿No contamos para nada con el rendimiento?Un compresor aspira cada hora un volumen de aire en condiciones normales de 24 m3.Si el aire en el compresor se mantiene a una presión de 6 bar.¿Cuál es la potencia del compresor considerando que tiene un rendimiento del 100%?

Calculamos el caudal

sml

s

mdm

h

m

t

VQ

3

0067,060

10

1

400400min60

24000

1

243

3

min

33

Pasamos la presión a Pascales

39


Pam

N

cm

kgp

mN

2000.588

10

18,9

66

24

2

Pabarcm

Kp000.60066

2

Calculamos la potencia

WPaQpP sm 020.40067,0000.600

3

Ejemplo:

Cual es la potencia de un compresor que trabaja a 600KPa de presión y aspira 35m3 de aire por hora.PaKPap 000.600600

shorat 36001

sm

s

m

t

VQ

3

0097,03600

35 3

La potencia serákWWQpP 820,5820.50097.0000.600

0.23CONFIGURACIÓN DE LA TABLA QUE APARECE AL INSERTARCILINDROS EN EL SIMULADOR

Cilindros de doble efecto

Métrico

Si la fuerza la dividimosentre 10N/10

Y los diámetros los ponemosen centímetros.cm

La presión nos apareceráen barbar

Si la fuerza lamultiplicamos por 10

10N


La presión nos apareceráen kilo Pascales.KPa

Fuerza opuesta Lo que el cilindro debe vencer 200 NFuerza de entrada pasiva 10 % Resistencia por los rozamientos 20 NFuerza de salida pasiva 10 % Resistencia por los rozamientos 20 NDiámetro de la barra Barra o vástago del cilindro 4 cmDiámetro del pistón Pistón o émbolo del cilindro 20 cm

% De salida % De desplazamiento del embolo conrespecto a la culata trasera. 0 %

Longitud Longitud total de cilindroLa que este puesta pordefecto

Cilindros de simple efecto

Métrico

Si la fuerza la dividimosentre 10N/10


La presión nos apareceráen barbar

Si la fuerza lamultiplicamos por 10

10N


La presión nos apareceráen kilo Pascales.KPa

Fuerza opuesta Lo que el cilindro debe vencer 200 NFuerza máxima delresorte

Fuerza que el cilindro debe vencer comprimir elmuelle del cilindro 10 N

40


Fuerza de entradapasiva

10 % Resistencia por los rozamientos 20 N

Fuerza de salida pasiva 10 % Resistencia por los rozamientos 20 NDiámetro de la barra Barra o vástago del cilindro 4 cmDiámetro del pistón Pistón o émbolo del cilindro 20 cm

% De salida % De desplazamiento del embolo con respecto ala culata trasera. 0 %

También debemos tener en cuenta lo siguiente al insertar la unidad de mantenimiento:

Presión de trabajo 6 bar

0.24MÉTODO CASCADA MÍNIMO

Procedimiento a seguir:

1º Definir la secuencia y determinar los grupos.Un grupo no debe tener señales contrarías entre sí, de modo que cada letra alfabética no aparecerá másde una vez en un grupo.

2º Colocar tantas líneas de presión como grupos hay en la secuencia, y tantas válvulas distribuidoras delínea, como grupos hay menos uno.

3º El primer movimiento de cada grupo es mandado por la línea de presión de su mismo grupo.

3A-Si el movimiento es mandado por varias líneas, se suman en un solo mando, con la función "O"

4º Dentro de cada grupo, la salida de los finales de carrera mandan a los distribuidores del siguientemovimiento, según el orden establecido en la secuencia.

4A-Si el fin de carrera ha de mandar a varios distribuidores se intersecciona por medio de una función"Y", con la correspondiente línea del grupo.

5º El último movimiento de cada grupo, por medio del final de carrera manda el cambio alimentando ala línea del siguiente grupo, y poniendo a escape el propio.

5A-Si el mando de cambio de grupo a través de un final de carrera tiene que mandar a variosdistribuidores, se intersecciona por medio de una función "Y" con la línea que le corresponda mandar elcambio.

6º Los finales de carrera pertenecientes a los movimientos de cada grupo, son alimentados por sucorrespondiente línea de presión.

Si son alimentados con presión directa, pondremos una válvula (Y) con las líneas de grupo.

6A-Si son alimentados por varias líneas se suman en una sola con una función "O".

6B-Cuando un final de carrera esté alimentado por funciones "O" desde varias líneas y su salida estéinterseccionada con funciones "Y" de las mismas líneas, se eliminan las funciones "O", alimentando elfinal de carrera de la línea general.

41

manual de neumática

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