PLC y Electroneumática: Neumática

dotar de conocimientos en Tecnología Neumática,
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[tüéClon, como en mantenimiento de líneas de fabricación.
últimas innovaciones en este campo, los
"'lCOntrar~ln en esta obra. una guía de ayuda para
quepermitan el trabajo automático, en favor de
IIcionisliz:aciión en los procesos, así como una gran mejora
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ISBN: 978-84-28
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Neumática
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1. Evolución histórica del aire comprimido .....................
2. Introducción a la neumática práctica ............................
2. L ¿Qué puede hacer la neumática? ....................................................
2.2. Propiedades del aire comprimido ...................................................
3. El sistema básico neumático ..............................................
3.1. Sistema de producción de aire ........................................................
3.2. Sistema de utilización .....................................................................
4. Teoría del aire comprimido ..................................................
4.1. Unidades .........................................................................................
4.2. Unidades no métricas .....................................................................
4.3. Presión ............................................................................................
4.4. Propiedades de los gases ................................................................
4.4. L Ley de Boile Mariotte ...........................................................
4.4.2. Ley de Gay Lussac ...............................................................
4.4.3. Ley de Charles ......................................................................
4.4.4. Transformación adiabática ...................................................
4.4.5. Volumen estándar .................................................................
4.4.6. Gasto volumétrico (Caudal) .................................................
4.4.7. Ecuación de Bernoulli ..........................................................
4.5. Humedad del aire ...........................................................................
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íNDICE
4.5.1. Humedad relativa .......... ....................... ........... .........••.••..••...
4.5.2. Punto de roCÍo .......................................................................
4.6. Presión y caudal ...........................................................•.................
4.6.1. Uso del diagrama ..................................................................
4.6.2. Formulario .............................................................................
5. Compresión y distribución del aire ................................
5.1. Compresores ...................................................................................
5.1.1. Compresores alternativos .....................................................
5.1.2. Compresores rotativos ..........................................................
5.1.3. Capacidad normal del compresor .........................................
5.2. Rendimiento volumétrico ...............................................................
5.2.1. Rendimiento ténnino y global ..............................................
5.3. Accesorios del compresor ..............................................................
5.3.1. Depósito de aire comprimido ...............................................
5.3.1.1. Selección del tamaño de depósito de aire
comprimido ..............................................................
5.3.2. Filtro de aspiración ...............................................................
5A. Deshidratación del aire ...................................................................
SA.1. Post-enfriadores ............................•.......................................
5.5. Cálculo de los post-enfriadores ......................................................
5.5.1 . Post-enfriador por aire ..........................................................
5.5.2. Post-enfriador por agua ........................................................
5.6. Secadores de aire ............................................................................
5.6.1. Secado por absorción (Secado coalescente) .........................
5.6.2. Secado por adsorción (Desecante) ......................................
5.6.3. Secado por refrigeración ......................................................
5.6.4. Separador de condensados ....................................................
5.7. Filtro de línea principal ..................................................................
5.8. Distribución del aire .......................................................................
5.8.1. Final en línea muerta ............................................................
5.8.2. Conducto principal en anillo ................................................
5.9. Líneas secundarias..........................................................................
5.10. Purgas automáticas .......................................................................
5.11. Selección del tamaño de los conductos principales de aire ..........
5.12. Materiales para la tubería .............................................................
5.12.1. Tubería de gas estándar (SOP) ...........................................
5.12.2. Tuberías de acero inoxidable ..............................................
5.12.3. Tubos de cobre ...................................................................
S.12A. Tubos de goma ...................................................................
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5.12.5. Tubos de PVC o de nylon ................................................... 62
5.13 . Sistemas de conexión ................................................................... 63
6. Tratamiento del aire ................................................................. 65
6.1. Filtraje ............................................................................................ 65
6.1.1. Filtro estándar.. ..................................................................... 65
6.1.2. Filtros micrónicos ................................................................. 67
6.1.3. Filtros sub-micrónicos .......................................................... 67
6.1.4. Selección del filtro ................................................................ 68
6.1.5. Calidad del aire ..................................................................... 68
6. I.5.1. Niveles de filtraje ..................................................... 68
6.2. Regulación de la presión ................................................................ 70
6.2.1. Regulador estándar ............................................................... 71
6.2.2. Regulador pilotado internamente ......................................... 74
6.2.3. Filtro-regulador .................................................................... 75
6.2A. Selección del tamaño de un regulador de presión:
características ....................................................................... 75
6.2.5. Regulador de presión con válvula antirretorno .................... 77
6.2.6. Regulador de presión para equilibrio de cargas ................... 78
6.3. Regulador proporcional de la presión ............................................ 80
6A. Válvula de arranque progresivo ..................................................... 82
6.5. Multiplicación de la presión ........................................................... 84
6.6. Lubricación del aire comprimido ................................................... 87
6.6.1. Lubricadores proporcionales ................................................ 88
6.6.2. Lubricación por inyección .................................................... 89
6.6.3. Lubricador de micro-niebla .................................................. 91
6.6.4. Sistemas de lubricación centralizada .................................... 92
6.7. Unidades de filtro-regulador-lubricador (ER.L.) ........................... 95
6.7.1. Selección del tamaño e instalación ....................................... 95
7. Actuadores ..................................................................................... 97
7.1. Actuadores lineales ........................................................................ 97
7.1.1. Cilindro de simple efecto ..................................................... 97
7.1.2. Cilindro de doble efecto ....................................................... 98
7.1.3. Características principales .................................................... 98
7.IA. Construcción del cilindro ..................................................... 99
7.1.5. Estanqueidad ........................................................................ 99
7.2. Selección de los actuadores lineales ............................................... 10 I
© SV'[; ESPAÑA, SA. © ITP·Paranin!o , VII

íNDICE
7.2.1. Cálculo de la fuerza .............................................................. 102
7.2.2. Fuerza necesaria ................................................................... 104
7.2.3. Coficiente de carga ............................................................... 106
7.2.4. Verificación del pandeo ........................................................ 108
7.3. Amortiguación ................................................................................ 112
7.3.1. Capacidad de amortiguación ................................................ 113
7.3.2. Verificación de la velocidad máxima ................................... 113
7.3.3. Super amortiguación ............................................................. 115
7.3.3.1. Capacidad ................................................................. 116
7.3.4. Amortiguadores hidráulicos ................................................. 117
7.4. Verificació~ de las cargas radiales .................................................. 117
7.5. Caudal de aire y consumo .............................................................. 119
7.6. Montaje del cilindro ....................................................................... 122
7.6.1. Juntas flotantes ..................................................................... 123
7.7. Actuadores especiales .................................................................... 123
7.7.1. Cilindro con unidad de bloqueo ........................................... 123
7.7.2. Cilindro de vástagos paralelos .............................................. 124
7.7.3. Cilindro con vástago antigiro ............................................... 124
7.7.4. Cilindro plano ....................................................................... 125
7.7.5. Cilindro de doble vástago ..................................................... 126
7.7.6. Cilindro tándem ..............................•....••............................... 126
7.7.7. Cilindro multiposicional ....................................................... 127
7.7.8. Unidades deslizantes ............................................................ 128
7.7.9. Mesa lineal de traslación ...................................................... 129
7.7.10. Cilindro de tope .................................................................. 130
7.7. 11. Cilindro compacto .............................................................. 131
7.7.12. Unidades hidroneumáticas ................................................. 132
7.7.13. Cilindros sin vástago .......................................................... 134
7.7.13.1. Selección de los cilindros sin vástago .................. 135
7.8. Actuadores de giro ......................................................................... 142
7.8.1. Actuador de giro mediante piñon-cremallera ....................... 142
7.8.2. Actuadores de giro por paletas ............................................. 142
7.8.3. Dimensionado de los actuadores de giro .............................. 143
7.8.4. Nuevos actuadores de giro ................................................... 148
7.8.5. Actuadores rotolineales ........................................................ 149
7.9. Pinzas neumáticas .......................................................................... 150
7.9.1. Pinzas con apertura angular .................................................. 151
7.9.1.1. Pinzas angulares con gran esfuerzo prensil ............ 151
7.9.2. Pinzas con apertura paralela ................................................. 152
7.9.2.1. Pinzas de apertura paralela de precisión ................. 152
7.9.3. Pinzas autocentrantes ........................................................... 153
VIII ! © ITP·Paranin!o
."
íNDICE
7.9.4. Pinzas de tres dedos .............................................................. 154
7.9.5. Pinzas con apertura a 1800
..... ........... ................... ........ ........ 154
7.9.6. Consideraciones sobre las pinzas ......................................... 155
7.9.7. Selección de las pinzas ......................................................... 155
7.9.8. Construcción de los dedos .................................................... 156
8. Vacío ................................................................................................... 159
8.1. Definición de vacío ........................................................................
8.1.1. Consideraciones entre vacío y sobrepresión ........................
8.1.2. Gasto de energía en los diferentes grados de vacío ..............
8.1.3. Vacío centralizado o descentralizado ...................................
8.1.4. Seguridad para cargas suspendidas ......................................
8.2. Presión atmosférica ........................................................................
8.2.1. Variación de la presión con altura ........................................
8.2.2. Medición del vacío (Unidades) ............................................
8.3. Generación del vacío ......................................................................
8.3.1. Bombas mecánicas ...............................................................
8.4. Eyectores ........................................................................................
8.4.1. Características de un eyector ................................................
8.4.2. Influencia entre flujo de aspiración/presión de vacío ...........
8.4.3. Eyector con dos etapas .........................................................
8.4.4. Eyector multietapa ................................................................
8.4.5. Selección de los eyectores ....................................................
8.4.6. Sistemas estancos .................................................................
8.4.7. Sistemas con fugas ...............................................................
8.4.7.1. Fugas a través de secciones conocidas ....................
8.4.8. Determinación de las fugas en secciones desconocidas .......
8.4.9. Selección de eyector en sistema con fugas ...........................
8.4.10. Cálculos para seleccionar el tamaño de eyector .................
8.5. Cálculo del tiempo de respuesta de los sistemas ............................
8.5.1. Cálculo del volumen a evacuar ............................................
8.5.2. Cálculos para determinar el tiempo ......................................
8.5.3. Método gráfico para el cálculo del tiempo de respuesta ......
8.5.4. Rendimiento de un eyector ...................................................
8.6. Recomendaciones para el uso de los eyectores ........:.....................
8.6.1. Alimentación de presión .........................:.............................
8.6.2. Filtrado del aire ....................................................................
8.6.3. Otras recomendaciones .........................................................
8.7. Ventosas ..........................................................................................
8.7.1. Fuerza de elevación teórica ..................................................
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© ITP-Paranin!o ! IX

