Neumática semanas 1 y 2

DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE
SISTEMAS NEUMÁTICOS
INDUSTRIALES
jueves 7 de mayo de 2015
RAÚL ANTONIO RODRÍGUEZ
OSORIO
INSTRUCTOR - AUTOMATIZACIÓN
SEMANA 1

FUNDAMENTOS
La neumática (del griego πνε μαῦ "aire") es la tecnología que emplea
el aire comprimido como modo de transmisión de la energía
necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.
Según la altitud, la temperatura y la composición del aire, la atmósfera
terrestre se divide en cuatro capas: troposfera, estratosfera,
mesosfera y termosfera.
A mayor altitud disminuyen la presión y el peso del aire.
El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se
comprime, es una mezcla de gases que constituye la atmósfera
terrestre y permanecen alrededor del planeta Tierra por
acción de la fuerza de gravedad.

07/05/15 3
COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA LIBRE DE VAPOR DE
AGUA, POR VOLUMEN
Nitrógeno (N2) 78,084%
Oxígeno (O2) 20,946%
Argón (Ar) 0,9340%
Dióxido de carbono (CO2) 0,035%
Neón (Ne) 0,001818%
Helio (He) 0,000524%
Metano (CH4) 0,000179%
Kriptón (Kr) 0,000114%
Hidrógeno (H2) 0,000055%
Óxido nitroso (N2O) 0,00003%
Monóxido de carbono (CO) 0,00001%
Xenón (Xe) 0,000009%
Ozono (O3) 0 a 7×10−6
%
Dióxido de nitrógeno (NO2) 0,000002%
Yodo (I2) 0,000001%
Amoníaco (NH3) Trazas (cantidad minúscula de una sustancia en una mezcla )

07/05/15 4
El Aire – Característica Generales
Ventajas
Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en
todo el mundo, en cantidades ilimitadas
Transportable: Puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso
a grandes distancias. No es necesario disponer de
tuberías de retorno.
Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca
continuamente en servicio. El aire comprimido puede
almacenarse en depósitos y tomarse de éstos.
Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de
temperatura (en condiciones normales).

07/05/15 5
Ventajas
Limpio: En caso de estanqueidad en tuberías o elementos, no
produce ningún ensuciamiento.
Constitución: La concepción de los elementos de trabajo es simple.
Velocidad: Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso, permite
obtener velocidades muy elevadas.
Sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos
pueden utilizarse hasta su parada completa sin riesgo
alguno de sobrecargas.

07/05/15 6
Desventajas
Preparación: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su
utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad.
Compresible: Con aire comprimido no es posible obtener para los
émbolos velocidades uniformes y constantes.
Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta
fuerza.
Escape: El escape de aire produce ruido. No obstante, este
problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias a
materiales insonorizantes.
Costos: El aire comprimido es una fuente de energía
relativamente cara; este elevado costo se compensa en
su mayor parte por los elementos de precio económico y
el buen rendimiento.

07/05/15 8
PRESIÓN
La idea más simple que se tiene sobre presión se relaciona con la acción de
aplastar algo, y esto en otras palabras es ejercer una fuerza sobre una
superficie.
Si la fuerza que se ejerce sobre un
objeto es F y el área sobre la cual
actúa es A, se tiene que la presión
(P) que ejerce esa fuerza es:
Si dicha fuerza se mide en Newton
(N) y el área sobre la cual actúa se
mide en metros cuadrados (m2
),
entonces la presión se medirá en
Pascales (Pa)

07/05/15 9
PRESIÓN - EJEMPLO
Si un libro tiene una masa de 0,4 kg y
su portada mide 20 cm por 15 cm y
está apoyado sobre una mesa. El
peso del libro ejerce una presión
sobre la mesa, ¿equivalente a?.
A
P
W
Peso del libro:
W = m*g (F = m*a)
= 0,4 [kg] x 9,8 [m/s2
]
= 3,92 [N]
Área de contacto:
A = ab
= 0,2 [m] x 0,15 [m]
= 0,03 [m2
]
[ ]
[ ]
[ ]PaP
m
N
P
A
F
P
67,130
03,0
92,3
2
=
=
=

07/05/15 10
UNIDADES DE PRESIÓN
Las siguientes son equivalencias prácticas de presión:
1 Kg/cm2
= 1 bar = 1 atm = 760 Torr. (mm Hg) = 14,7 psi = 100 Kpa
Para otros cálculos: 1 Kgf = 10 N

07/05/15 11
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
• La presión Atmosférica es causada
por el peso del aire sobre nosotros
• Disminuye su presión al estar en
altura, por ejemplo, baja su peso al
escalar una montaña.
• Cuando se mide la presión
atmosférica, se está midiendo la
presión que ejerce el peso de una
columna de aire sobre 1 [m2
] de
área en la superficie terrestre
• Aumenta, al descender, por
ejemplo al bajar a una mina.
• La presión atmosférica en la
superficie de la Tierra es:
101.325Pa a nivel del mar.

