2. Las instalaciones neumáticas son máquinas y aparatos
que trabajan con aire comprimido o con aire aspirado.
La mayoría de las técnicas neumáticas se basan en el
aprovechamiento de la energía de la sobrepresión,
previamente generada, respeto a la presión atmosférica.
La energía neumática que emplea aire comprimido como
fuente de potencia, tiene cualidades excelentes entre las
que destacan:
• El aire es abundante y barato
• Se transforma y almacena fácilmente.
• Es limpio, no contamina y carece de problemas de
combustión con la temperatura
3. Se llama compresor a toda máquina que
impulsa aire, gases o vapores, ejerciendo
influencia sobre las condiciones de
presión.
La función de un compresor neumático es
aspirar aire a presión atmosférica y
comprimirlo a una presión más elevada
4. Tipos de compresores:
• compresores de embolo
• compresores rotatorios
• compresores de centrífugos
Compresores de émbolos: es el más utilizado, pudiéndose emplear como
unidad fija o móvil.
En los compresores de émbolos, la presión es obtenida en uno o más cilindros,
en los cuales los émbolos comprimen el aire. Se dividen en:
• Compresores de una etapa
• Compresores de dos etapas
• Compresores de varias etapas
En los compresores de una etapa la presión final requerida es obtenida en un solo
cilindro (en este caso, un cilindro es una etapa). En estos compresores el aire es
comprimido hasta la presión final de 6 a 8 bar y en casos excepcionales llegan hasta
los 10 bar.
5.
6. En compresores con una relación de compresión más alta, el sistema de una etapa
no es posible por la excesiva elevación de temperatura. El proceso de compresión se
realiza en dos etapas o más cilindros.
El aire comprimido en una etapa es enfriado antes de volverse a comprimir a más
presión en la siguiente etapa. Entre los cilindros se intercalan los enfriadores
Adecuados, llamados por ello enfriadores intermedios. Asimismo, el aire es enfriado
a la salida del último cilindro, al que se denomina enfriador final.
Los compresores se construyen en las siguientes escalas:
1. Compresores de una etapa para presiones hasta 10 bar
2. Compresores de dos etapas para presiones hasta 50 bar
3. Compresores de tres y cuatro etapas para presiones hasta 250 bar.
Los más utilizados son los de una y dos etapas.
Los compresores de émbolos pueden ser accionados por un motor eléctrico o un
motor de combustión interna.
7.
8.
9. Compresores Rotativos de células múltiples o de disco: El eje de los
compresores de células múltiples está excéntricamente situado en el interior de
un cilindro. De este modo se origina una cámara de compresión. Esta cámara es
comprimida contra el cilindro exterior, dividido en varias células, mediante unas
correderas móviles situadas en el rotor. Cuando el rotor gira a la derecha, el aire
es aspirado que entra por las células de la derecha
Células
10. Elección de un compresor.
1. Los parámetros fundamentales a considerar son: el caudal aspirado y la
presión deseada a la salida.
2. Para aplicaciones de automatización se requiere caudales moderados a
presiones medias; los compresores más indicados son los émbolos.
3. La presión que necesita la instalación deberá ser superior (a veces en 3
o 3 bar) a la de servicio, ya que de otra forma no se podrá mantener la
presión.
4. Cuando se define la presión queda ya decidido si el compresor debe ser
de uno o dos etapas.
5. Se debe considerar el motor que arrastrara al compresor y sistema de
control
11. Depósitos o acumuladores
La función que cumple un depósito de en una instalación de aire comprimido es
múltiple:
• Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida de los compresores alternativos
• Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar
de manera continua, sino intermitente.
• Hacer frente a las demandas punta de caudal, sin que se provoque caídas de
presión en la red
Los depositos son cilindricos, de chapa de acero y van provistos de diversos
accesorios tales como un manómetro, una válvula de seguridad y una llave de
purga para evaluar los condensados.
Los factores que influyen más decisivamente en las dimensiones de los
depósitos son:
• El caudal del compresor
• Las variaciones de la demanda
• El tipo de refrigeración que demanda unos periodos aconsejables de paro y
marcha en vacío.
12.