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íNDICE
íNDICE
8.7.2. Fuerza de elevación real ....................................................... 196 9. Válvulas de control direccional ......................................... 241
8.7.3. Cierre de las ventosas ........................................................... 198
8.7.4. Selección de la ventosa ......................................................... 200
8.7.4.1. Según el material ..................................................... 200
• NBR ...................................................................... 200
• Silicona ................................................................. 201
• Vitón ..................................................................... 201
9.1. Funciones de la válvula ..................................................................
9.2. Monoestable y biestable .................................................................
9.3. Tipos de válvula .............................................................................
9.3.1. Válvulas de asiento ...............................................................
9.3.2. Válvulas de corredera ...........................................................
242
242
243
243
244
• Goma de conducción eléctrica.............................. 201 9.3.3. Válvulas rotativas ................................................................. 247
8.7.4.2. Según la forma geométrica ...................................... 201
• Ventosa universal .................................................. 201
9.4. Accionamiento de las válvulas .......................................................
9.4.1. Accionamiento mecánico .....................................................
248
248
• Ventosa con fuelle... .............................................. 201 9.4.1.1. Precauciones al utilizar rodillos de palanca.............. 248
• Ventosa mutifuelle ................................................ 202 9.4.2. Accionamiento manual ......................................................... 248
• Ventosa profunda .................................................. 202 9.4.3. Accionamiento por pilotaje neumático ................................. 249
• Junta esférica ........................................................ 202 9.4.3.1. Accionamiento directo e indirecto............................ 251
• Ventosa plana con refuerzo interior ...................... 203 9.4.4. Accionamiento eléctrico (por solenoide) ............................. 252
• Ventosa plana, interior con apoyo y válvula ......... 203
• Ventosa con perfi1 ................................................. 203
9.5. Montaje de válvulas .......................................................................
9.5.1. Conexión directa ...................................................................
252
252
• Ventosa con movimiento mínimo ......................... 204
8.7.5. Precauciones para el uso de ventosas ................................... 204
8.8. Regulación del vaCÍo ...................................................................... 209
8.8.1. Regulación de acción directa con accionamiento manual .... 209
8.8.2. Regulación proporcional de la presión ................................. 210
8.8.3. Regulación de la presión de alimentación de eyectores ....... 212
8.8.4. Regulación con grandes caudales ......................................... 214
8.9. Electroválvulas utilizadas para la distribución de accionamiento
en vacío .......................................................................................... 215
8.9.1. Electroválvulas de acondicionamiento directo ..................... 215
8.9.2. Electroválvulas servo-pilotado ............................................. 216
8.9.3. Selección de las electroválvulas ........................................... 217
9.5.2. Bloques de válvulas ..............................................................
9.5.3. Placas bases ..........................................................................
9.5.4. Placas base múltiples ............................................................
9.5.5. Placas base acopladas ..............................................,............
9.5.6. Bloques de electroválvulas Profibus ....................................
9.6. Cálculo del tamaño de una válvula ................................................
9.7. Válvulas auxiliares .........................................................................
9.7.1. Válvulas anti-retorno ............................................................
9.7.2. Reguladores de velocidad .....................................................
9.7.3. Válvula selectora de circuito ................................................
9.7.4. Válvula de escape rápido ......................................................
253
254
254
254
255
257
262
262
263
263
263
8.1 0. Vacuostatos ................................................................................... 222
8.11 . Tanques de reserva y conducciones .............................................. 224
8.11.1. Reserva de energía para la seguridad ................................. 224
8.11.2. Tanque de reserva - rapidez de respuesta ........................... 226
10. Neumática proporcional..................................................... 265
8.11.2.1 . Sistema con bomba directa .................................... 228 10.1. Introducción ................................................................................. 265
8.11.2.2. Sistema con bomba y depósito auxiliar ................. 229
8.11.3. Cálculo de tuberías ............................................................. 231
8.12. Circuitos de regulación proporcional de vacío ............................. 233
8.12.1. Cálculo de la válvula proporcional ..................................... 234
8.12.2. Circuito economizador de energía ...................................... 235
8.12.3. Elevación y transferencia de chapas ................................... 236
8.12.4. Spray ................................................................................... 238
8.12.5. Regulación de presión ........................................................ 238
8.12.6. Sistema de transporte neumático ........................................ 239
10.2. Control de la presión .................................................................... 266
10.2.1. Sistema fluídico tobera-paleta ............................................ 266
10.2.2. Corredera de distribución metal-metal............................... 267
10.3. Control de flujo ............................................................................ 269
10.4. Tarjetas electrónicas de mando ..................................................... 270
10.5. Aplicaciones ................................................................................. 272
10.5.1. Regulación de la tensión por tracción ................................ 272
10.5.2. Control de pulverización de cola o pintura ........................ 273
x¡ © ITP-Paraninfo
© ITP·Paraninfo I XI

íNDICE
10.5.3. Control de velocidad .......................................................... 274
10.5.4. Control de la posición ......................................................... 274
11. Circuitos básicos ............................... ............................ 277
11.1. Introducción .................................................................................. 277
11.2. Funciones elementales .................................................................. 278
11.2.1. Amplificación de caudal ..................................................... 278
11 .2.2. Inversión de señal ............................................................... 278
11.2.3. Selección ............................................................................. 279
11 .2.4. Función de memoria ........................................................... 280
11.3. Funciones de tiempo ..................................................................... 280
11.3.1 . Temporización a la conexión .............................................. 281
11 .3.2. Temporización a la desconexión ......................................... 282
11 .3.3. Impulso de presión a la conexión ....................................... 282
11.3.4. Impulso a la desconexión de una válvula ........................... 284
11.4. Control de cilindros ...................................................................... 284
11.4.1. Control manual ................................................................... 284
11.4.1.1. Cilindro de simple efecto ..................................... 284
11.4.1.2. Cilindro de doble efecto........................................ 287
11.5. Detección de la posición de los cilindros ..................................... 289
11.5.1. Retorno automático ............................................................ 289
11.5.2. Carreras repetitivas ............................................................. 291
11 .6. Control de secuencias ................................................................... 292
11 .6. 1. Cómo describir una secuencia ............................................ 292
11.6.2. Secuencia de dos cilindros .................................................. 292
11.6.3. Ciclo único, ciclo continuo ................................................. 294
I1.7. Comandos opuestos ...................................................................... 294
1l.7.1. Eliminación con una señal de corta duración ..................... 294
11 .7.2. Sistema de cascada ............................................................. 295
11.8. Desarrollo de automatismos neumáticos ...................................... 298
11.8.1. Planteamiento de un automatismo neumático .................... 298
11.8.2. Localización de señales permanentes ................................. 298
11.8.3. Anulación de señales permanentes .....................................
11.8.4. Métodos intuitivos de anulación ............:............................
301
301
11.8.5. Métodos sistemáticos de anulación .................................... 302
11.8.6. Elección del método de anulación ...................................... 302
Anexo. Simbología de componentes neumáticos ....... 305
XII I © ITP·Paranin!o © svcESf>AW.. SA.
"
Agra
El presente texto de Neumática, ha sido creado por el Departamento
Técnico Didáctico de SMC España, S.A. y la colaboración de D. Amadeo
Rodríguez, Profesor de Sistemas de Regulación y Control Automático, del
Centro I.E.S. FERMÍN BOUZA BREY en Vilagarcia de Arousa (Pontevedra).
© SVCE~SA. © ITP·Paranin!o I XIII

Evoluci n
del aire com
En la antigüedad, los griegos, en su búsqueda de la verdad, fueron cautiva-
dos por cuatro elementos que se presentaban con relativa continuidad y abun-
dancia, estos eran: el agua, el aire, el fuego y la tierra.
De estos cuatro elementos, uno en particular, el aire, poseía por su naturale-
za volátil y presencia transparente, la más fina expresión de la materia, que en
otras "densidades" o "estados" constituía además los otros elementos. Era casi
el alma. En griego, el vocablo que significa alma es PNEUMA y en conse-
cuencia la técnica que utiliza el aire como vehículo para transmitir energía se
llama NEUMÁTICA.
A partir de los griegos, el aire se usó de muy diversas formas. En algunos
casos, tal como se presenta en la naturaleza, o sea en movimiento. La navega-
ción a vela, fue quizás la más antigua forma de aprovechamiento de la energía
eólica. Más tarde, los molinos de viento la transformaron en energía mecánica,
pennitiendo en algunos casos mover moliendas y en otros bombear caudales
importantes de agua unos cuantos metros por encima del nivel del mar en el
que estaban operando.
El aire presenta connotaciones muy importantes desde el punto de vista de
su utilización. Desde su necesidad para la vida (el ser humano, sin saberlo,
llena en sus pulmones el compresor más antiguo de la historia, capaz de bom-
bear 100 litros de aire por minuto con una presión entre 0,02 y 0,08 bar) hasta
contener olas en el mar o impedir el congelamiento de agua por burbujeo.
El conocimiento y la aplicación del aire comprimido tomó consistencia a par-
tir de la segunda mitad del siglo XVII, cuando el estudio de los gases es objetivo
de científicos como: Torricelli, Pascal, Mariotte, Boyle, Gay Lussac, etc.
© SIVl: E~SA. © ITP-Paraninfo 11

EVOLUCiÓN HISTÓRICA DEL AIRE COMPRIMIDO
Los sucesos más notables acaecidos en el avance del uso del aire comprimi-
do pueden resumirse por orden cronológico como sigue:
1500 A.e. Fuelle de mano y de pie Fundición no ferrosa
1688 Máquina de émbolos Papín
1762 Cilindro soplante John Smeaton
1776 Prototipo compresor John Wilkinson
1857 Perforación túnel Mont Cenis
1869 Freno de aire para FFCC . Westinghouse
1888 Red de distribución de aire en París
Distribución neumática de correspondencia en París
Las investigaciones en el campo de las aplicaciones del aire comprimido no
han terminado todavía. Los robots, la manipulación, los autómatas programa-
bles y otras djversas prestaciones no han hecho perder ni un ápice el atractivo
de la NEUMATICA en la nueva generación tecnológica. Actualmente, es posi-
ble realizar elevados ciclos de trabajo con una vida larguísima de estos compo-
nentes. Utilizando la electrónica como mando, se ofrecen soluciones inmejora-
bles para muchos problemas de automatización industrial.
Sectores industriales como: alimentación, ensamblaje y manipulación, siste-
mas robotizados o industrias de proceso continuo, son automatizados, en gran
parte, neumáticamente por las ventajas que esta tecnología ofrece, tales corno:
• Elasticidad, puesto que puede ser almacenada en recipientes una vez com-
primido.
• No posee características explosivas, aún habiendo sido comprimido.
• La velocidad de los actuadores es elevada (1m/s.).
• Los cambios de temperatura no alteran sus prestaciones.
• Es una técnica limpia (desde el punto de vista macroscópico).
• Su coste no es elevado.
• Simplifica enormemente la mecánica.
Por lo tanto, la NEUMÁTICA, es una tecnología imprescindible como
interface de potencia entre la electrónica de mando y el trabajo a desarrollar.
2 / © ITP·Paraninfo
Intro
neumáti
Un sistema de potencia fluida es el que transmite y controla la energía por
medio de la utilización de líquido o gas presurizado.
En la neumática, esta potencia es aire que procede de la atmósfera y se redu-
ce en volumen por compresión, aumentando así su presión.
El aire comprimido se utiliza principalmente para trabajar actuando sobre
un émbolo o paleta.
Aunque esta energía se puede utilizar en muchas facetas de la industria, el
campo de la neumática industrial es el que nos ocupa.
La utilización correcta del control neumático requiere un conocimiento ade-
cuado de los componentes neumáticos y de su función para asegurar su integra-
ción en un sistema de trabajo eficiente.
Aunque normalmente se especifique el control electrónico usando un
secuenciador programable u otro controlador lógico, sigue siendo necesario
conocer la función de los componentes neumáticos en este tipo de sistema.
Este libro trata de la tecnología de los componentes de sistemas de control,
describe tipos y características de diseño de equipos de tratamiento de aire,
actuadores y válvulas, métodos de interconexión y presenta los circuitos
neumáticos fundamentales.
~ 2.1. ¿QUÉ PUEDE HACER LA NEUMÁTICA?
Las aplicaciones del aire comprimido no tienen límites: desde la utilización,
por parte del óptico, de aire a baja presión para comprobar la presión del fluido
en el ojo humano, a la multiplicidad de movimientos lineales y rotativos en
© ITP-Paraninfo I 3

