2. 2
Programa del Curso
1. Introducción y Teoría del aire.
2. Tratamiento del Aire Comprimido.
3.
4.
5.
Simbología ISO 1219-1.
Funcionamiento Componentes Neumáticos.
Diseño de Circuitos Neumáticos.
4. 4
Contenido
Introducción.
Composición del aire.
Presión atmosférica.
Aire comprimido industrial.
Presión.
Unidades de presión.
Presión y fuerza.
Ley general de los gases.
Generación de aire comprimido.
Agua en el aire comprimido.
Caudal de aire comprimido.
Caudal a través de válvulas.
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Pulsar la sección para acceso directo.*
5. 5
Introducción
¿Que es Neumática ?
* La técnica que trata del aprovechamiento de las
propiedades que tiene el aire comprimido.
Propiedades del aire comprimido :
* Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al
desplazamiento.
* Compresibilidad: un gas se puede comprimir en
un recipiente cerrado aumentando la presión.
* Elasticidad: la presión ejercida en un gas se
transmite con igual intensidad en todas las direcciones
ocupando todo el volumen que lo engloba.
*
*
6. 6
Composición del aire
El aire que
respiramos es
elástico, comprimible
y fluido.
Damos por hecho
que el aire llena todo
el espacio que lo
contiene.
El aire se compone
básicamente de
nitrógeno y de
oxígeno.
*
Composición por Volumen
Nitrogeno
Oxígeno
Argón
Otros
78.09% N2
20.95% O2
0.03%
0.93% Ar
*
*
7. 7
Presión Atmosférica
* La presión atmosférica es
causada por el peso del
aire sobre nosotros.
* Esta es menor cuando
subimos una montaña y
mayor al descender a una
mina.
* La presión varía con las
condiciones
atmosféricas.
8. 8
Atmósfera Standard
Una atmósfera standard se define por la
Organización Internacional de Aviación Civil. La
presión y temperatura al nivel del mar es 1013.25
milli bar absoluta y 288 K (15OC).
*
1013.25 m bar
9. 9
La potencia de la*
se utilizan ventosas
equipos de vacio.
y
El vacio se consigue
evacuando todo el
aire de un sitio
determinado.
*
Atmósfera y vacio
presión atmosférica
es evidente en la
industria de
manipulación donde
10. 10
Aire comprimido industrial
1617
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Las presiones se dan en
bar (relativos a la presión
atmosférica).
El zero del manómetro es
la presión atmosférica.
*
*
Para cálculos se utiliza
presión absoluta:
Pa = Pg + Patmósfera.
la*
Se asume para cálculos
rápidos que 1 atmósfera
equivale a 1.000 mbar.
En realidad 1 atmósfera
equivale a 1.013 mbar.
*
*
Vacio total
Pr
es
ió
n
ab
so
lut
ab
ar
Pr
es
ió
n
m
an
o
m
étr
ic
a
ba
r
Rango
Industrial
ampliado
Rango
industrial típico
Rango bajo
Atmósfera
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
11. 11
Presión
1 bar = 100.000 N/m2
(Newtons por metro
cuadrado).
1 bar = 10 N/cm2
1.000 mbar = 1 bar
El sistema de medidas
anglosajón utiliza los
pies por pulgada
cuadrada (psi)
1 psi = 68.95mbar
14.5 psi = 1bar
* *
*
*
12. 12
Unidades de presión
Existen diversas unidades de medida de presión.*
Se muestran algunas
equivalencias:
de ellas y sus
1
1
1
1
1
1
1
bar
bar
bar
bar
=
=
=
100.000 N/m2
100 kPa
14.50 psi
*
*
*
*
*
*
*
= 10.197 kgf/m2
mm Hg = 1,334 mbar approx.
mm H2O = 0,0979 mbar approx.
Torr = 1mmHg abs (para vacio)
14. 14
Presión y fuerza
El aire comprimido ejerce
una fuerza de igual valor en
todas las direcciones de la
superficie del recipiente
que lo contiene.
El líquido en un recipiente
será presurizado y
transmitido con igual
fuerza.
Por cada bar de
manómetro, se ejercen 10
Newtons uniformemente
sobre cada centímetro
cuadrado.