07/05/15 12
Cero Absoluto
Presión negativa (Vacío)
760mmHg
Presión Barométrica
Presión
Atmosférica
Presión positiva (manométrica)
0
Presión Absoluta
PRESIÓN ATMOSFÉRICA
Presión Absoluta = Presión Atmosférica + Presión manométrica
Presión manométrica = Presión Absoluta – Presión Atmosférica

07/05/15 13
COMPARACIÓN CON OTRAS TECNOLOGÍAS

07/05/15 14
COMPARACIÓN CON OTRAS TECNOLOGÍAS

07/05/15 15
EL AIRE COMPRIMIDO
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12 13
14
15
16
17
18
19

DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE
SISTEMAS NEUMÁTICOS
INDUSTRIALES
jueves 7 de mayo de 2015
RAÚL ANTONIO RODRÍGUEZ
OSORIO
INSTRUCTOR - AUTOMATIZACIÓN
SEMANA 2

07/05/15 18
GENERACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
Símbolo 

07/05/15 19
COMPRESORES DE ÉMBOLO OSCILANTE
Compresor de pistón

07/05/15 20
Compresor de doble pistón

07/05/15 21
Compresor de membrana

07/05/15 22
COMPRESORES DE ÉMBOLO ROTATIVO
Compresor rotativo
multicelular

07/05/15 23
Compresor rotativo multicelular

07/05/15 24
Compresor de tornillo
helicoidal

07/05/15 25
Compresor de tornillo helicoidal

07/05/15 26
Compresor Roots

07/05/15 27
TURBOCOMPRESORES
Turbocompresor Axial

07/05/15 28
TURBOCOMPRESORES
Turbocompresor
Radial

07/05/15 29
ELECCIÓN DEL COMPRESOR
Parámetros a considerar:
•Caudal: Por el caudal se entiende la cantidad de aire que suministra el
compresor; Depende de la construcción del compresor y de la presión. En este
caso el rendimiento volumétrico es muy importante, debe estar acorde a la
norma VDMA 4362 o DIN 1945 o ISO 1217.
•Presión: Se deben tener en cuenta dos conceptos, la Presión de Servicio, que
es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que
alimentan a los consumidores y, la Presión de trabajo, que es la necesaria en el
puesto de trabajo considerado, la presión estándar de trabajo es de 90PSI.
•Accionamiento: Existen dos tipos de accionamiento principales, accionamiento
por motor eléctrico y accionamiento por motor de combustión interna.

07/05/15 30
Pistón
Paletas
Tornillo
Radial
100
10
1
0.1
100 1000 10000 100000 1000000
P(bar)
Q(m3
/h)

07/05/15 31
•Regulación: existen varios tipos de regulación:
• Regulación por escape a la atmosfera: trabaja con una válvula
reguladora de presión a la salida del compresor.
• Regulación por aislamiento de la aspiración: en este tipo de
regulación se bloquea el lado de aspiración del compresor.
• Regulación por apertura de la aspiración: por medio de una mordaza
se mantiene abierta la válvula de aspiración y el aire circula sin que el
compresor lo comprima.
• Regulación de velocidad de rotación: regula la velocidad del
accionamiento ya sea motor eléctrico o motor de combustión interna.
• Regulación del caudal aspirado: Se obtiene por estrangulación del
caudal de aspiración, sistema ocupado en compresores rotativos o en
turbocompresores.
• Regulación por intermitencia: Los momentos de conexión y
desconexión pueden ajustarse mediante un presóstato.

07/05/15 32
•Refrigeración: existen dos tipos, la refrigeración por aire y la refrigeración
por circulación de agua.
•Emplazamiento: la estación de compresión debe situarse en un local cerrado e
insonorizado, debe estar bien ventilado, y se debe garantizar que el aire aspirado
sea lo más fresco, limpio de polvo y seco posible.