INTRODUCCiÓN A LA NEUMÁTICA PRÁCTICA
máquinas con procesos robóticos, hasta las grandes fuerzas necesarias para las
prensas neumáticas y martillos neumáticos que rompen el hormigón.
La breve lista y los diagramas indicados más adelante sirven solamente para
indicar la versatilidad y variedad del control neumático en funcionamiento en
una industria en continua expansión.
• Accionamiento de válvulas para aire, agua o productos químicos.
• Accionamiento de puertas pesadas o calientes.
• Descarga de depósitos en la construcción, fabricación de acero, minería e
industrias químicas.
• Apisonamiento en la colocación de hormigón.
• Elevación y movimiento en máquinas de moldeo.
• Pulverización de la cosecha y accionamiento de otro equipamiento tractor.
• Pintura por pulverización.
• Sujeción y movimiento en el trabajo de la madera y la fabricación de mue-
bles.
• Montaje de plantillas y fijaciones en la maquinaria de ensamblado y
máquinas herramientas.
• Sujeción para encolar, pegar en caliente o soldar plásticos.
• Sujeción para soldadura fuerte y normal.
• Operaciones de conformado para curvado, trazado y alisado.
• Máquinas de soldadura eléctrica por puntos.
• Ribeteado.
• Accionamiento de cuchillas de guillotina.
• Máquinas de embotellado y envasado.
• Accionamiento y alimentación de maquinaria para trabajar la madera.
• Plantillas de ensayo.
• Máquinas herramientas, mecanizado o alimentación de herramientas.
• Transportadores de componentes y materiales.
• Manipuladores neumáticos.
• Calibrado automático o verificación.
• Extracción del aire y elevación por vacío de placas finas.
• Tomos de dentista.
• y muchos más...
4 I © ITP·Paraninfo
~ 2.2. PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO
Algunas razones importantes para la extensa utilización del aire comprimido
en la industria son:
Disponibilidad
Muchas fábricas e instalaciones industriales tienen un suministro de aire
comprimido en las áreas de trabajo y compresores portátiles que pueden servir
en posiciones más alejadas.
Almacenamiento
Si es necesario, se puede almacenar fácilmente en grandes cantidades, en el
interior de depósitos o calderines, especialmente diseñados para ello.
Simplicidad de diseño y control
Los componentes neumáticos son de configuración sencilla y se montan
fácilmente para proporcionar sistemas automatizados extensos con un control
relativamente sencillo.
Elección del movimiento
Se puede elegir entre un movimiento lineal o un movimiento de rotación
angular con velocidades de funcionamiento fijas y continuamente variables,
pudiéndose regular con facilidad dichas velocidades.
Economía
La instalación tiene un coste relativamente bajo debido al coste modesto de
los componentes. El mantenimiento es también poco costoso debido a su larga
duración sin apenas averías.
Fiabilidad
Los componentes neumáticos tienen una larga duración que tiene como con-
secuencia la elevada fiabilidad del sistema.
© ITP-Paraninfo / 5

Resistencia al entorno
A este sistema no le afectan ambientes con temperaturas elevadas, polvo o
atmósferas corrosivas en los que otros sistemas fallan.
Limpieza del entorno
El aire es limpio y, con un adecuado tratamiento de aire en el escape, se
puede Instalar según las normas de "sala limpia", (Clean Room).
Seguridad
No presenta peligro de incendio en áreas de riesgo elevado y el sistema no
está afectado por la sobrecarga, puesto que los actuadores se detienen o se suel-
tan simplemente. Los actuadores neumáticos no producen calor.
6 / © ITP-Paraninfo
© SVl:ESPAÑA. SA.
neum
Los cilindros neumáticos, los actuadores de giro y los motores de aire sumi-
nistran la fuerza y el movimiento a la mayoría de los sistemas de control
neumático para sujetar, mover, formar y procesar el material.
Para accionar y controlar estos actuadores, se requieren otros componentes
neumáticos, por ejemplo unidades de acondicionamiento de aire para preparar
el aire comprimido y válvulas para controlar la presión, el caudal y el sentido
del movimiento de los actuadores.
Un sistema neumático básico, ilustrado en la figura 3.1, se compone de dos
secciones principales:
• El sistema de producción y distribución del aire
• El sistema de consumo del aire o utilización
Producción
(!) (!)
Utilización
Figura 3.1 . El Sistema Neumático Básico.

El SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO
~ 3.1. SISTEMA DE PRODUCCiÓN DE AIRE
Las partes componentes y sus funciones principales son:
1. Compresor
El aire aspirado a presión atmosférica se comprime y entrega a presión más
eleva~a al sistema neumático. Se transforma así la energía mecánica en energía
neumat¡ca.
2. Motor eléctrico
Suministra la energía mecánica al compresor. Transforma la energía eléctri-
ca en energía mecánica.
3. Presostato
Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito. Se regula a
la presión máxima a la que desconecta el motor y a la presión mínima a la que
vuelve a arrancar el motor.
4. Válvula anti-retorno
Deja pasar el aire comprimido del compresor al depósito e impide su retor-
no cuando el compresor está parado.
5. Depósito
Almacena el aire comprimido. Su tamaño está definido por la capacidad del
compresor. Cuanto más grande sea su volumen, más largos son los intervalos
de funcionamiento del compresor.
6. Manómetro
Indica la presión del depósito.
7. Purga automática
Purga todo el agua que se condensa en el depósito sin necesitar supervisión.
8 I © ITP-Paraninfo
El SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO
8. Válvula de seguridad
Expulsa el aire comprimido si la presión en el depósito sube por encima de
la presión permitida.
9. Secador de aire refrigerado
Enfría el aire comprimido hasta pocos grados por encima del punto de con-
gelación y condensa la mayor parte de la humedad del aire, lo que evita tener
agua en el resto del sistema.
10. Filtro de línea
Al encontrarse en la tubería principal, este filtro debe tener una caída de
presión mínima y la capacidad de eliminar el aceite lubricante en suspensión.
Sirve para mantener la línea libre de polvo, agua y aceite.
~ 3.2. SISTEMA DE UTILIZACiÓN
1. Purga del aire
Para el consumo, el aire es tomado de la parte superior de la tubería princi-
pal para permitir que la condensación ocasional permanezca en la tubería prin-
cipal; cuando alcanza un punto bajo, una salida de agua desde la parte inferior
de la tubería irá a una purga automática eliminando así el condensado.
2. Purga automática
Cada tubo descendiente, debe tener una purga en su extremo inferior. El
método más eficaz es una purga automática que impide que el agua se quede en
el tubo en el caso en que se descuide la purga manual.
3. Unidad de acondicionamiento del aire
Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a una presión
óptima y ocasionalmente añade lubricante para alargar la duración de los com-
ponentes del sistema neumático que necesitan lubricación.
© lTP·Paraninfo / 9
l

EL SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO
4. Válvula direccional
Proporciona presión y pone a escape alternativamente las dos conexiones
del cilindro para controlar la dirección del movimiento.
5. Actuador
Transforma la energía potencial del aire comprimido en trabajo mecánico.
En la figura se ilustra un cilindro lineal, pero puede ser también un actuador de
giro o una herramienta neumática, etc.
6. Controladores de velocidad
Permiten una regulación fácil y continua de la velocidad de movimiento del
actuador.
Estos componentes se ilustrarán con más detalle tras estudiar la teoría del
aire comprimido. Es imprescindible para comprender qué pasa en un sistema
neumático.
10 / © rTP-Paraninfo
© SVCESPAÑA. $A
~ 4.1 UNIDADES
Para la aplicación práctica de los accesorios neumáticos, es necesario estu-
diar las leyes naturales relacionadas con el comportarrnento del aIre corno gas
comprimido y las medidas físicas que se utilizan normalmente.
El Sistema Internacional de Unidades está aceptado en todo el mundo desde
1960, pero EEUU, el Reino Unido y Japón siguen utilizando preferentemente
el sistema legal de pesas y medidas.
UNIDADES BÁSICAS
UNIDADES COMPUESTAS

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO
Magnitud 51mbolo Unidad SI Nombre
80 a
V I cid d v mis metro por segundo
VelocIdad ang. Ol rad/s radianes por segundo
AceJerloi611 a m/s2
metro/segundo al cuadrado
Inercia J m 2Kg
"".." F N Newton
pelO " ,':' G N Aceler. Gravedad
TrebejO
,
W J Joule
EnwgI. potencial E,W J Joule
Enarg/a clnéllo. E,W J Joule
Potencl. P W Vatio
UNIDADES RELACIONADAS CON EL AIRE COMPRIMIDO
Magnrtud Símbolo Umdad SI Nombre
VP_ 1
6ft P Pa Pascal
r·VoIdIROII " témiar Yn m' Metro cúbico estándar
"
Gaít" volumétrico O m3
n S" Metro cúbico por segundo
en.rgl••Trabajo E,W J Joule
POMt.¡. P W Vatio
Tabla 4.1. Unidades S.r. utilizadas en los sistemas neumáticos
Tabla 4.2. Preposiciones para potencias de diez
12 I © ITP·Paraninfo
Para numerar las unidades
por potencias de diez, más
grandes o más pequeñas que
las unidades arriba indicadas
fue acordada una serie de pre~
fijos que se enumeran en la
tabla 4.2,
~ 4.2 UNIDADES NO MÉTRICAS
La tabla que viene a continuación ilustra una comparación entre el sistema
métrico (ISO) y el sistema legal de pesas y medidas,
Magnitud 51st Metrlco 51St. Inglés Factor m q I Factor I c;) m
Masa Kg. Libra 2,205 0.4535
g. Onza 0,03527 28,3527
LCl/lgitud M pie 3,281 0,3048
m yarda 1,094 0,914
mm, pulgada 0,03937 25,4
Temperatura OC ° F 1,8 C + 32 (OF-32)/l,8
í Ar.....c.16n m' pie cuadrado 10,76 0,0929
cm' pulgada cuad. 0,155 6.4516
Volumen m' yarda cúbica 1.308 0,7645
cm' pulgada cúb. 0,06102 16,388
dm3 (litro) Pie cúbico 0,03531 28,32
Gasto m3jmin. scfm 35,31 0,02832
volumétrico dm3j min scfm 0,03531 28,32
Fuerza Newton (NI Libra fuerza 0,2248 4,4484
Presión Bar psi 14,5 0,06895
Tabla 4.3. Unidades no métricas
~ 4.3 PRESiÓN
Es necesario notar que la unidad ISO de presión es el Pascal (Pa)
1 Pa = 1 N/m2 (Newton por metro cuadrado)
Esta unidad es extremadamente pequeña, así que para evitar trabajar con
números grandes, existe un acuerdo para utilizar el bar como unidad de
100,000 Pa, puesto que esta medida es más práctica para utilización industrial.
100.000 Pa = 100 kPa = 1 bar
Corresponde, con suficiente precisión para fines prácticos, a kgf/cm2 y
kp/cm2
del sistema métrico.
© ITP·Paraninfo I 13

