Neumatica E Hidraulica

NEUMÁTICA

La neumática (del griego πνεῦμα "aire") es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los gases ideales.

TEORÍA DEL AIRE COMPRIMIDO

Propiedades del aire comprimido

El aire comprimido es una forma de energía potencial, donde un compresor transforma la energía eléctrica que impulsa su motor en energía neumática, y esta, a su vez, se transforma en movimiento por medio de los actuadores neumáticos (cilindros, pinzas, actuadores de giro, etc.).

Algunas de las razones que han facilitado la extensa utilización del aire comprimido son las siguientes:

1. Disponibilidad: simplemente con un compresor y aire atmosférico podríamos disponer de aire comprimido.

2. Almacenamiento: si es necesario, se puede almacenar fácilmente en grandes cantidades, en el interior de depósitos o calderines, especialmente diseñados para ello.

3. Simplicidad de diseño y control: los componentes neumáticos son de configuración sencilla y se montan fácilmente, proporcionando sistemas automatizados con un control relativamente sencillo.

4. Elección del movimiento: se puede elegir entre un movimiento lineal, un movimiento de rotación angular o un movimiento de amarre con velocidades de funcionamiento fijas y continuamente variables, pudiéndose regular con facilidad dichas velocidades.

5. Economía: la instalación tiene un costo relativamente bajo debido al costo modesto de los componentes. El mantenimiento es también poco costoso debido a su larga duración sin apenas averías.

6. Fiabilidad: los componentes neumáticos tienen larga duración que tiene como consecuencia la elevada fiabilidad del sistema.

7. Resistencia al entorno: a este sistema no lo afectan ambientes con temperaturas elevadas, polvo o atmosferas corrosivas en los que otros sistemas fallan.

8. Limpieza del entorno: el aire es limpio y, con un adecuado tratamiento de aire en el escape, se puede instalas según las normas de “sala limpia”.

9. Seguridad: no presenta peligro al incendio en áreas de riesgo elevado y el sistema no esta afectado por la sobrecarga, puesto que los actuadores de detienen o se sueltan simplemente, los actuadores neumáticos no producen calor.

Propiedades de los gases

Cambios de estado de los gases

El estado de un gas queda definido por tres magnitudes:

• Presión.

• Volumen.

• Temperatura.

La relación de estos tres parámetros se define por las leyes de Gay-Lussac, Boyle-Mariotte y Charles.

Presión

P= F/A

La unidad ISO de presión es el pascal: 1Pa = 1 N/m2

Como se trata de una unidad extremadamente pequeña, para evitar trabajar con números excesivamente grandes se emplea el bar: 100 000 Pa = 100 KPa = 1 Bar; que equivalen para fines prácticos a kqf/cm2 y kp/cm2.

Temperatura

En la mayoría de las expresiones de gases se emplea la escala de temperatura Kelvin, siendo su relación con grados centígrados: °C + 273 = °K.

Leyes de los gases perfectos

 Ley de Boyle Mariotte: si comprimimos el volumen de un gas a temperatura constante la presión aumenta (isoterma: T= constante)

 Ley de Gay Lussac: a presión constante el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (isobárica: P= constante).

 Ley de Charles: a volumen constante la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta (isocora: V= constante).

 Transformación adiabática: en la práctica no se producen estos cambios lentos, sino un cambio adiabático.

Relación presión-caudal

La relación más importante que existe para los componentes neumáticos es la existente entre presión y caudal.

Si no existe circulación de aire, significa que la presión de todos los puntos del sistema será la misma. Si se produce circulación de aire, significa que habrá un punto inicial con mayor presión que en el punto final. Esta diferencia de presiones depende de tres factores:

 De la presión inicial.

 Del caudal de aire que circula.

 De la resistencia al flujo entre los puntos.

Dicha relación se plasma en la siguiente ley (similar a la Ley de Ohm en electricidad, donde, diferencia de potencial = intensidad x resistencia):

Caída de presión = caudal x área efectiva

Pero en vez de manejar el concepto de resistencia a la circulación de fluido se maneja el de facilidad a que circule, es decir, el area del orificio equivalente S, o el Cv, o el Kv.