13. Depósitos
c
a b
Filtro de purga
a).- Ejecución vertical
b).- Ejecución horizontal
c).- Miniacumulador suspendido libremente en la tubería de aire comprimido
14.
15.
16. Acondicionamiento del aire comprimido
La simple compresión del aire en el compresor y la
posterior conducción neumática no son suficientes, ya
que el aire contiene bastantes impurezas que pueden
causar daños en el equipo.
Los principales enemigos de los sistemas neumáticos
son: agua, aceite, polvo y suciedad.
El aire humedo puede originar: Oxidación y excesivo
desgaste de equipo neumático, ya que la humedad lava
y arrastra el aceite lubricante.
La penetración de polvo y suciedad daña fácilmente los
materiales utilizados en las juntas e imposibilita que
realicé correctamente la función
18. Eliminación de la suciedad y el agua
El compresor aspira el aire de la atmósfera a través de un filtro que detiene
cualquier partícula grande de polvo presente en el aire. Una buena
localización del compresor puede disminuir la cantidad de humedad. Es
conveniente aspirar aire fresco y preferentemente de aquellos lugares donde
no de el sol, ya que la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener
un cierto volumen de aire viene dada por la humedad de saturación, la cual
aumenta con la temperatura
El aire producido por el compresor tiene una alta temperatura elevada,
estando todavía cargado de impurezas. En la salida del compresor se instala
un refrigerador que ocasionará una disminución de la temperatura, lo que
provocará la condensación de los vapores de agua y aceite.
La condensación que se produce durante la conducción de aire comprimido
debido al progresivo enfriamiento, debe ser purgada al exterior de la tubería
de conducción antes que llegue a los elementos neumáticos. Es conveniente
colocar los puntos de purga en distintos puntos. Esta condensación puede ser
evitada utilizando secadores de aire.
19. Los secadores de aire son elementos que separan automáticamente la
humedad del aire comprimido en grado suficiente para evitar que
posteriormente se realicen condensaciones en el circuito.
Los secadores pueden ser de dos tipos:
• Secadores frigoríficos.- operan con un punto de rocío (El punto de rocío o
temperatura de rocío es la temperatura a la que empieza a condensar el vapor de agua
contenido en el aire, produciendo rocío, neblina o, en caso de que la temperatura sea lo
suficientemente baja, escarcha.) a la presión de trabajo de 2 C, garantizando un
alto grado de secado del aire comprimido
• Secadores de adsorción.- efectúan el secado mediante un adsorbente sólido
de naturaleza regenerable que retiene el vapor de agua contenido en el aire
comprimido, eliminado este vapor al ser sometidos dicho adsorbente a un
adecuado proceso de reactivación
figura
22. El aire comprimido que entra al secador se preenfría en el intercambiador aire/aire
y seguidamente se introduce en el evaporador donde se enfría hasta alcanzar la
temperatura del punto de rocío deseado.
A continuación penetra en el evaporizador donde el agua condensada es
separada y evacuada por la purga automática.
Antes de salir del secador el aire comprimido vuelve a entrar al intercambiador de
aire/aire donde es recalentado por el aire comprimido caliente de entrada.
El funcionamiento del circuito frigorífico se empieza a explicar desde el compresor
frigorífico que aspira vapor de gas refrigerante a baja presión procedente del
evaporador situado en el acumulador de energía. Seguidamente el gas es
bombeado por el compresor hacia el condensador donde se enfría mediante el
aire impulsado por el motoventilador. El paso a través del filtro y del capilar,
provoca la expansión del refrigerante con el consiguiente enfriamiento del mismo.
Este cede sus frigorías en el evaporador al aire comprimido y a la masa térmica,
volviendo así a sus estado gaseoso para iniciar de nuevo el ciclo.
23. 1.- Carrocería
2.- Compresor frigorifico
3.- Condensador
4.- Intercambiador de calor
5.- Circuito frigorifico
6.- Sistemas de purgas de
condensados
24.
25. Preparación del aire comprimido
La unidad de mantenimiento garantiza que al consumidor sólo llegara aire
comprimido. La unidad de mantenimiento está formada por el filtro, el
regulador y el lubricador (engrasador).