Físíca Meteorología Neumática Vacío
....---- _ - ~ ______._r_------------- ----_,-------- "Y""-,.... ..---,-..,.....----_____
_
_
-,
! 500 KPa ¡ 4 bar l !
! ! ! !
I I I I
f", 400 KPa i 3 bar ! f
I~I" 300 KPa ! 2 bar I I
I I e I I
, I -o I I
I~ 200 KPa I .~ 1 bar ! !
ttt ¡ 1060 mbar ,9i : :
: 1I : 1a.. I I
la.. I t Ob i I
f,
' 100 KPa ~ I ar, ,
! 400 Torr.
i -533 mbar
i
1 , ' 1
L ________________ _____o. _ ___________ _
=__-'_____________
_____,
Figura 4.4. Diferentes sistemas de indicación de presión.
PrMlon atmosférica
estándar
101.325 Pa (absolul )
Presión
atmosféríca.
Vacío absoluto
En el contexto de los accesorios neumáticos, una presión se considera como
presión relativa, es decir por encima de la presión atmosférica, y se denomina
comúnmente presión manométrica.
La presión se puede expresar también como presión absoluta (ABS), es
decir una presión relativa a un vacío total. En la tecnología del vacío, se utiliza
una presión por debajo de la atmosférica, es decir bajo presión.
Las diferentes maneras de indicar la presión se ilustran en la figura 4.4 utili-
zando como referencia una presión atmosférica estándar de 1013 m.bar. Hay
que notar que ésta no es 1 bar, aunque para cálculos neumáticos normales se
puede ignorar la diferencia.
~ 4.4 PROPIEDADES DE LOS GASES
4.4.1. LEY DE BOYLE MARIOTTE
A temperatura constante, el volumen ocupado por una masa gaseosa inva-
riable está en razón inversa de su presión, es decir, que en tales circunstancias
se verifica:
p . V = Cte.
También se puede escribir:
P, .V, =P2 . v2 =P, .V, =ete
14 / © ITP-Paraninfo © SV[;: ESPAÑA. SA.
o también de esta otra manera:
P
~ = P, = Cte.
V, V,
P.V= Cte.
L-__________________~~v
Figura 4.5. Isoterma del gas.
V=1 ; P=1
P, .V, = P2 V2
Si la temperatura T es
constante.
Las líneas que unen los
puntos que se hallan a la
misma temperatura se lla-
man "isotermas" o "isotér-
micas del gas", siendo su
curva representativa la
hipérbola equilátera sobre
el plano P V como la que
aparece en la figura 4.5.
= P3 ,V3
Figura 4.6. Ilustración de la ley de Bayle.
© ITP·Paraninfo / 15
l

Si el volumen VI =1 m3
a una presión absoluta de 100 kPa (1 bar ABS) se
comprime a temperatura constante a un volumen V2 = 0,5 m3, entonces:
P,' V, = P,'V,
Por lo tanto:
P
_ p, 'V,
, -
V
,
es decir,
P _ 100 KPa ·1 m' 200 KPa (2 bares ABS)
2 - 0,5 m3
Nuevamente. si el volumen VI a lOO kPa se comprime a V3
=0,2 m3, enton-
ces la presión resultante:
P, = P, . V, = 100 KPa·1 m' 500 KPa (5 bares ABS)
V, 0.2 m'
4.4.2. LEY DE GAY LUSSAC
A presión constante. el volumen ocupado por una masa dada de gas, es
directamente proporcional a su temperatura absoluta.
V
, = V
, = V
, = Cte
T, T, T,
Dichas transformaciones se denominan "isobaras" o "isobáricas del gas".
siendo su línea representativa, sobre el plano P V una línea paralela a V.
Esto se comprende fácilmente, pues tanto más se comprime un gas más
aumenta su temperatura.
El coeficiente de dilatación de un gas viene dado por la fórmula:
V- v
a = _ _ 0
Vo ' t
de donde:
V= Vo(1 + a ·1)
16 / © ITP-Paraninfo © SlVCESPAÑo>., $A.
lo que permite calcular el volumen V ocupado por un gas de volumen inicial
Vocuando su temperatura se ha elevado tOK.
4.4.3. LEY DE CHARLES
A volumen constante, la presión absoluta de una masa de gas determinada.
es directamente proporcional a la temperatura, esto es:
P, = P, = P, = Cle.
T, T, T,
Las curvas que unen los puntos que tienen el mismo volumen específico se
denominan "isacaras" , "isosteras" o "isopléricas". En un gas perfecto, las isa-
caras son líneas rectas verticales sobre el plano P V.
Esta variación de presión viene dada por ~, que es impropiamente llamado
coeficiente de dilatación a volumen constante.
De este modo se puede obtener la presión del aire contenido en un depósito
cuando la temperatura ambiente aumenta tO
, despreciando el aumento del volu-
men del depósito para esa variación de temperatura, tendremos:
P = Po(1 +B 1)
El coeficiente de variación de presión a volumen constante (~), es de un
valor similar al coeficiente de dilatación a presión constante (a), como él es
igualmente independiente de :
• La naturaleza del gas.
• Su presión inicial.
• Su temperatura.
Prácticamente se puede escribir:
1
a = B= 273 = 0.00366
En las expresiones superiores, se debe utilizar la escala de temperatura
Kelvin, es decir oC + 273°C = 0K.
Las relaciones anteriores, se combinan para proporcionar la "ecuación
general de los gases perfectos".
P, .V
, = P, .V
, = P, .V
, = Cle
T, T, T,
© svr::E
SPAÑA. $A. © ITP-Paraninfo / 17
l

Esta ley proporciona una de las bases teóricas principales para el cálculo a
la hora de diseñar o elegir un equipo neumático, cuando sea necesario tener en
cuenta los cambios de temperatura.
4.4.4. TRANSFORMACiÓN ADIABÁTICA
P
P.V · =Cte.
P.V= Cte.
~____________________-.-V
Figura 4.7. Transformación adiabática.
Esta ley viene expresada analíticamente por:
v, = ,íP,
V, V"P,
de donde:
Las leyes anteriores se
referían siempre a cambios
lentos, con solamente dos
variables cambiando al
mismo tiempo. En la prác-
tica cuando, por ejemplo,
el aire entra en un cilindro,
no tiene lugar un cambio
de estas características,
sino un cambio adiabático.
La Ley de Boyle conocida:
P·V =Cte.
se transforma según la
siguiente expresión:
p . v' = Cte.
siendo VI Y V2 los volúmenes correspondientes a dos estados de la masa evolu-
cionante y PI Y P2 las presiones respectivas.
De la Ley de POISSON y la ecuación de los gases perfectos, se deduce con
facilidad, según los cálculos:
V
,.p, =
R
·T
,
V, ' P, =
R
·T
,
}
V, P, =~
V, .p, T,
© SVI::ESP,w. SA.
~r'J ( V r T
.-,
~
(
::r ~
_ 2 =---1.
=
V, V, T, V, T
, T
,
O bien en definitiva:
(~:r=(::f =
~
T
,
Por otra parte, podemos escribir las ecuaciones en la forma en que se emple-
an usualmente:
~= (~J";:'
T, P,
,
V, = (~J¡¡
V, P,
Todas ellas nos permiten relacionar los volúmenes o las presiones absolutas
de la masa gaseosa con las temperaturas absolutas correspondientes.
4.4.5. VOLUMEN ESTÁNDAR
Debido a las interrelaciones entre volumen, presión y temperatura, es nece-
sario referir todos los datos de volumen de aire a una unidad estandarizada, el
metro cúbico estándar, que es la cantidad de 1,293 Kg. de masa de aire a una
temperatura de O°C y a una presión absoluta de 760 mm. de Hg (101.325 Palo
4.4.6. GASTO VOLUMÉTRICO (Caudal)
La unidad básica para el gasto volumétrico "Q" es el metro cúbico normal
por segundo (mJnls). En la neumática práctica, los volúmenes se expresan en
términos de litros por minuto (l/min.) o decímetros cúbicos normales por minu-
to (dmJ/min). La unidad no métrica habitual para el gasto volumétrico es el
"pie cúbico standard por minuto" (scfm).
4.4.7. ECUACiÓN DE BERNOULLI
Bernoulli dice:
"Si un líquido de peso específico P fluye horizontalmente por un tubo de
diámetro variable, la energía total en los puntos 1 y 2 es la misma"
© SVI:ESI'AÑA, SA. © ITP-Paraninfo / 19

Figura 4.8. Ecuación de Bernoulli.
Esto se expresa en la fórmula general:
1 , 1 ,
P' + "2Ii .V, = P' + "21i V,
de donde obtendremos:
t.P = ~¡; (v,' - V
i )
2
Esta ecuación se aplica también a los gases si la velocidad del flujo no supe-
ra los 330 mis aproximadamente.
Aplicaciones de esta ecuación son el tubo de Venturi y la compensación del
flujo en los reguladores de presión.
~ 4.5. HUMEDAD DEL AIRE
El aire de la atmósfera contiene siempre un porcentaje de vapor de agua. La
cantidad de humedad presente, depende de la humedad atmosférica y de la
temperatura.
La cantidad real de agua que puede ser retenida, depende por completo de la
temperatura; 1 m3 de aire comprimido es capaz de retener sólo la misma canti-
dad de vapor de agua como 1 m3 de aire a presión atmosférica.
20 / © ITP-Paraninfo © svr:ESPAÑA.. SA.
150
100
50
..~
.¡;¡
..
"O
M 15
E
10
(5
N
:c
.. 5
"O
r:i>
1,5
1
0,5
100 oC
Temperatura
Figura 4.9. Puntos de condensación para temperaturas de -30°C a aoo
c.
La gráfica de la figura 4.9 nos permite conocer el número de gramos de
agua por metro cúbico para una amplia gama de temperaturas, desde -30°C
hasta +80°C. La línea fina indica la cantidad de agua por metro cúbico están-
dar. Todo consumo de aire se expresa normalmente en volumen estándar. lo
que hace innecesario el cálculo.
Para la gama de temperaturas de las aplicaciones neumáticas, la tabla de la
figura 4.10 proporciona los valores exactos. La primera mitad se refiere a las
temperaturas bajo cero, mientras que la parte inferior indica las temperaturas
sobre cero. Las columna central muestra el contenido de un metro cúbico
© M:ESPAÑA. AA. © tTP-Paraninfo 121

estándar y la de la derecha el contenido en un volumen de un metro cúbico a la
temperatura dada.
Temperatura Q e 9 / m3
n (estándar) 9 / m3 (atmosfénco)
- 40 0,15 0,18
- 35 0.25 0.29
- 30 0,40 0,45
-25 0,64 0,70
-20 1,00 1,08
·15 1,52 1,61
· 1. 2,28 2,37
·5 3,36 3,42
O 4,98 4,98
5 6,99 6,86
10 9,86 9,51
15 13,76 13,04
20 18,99 17,69
25 25,94 23,76
30 35,12 31,64
35 47,19 41,83
40 63,03 54, 108
Figura 4.10. Saturación del aire por agua (Punto de condensación).
4.5.1. HUMEDAD RELATIVA
A excepción de condiciones atmosféricas extremas, como una repentina
caída de la temperatura, el aire atmosférico no se satura nunca. El coeficiente
entre el contenido real de agua y el del punto de condensación se llama hume-
dad relativa y se indica como porcentaje.
Humedad relativa = contenido real de agua x 100
cantidad de saturación
Ejemplo 1.
Temperatura 25°C, h.r. 65%. ¿Qué cantidad de agua hay en 1m3?
Punto de condensación 25°C=24g/m3
24 x 0,65= 15,6 g/m3
22 / © ITP~Paraninfo
Cuando el aire se comprime, su capacidad para contener humedad en forma
de vapor es sólo la de su "volumen reducido". Por lo tanto, a menos que la tem-
peratura suba sustancialmente, el agua será expulsada mediante condensación.
Ejemplo 2.
10 m3 de aire atmosférico a 15° y 65% de humedad relativa se comprime a 6
bares de presión manométrica. Se modifica la temperatura hasta alcanzar
los 25° ¿Qué cantidad de agua se condensará?
En la tabla de la figura 4.10 observamos que a 15°C, lO m3 de aire pueden
contener una máx. de:
13,04 g/m3 x 10 = 130,4g;
Al 65% de h.r., el aire contendrá 130,4 x 0,65= 84,9 g.
Se puede calcular el volumen reducido del aire comprimido a 6 bar de presión.
P, .V, = P2
. V2
V _ 1,013x10
2 - 6 + 1,013
V
_ p, ' V'
2 -
P2
1,44 m'
De la tabla antes consultada, obtenemos que este volumen, a la nueva tem-
peratura, puede retener un máximo de:
23, 76 9 x 1,44 = 34,2 g.
La condensación es igual a la cantidad total de agua en el aire, menos el
volumen que el aire comprimido puede absorber; así tendremos que:
84,9 - 34,2 = 50,6 9 de agua que se condensa.
Este agua de condensación debe eliminarse antes de que se distribuya el aire
comprimido, para evitar efectos nocivos sobre los componentes del sistema
neumático.
4.5.2. PUNTO DE Rocío
Uno de los conceptos clásicos para señalar el grado de humedad de un aire
comprimido o de un aire ambiente es el punto de rocío, que se distingue por las
siglas PR.
El punto de rocío determina una temperatura t, a la cual el aire llega al
punto de saturación; esto es, el aire se convierte en aire saturado. No se produ-
l