*
*
*
15. 15
Presión y fuerza
D mm
La fuerza que se
desarrolla sobre un
pistón debida a la presión
del aire comprimido es el
área efectiva multiplicada
por la presión:
*
π D2
P
=Fuerza Newtons40
P bar
16. 16
Presión y fuerza
Si ambas conexiones de
un cilindro de doble
efecto se conectan a la
misma presión el cilindro
se moverá debido el
diferencial de presión
que hay en ambas
cámaras.
Si el cilindro es de doble
vástago el cilindro no se
moverá.
*
*
17. 17
Presión y fuerza
En la corredera de una válvula la presión actuando en
cualquier conexión no hará que la corredera se desplace
puesto que las dos areas sobre las que actua el aire son
iguales.
*
P1 y P2 son las presiones de alimentación y escape.*
P1 P2
19. 19
Las leyes de los gases
Para cualquier masa de aire dada las propiedades
variables son presión, volumen y temperatura.
Asumiendo que una de estas variables se mantiene
constante se darán los siguientes casos:
*
*
P.V = C (una constante)Temperatura Constante*
V
= C (una constante)Presión Constante*
T
P
= C (una constante)Volumen Constante*
T
20. 20
La Ley general de los Gases
P1 .V1 P2 .V2
= = C
T1 T2
Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante.
24. 24
Agua en el aire comprimido
Cuando se comprimen
grandes cantidades de
aire se produce una
cantidad considerable de
condensados.
El vapor de agua natural
que contiene el aire
atmosférico licua como
en una esponja.
El aire en el interior del
recipiente continuará
saturado (100% HR).
*
*aire
totalme
nte
saturad
o
*
Condensado
purga
25. 25
Agua en el aire comprimido
La cantidad de vapor de agua que contiene una muestra
de aire atmosférico se mide por la humedad relativa en %
*
HR. Este porcentage es la proporción de la cantidad
máxima de agua que puede contener el aire a una
temperatura determinada.
25% RH 50% RH 100% RH
40
A 20o Celsius
00% HR = 17.4
g/m3
20
50% HR = 8.7 g/m3
0
25% HR = 4.35 g/m3
-20
-40
10 20 30 40 50 60 70 80
vapor agua / metro cúbico aire g/m3
Te
m
pe
rat
ur
a
Ce
lsi
us
1
0
Gramos
26. 26
Agua en el aire comprimido
La ilustración muestra cuatro cubos donde cada uno
representa 1 metro cúbico de aire atmosférico 20º C.
Cada uno de estos volumenes tiene una humedad relativa
del 50% HR. Esto quiere decir que contiene 8.7 gramos de
vapor de agua, la mitad del máximo posible que es 17.4
gramos.
*
27. 27
Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metros
cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero
tan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos
partes condensaran en gotas de agua.
*
28. 28
Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metros
cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero
tan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos
partes condensaran en gotas de agua.
*
29. 29
Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metros
cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero
tan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos
partes condensaran en gotas de agua.
*
30. 30
Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metros
cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero
tan solo dos de estas partes se pueden mantener como
vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos
partes condensaran en gotas de agua.
*
31. 31
Agua en el aire comprimido
4 metros cúbicos a presión
atmosférica contenidos en 1
metro cúbico producen una
presión de 3 bares de manómetro.
17.4 gramos de agua se
mantienen como vapor
produciendo el 100% HR y los
otros 17.4 gramos condensan en
agua líquida.
Esto es un proceso continuo, de
manera que cuando el manómetro
marca 1 bar, cada vez que se
comprime un metro cúbico de aire
y se añade al metro cúbico
contenido, otros 8.7 gramos se
comprimen.
*
*
*
33. 33
Unidades de caudal
El caudal se mmide como
volumen de aire libre por
unidades de tiempo.
Las unidades usuales :
* Litros normales o
decímetros cúbicos por
*
*
segundo lN/s o dm3/s
* Metros cúbicos por
minuto m3N/min
* Pies cúbicos normales
por minuto scfm
1 m 3/m = 35.31 scfm
1 dm 3/s = 2.1 scfm
1 scfm = 0.472 l/s
1 scfm = 0.0283 m3/min
*
*
*
* 1 metro cúbico
o 1000 dm3
34. 34
Caudal aire Libre
El espacio entre las
barras representa el
volumen real que ocup
litro de aire libre a su
respectiv presión.
