Aquí hay una ilustración que muestra lo que sucede con el vapor de agua cuando el aire se comprime: Antes de la compresión: - 4 m3 de aire a 50% HR, cada m3 contiene 8.7 g de vapor de agua - En total hay 4 * 8.7 = 34.8 g de vapor de agua Después de la compresión a 1 m3: - El volumen se reduce a 1 m3 - Pero la misma cantidad de vapor de agua (34.8 g) debe caber en menos espacio - Solo puede haber espacio para 17

1. 1

2.  Introducción.
 Composición del aire.
 Presión atmosférica.
 Aire comprimido industrial.
 Presión.
 Unidades de presión.
 Presión y fuerza.
 Ley general de los gases.
 Generación de aire comprimido.
2

3.  ¿Que es Neumática ?
◦ La técnica que trata del aprovechamiento de las
propiedades que tiene el aire comprimido.
 Propiedades del aire comprimido :
◦ Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al
desplazamiento.
◦ Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un
recipiente cerrado aumentando la presión.
◦ Elasticidad: la presión ejercida en un gas se
transmite con igual intensidad en todas las
direcciones ocupando todo el volumen que lo
engloba.
3

4.  A Favor:  En contra
 Abundante:  Preparación:
 Transporte  Compresible
 Almacenable:  Fuerza
 Antideflagrante:  Escape
 Limpio  Costos
 Económico
 A prueba de sobrecargas
4

5.  El aire que
respiramos es Composición por Volumen
elástico, Nitrogeno 78.09% N2
comprimible y Oxígeno 20.95% O2
fluido.
Argón 0.93% Ar
 Damos por hecho
que el aire llena todo Otros 0.03%
el espacio que lo
contiene.
 El aire se compone
básicamente de
nitrógeno y de
oxígeno.
5

6.  La presión atmosférica
es causada por el peso
del aire sobre nosotros.
 Esta es menor cuando
subimos una montaña y
mayor al descender a
una mina.
 La presión varía con las
condiciones
atmosféricas.
6

7.  Las presiones existentes en un sistema
neumático se consideran sin tener en cuenta
la presión atmosférica (presión relativa).
Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión relativa
Presión atmosférica, se mide con barómetros
Presión relativa, se mide con manómetros
7

8. Atmósfera Standard
 Una atmósfera standard se define por la
Organización Internacional de Aviación Civil.
La presión y temperatura al nivel del mar es
1013.25 milli bar absoluta y 288 K (15OC).
1013.25 m bar
8

9.  La potencia de la
presión atmosférica
es evidente en la
industria de
manipulación donde
se utilizan ventosas
y equipos de vacio.
 El vacio se consigue
evacuando todo el
aire de un sitio
determinado.
9

10.  Las presiones se dan en 17
16
16
15
bar (relativos a la presión 15 14 Rango
atmosférica). 14 13 Industrial
Presión manométrica bar
 El cero del manómetro es 13 12 ampliado
12 11
la presión atmosférica.
Presión absolutabar
11 10
 Para cálculos se utiliza la 10 9 Rango
presión absoluta: 9 8 industrial
8
Pa = Pg + Patmósfera.
7 típico
7 6
 Se asume para cálculos 6 5 Rango
rápidos que 1 atmósfera 5 4 bajo
equivale a 1.000 mbar. 4
3
3
2
 En realidad 1 atmósfera 2 1
equivale a 1.013 mbar. 1 0 Atmósfera
0 Vacio total
10

11. Presión
• Presión=Fuerza/Superficie
• La unidad de presión en el S.I. es el
N/ m2 = Pa(pascal)
11

12.  1 bar = 14.50 psi
 1 mm H2O = 0,0979 mbar aprox.
12

13.  El aire comprimido ejerce
una fuerza de igual valor en
todas las direcciones de la
superficie del recipiente
que lo contiene.
 El líquido en un recipiente
será presurizado y
transmitido con igual
fuerza.
 Por cada bar de
manómetro, se ejercen 10
Newtons uniformemente
sobre cada centímetro
cuadrado.
13

14. D mm
 La fuerza que se
desarrolla sobre un pistón
debida a la presión del P bar
aire comprimido es el
área efectiva multiplicada
por la presión:
 F= P*S=P*ΠD2/4
14

15.  Si ambas conexiones de
un cilindro de doble
efecto se conectan a la
misma presión el cilindro
se moverá debido el
diferencial de presión
que hay en ambas
cámaras.
 Si el cilindro es de doble
vástago el cilindro no se
moverá.
15