cirán condensaciones si la temperatura del aire se mantiene por encima del
punto de rocío. Si bien, un enfriamiento del aire por debajo de la temperatura
del PR, el vapor contenido en el aire comienza a condensar en forma de agua
líquida.
Cuando un ambiente de aire atmosférico o de aire comprimido seco se
somete a un proceso de enfriamiento, la humedad de saturación va disminuyen-
do. Como la humedad absoluta permanece constante, la humedad relativa
aumentará hasta que la misma alcance el 100%. La temperatura t evidenciada
en ese momento corresponderá con el valor del punto de rocío.
La principal utilización del concepto del punto de rocío está en el campo del
aire seco, en donde es el parámetro para indicar la mayor o menor sequedad del
mismo. Puntos de rocío muy bajos reflejan aire muy seco y, por lo tanto, de gran
calidad; puntos de rocío elevados suponen aires con altas humedades relativas.
De donde se deduce que, para aire con humedad relativa:
• Inferior al 100% (aire seco), el punto de rocío será siempre inferior a la
temperatura real del ambiente considerado.
• Igual al 100% (aire saturado), el punto de rocío coincidirá con el de la
temperatura real del ambiente considerado.
• Igual al 100%, pero conteniendo fase líquida en suspensión (nieblas), el
punto de rocío será superior al de la temperatura real del ambiente con~i
derado.
El punto de rocío puede calcularse a partir de datos psicrométricos tales
como:
• Humedad relativa y temperatura ambiente.
• Humedad relativa y humedad de saturación.
• Humedad absoluta.
Con ayuda de fórmulas, es posible calcular el punto de rocío a partir de la
humedad relativa (hr) y de la temperatura ambiente (t). En primer lugar, se
busca la humedad de saturación (hs) en función de la temperatura y de la pre-
sión del sistema:
hS=0,625~
P - P,
Luego se obtiene la humedad absoluta (hab) por medio de la ecuación:
hab =hr.hs hab =hr· hs
100 100
24 / © ITP-Paraninfo © sw:; ESPAÑA, 51'.
siendo que, en el punto de rocío, la humedad absoluta (hab) se convierte en hume-
dad de saturación, hab = hs hallando Pa (presión de vapor) y finalmente con
ayuda de la tabla de la figura 4.11 se buscará la temperatura corresp,ondiente al
valor calculado para Pa. Dicha temperatura es el valor del punto de roCIO deseado.
Temperatura oC Preso Vapor Temperatura oC Preso Vapor Temperatura oC Preso Vapor
mm/Hg mm/Hg mm/ Hg
-100 0.0000099 -4 3.280 72 254,6
- 98 0,000015 - 3 3,590 73 265.7
- 96 0,000022 - 2 3,880 74 277,2
- 94 0,000033 - 1 4,225 75 289,1
- 92 0,000048 O 4,579 76 301,4
- 90 0,000070 1 4,926 77 314,1
- 88 0,00010 2 5,294 78 327,3
- 86 0,00014 3 5,685 79 341,0
- 84 0,00020 4 6,101 80 355,1
- 82 0,00029 5 6,543 81 369.7
- 80 0,00040 6 7,013 82 384,9
- 78 0,00056 7 7,513 83 400,6
- 76 0,00077 8 8,045 84 416,8
-74 0,00105 9 8,609 85 433,6
-72 0,00143 10 9,209 86 450,9
- 70 0,00194 11 9,844 87 468.7
- 68 0,00261 12 10,518 88 487,1
- 66 0,00349 13 11,231 89 506,1
- 64 0,00464 14 11,987 90 525,76
- 62 0,00614 15 12.788 91 546,05
- 60 0,00808 16 13,634 92 566,99
- 59 0,00933 17 14,530 93 588,60
- 58 0,0106 18 15,477 94 610,90
- 57 0,0122 19 16,477 95 633,90
- 56 0,0138 20 17,535 96 657,62
- 55 0,0144 21 18,650 97 682,07
- 54 0,0178 22 19,827 98 707,27
- 53 0,0204 23 21,068 99 733,24
- 52 0,0230 24 22,377 100 760,00
- 51 0,0262 25 23,756 101 787,57
- 50 0,0295 26 25,209 102 815,86
- 49 0,0337 27 26,209 103 845,12
- 48 0,0378 28 28,739 104 875,06
-47 0,0430 29 30,043 105 906,07
- 46 0,0481 30 31,824 106 937,92
- 45 0,0540 31 33,695 107 967,6
- 44 0,0609 32 35,663 108 1004,42
- 43 0,0679 33 37,729 109 1038,92
-42 0,0768 34 39,898 110 1074,56
- 41 0,0859 35 42,175 111 1111,20
- 40 0,0966 36 44,563 112 1148.74
Figura 4.11. Presiones de vapor de agua.
© SIV[: E
SPA.NA. SIl.. © lTP-Paraninfo / 25

Ejemplo de cálculo:
Calcular el punto de rocío de un ambiente a 30°C y 60% de humedad relati-
va a la presión atmosférica.
Siguiendo el orden de cálculo que hemos visto anteriormente, tendremos:
donde:
P
hs ~ O625 --'-
, P-Pa
p. = Presión de vapor de agua a 30°C
(según tabla =31,824 mm Hg)
P =Presión atmosférica =760 mm Hg
hs ~ O625 31,824 O
, 760 _ 31,824 ,027 Kg.
de vapor de agua por Kg. de aire seco.
hab ~ 60 x 0,027 00 K
100 ' 162 g.
de vapor de agua por Kg. de aire seco con humedad relativa del 60%.
La presión con estos valores, será:
P ~ 0,0162x760
, 0,625 + 0,0162
19,2014 mm Hg.
Buscando en la tabla de la figura 4.11 hallaremos que la temperatura que pro-
porciona una presión de vapor de 19,2014 está comprendida entre 21°C y 22°C.
Cabe la posibilidad de realizar este experimento a presión atmosférica o
bajo presión. Corno existe una variación de la humedad de saturación cuando
aumenta la presión también hay una modificación del punto de rocío. La figura
4.12 nos da los valores según lo expuesto.
Ü 50
"--
z 40
{)
30
¡¡¡
w 20
n::
IL
10
o
TI O
o -10
n::
w -20
o
o -30
1-
-40
z
:J
IL -50
-+ -~ -+---
i:
tl
+
t
+
-50 -40 -30 -20 -10 O 10 20 30 40
PUNTO DE Roclo ATMOSFÉRICO ('C)
Figura 4.12. Conversión del punto de rocío bajo presión a punto de rocio a presión atmosférica.
~ 4.6. PRESiÓN Y CAUDAL
La relación más importante que existe para los componentes neumáticos es
la que existe entre presión y caudal.
Si no existe circulación de aire, la presión en todos los puntos del sistema
será la misma, pero si existe circulación desde un punto hasta otro, querrá decir
que la presión en el primer punto es mayor que en el segundo, es decir, existe
una diferencia de presión. Esta diferencia de presión depende de tres factores:
• de la presión inicial.
• del caudal de aire que circula.
• de la resistencia al flujo existente entre ambas zonas.
La resistencia a la circulación de aire es un concepto que no tiene unidades
propias (como el ohmio en la electricidad) sino que en neumática se usa el con-
cepto opuesto, es decir, conceptos que reflejan la facilidad o aptitud de un ele-
mento para que el aire circule a través de él, el área de orificio equivalente "S"
o el "Cv" o el "Kv".
La sección de orificio equivalente "S" se expresa en mm2 y representa el
área de un orificio sobre pared delgada que crea la misma relación entre pre-
sión y caudal que el elemento definido por él.

Estas relaciones son, en cierta manera, similares a la electricidad, donde "
Diferencia de potencial =Resistencia x Intensidad". Esto, trasladado de alguna
forma a la neumática, sería: " Caída de presión = Caudal x Área efectiva", sólo
que, mientras que las unidades eléctricas son directamente proporcionales, esta
relación para el aire es bastante más compleja y nunca será simplemente pro-
porcional.
En electricidad, una corriente de un amperio (1 A), crea sobre una resisten-
cia de un ohmio (In) una tensión de un voltio (1 V). Esto se cumple bien sea
desde 100 V. a 99 V. o desde 4 V a 3 V. En cambio, una caída de presión a
través del mismo objeto y con el mismo caudal, puede variar con la presión ini-
cial y también con la temperatura. Razón, la compresibilidad del aire.
Para definir uno de los cuatro datos interrelacionados que han sido mencio-
nados, a partir de los otros tres, necesitamos el diagrama que se muestra a con-
tinuación:
P (bar) 10 Presión minima
9
8
7
6,3 bar
... :....:_.6
Presión de
entrada
5
4
3
I
,
1
i
,
.1
i
I
-1- ..-
i
-
-
r--
-t--
. -
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p,.,...¡-..
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Flujo subsónico
-LI' ¡s=1~m2
t-:- ......... ---1-i
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r----...~ ~ I
.......
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50 NVmln 1
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80
' 55 NVmln
-- . .-
, ,
I
i
¡
100 120
Q (NI/min.)
Figura 4.13. Diagrama de relaciones entre Presión y Flujo para sección de 1 mm2•
8
'c
'0
'"
o
'"
¡¡:
28 I © ITP·Paraninfo © svr::ESPAÑA. SI.
El triángulo de la esquina inferior derecha marca el rango del flujo a veloci-
dad "sónica", cuando el caudal de aire alcanza una velocidad próxima a la
velocidad del sonido. En este caso, el caudal ya no se puede incrementar inde-
pendientemente de la diferencia de presión que puede existir entre la entrada y
la salida. Como puede verse, las curvas, en esta zona, caen verticalmente.
Esto supone que el caudal no depende de la diferencia de presión sino de la
presión de entrada.
4.6.1. USO DEL DIAGRAMA
La escala de presión en la izquierda indica tanto la presión de entrada como
la de salida. La primera línea vertical de la izquierda representa el caudal cero
y, evidentemente, la presión en la entrada y la salida; las diferentes curvas para
las presiones de entrada desde 1 hasta 10 bar, indican cómo varía la presión de
salida con el incremento de caudal.
Ejemplo 1:
• Presión de entrada = 6 bar.
• Caída de presión =l bar (presión de salida =5 bar).
Seguimos la curva que parte de 6 hasta que corta la horizontal del nivel de 5
bar. Desde este punto, seguimos la línea a trazos que baja verticalmente hasta
la escala de caudales, en la que obtenemos un valor de 55 l/min. Esta situación
concreta, define lo que se ha llamado el "volumen de flujo estándar (Qn)", un
valor encontrado en los catálogos para una rápida comparación de capacidad de
caudal de otras válvulas.
El caudal obtenido en este diagrama es para un elemento (válvula, racor,
tubería, etc.) con una sección equivalente "S" de 1 mm2 Si el elemento en
cuestión tiene, según catálogo, un "S" de 4,5 mm2, el caudal será 4,5 veces
mayor. En este caso: 4,5 x 55 = 245 Vmin.
Ejemplo 2:
Dado un elemento con una sección equivalente "S" de 12 mm2, con una pre-
sión de alimentación de 7 bar y un consumo de aire de 600 l/mino ¿qué presión
obtendremos en la salida?
Un caudal de 600 l/mino con una sección equivalente de 12 mm2, correspon-
de un caudal de 50 Vmin. por cada mm2
de sección equivalente (necesitamos
esta conversión para poder utilizar el diagrama de la figura 4.13). Seguimos
© ITP·Paraninfo I 29