07/05/15 33
ACUMULADOR O TANQUE DE AIRE COMPRIMIDO
Funciones:
•Estabilizar el suministro de aire comprimido.
•Compensar las oscilaciones de presión en la
red de aire.
•Por su gran superficie, el aire acumulado se
refrigera y ayuda a precipitar una parte de la
humedad del aire en forma de agua.
•Soporte de accesorios en la mayoría de los
casos.
Símbolo 

07/05/15 34
ACUMULADOR O TANQUE DE AIRE COMPRIMIDO
Válvula de cierre
Válvula de vaciado
de agua (Purga)
Manómetro
Termómetro
(Opcional)
Válvula limitadora de presión
(Válvula de seguridad)
Compuerta

07/05/15 35
CÁLCULO DEL ACUMULADOR DE AIRE COMPRIMIDO
100
1
10
0.1
1
10
100
Caudalenm3
/minVolúmenenm3
Frecuencia de
Conmutación
Campo de
Regulación
20 DP = 1
Z = 20
15
Ejemplo:
Q=20 m3
/min
DP=1 bar
Z=20 1/h
Z=20
Z=15
Z=10
Dp=1,6Bar
Dp=0,25Bar
Dp=0,63Bar
Dp=0,4Bar
Dp=1,0Bar
Dp=0,16Bar

07/05/15 36
TRATAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO
En la preparación del aire comprimido se busca eliminar o reducir al máximo las
impurezas y el condensado, con el fin de aumentar la duración de los elementos
y/o reducir los tiempos de avería y reparación de los mismos.
Impurezas:
Las impurezas contenidas en el aire son por lo general:
• Gotas de agua
• Polvo
• Restos de aceite de los compresores
• Óxido
• Cascarillas y similares

07/05/15 37
Sobre todo debe prestarse mucha atención a la humedad que contiene el
aire.
El agua (humedad) llega al interior de la red con el aire que aspira el
compresor.
El aire comprimido debe prepararse:
La cantidad de humedad depende de la humedad relativa del aire, que a
su vez depende de la temperatura del aire y del clima en particular.
Humedad Absoluta:
Es la cantidad de agua que contiene un metro cúbico de aire.
Es la cantidad de agua que un metro cúbico de aire puede admitir a una
determinada presión y temperatura.
Humedad Relativa:

07/05/15 38
Punto de rocío:
Temperatura a la que
comienza la condensación
de la humedad contenida
en el aire.

07/05/15 39
Cálculo del contenido de agua
Ejemplo - Contenido de agua
antes de la compresión:
Volumen de
aspiración
Temperatura
Humedad relativa
: 1000 m3
/h
: 20 o
C
: 50 %
17 g/m3

07/05/15 40
100% Hr / 20ºC 17 g/m3
50% Hr / 20ºC 8.5 g/m3
En 1.000 m3
/h = 8.5 g/m3
5 * 1.000 m3
/h = 8.500 g/h
8,5 l/h
Cálculo del contenido de agua
Ejemplo - Contenido de agua
antes de la compresión:

07/05/15 41
Corrosión en:
El agua existente en los conductos del aire comprimido, puede causar los
siguientes daños:
• La red metálica
• Los elementos de mando
• Los elementos de trabajo
• Las máquinas

07/05/15 42
ISO 8573

07/05/15 43
Proceso de secado:
En el proceso de secado del aire se puede reducir el contenido de agua hasta
0,001 g/m3
• Secado por absorción
• Secado por adsorción
• Secado en frío (por refrigeración)
TRATAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO - SECADO
Símbolo Secador:

07/05/15 44
Secado por absorción:
Masa de secado
(extrae el agua)
Precipitación del agua
mezclada con la masa de
secado.
La masa de secado se
consume y se debe añadir
regularmente
Agente
secador

07/05/15 45
Secado por adsorción:

07/05/15 46
Secado por adsorción:

07/05/15 47
Secado por
refrigeración:

07/05/15 48
Secado por refrigeración:

07/05/15 49
TRATAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO - FILTRADO
Símbolo Filtro:

07/05/15 50

07/05/15 51
Símbolo Purga del filtro
de aire:
Trampas de condensado
Purga manual
Purga automática

07/05/15 52
Exigencias para los filtros de aire:
• Déposito para el condensado
• Depósito transparente con grifo de purga
• Cartuchos filtrantes lavables e intercambiables
• Buen efecto de remolino o turbulencia (separación de partículas sólidas
y líquidas del cartucho filtrante)
• Posibilidad de montar purgas automáticas
• Posibilidad de limpieza sin desmontar el cartucho filtrante

07/05/15 53
DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
Con la red neumática bien diseñada, el compresor realiza menos arranques y
ahorra energía.
Al iniciar el proceso de diseño de una instalación de aire comprimido se deben
investigar todas las aplicaciones que se usarán y su ubicación en la planta, para
ello se puede usar una tabla como la siguiente:
Factores que influyen en el diámetro son: velocidad de circulación del aire,
perdida de presión admisible, presión de trabajo, longitud de la tubería y sus
accesorios, tales como válvulas, curvas y demás.