El aire comprimido procedente de la red general, además de las impurezas que
pueden pasar a él en las aspiración por el compresor, conteniendo otras
impurezas procedentes de la red de tuberias tales como: polvo, cascarillas y
residuos de oxidación. Una gran parte de las impurezas se separan en los
recipientes para la condensación, pero los más pequeños son arrastrados por la
corriente de aire y actuarían en las partes móviles de los elementos neumáticos
como un abrasivo.
El filtro tiene la misión de liberar al aire comprimido circulante de todas la
impurezas y del agua en suspensión.
26. El filtro tiene la misión de liberar
al aire comprimido circulante de
todas la impurezas y del agua
en suspensión.
1.- Ranura directriz
2.- Carcasa del filtro (material de
plástico transparente o latón)
3.-Cartucho filtrante
4.-Purga de condensación
27. Regulador.- tiene la misión de mantener constante el consumo de aire y
la presión de trabajo con independencia de la presión de la red variable.
La presión de entrada siempre es mayor a la presión de salida. La presión
de salida es indicada por un manómetro
28. Lubricador tiene la misión de suministrar a los aparatos neumáticos el lubricante
suficiente. El aire que circula a través del lubricador produce una diferencia de presión
en las distintas secciones de la tubería; de esta manera el aceite contenido en el
deposito de alimentación es aspirado y pulverizado al entrar en contacto con la
corriente de aire.
p1 y p2 .- presiones
H .- válvula
reguladora
C.- tobera
E.- deposito de
aceite
L.- tuvo de plástico
D.- recinto
K.- tornillo de ajuste
29. Unidad de mantenimiento (filtro, regulador y lubricador)
La elección de una unidad de mantenimiento debe escogerse a los caudales y a las
presiones de servicio. Está unidad no debe estar montada a una distancia superior
de 5 m del último consumidor.
33. Actuadores Neumáticos
La función de los actuadores neumáticos es la transformación
la energía estática (energía neumática del aire comprimido) en
trabajo mecánico.
Los actuadores neumáticos se clasifican en:
• Cilindros
• Motores
Partes de un cilindro neumático
34. Cilindros de simple efecto
En los cilindros de simple efecto, el aire comprimido sólo actúa sobre una de las
caras del émbolo, por lo que sólo puede producir trabajo en un sentido. Según el
montaje del equipo neumático, el cilindro de simple efecto puede aplicarse para
ejercer tracción (posición de partida con el vástago desplazado; trabaja al extraer el
vástago), o para presionar (posición de partida con el vástago recogido; trabaja al
extraer el vástago del émbolo). La carrera de retorno, que en este caso es siempre
el recorrido en vacío, se lleva a cabo mediante un resorte recuperador incorporado
o mediante fuerzas exteriores que actúan sobre el vástago del émbolo.
35. Cilindros de simple efecto
Sección de un cilindro de
membrana con muelle recuperador
Los cilindros de membrana sólo pueden
conseguirse carreras cortas, desde algunos
milimetros hasta un máximo de 50 mm. La
carrera de retorno se realiza por medio de un
Símbolo resorte, o para carreras muy cortas la misma
tensión de la membrana.
37. Cilindros de émbolo son los más utilizados en la neumática
Los cilindros de aire comprimido de simple efecto sólo producen trabajo en
un sentido, por lo que no se deben montarse ningún elemento pesado que
deba ser movido por la carrera de retroceso del émbolo. Son excepciones,
por ejemplo, las placas de sujeción simple, ligeras y sin guías.
38. Cilindro de doble efecto
Al decir doble efecto se quiere decir que tanto el movimiento de salida como el
de entrada son debidos al aire comprimido, es decir, el aire comprimido ejerce
una acción en las dos cámaras del cilindro, de esta forma puede ejecutar trabajo
en los dos sentidos del movimiento.
Las ventajas de los cilindros de doble efecto contra los de simple efecto son:
• Posibilidad de realizar trabajo en los dos sentidos
• No se pierde fuerza para comprimir el muelle
La desventaja de los cilindros de doble efecto contra los de simple efecto es el
inconveniente de que consume doble cantidad de aire comprimido que un
cilindro de doble efecto.