ahora la curva que comienza en 7 bar hasta que corta la línea vertical de 50
l/min de Qn. A partir de este punto, seguimos la línea horizontal hasta la escala
de presiones y obtenemos un valor de 6,3 bar.
4.6.2. FORMULARIO
Cuando se requiera un cálculo más exacto que el que pueda ser obtenido en
este diagrama, el caudal puede ser calculado con alguna de las fórmulas
siguientes.
Un vistazo al diagrama de la figura 4.13 nos lo puede aclarar y, lógicamen-
te, deben existir dos fórmulas diferentes para los rangos de "flujo sónico" y
para los rangos de "flujo subsónico". La frontera entre el flujo sónico y el
subsónico viene establecida por las siguientes expresiones:
Flujo sónico P, +1,013 5 1,896 (P, +1.013)
Flujo subsónico P, +1.013 > 1,896 (P, + 1,013)
Siendo PI Y P2 presiones de alimentación y salida de válvulas, respectiva-
mente.
El caudal Q vendría dado por las siguientes fórmulas:
Flujo subsónico:
Q = 22,2 S ~=(p'--,-+1
""'
,0CC""
13
"')--'
(=-P,---=
P--",)
Flujo sónico:
Q = 11,1 · S· (p, + 1,013)
Vea cómo un sistema neumático nunca funcionará de forma satisfactoria en
condiciones de flujo sónico ya que, por ejemplo, de una presión de alimenta-
ción de 6 bar no quedarían nada más que 2,7 bar para trabajar.
Ejemplo de cálculo:
Repetiremos el cálculo del ejemplo 2 que acabamos de realizar con los mis-
mos datos: Presión de trabajo 7 bar, una presión de salida de 6,3 bar y una sec-
ción equivalente de 12 mm2
Q = 22.2 . S . .,¡(P, + 1,013)'(P,-P,)- 22.2x12x"¡ 8,013xO,7 - 630,93 I/min.
Este dato nos muestra que la precisión del diagrama es suficiente para el uso
práctico en neumática.
30 / © ITP-Paraninfo © SVC ESPAÑA SA
e p
distribución
~ 5.1. COMPRESORES
Un compresor convierte la energía mecánica de un motor eléctrico o de
combustión, en energía potencial de aire comprímido.
Los compresores de aire se dividen en dos categorías principales: alternati-
vos y rotativos.
Los tipos principales de compresores incluidos en estas categorías se indi-
can en la figura 5.1.
COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO
ROTATIVOS
Figura 5.1. Tipos principales de compresores utilizados en los sistemas neumáticos.
5.1.1. COMPRESORES ALTERNATIVOS
Compresor de émbolo de una etapa
El aire aspirado a presión atmosférica, se comprime a la presión deseada
con una sola compresión.
© ITP-Paraninfo /31

I
I
COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE
El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta el volumen para crear una
presión más baja que la de la atmósfera, lo que hace entrar el aire en el cilindro
por la válvula de admisión.
Al final de la carrera, el émbolo se mueve hacia arriba, la válvula de admi-
sión se cierra cuando el aire se comprime, obligando a la válvula de escape a
abrirse para descargar el aire en el depósito de recogida.
Este tipo de compresor, alternativo, se utiliza generalmente en sistemas que
requieran aire en la gama de 3-7 bares.
•
Figura 5.2. Compresor de émbolo de una sola etapa.
Compresor de émbolo de dos etapas
En un compresor de una sola etapa, cuando se comprime el aire por encima
de 6 bares, el calor excesivo que se crea, reduce en gran medida su eficacia.
Debido a esto, los compresores de émbolo utilizados en los sistemas industria-
les de aire comprimido son generalmente de dos etapas.
32 / © ITP-Paraninfo © SlVC E5PAÑA. 5A..
Figura 5.3. Compresor de émbolo de dos etapas.
El aire recogido a presión atmosférica se comprime en dos etapas, hasta la
presión final.
Si la presión final es de 7 bares, la primera etapa normalmente comprime el
aire hasta aproximadamente 3 bares, tras lo cual se enfría. Se alimenta entonces
el cilindro de la segunda etapa que comprime el aire hasta 7 bares.
El aire comprimido entra en el cilindro de segunda etapa de compresión a
una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejo-
rando el rendimiento en comparación con una unidad de una sola compresión.
La temperatura final puede estar alrededor de 120 oc.
Compresor de diafragma
Los compresores de diafragma suministran aire comprimido seco hasta
5 bares y totalmente libre de aceite. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en la
industria alimenticia, farmacéutica y similares.
El diafragma proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo que
permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo y la compresión y el escape
en la carrera hacia arriba.
© SIVC E
SI'AÑA. SI'.. © ITP-Paraninfo / 33

Figura 5.4. Compresor de diafragma.
5.1.2. COMPRESORES ROTATIVOS
Compresor rotativo de paletas deslizantes
Este compresor tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de
paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales.
Al girar el rotor, la fuerza centrífuga mantiene las paletas en contacto con la
pared del estator y el espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la
entrada de aire hasta la salida, comprimiendo así el aire.
La lubricación y la estanqueidad se obtienen inyectando aceite en la corrien-
te de aire cerca de la entrada. El aceite actúa también como refrigerante para
eliminar parte del calor generado por la compresión, para limitar la temperatura
alrededor de 190 oc.
34/ © ITP-Paraninfo © SVC EsPAAA. $A.
Figura 5.5. Compresor de paletas.
Compresor de tornillo
Dos rotores helicoidales engranan girando en sentidos contrarios. El espacio
libre entre ellos disminuye axialmente en volumen, lo que comprime el aire
atrapado entre los rotores (figura 5.6).
El aceite lubrifica y cierra herméticamente los dos tornillos rotativos. Los
separadores de aceite, eliminan el mismo del aire de salida.
Con estas máquinas se pueden obtener caudales unitarios continuos y eleva-
dos, de más de 400 m3/min, a presiones superiores a 10 bares.
Este tipo de compresor, a diferencia del compresor de paletas, ofrece un
suministro continuo libre de altibajos.
El tipo industrial de compresor de aire más común, sigue siendo la máquina
alternativa, aunque los tipos de tornillo y paletas se están usando cada vez más.
© svr:ESPAÑI, SA © rTP-Paraninfo / 35
l

COMPRESiÓN V DISTRIBUCiÓN DEL AIRE
Figura 5.6. Principio del compresor de tornillo.
Turbo compresor radial
Como su denominación indica, este compresor funciona de forma muy
semejante a una turbina, sólo que aquí los álabes en lugar de producir trabajo,
lo consumen.
El recorrido del gas se realiza, entre etapa y etapa, siguiendo un camino
radial. De ahí su nombre.
El gas proyectado contra la carcasa transforma su energía cinética en
energía de presión.
Tomado de la atmósfera, el aire va recorriendo todas las etapas de compre-
sión. Puede advertirse que a medida que se van superando etapas, la presión
acumulada aumenta con la consiguiente disminución de volumen por unidad de
masa.
Dependiendo del tipo de construcción, pueden conseguirse resultados muy
aceptables desde el punto de vista de la energía consumida.
La figura 5.7 nos presenta una construcción esquemática del eje común en
la que todos los álabes son de igual diámetro y giran a la misma velocidad
angular.
COMPRESiÓN V DISTRIBUCiÓN DEL AIRE
En general, este tipo de compresores permiten manejar grandes caudales a
grandes presiones (220.000 m3/h y 300 bar, como máximo).
Figura 5.7. Turbo compresor radial.
5.1.3. CAPACIDAD NORMAL DEL COMPRESOR
El caudal de salida de un compresor se indica como gasto volumétrico
estándar, en Nm3/s o Imin., Ndm3/s o NVmin. El caudal puede describirse tam-
bién como volumen desplazado o "volumen teórico de entrada", un concepto
teórico. Para un compresor de émbolo, se basa en:
Q (Vmin) = área del émbolo en dm2 x longitud de carrera en dm x número
de cilindros de primera etapa x r.p.m.
En el caso de un compresor de dos etapas, se considera sólo el cilindro de
primera etapa.
El suministro efectivo es siempre inferior, debido a las pérdidas volumétri·
cas y térmicas.
La pérdida volumétrica es inevitable, puesto que no es posible descargar la
totalidad del aire comprimido del cilindro al final de la carrera de compresión:
queda algo de espacio, el llamado "volumen muerto".
© ITP·Paranin!o / 37

I I
La pérdida térmica se produce debido al hecho de que durante la compre-
sión el aire adquiere una temperatura muy elevada, por lo tanto su volumen
aumenta y disminuye cuando se enfría a temperatura ambiente (ver la ley de
Charles en el apartado 4.4.3).
~ 5.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO
Rendimiento volumétrico = aire libre descargado
desplazamiento
x 100
El resultado de la fórmula anterior, expresado como porcentaje, se conoce
como rendimiento volumétrico y varía según el tamaño, tipo y fabricación de la
máquina, número de etapas y presión final. El rendimiento volumétrico de un
compresor de dos etapas es inferior a la del compresor de una sola etapa, pues-
to que tanto los cilindros de la primera como los de la segunda etapa, tienen
volúmenes muertos.
5.2.1. RENDIMIENTO TÉRMICO Y GLOBAL
Aparte de las pérdidas descritas anteriormente, existen también efectos tér-
micos que bajan el rendimiento de la compresión del aire. Estas pérdidas redu-
cen aún más el rendimiento global dependiente del coeficiente de compresión y
de la carga. Un compresor, que trabaja a capacidad casi total, acumula una gran
cantidad de calor y pierde rendimiento. En un compresor de dos etapas, el coe-
ficiente de compresión por etapa es inferior y el aire, comprimido parcialmente
en el cilindro de primera etapa, se enfría en un refrigerador intermedio antes de
ser comprimido a la presión final en el cilindro de segunda etapa.
Ejemplo:
Si se comprime el aire atmosférico absorbido por un cilindro de la primera
etapa a un tercio de su volumen, la presión absoluta a la salida es de 3 bar. El
calor desarrollado por esta compresión relativamente baja es consiguientemen-
te bajo. El aire comprimido pasa al cilindro de segunda etapa, a través del refri-
gerador intermedio, y nuevamente su volumen se reduce a un tercio. La presión
final es entonces de 9 bar abs.
El calor desarrollado al comprimir el mismo volumen de aire en una sola
compresión, directamente de la presión atmosférica a 9 bar abs, sería mucho
más elevado y se reduciría considerablemente el rendimiento global.
El diagrama de la figura 5.8 compara los rendimientos globales típicos de
compresores de una y dos etapas, para varias presiones finales.
Para presiones finales bajas, es mejor un compresor de una etapa, puesto
que su rendimiento volumétrico es más elevado. Sin embargo, con una presión
final en aumento, las pérdidas térmicas son cada vez más importantes y son
preferibles los compresores de dos etapas, con un rendimiento térmico más ele-
vado.
Rendimien-
to global
Una etapa Dos etapas
r -~ 'T
90% ~ ~--~--+ 1---t-+-~
80% - "];=:;.~ ~ 4- j
70% - __L I - +- G
60% l_. J.. ____ ~ _L ___
4 5 6 7 8 9 10 11 12
Presión (bar)
Figura 5.8. Diagrama del rendimiento global de compresores de 1 y 2 etapas.
El consumo específico de energía es una medida del rendimiento global y se
puede utilizar para estimar el coste de producción del aire comprimido. Como
promedio, se puede estimar que se necesita un KW de energía eléctrica para
producir 120-150 l/min (= 0,12...0,15 Nm3/minJKW) para una presión de traba-
jo de 7 bares.
Las cifras exactas deben establecerse según el tipo y el tamaño del compresor.
~ 5.3. ACCESORIOS DEL COMPRESOR
5.3.1. DEPÓSITO DE AIRE COMPRIMIDO
Un depósito de aire comprimido es un acumulador a presión construido en
chapa de acero soldada, montado horizontal o verticalmente, directamente des-
pués del refrigerador final para recibir el aire comprimido amortiguando así las
oscilaciones en el caudal de aire, a medida que se consume.