16.  En la corredera de una válvula la presión actuando en
cualquier conexión no hará que la corredera se desplace
puesto que las dos areas sobre las que actua el aire son
iguales.
 P1 y P2 son las presiones de alimentación y escape.
P1 P2
16

18.  Para cualquier masa de aire dada las propiedades
variables son presión, volumen y temperatura.
 Asumiendo que una de estas variables se mantiene
constante se darán los siguientes casos:
Ley de Boyle-Mariotte:
 Temperatura Constante P.V = C (una constante)
Ley de Gay-Lusac:
Presión Constante
V
 = C (una constante)
T
Ley de Charles:
P
 Volumen Constante = C (una constante)
T
18

19. P1 .V1 P2 .V2
= =C
T1 T2
Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante.
19

21.  Elementos generadores de energía.
 Red de distribución.
 Elementos de tratamientos de fluidos.
 Elementos de mando y control.
 Elementos actuadores.
21

22.  Los compresores elevan la presión del aire hasta el valor
adecuado para su utilización.
 Compresor, accionado por un motor
eléctrico o de combustión interna.
22

23.  Es el conjunto de tuberías que distribuyen el
aire comprimido por todo el circuito
neumático.
 Los depósitos y los acumuladores tienen
como misión mantener un nivel de presión
adecuado en el circuito neumático.
23

24. Componentes situados con anterioridad al elemento que
utiliza el aire comprimido, y que tienen como misión
suministrar el aire en las mejores condiciones posibles:
 Dispositivos de secado
 Filtros
 Reguladores de presión
 Lubricadores
 Unidad de mantenimiento=Filtro + regulador
de presión +lubricador + manómetro
24

25.  Se encargan de conducir de forma adecuada
la energía comunicada al aire en el compresor
hacia los elementos actuadores (VÁLVULAS).
 Según la función que desempeñan:
◦ Válvulas de control de dirección
◦ Válvulas de control de caudal
◦ Válvulas de control de presión
25

26.  Transforman la energía del fluido en
movimiento en trabajo útil:
 Cilindros
 Motores
26

27. Central Generación Aire Comprimido
Válvula seguridad
Presión manómetro Tubería
Compresor y refrigerador distribución
SWP
10bar Válvula de corte
Depósito acumulador
Válvula de purga
Purga condesados
M
27

28. Central Generación Aire El sistema neumático básico
Comprimido
Ver 38
Ver 90
Ver 71
1. Compresor 2. Motor eléctrico 3. Presostato 4. Valvula antiretorno
5. Depósito 6. Manómetro 7. Purga automática 8. Válvula de seguridad
9. Secador de aire refrigerado 10. Filtro de línea
1. Purga del aire 2. Purga automática 3. Unidad de acondicionamiento del aire
4. Valvula direccional 5. Actuador 6. Controladores de velocidad
28

29.  Elevan la presión del aire hasta la presión de
servicio.
 En su funcionamiento aparecen implicadas
dos magnitudes:
◦ La presión que se le comunica al aire.
 Relación de compresión=Psalida/Pentrada
◦ El caudal (Q=V/t=S*L/t=S*vel.
29

30.  Compresores volumétricos:
◦ Se basan en la ley de Boyle-Mariotte, de manera
que para elevar la presión del aire reducimos su
volumen.
 Compresores dinámicos:
◦ 1º El aire se hace pasar por una tubería de sección
cada vez mas reducida aumenta la velocidad.
◦ 2º La energía cinética comunicada al aire se
convierte en energía de presión.
30

32. Fundamento: El aire se hace pasar por una serie de conductos de sección
cada vez menor (caudal cte.) velocidad . A continuación se hace
pasar por un difusor velocidad incrementándose su presión.

33. 33

34. Compresión del aire
Compresor de émbolo de una sóla etapa
Aire en la gama de 3 - 7 bares

35. Compresión del aire
Compresor de émbolo de dos etapas
Aire ~ 7 bares Tª final 120 ºC

36. Compresión del aire
Compresor de diafragma
• Aire hasta 5 bares
• Libre de aceite

37. Compresión del aire
Compresor rotativo de paletas deslizantes
• Tª final 190 ºC
•Son muy silenciosos

38. Compresión del aire
Compresor rotativo de tornillo
• Caudales > 400 m3 / min
• Presión > 10 bares

39. Compresores dinámicos
39

40. Compresores dinámicos
40

41. 41

42.  El diámetro de las tuberías se elige en función de:
◦ El caudal
◦ La longitud de las tuberías
◦ La pérdida de presión (admisible)
◦ La presión de servicio
◦ La cantidad de estrangulaciones (codos, manguitos,..)
◦ Presión de servicio: La suministrada por el compresor o
acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los
consumidores.
◦ Presión de trabajo: La necesaria en el puesto de trabajo.
42