Volumen estándar: es necesario referir los datos de volumen de aire a una unidad estandarizada, el metro cubico estándar, que es 1,293 kg de aire comprimido a 0°C y 760 mmHg (101.325 Pa).

Gasto volumétrico (caudal): el gasto volumétrico Q es la cantidad de volumen que atraviesa una determinada superficie en la unidad de tiempo. Se suele medir en m3h/s o en l/min.

G = Q = (V) (A)

SELECCIÓN DE COMPRESORES

Un compresor convierte la energía mecánica que produce un motor eléctrico o de combustión interna, en energía potencial, cinética y en grado relativamente pequeño de energía calorífica del flujo. Los compresores de aire se dividen en dos categorías principales: alternativos y rotativos. En el esquema se muestran dos tipos principales de compresores incluidos en estas categorías:

Compresores Alternativos.

 Compresor de Embolo de una Etapa.

 Compresor de Embolo de dos Etapas.

 Compresor de Diafragma.

Compresores Rotativos.

 Compresor de Paletas. Deslizantes.

 Compresor de Tornillos.

Rendimiento Global del Proceso de Compresión.

 Rendimiento Volumétrico

El rendimiento volumétrico varía según el tamaño, tipo y fabricación de la máquina, números de etapas y presión final. El rendimiento volumétrico de un compresor de dos etapas, es inferior a el del compresor de una sola etapa, pues tanto los cilindros de la primera como de la segunda etapa, presentan volúmenes muertos.

 Rendimiento Térmico.

Aparte de las pérdidas descritas anteriormente, existen también efectos térmicos que bajan el rendimiento de la compresión del aire. Estas pérdidas reducen aun más el rendimiento global dependiente del coeficiente de compresión de la carga. Un compresor que trabaja a capacidad casi total, acumula una gran cantidad de calor y pierde rendimiento. En el compresor de dos etapas, el coeficiente de compresión por etapas es menor 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.

En el diagrama se comparan 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 más presión final en aumento, las pérdidas térmicas son cada vez más importantes y son preferibles compresores de dos etapas con rendimientos térmicos elevados.

El consumo específico de energía es una media del rendimiento global, y se puede utilizar para estimar el costo de producción del aire comprimido.

Se puede estimar como promedio, que se necesita 1kW de energía eléctrica para producir 120–150 L/min para una presión de trabajo de 2bar.

DISEÑO DE UNA RED DE AIRE COMPRIMIDO

En general una red de aire comprimido de cualquier industria cuenta con los siguientes 7 dispositivos mostrados en la figura.

1. Filtro del compresor: Este dispositivo es utilizado para eliminar las impurezas del aire antes de la compresión con el fin de proteger al compresor y evitar el ingreso de contaminantes al sistema.

2. Compresor: Es el encargado de convertir la energía mecánica, en energía neumática comprimiendo el aire. La conexión del compresor a la red debe ser flexible para evitar la transmisión de vibraciones debidas al funcionamiento del mismo.

3. Postenfriador: Es el encargado de eliminar gran parte del agua que se encuentra naturalmente dentro del aire en forma de humedad.

4. Tanque de almacenamiento: Almacena energía neumática y permite el asentamiento de partículas y humedad.

5. Filtros de línea: Se encargan de purificar el aire hasta una calidad adecuada para el promedio de aplicaciones conectadas a la red.

6. Secadores: Se utilizan para aplicaciones que requieren un aire supremamente seco.

7. Aplicaciones con sus purgas, unidades de mantenimiento (Filtro, reguladores de presión y lubricador) y secadores adicionales.

Los elementos 1, 2, 3, 4 y 5 se ubican en la tubería principal. Su presencia es obligatoria en todas las redes de aire comprimido. El 6 puede ubicarse en las tuberías secundarias y el 7 se instala en la tubería de servicio que alimenta las diferentes aplicaciones.

Es la línea

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