Sus funciDnes principales SDn las de almacenar una cantidad suficiente de
aire para satisfacer las demandas que superen la capacidad del cDmpresDr y
minimizar la carga y descarga frecuentes del cDmpresDr; sin embargD, suminis-
tra también un enfriamientD adiciDnal para precipitar el aceite y la humedad que
llegan del refrigerador, antes de que el aire se distribuya pDsteriDrmente. A este
respectD, cDlDcar el depósitD del aire en un lugar frescD representa una ventaja.
El depósitD debe estar provistD de válvula de seguridad, manómetrD, purga
autDmática y tapas de inspección para la comprobación Dlimpieza del interior.
5.3.1.1. Selección del tamaño del depósito de aire
comprimido
El tamaño de los depósitDs del aire se selecciona según las salida del com-
presDr, el tamaño del sistema y el hechD de que la demanda sea relativamente
constante o variable.
LDs compresores CDn acciDnamientD eléctrico en plantas industriales, las
que suministran una red, normalmente se CDnectan y desconectan entre una
presión mínima y máxima. Este control se llama "automático". Para ello, es
necesario un vDlumen mínimo del depósito del aire para evitar que la cDnexión
y desconexión sean demasiado frecuentes.
LDS compresores móviles CDn un mDtDr de combustión no se paran cuando
se alcanza una presión máxima, sino que se elevan las válvulas de aspiración
de forma que el aire puede fluir libremente dentro y fuera del cilindro sin ser
comprimido. La diferencia de presión entre la cDmpresión y la carrera en vacío
es bastante pequeña. En este caso, se necesita sólD un pequeño depósitD.
Para el cálculo de vDlumen puede emplearse la siguiente fórmula:
v, =( O,25Q, ). 103
Z(p,- p,)
Donde:
• PI= Presión máxima en el interior del tanque.
• P2= Presión mínima en el interiDr del tanque.
• Qn= Caudal suministrado por el cDmpresor en m3/h.
• Z =Conexiones/desconexiDnes por hora del compresor.
• Vo= Volumen nominal del tanque con Po=I,013 bar.
40 I © ITP-Paraninfo © S'vI::ESPAÑA. SA
5.3.2. FILTRO DE ASPIRACiÓN
La atmósfera de una ciudad típica puede cDntener 40 partes por millón/m
3
de partículas sólidas, es decir pDlvD, suciedad, pDlen, etc. Si se cDmprime este
aire a 7 bares, la cDncentración sería de 320 partes pDr millón/m3
Una cDndl-
ción impDrtante para la fiabilidad y duración del cDmpresor debe ser la instala-
ción de un filtro eficaz y adecuadD para impedir el desgaste exceSlVD de cllin-
drDs, anillDs del émbDID, etc., que es provDcadD principalmente pDr el efectD
abrasivD de estas impurezas.
El filtrD nD debe ser demasiadD finD, puestD que el rendimientD del cDmpre-
SDr disminuye debidD a la elevada resistencia al pasD de aire y así las partículas
de aire muy pequeñas (2-5 micras) nD se pueden eliminar.
La entrada de aire debe estar situada de fDrma que, en la medida de lo pDsi-
ble, se aspire aire seCD limpiD, con cDnductDs de entrada de diámetro ID suficien-
temente grandes para evitar una caída de presión excesiva. Cuando se utlIice un
silenciador, es posible incluir el filtro de aire que se cDIDcará después ~e la PDSI-
ción del silenciadDr, de fDrma que esté sujetD a efectDs de pulsaCión nummDS.
~ 5.4. DESHIDRATACiÓN DEL AIRE
5.4.1. POST-ENFRIADORES
Después de la cDmpresión final, el aire está caliente y, al enfria~se, el agua
se depDsitará en cantidades cDnsiderables en el sistema de tubenas, ID cual
deberá evitarse. La manera más efectiva de eliminar la mayor parte del agua de
cDndensación es SDmeter el aire a la refrigeración pDsteriDr, inmediatamente
después de la cDmpresión.
LDs pDst-enfriadDres SDn intercambiadDres de calor que pueden ser unidades
refrigeradas pDr aire Dpor agua.
Refrigeración por aire
CDnsiste en una serie de cDnductDs pDr IDs cuales fluye el aire cDmprimidD y
sDbre IDs cuales se hace pasar una cDrriente forzada de aire fríD pDr mediD de
un ventiladDr. Un ejemplD típicD se ilustra en la figura 5.9.
© sva:EsPÑ<A. SA,
© ITP·Paranin!o 141

La temperatura de salida del aire comprimido refrigerado debe ser de apro-
ximadamente 15 oC por encima de la temperatura del aire de refrigeración.
=:>
=:>
=:>
~
=:>
=:>
=:>
=:>
=:>
Figura 5.9. Principio de un post-enfriador refrigerado por aire.
Refrigeración por agua
Se trata esencialmente de un revestimiento de acero que aloja unos conduc-
tos en los que el agua circula por un lado y el aire por el otro, normalmente de
forma que el flujo de ambos fluidos sea en sentido contrario a través del refri-
gerador. Este principio se ilustra en la figura 5.10.
Un post-enfriador de agua nos asegurará que el aire descargado estará apro-
ximadamente 10 oC por encima de la temperatura de! agua de refrigeración.
Una purga automática acoplada, o integrada, en el post-enfriador elimina el
condensado acumulado.
Los post-enfriadores podrán estar equipados con una válvula de seguridad,
un manómetro y se recomienda que se incluyan termómetros tanto para el aire
como para el agua.
H,O
=>
=>
Aire
~
•••
·1:
~ ,'!..•r
'11_1111111111111111111111111111111II1II
~
(
1111111111111111111111111111111"
1111111111111111111111111111111II1II
C
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII"
'1IIi- 1111111111111111111111111111111II1II
1111111111111111111111111111111"
Purga
automática
Figura 5.10. Principio de un post-enfriador por agua.
=>
H,O
~ 5.5. CÁLCULO DE LOS POST-ENFRIADORES
5.5.1. POST-ENFRIADOR POR AIRE
El cálculo de un refrigerador de aire comprimido, al igual que el de cual-
quier intercambiador de calor, se basa en conseguir un ajuste óptimo entre una
adecuada transmisión de calor y una aceptable pérdida de carga.
Para el cálculo de la superficie de transmisión, nos valdremos de la fórmula:
s- q
- U (ót)log
en la que:
• S = Superficie de transmisión de calor
© SVI:ESPAÑA. SI. © ITP-Paraninfo / 43

o q = Potencia térmica del refrigerador, Kcal/h.
o U = Coeficiente global de transmisión de calor, Kcal/h.m2 oc.
o (b.t)log = Salto térmico medio logarítmico, oc.
La potencia térmica q se determina a partir de la ecuación:
en donde:
o q = Potencia térmica.
o G = Caudal de aire en Nm3/h.
o Cp
= Calor especifico volumétrico del aire, 0,31 Kcal/m3, oc.
o TI = Temperatura del aire de entrada del refrigerador, oc.
o T2= Temperatura del aire se salida del refrigerador, oC.
o K = Factor de corrección, superior al, para tener en cuenta la condensa-
ción de la humedad.
El coeficiente global de transmisión de calor, U, en función de los coeficien-
tes de película exterior e interior en tubos, así como el coeficiente de incrusta-
ción, lo determinaremos por la expresión:
1
U ~ d 1
-'-+-+F
h,·di h¡ d
siendo:
o U = Coeficiente global de transmisión de calor.
o de= Diámetro exterior de tubo, mm.
o d¡= Diámetro interior de tubo, mm.
o h¡= Coeficiente de película interior, Kcal/h.m2 oC.
o he= Coeficiente de película exterior, Kcal/h.m2 oc.
o Fd= Factor de incrustación, Kcal/h.m2 °C; es costumbre hacerlo igual a
0,0004 para una calidad media de agua de refrigeración.
Los coeficientes de película son función de los números de Reynolds y
Prandtl, según las expresiones clásicas utilizadas en convección de calor.
44/ © ITP-Paraninfo © SfV[: ESPANA.. SA
El salto térmico medio logarítmico (b.t) log, puede definirse por la expresión:
(~I)109 ~ (T, - I,) - (T, - 1,)
2310 T, - I,
. 9
T
_
1
, 1
siendo:
o b.1= Salto térmico medio logarítmico.
o TI = Temperatura del aire de entrada, oc.
o T2= Temperatura del aire de salida, oc.
o ti = Temperatura del aire/agua de refrigeración de entrada, oc.
o tz = Temperatura del aire/agua de refrigeración de salida, oc.
5.5.2. POST-ENFRIADOR POR AGUA
Las fórmulas utilizadas para los post-enfriadores de agua, son las mismas
que en los refrigeradores por aire. Solamente hay que añadir el consumo de
agua de refrigeración y la pérdida de carga originada a través del haz de tubos.
El consumo de agua de refrigeración puede calcularse a partir de:
Q ~ -q
t2
- t1
en donde:
o Q= Caudal de agua de refrigeración, l/h.
o q= Potencia térmica calculada previamente, Kcal/h.
o tz=Temperatura de salida del agua de refrigeración, oc. A poder ser, no
debe superar nunca los 40 oC para evitar la formación de incrustacio-
nes sobre los tubos.
o ti = Temperatura de entrada del agua de refrigeración, oc.
Es normal que t2-tl se considere igual a 20 oC siempre que t2 no supere los
40 oc.
La pérdida de carga, en la que intervienen diversos factores relacionados
con el material de los tubos, velocidad, etc., puede averiguarse mediante:
c (G)"
~p ~ pL s
© ~ ESI'AÑ"., SA © ITP-Paraninfo ;45