39. Cilindros de doble efecto
El cilindro de aire comprimido de doble efecto se construye siempre en forma de
cilindro de émbolo y posee dos tomas para el aire comprimido situados a ambos
lados del émbolo
11
1.- tuvo del cilindro 5.- junta obturadora 9.- pistón de amortiguamiento
2.- tapa de fondo 6.- cojinete 10.- volumen de amortiguación
3.- tapa de cubierta 7.- junta de rascador 11.- válvula de estrangulación ajustable
4.- vástago 8.- embolo
40. Amortiguador
La carrera finaliza al chocar el émbolo con la tapa anterior o posterior. Para el émbolo
significa liberar toda la energía cinética, igual que ocurre cuando un automóvil a toda
velocidad se estrella contra un obstáculo. Si la fuerza desarrollada por el émbolo, el
vástago y la masa aplicada a él, así como su velocidad, son grandes se liberan en
energía.
La energía liberada intentará deformar la cabeza en cuestión o incluso romperla. A fin
de evitarlo se debe disminuir la cantidad de energía que actúa contra las tapas. Esto se
consigue mediante la amortiguación final de carrera. Esta amortiguación puede ser
externa o interna al cilindro.
La amortiguación externa se logra mediante amortiguadores hidráulicos, muelles,
sistemas de estrangulamiento de los conductores de escape que se conectan a partir
de un determinado punto de la carrera, etc.
La amortiguación interna más extendida es la amortiguación neumática. Esta
amortiguación se consigue de la siguiente manera: se añade al émbolo un pistón de
amortiguación que no cambia en su área útil. Durante el movimiento del émbolo, el aire
puede escaparse a la atmósfera normalmente, justo antes del fin de carrera.
En este momento el pistón de amortiguación cierra la salida libre y el aire escapa a la
atmósfera a través de una restricción regulable. El aire remanente es comprimido por el
émbolo aún en movimiento. Este aire produce una resistencia progresiva que se opone
al movimiento del émbolo. Este cojín de aire absorbe el golpe.
El tornillo de ajuste puede regularse externamente con objeto de controlar el
amortiguamiento.
41. Cilindro de
Cilindro Neumático de
simple efecto simple efecto
(membrana)
Cilindro de doble
efecto con
Cilindro de fijación por
ejecución ligera brida delantera
Cilindro de doble
Microcilindro de efecto con fijación
doble efecto por brida trasera
Cilindro de doble Cilindro de doble efecto
con vástago continuo
efecto sin pieza de saliente de ambos lados
fijación
Cilindro tándem
Cilindro de doble
efecto con fijación
por pie Cilindro de cuatro
posiciones
Cilindro de doble Cilindro de
efecto con fijación accionamiento
oscilante giratorio
42. Cilindros tandem
(cilindros especiales)
Cilindros tandem se reúnen en un
mismo tubo dos cilindros de doble
efecto colocados en serie de tal modo
que se suman las fuerza producidas
por ambos. Mediante esta disposición
se duplica aproximadamente la fuerza
del cilindro, ya que el producto de la
precisión del aire por la superficie de
los dos émbolos se transmite al
vástago al avance. Los cilindros
tandem se emplean en aquellos casos
en que se precisa un diámetro
pequeño y una fuerza superior a la de
su diámetro.
43. Cilindro de múltiples posiciones
(cilindros especiales)
El cilindro de múltiples posiciones es
una combinación de al menos dos
cilindros neumáticos de doble efecto,
dispuestos con las tapas posteriores
encaretadas; obteniéndose así un
cilindro de cuatro posiciones.
En teoría siempre es posible combinar
entre sí varios cilindros para obtener un
cilindro de seis o de ocho posiciones.
44. Cilindro rotativo
(cilindros especiales)
El movimiento de vaivén rectilíneo del émbolo
se transmite a una rueda dentada a través de
una cremallera situada en el vástago del
émbolo. Entonces el movimiento rectilíneo se
transforma en movimiento rotativo. La rotación
máxima puede llegar a ser de 360 como
máximo, pero generalmente es menor, por
ejemplo 180 o 290. En todos los cilindros
rotativos se indica el ángulo de rotación además
de las características neumáticas.