43. Distribución del aire
Línea principal con final en línea muerta

44. Distribución del aire
Línea principal en anillo

45. Distribución del aire
Líneas secundarias

46. Distribución del aire
Purgador automático
Volver

47. Sistemas de conexión
Conexión por inserción en codo orientable

48. Sistemas de conexión
Conexión autoestanca

49.  Dispositivos de secado
 Filtros
 Reguladores de presión
 Lubricadores
 Unidad de mantenimiento=Filtro +
regulador de presión +lubricador + manómetro
49

51. Agua en el Aire Comprimido

52. Agua en el aire comprimido
• Cuando se comprimen grandes
cantidades de aire se produce
una cantidad considerable de
condensados.
• El vapor de agua natural que
aire contiene el aire atmosférico
totalmente licua como en una esponja.
saturado • El aire en el interior del
recipiente continuará saturado
(100% HR).
Condensado
purga
52

53. Agua en el aire comprimido
• La cantidad de vapor de agua que contiene una muestra de aire
atmosférico se mide por la humedad relativa en % HR. Este porcentaje
es la proporción de la cantidad máxima de agua que puede contener
el aire a una temperatura determinada.
25% RH 50% RH 100% RH
40
Temperatura Celsius
A 20o Celsius
20
100% HR = 17.4 g/m3
50% HR = 8.7 g/m3
0
25% HR = 4.35 g/m3
-20
-40
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Gramos vapor agua / metro cúbico aire g/m 3
53

54. Agua en el aire comprimido
• La ilustración muestra cuatro cubos donde cada uno representa 1 metro
cúbico de aire atmosférico 20º C. Cada uno de estos volúmenes tiene
una humedad relativa del 50% HR. Esto quiere decir que contiene 8.7
gramos de vapor de agua, la mitad del máximo posible que es 17.4
gramos.
54

55. Agua en el aire comprimido
• Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno
solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes
se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las
otras dos partes condensaran en gotas de agua.
55

56. Agua en el aire comprimido
• Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno
solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes
se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las
otras dos partes condensaran en gotas de agua.
56

57. Agua en el aire comprimido
• Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno
solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes
se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las
otras dos partes condensaran en gotas de agua.
57

58. Agua en el aire comprimido
• Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno
solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes
se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las
otras dos partes condensaran en gotas de agua.
58

59. Agua en el aire comprimido
• 4 metros cúbicos a presión atmosférica
contenidos en 1 metro cúbico producen una
presión de 3 bares de manómetro.
• 17.4 gramos de agua se mantienen como
vapor produciendo el 100% HR y los otros
17.4 gramos condensan en agua líquida.
• Esto es un proceso continuo, de manera que
cuando el manómetro marca 1 bar, cada vez
que se comprime un metro cúbico de aire y
se añade al metro cúbico contenido, otros 8.7
gramos se comprimen.
59

60. Caudal de aire comprimido

61. Unidades de caudal
• El caudal se mide como volumen
de aire libre por unidades de
tiempo.
• Las unidades usuales :
– Litros normales o decímetros
cúbicos por segundo lN/s o dm3/s
– Metros cúbicos por minuto
m3N/min
– Pies cúbicos normales por minuto
scfm
• 1 m 3/m = 35.31 scfm
• 1 dm 3/s = 2.1 scfm
• 1 scfm = 0.472 l/s
• 1 scfm = 0.0283 m3/min
1 metro cúbico
o 1000 dm3
61

62. Caudal aire Libre
• El espacio entre las barras Volumen real de 1 litro
representa el volumen real que de aire libre a presión
ocupa un litro de aire libre a su 0 1 litro
respectiva presión. 1bar a
1/
• El caudal es el resultado de la 2
presión diferencial, a un bar 2bar a
absoluto (0 de manómetro) 1/
4
solo habría caudal en vacío.
4bar a
• Si la velocidad fuese la misma 1/
8
en cada caso el caudal seria el
doble que en el caso anterior. 8bar a
1/
16
16bar a
62