siendo:
• L'lp= Pérdida de carga.
• c = Constante. Es función de cada modelo de refrigeración y puede deter-
minarse a partir de la ecuación de Fanning.
• P = Presión absoluta del aire.
• G = Caudal de aire en condiciones normales (presión y temperatura
ambiente).
• s = Sección total del haz tubular por donde pasa el aire.
• n = 1,8 aproximadamente.
• L = Longitud de cada tubo.
~ 5.6. SECADORES DE AIRE
Los post-enfriadores enfrían el aire hasta unos 10 o 15 oC por encima del
medio refrigerante. El control y operación de los elementos de un sistema
neumático serán normalmente a temperatura ambiente (aprox. 20 OC). Esto nos
puede hacer pensar que no se precipitará ningún condensado más y que la
humedad remanente es expulsada con el aire de salida de vuelta a la atmósfera.
A menudo, la temperatura del aire o la salida del post-enfriador puede ser más
alta que la temperatura circundante con la cual pasa por las líneas de tuberías,
por ejemplo durante la noche. Esta situación enfría el aire comprimido todavía
más, por lo que habrá todavía vapor que se condensará como agua.
La medida empleada en el secado de aire es la bajada del punto de rocío, el
cual se define como la temperatura a la cual el aire está completamente satura-
do de humedad (100% h.r.). Cuanto más bajo sea el punto de rocío, menos
humedad queda en el aire.
Existen tres tipos principales de secadores de aire disponibles que operan
por procesos de absorción, adsorción o refrigeración.
5.6.1. SECADO POR ABSORCiÓN (SECADO COALESCENTE)
El aire comprimido es forzado a través de un agente secante, yeso deshidra-
tado o cloruro de magnesio que contiene en forma sólida cloruro de litio o c10-
ruro de calcio, el cual reacciona con la humedad para formar una solución que
es drenada desde el fondo del depósito.
El agente secante debe ser regenerado a intervalos regulares ya que el punto
de roCÍo se eleva en función del consumo de sales durante el funcionamiento.
De todas formas, a presiones de 7 bar. son posibles puntos de rocío de 5 oc.
Las principales ventajas de este método son su bajo coste inicial y de fun-
cionamiento. Por contra, la temperatura de entrada no debe exceder de 30 oc.
Los productos químicos implicados son altamente corrosivos, necesitando un
filtrado cuidadosamente comprobado para asegurar que ninguna fina partícula
corrosiva sea arrastrada al sistema neumático.
Figura. 5.11. Principio del secador de aire por absorción.
5.6.2. SECADO POR ADSORCiÓN (DESECANTE)
En una cámara vertical, está contenido un producto químico tal como el sílica-
gel o la alúmina activada en forma granular, para que, por métodos físicos, absor-
© svr::ESf'IIÑA, SA. © ITP-Paraninfo / 47

ba la humedad del aire comprimido que pasa a través de él. Cuando el agente
secante se satura, es regenerado mediante secado por calentamientos o, como en
la figura 5.12. por la pérdida de calor de un flujo de aire secado previamente.
El aire comprimido húmedo, entra a través de una válvula de control direc-
cional y pasa atravesando la columna desecante. El aire seco, fluye hacia la vía
de salida.
Entre un 0% y un 20% del aire seco pasa a través de la columna desecante
que no se está utilizando, para reabsorber su humedad con el fin de regenerarla.
El flujo de aire de refrigeración va entonces hacia el escape.
Figura. 5.12. Principio del secador de aire por adsorción, regenerado por pérdida de calor.
La válvula de control direccional es accionada periódicamente por un tem-
porizador para conseguir alternativamente el suministro de aire a una columna
y la regeneración de la otra, para proporcionar aire seco continuo.
Con este método, son posibles puntos de rocío extremadamente bajos, por
ejemplo de - 30 oc.
Un indicador de color puede ser incorporado al desecante para comprobar el
grado de saturación. El microfiltrado es esencial a la salida del secador para preve-
nir el arrastre de partículas absorbentes. El coste inicial y de funcionamiento es
comparativamente alto, pero los costes de mantenimiento tienden a ser bajos.
5.6.3. SECADO POR REFRIGERACiÓN
Es una unidad mecánica que incorpora uñ circuito de refrigeración con dos
intercambiadores de calor.
El aire húmedo a alta temperatura es pre-enfriado en el primer intercambia-
dor de calor (1) transfiriendo parte de su calor al aire frío de salida.
=
Figura. 5.13. Principio del secador de aire por refrigeración.

Entonces, en el intercambiador de calor (2), el aire es enfriado gracias al
principio refrigerador de extracción de calor como resultado de la evaporación
de gas freón en su propio circuito de refrigeración. En ese momento la hume-
dad y las partículas de aceite se condensan y son automáticamente drenadas.
El aire frío seco de la tubería de retorno, pasa a través del intercambiador de
calor por aire (1) Ytoma calor del aire entrante a alta temperatura. Esto previe-
ne la formación de rocío en la salida de descarga, aumentando el volumen y
bajando la humedad relativa.
Mediante los métodos modernos, es posible una temperatura de salida de
2 oC, aunque una temperatura del aire de salida de 5 oC es suficiente para la
mayoría de las aplicaciones del aire comprimido. La temperatura de entrada
puede ser superior a los 60 oC, pero es más económico pre-enfriarlo para lle-
varlo a temperaturas de entrada más bajas.
Como regla general, el costo del secado de aire comprimido puede represen-
tar entre el 10% Yel 20% del coste del aire comprimido.
5.6.4. SEPARADOR DE CONDENSADOS
Cuando se desea mejorar la calidad de la red de aire comprimido, y no hace
falta necesariamente un secador:
• Porque no se necesite un grado de secado tan alto.
• Porque no puede ser usado en lugares donde no se admiten fuentes de
energía.
• Porque es demasiado caro y no se justifica la inversión.
Los separadores de agua, son elementos imprescindibles, colocándose a la
salida del compresor. Su eficacia en la eliminación de condensados es de un
99%, su tamaño es compacto y no necesita sustitución del elemento interno,
con lo cual su mantenimiento es nulo.
Hay una extensa gama de tamaños, que van desde 1/ 2", para potencia de
compresor de 15 CV, hasta 2" y potencia de 100 Cv.
l' ETAPA 2'ETAPA 3' ETAPA
p _ 1 bar (aOO.) P e lO bar (abs.) p '" 10 bar (abs.)
V '" 10m' V ",'18m3
V = 0.96 m1
T '" 25"C T '" 80°C T = 15"C
MD = 70% MO <C 26.2% MD "" 100%
H;¡O= 1669r H.!O= 1669r H. O", 12 gr.
(Sm condensado ~
Sm condensado f Condensado)
I-tO-154gr
_ 1N0 n, ,d.

MS>~'
/ i
ENTRADA DE AIRE COMPRESOR POST ENFRIADOR
P • PRESIÓN (bar .ba.)
V =VOLUMEN 1m) I
T • TEMPERATURA 1- el
MD "' HUMEDAD RELATIVA (%)
4'ETAPA
P =10bar{abs )
V .. 096m'
T ~ 15"C
MD= 100·,'0
CA I A A
EN El ArRE COMPRIMIDO
EN MÁaUINA
166· 152.4 ", 136 r.
Figura 5.14. Esquema de instalación de un separador de condensados.
~ 5.7. FILTRO DE LíNEA PRINCIPAL
Un filtro de gran capacidad será instalado después del depósito de aire para
eliminar de éste la contaminación, los vapores de aceite procedentes del com-
presor y el agua.
El filtro debe tener una minima caída de presión y capacidad para eliminar
el vapor de aceite procedente del compresor con el fin de evitar la emulsión en
la línea con el líquido condensado.
El filtro de línea principal no posee deflector para la separación de agua
como es el caso de los "filtros estándar" descritos en la sección del
"Tratamiento de Aire". Una purga de drenaje automático, bien sea incluida de
serie o bien acoplada, nos asegurará la descarga regular del agua acumulada.
El filtro es generalmente del tipo de cartucho de cambio rápido.
l

figura. 5.15. Típico filtro de línea.
~ 5.8. DISTRIBUCiÓN DEL AIRE
Para hacer legar el aire comprimido a los puntos de consumo, se colocan
tomas de aire de distribución, de forma permanente
Se instalarán válvulas de aislamiento para dividir la línea de distribución en
secciones, con el fin de limitar el área que deba ser vaciada durante períodos de
mantenimiento o reparación.
Existen dos configuraciones de trazado básicas: FINAL EN LíNEA MUER-
TA YCONDUCTO PRINCIPAL EN ANILLO.
5.8.1. FINAL EN LíNEA MUERTA
Para favorecer el drenaje, las tuberías de trabajo tienen una pendiente de
cerca del 1% en la dirección del fluido y deberán ser adecuadamente purgadas.
A intervalos ajustables, la línea principal puede ser devuelta a su altura original
mediante dos largos tubos curvados en ángulo recto y disponiendo una deriva-
ción de purga en el punto más bajo.
.... .. . . "
.......
............... ............
.....
... ....:; ....
~ ... .. ... ..
.. ......
. ~.
'"
............
.... ."""""'- . ...:
'. ..................... .
,.;
........... ........
.................
..'
Figura. 5.16. Tipica configuración de línea principal con final en línea muerta.
5.8.2. CONDUCTO PRINCIPAL EN ANILLO
.. .....
..... .
-.¡
....;
....
...... .
......
..........
.......... .
................. ...........
~~
.... :.:..:.....
...... ~ ..' ........::...... :.:
.... .....
.....
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;.. , .•...............
...)......
.......
Figura. 5.17. Conducto principal en anillo.

En un sistema de conducto principal en anillo, es posible alimentar el aire
por dos lados a un punto de consumo elevado, lo que permite minimizar la
caída de presión.
De cualquier forma, el agua es llevada en cualquier dirección y se deben
preveer tomas de salida para el agua con purgas automáticas.
~ 5.9. LíNEAS SECUNDARIAS
A menos que estén instalados un post-enfriador eficiente y un secador de
aire, el conducto de distribución del aire comprimido actúa como una superfi-
cie refrigerante y el agua y el aceite se acumulan a lo largo de su longitud.
Las derivaciones de la línea se toman de la parte superior del conducto, para
impedir que el agua del conducto principal entre en ellas. Mientras, deberá pur-
garse la parte inferior de la caída del conducto.
Los puntos de purga deben estar provistos de empalmes en "T" iguales ins-
talados en puntos idóneos a lo largo del recorrido, en cada punto bajo. Deben
purgarse manualmente a intervalos regulares, o bien estar provistos de purga
automática.
(b)
!
Figura 5.18. Salidas de aire (a) yagua (b).
Las purgas automáticas son un poco más caras de instalar al principio, pero
compensa, si se consideran las horas de trabajo que se ahorran con respecto al
funcionamiento de tipo manual. Con la purga manual, la negligencia conlleva
problemas debido a la contaminación del conducto principal.
54 1© ITP-Paraninfo
~ 5.10. PURGAS AUTOMÁTICAS
En las figuras 5.19 y 5.20 se ilustran dos tipos de purga automática.
Figura 5.19. Purga automática de flotador.
En el tipo de purga con flotador (figura 5.19), el tubo guía y el flotador,
están conectados internamente a la atmósfera por medio de un filtro, una válvu-
la de alivio, un orificio en el pistón de resorte y a lo largo del vástago del accio-
namiento manual.
El agua de condensación se acumula en el fondo de la cavidad y, cuando
sube lo suficiente para levantar el flotador de su asiento, la presión se transmite
al émbolo que se mueve a la derecha para abrir el asiento de la válvula de ali-
vio y expulsar el agua. El flotador baja entonces, para cerrar el suministro de
aire al ·émbolo.
La válvula de alivio limita la presión por detrás del émbolo cuando el flota-
dor cierra la tobera. Esta válvula pre-regulada asegura un tiempo adecuado de
© ITP-Paraninfo 155

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