45. La fuerza generada en el cilindro es función del
• Diámetro del émbolo
• Presión del aire comprimido
• Resistencia de rozamiento ( fricción )
La resistencia de rozamiento corresponde al momento de arranque del émbolo
La fuerza esta dada por:
Para los cilindros de simple efecto
Para el cilindro de doble efecto
Carrera de avance
Carrera de retroceso
47. Válvulas distribuidoras
Estas válvulas influyen en el camino del aire comprimido (de manera preferente
arranque, parada y sentido de paso)
Según el número de vías controladas se le llama válvula de dos vías, de tres
vías de cuatro vías o de múltiples vías. Como vías se considera: La conexión de
entrada de aire comprimido, conexiones de alimentación y los orificios de purga.
Los orificios de salida se consideran siempre como una sola vía controlada, aún
cuando la válvula tenga varios de ellos.
Para evitar errores durante el montaje y además para identificarlos, se indican
con letras mayúsculas o números.
Según la norma DIN 24300, se indica así
P = Alimentación
A,B,C = Salidas de trabajo
R,S,T = Escape de aire
X,Y,Z = Conexiones de mando
48. Según normas CETOP, es:
1= Alimentación de aire comprimido
2 y 4 = Salidas de trabajo
3 y 5 = Escape de aire
12 y 14 = Conexiones de mando
Esquema del funcionamiento de una válvula de asiento de bola de dos vías:
Función de la válvula de apertura
49. Esquema de funcionamiento de una válvula de dos vías. Función de la
válvula: cierre
Esquema del funcionamiento de una válvula de tres vías: función de apertura
50. Esquema del funcionamiento de una válvula de tres vías: función de cierre
Toma de la red (P) = alimentación
Conducción al consumidor (A) = utilización
Purga (R) = escape
Esquema del funcionamiento de una válvula de cuatro vías, con orificio de purga común
53. Válvula 4/2 con Válvula 3/2 con
palanca manual pulsador fungiforme
Válvula 4/2 con
Válvula 4/3 con pedal de pie retén
pedal de pie fijador
Válvula 3/2 de palanca
Válvula de leva 4/2
de rodillo
54. Válvula 4/2 de Electroválvula 3/2
palanca de rodillo
escamoteable de mando
Electróvalvula Válvula 3/2 de
4/2 retardo a la
conexión
55. Válvulas de bloqueo
Las valvulas de bloqueo cortan el paso del aire comprimido, y de aquí se deriva
su nombre. En ellas siempre se bloquea un solo sentido de paso; el otro queda
libre. Las válvulas de bloqueo están construidas de manera que el aire
comprimido actúan sobre la pieza de bloqueo y así refuerza el efecto del aire.
Las más empleadas son:
• Válvula de antirretorno
• Válvula estranguladora
• Válvula estranguladora de retención
• Válvula de purga rápida
• Válvula de simultaneidad
56. Válvula antirretorno
Es la más sencillas de todas las válvulas, la cual cierra por completo el paso del
aire en un sentido y lo deja libre en el sentido opuesto. Las válvulas de retención
se incluyen allí donde, por motivos de seguridad, un elemento sólo pueda ser
circulado en un sentido. En este caso, la resistencia interna en el sentido libre
de la válvula de retención debe ser menor que la resistencia en el elemento.
57. Válvula selectora
Tiene dos entradas y una salida. El efecto de bloqueo actúa siempre en el sentido
de la entrada purgada, por lo que queda libre el paso desde la otra entrada hacia la
salida. Una válvula selectora puede emplearse, por ejemplo, donde un elemento
motriz o un elemento de mando debe ser accionado desde dos puntos por
separado y distantes entre si en su emplazamiento.
58. Válvulas de simultaneidad se utilizan con preferencia para los equipos de
enclavamiento y para los equipos de control. Una válvula de este tipo tiene dos
entradas P1, P2 y una salida A. La señal de salida solo está presente si lo están
las dos señales de entrada.
59. Válvulas estranguladoras con retención.- el punto de estrangulación es
regulable en las válvulas reguladoras de retención, ajustándose así el flujo
circulante. El efecto de estrangulación sólo actúa en un sentido de
circulación, siendo libre el paso en el sentido opuesto a través de la válvula
de retención.