Volumen real de 1 litro
de aire libre a presión
*
0 1 litro
un
1/2
El caudal es el resultado
de la presión diferencial,
a un bar absoluto (0 de
manómetro) solo habría
caudal en vacio.
Si la velocidad fuese la
misma en cada caso el
caudal seria el dobl que
en el caso anterior.
*
1/4
1/8
*
1/16
16bar a
8bar a
4bar a
2bar a
1bar a
35. 35
Caudal sónico
9
8
7
6
5
4
3
2
1
La velocidad límite a la cual* bar
e a
puede circular el aire es
velocidad del sonido
Para alcanzar el caudal
la mósfera
P1 bar
absoluta
* 2
sónico, se ha de tener una
aprox. 2 veces P2 o mas.
P1, atm
0
5 10
ti
me
15 200
Cuando se vacia un recipiente
de aire a alta presión a la
atmósfera el caudal se
mantendrá constante hasta
que P1 sea menor que 2 P2.
Cuando se carga un recipiente
elcaudal se mantiene
constante hasta que P2 es 1/2
P1.
*
9
8
7
6
5
4
3
2
1
P bar2
absolut
a
2 1
a
*
0
5 10 15 200
1/ P
P1 está 9 bar
alimentación
un recipiente
atm
P1 está 9
un recipient
la at
2P
36. 36
Caudal a través de válvulas
La característica de caudal de una válvula se suele indicar
por algun tipo de factor de caudal, como “C” , “b”,
“Cv”, “Kv” y otros.
El procedimiento mas preciso para determinar esta
característica de una válvula es a través de su valor “C”
(conductancia) y “b” (relación crítica de presiones). Estas
*
*
características se determinan provando el
según CETOP RP50P recommendations.
componente
Para un rango de presiones
de alimentación P determinado,
P2 se contrasta con el caudal
hasta alcanzar su máximo.
* P P1 2
El resultado es un conjunto de curvas
mostrando la característica de caudal
de la válvula.
*
37. 37
Caudal a través de válvulas
A partir de estas curvas se puede determinar la relación
crítica de presiones “b”. La “b” representa la relación de
P2 sobre P1, en la cual la velocidad es sónica. Así la
*
conductancia “C” en este punto representa el caudal “dm³/
segundo / bar absoluto”.
0.5
Caudal 0.4
dm3/s
Conductancia
62 dm/s/bar a solo
para la parte
ntal de la curva
0.3aire
libre
0.2
0.1
P1 es el punto de
caudal zero para
cada curva0
0 1 2 3 4 5 6 7
Presión P2 (bar) aguas a bajo
Relación crítica de presiones b = 0.15
C= 0.0
Tan horizo
38. 38
Caudal a través de válvulas
Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocen
la conductancia y la relación crítica de presiones, el valor
*
del caudal para cualquier caida de presión se puede
calcular mediante la siguiente fórmula:
P2
- b
Q = C P1
1 - b
Donde :
P1 = aguas arriba bar
P2 = aguas a bajo bar
C = conductancia dm3/s/bar
b = relación crítica de presiones
Q = caudal dm3/s
2
P1
1 -
39. 39
Caudal a través de válvulas
El Coeficiente de caudal Cv es un factor
calculado a partir del caudal de agua que circula
*
a través de un componente neumático con una
pérdida de presión de
Cv =
1 p.s.i.
Q
ΑP( P 2 +
Pa )114 ,5 T 1
Q :
AP :
caudal en l N / min
caída de presión en bar
presión de entrada en bar
presión de salida en bar
temperatura abs. (273º + C).
P1
P2
T :
:
:
40. 40
Caudal a través de válvulas
El Coeficiente de caudal Kv es un factor
calculado a partir del caudal de agua que circula
*
a través de un componente neumático
pérdida de presión de 1 bar.
con una
Vn GnT 1
Kv = P 2 ΑP504
Vn :
AP :
Gn :
P2 :
T1 :
caudal en l N / min
caída de presión en bar
Gravedad específica (1 para el aire)
presión de salida en bar
temperatura abs. (273º + C)