07/05/15 54
TUBERÍAS DE SERVICIO:
Son las que surten en sí los equipos neumáticos, en sus extremos tienen
conectores rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento. Debe
procurarse no sobre pasar de tres el número de equipos alimentados por una
tubería de servicio. La velocidad del aire en estas tuberías puede llegar hasta
15m/s.
TUBERÍA PRINCIPAL:
Es la línea que sale del conjunto de generación y tratamiento y, conduce todo el
aire que consume la planta. La velocidad máxima del aire en la tubería principal
es de 8m/s.
TUBERÍAS SECUNDARIAS:
Se derivan de la tubería principal para conectarse con las tuberías de servicio. El
caudal que por allí circula es el asociado a los elementos alimentados
exclusivamente por esta tubería. La velocidad del aire en ellas no debe superar
8m/s.

07/05/15 55
R > 3
d
=
1 a 2% de inclinación
Tendido de la red de
aire comprimido: Cuello de Cisne
Tubería principal
Tubería secundaria
Tubería de servicio
Color de tubería: Azul cielo

07/05/15 56
aire comprimido:

07/05/15 57
aire comprimido:

07/05/15 58
Tipo de material de
la tubería:
Tubería Rígida: Acero galvanizado, aluminio y poliamida

07/05/15 59
Tipo de material de
la tubería:
Tubería flexible: Polietileno (PE), poliuretano (PU) y nylon.

07/05/15 60
Tipo de unión de la
tubería:

07/05/15 61
Cálculo de la red
Ejemplo:
Q = 960 m3
/h
L = 280 m
P = 8 bar
DP = 0.1 bar
DAUX = 90 mm

07/05/15 62
Cálculo de la red
Ejemplo:
P1
P2
∆P = P1 - P2
P1
Longitud Equivalente
P2

07/05/15 63

07/05/15 64
5
6
1
Cálculo de la red
Ejemplo:
1.1m * 5 = 5.5m
5.4m * 6 = 32.4m
27m * 1 = 27m
L ´= L + Leq = 280 m + 64.9 m = 344.9 m
Los datos quedan:
Q = 960 m3
/h
L ´= 344.9 m
P = 8 bar
DP = 0.1 bar

07/05/15 65
D = 96 mm
Cálculo de la red
Ejemplo:
Q = 960 m3
/h
L ´= 344.9 m
P = 8 bar
DP = 0.1 bar

07/05/15 66
Cálculo de
perdidas de aire
Ejemplo:
D = 5 mm
t = 10 horas
P = 6 bar
5
1

07/05/15 67
Cálculo de
perdidas de aire
Ejemplo:
El volumen perdido es:
Vp = 1 m3
/min * 10 hs * 60 min/h
Vp = 600m3
¿Qué puedo hacer con esa cantidad de aire?
Q = 12,6 l/ciclo
Con 600 m3
de aire, considerando que cada
m3
de aire equivale a 1000 litros.
Se podría realizar un trabajo dado por:
600.000 litros
12,6 l/ciclo
Es decir:
¡47.619 ciclos!

07/05/15 68
TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO
Unidad de mantenimiento
Compuesta por 3 elementos, uno de ellos no siempre presente, en caso de estar
divididos, se deben colocar en el orden que se presenta a continuación:
•Filtro
•Regulador
•Lubricador (No siempre presente)
Símbolo 

07/05/15 69
Unidad de mantenimiento

07/05/15 70
Regulador: Símbolo 
• La presión de entrada debe ser
siempre más alta que la presión
de trabajo (P1 > P2).
• La válvula reguladora de presión
mantiene constante la presión de
trabajo, sean cual fueren las
oscilaciones de presión en la red
y en el consumo de aire.
• Presión estándar de trabajo:
90PSI (6Bar)

07/05/15 71
Lubricador: Símbolo 
• El lubricador de aire comprimido funciona según
el principio Venturi.
• A través de un tubo ascendente, el vacío aspira
el aceite tomándolo de un recipiente.
• El aceite llega a una cámara de goteo; allí la
corriente de aire lo nebuliza y lo transporta.
• El aire a presión sólo debe aceitarse o lubricarse
cuando los ciclos de movimiento son
sumamente rápidos o al trabajar con cilindros en
los cuales el diámetro del orificio es muy grande.

07/05/15 72
Lubricador:
Ventajas de la lubricación:
•Reducción del desgaste.
•Disminución de las pérdidas por rozamiento.
•Protección contra la corrosión.
La cantidad de goteo se
determina por el tornillo de
regulación
En la práctica son suficiente
entre 1 y 12 gotas por cada
1000 litros de aire

07/05/15 73
Exigencias para un lubricador:
•Fácil servicio de mantenimiento (control de nivel, relleno de aceite durante el
mantenimiento).
•Funcionamiento automático del lubricador.
•La cantidad de aceite para el mando neumático debe ser regulable.
•Producción de una fina niebla de aceite.
•El lubricador también debe funcionar en caso de necesitar aire comprimido de
forma de intermitencia
Aceites para
un lubricador:

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