63. 1.- El
aire pasa a través de un conjunto de capas de sustancias
secantes.
•Adsorber. Atraer y retener en la superficie de un
2.- Al combinarse el vapor de agua con dichas sustancias, se cuerpo moléculas o iones de otro cuerpo.
combinan químicamente y el agua se desprende como mezcla
•El material de secado es granuloso SiO2 (gel)
de agua y sustancia secante.
•El gel adsorbe el agua y el vapor de agua.
3.- Al mismo tiempo se separan partículas de aceite.
63

64. Vaporizador
Aceite+agua
volver
Se basan en la reducción de la temperatura del punto de rocío.
Una vez enfriado por 2ª vez por el grupo frigorífico (1,7º), se eliminan el agua y aceite condensados.
Finalmente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino para eliminar nuevamente partículas de suciedad
64

65. Tratamiento del aire
Filtro estándar
Eliminar impurezas y el agua
condensada.
Los componentes líquidos y las
partículas grandes de suciedad se
acumulan en la parte inferior
debido a la fuerza centrífuga.
Volver

66. (poros 40μm)
66

67. Mantener la presión de trabajo
(secundaria) lo mas cte. posible,
independientemente del consumo
de aire y de las variaciones que
sufra la presión de red (primaria).
P1>P2
67

68. 68

69. Tratamiento del aire
Regulador estándar

70. 70

71. 71

72. Actuadores
Cilindros
Tipos de cilindros

73. Actuadores
Cilindro de simple efecto

74. Actuadores
Cilindro de doble efecto

75. Actuadores
Construcción del cilindro

76. Actuadores
Fijación de cilindros

77. 77

78. Con amortiguación interna
78

79. 79

80. Válvulas
• Los mandos neumáticos están constituidos por:
– Elementos de señalización
– Elementos de mando
– Elementos de trabajo
• Según la función que realizan:
– Válvulas de control de dirección, puesta en marcha y paro.
– Válvulas de control de presión
– Válvulas de control de caudal.
80

81. Tipos de válvulas según su forma constructiva
• Válvulas de asiento
– Asiento esférico
– Asiento Plano
• Válvulas de corredera
– Émbolo
– Émbolo y cursor
– Disco giratorio
81

82. 82

83. Tipos de válvulas
• Válvulas de vías o distribuidoras
• Válvulas de bloqueo:
– Válvulas antirretorno
– Válvulas selectoras de circuito (OR)
– Válvulas antirretorno y de estrangulación
– Válvulas de escape rápido
– Válvula de simultaneidad (AND)
• Válvulas de presión:
– Válvulas de regulación de presión
– Válvulas de limitación de presión (válvula de seguridad)
– Válvulas de secuencia
• Válvulas de caudal
• Válvulas de cierre.
83

84. Válvulas de control direccional

85. Válvulas de control direccional

86. 86

87. Válvulas de control direccional
Válvula de 5 vias

88. 88

89. 89

90. 90

91. 91

92. 92

93. 93

94. 94

95. 95

96. 96

97. 97

98. 98

99. 99

100. 100

101. 101

102. Ejemplos con Automation Studio

103. Ejemplos con Automation Studio

104. Ejemplos con Automation Studio

105. Ejemplos con Automation Studio

106. g
106

107. 107

108. 108

109. 109

110. 110

111. 111

112. 112

113. 113

114. 114

115. 115

116. 116

117. 117

118. 118

119. 119

120. Caudal a través de válvulas
• Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocen la
conductancia y la relación crítica de presiones, el valor del caudal para
cualquier caida de presión se puede calcular mediante la siguiente
fórmula:
2
P2
-b
P1
Q = C P1 1-
1-b
Donde :
P1 = aguas arriba bar
P2 = aguas a bajo bar
C = conductancia dm3/s/bar
b = relación crítica de presiones
Q = caudal dm3/s
120

121. Caudal a través de válvulas
• El Coeficiente de caudal Cv es un factor calculado
a partir del caudal de agua que circula a través de
un componente neumático con una pérdida de
presión de 1 p.s.i.
Q
Cv P( P 2 P a )
1 1 4 ,5 T1
Q: caudal en l N / min
AP : caída de presión en bar
P1 : presión de entrada en bar
P2 : presión de salida en bar
T : temperatura abs. (273º + C).
121

122. Caudal a través de válvulas
• El Coeficiente de caudal Kv es un factor calculado a
partir del caudal de agua que circula a través de un
componente neumático con una pérdida de presión
de 1 bar.
Vn G nT 1
Kv 504 P2 P
Vn : caudal en l N / min
AP : caída de presión en bar
Gn : Gravedad específica (1 para el aire)
P2 : presión de salida en bar
T 1: temperatura abs. (273º + C)
122

123. 123