Embed Size (px)
Citation preview
1
SISTEMAS NEUMÁTICOS
2
Neumática
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 devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales.
3
Sistema neumático
4
Sistema de producción
1. Compresor. El aire aspirado a presión atmosférica se comprime y entrega a presión más elevada al sistema, transformándose la energía mecánica en neumática.
2. Motor eléctrico. Suministra la energía mecánica al compresor, transformando la energía eléctrica en mecánica.
3. Presostato. Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito (a la máxima desconecta el motor y a la mínima lo arranca).
4. Válvula antirretorno. Deja pasar el aire comprimido del compresor al depósito impidiendo su retorno cuando el compresor se para.
5. Deposito. Almacena el aire comprimido.6. Manómetro. Indica la presión del depósito.
5
Sistema de producción
7. Purga automática. Purga toda el agua que se condensa en el depósito automáticamente, sin supervisión alguna.
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 congelación y condensa la mayor parte de la humedad del aire, evitando tener agua en el resto del sistema.
10. Filtro de línea. Sirve para mantener la línea libre de polvo, agua y aceite (tiene caída de presión mínima).
6
Sistema de utilización
1. Purga de aire. LA toma de aire se realiza de la parte superior para evitar los condensados.
2. Purga automática. Cada tubo descendente debe tener una purga automática en su extremo inferior.
3. Unidad de acondicionamiento de aire. Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a una presión óptima añadiendo lubricante si fuera necesario (para alargar la vida de algunos componentes neumáticos).
4. Válvula direccional. Proporciona presión y pone a escape alternativamente las dos conexiones del actuador controlando su movimiento.
5. Actuador. Transforma la energía potencial del aire comprimido en trabajo.
6. Controladores de velocidad. Permiten una regulación fácil y continua de la velocidad de movimiento del actuador.
7
Aplicaciones
8
Aplicaciones
9
Aplicaciones
10
Aplicaciones
11
Aplicaciones
12
Aplicaciones
13
Ventajas de los sistemas neumáticos
Está disponible en todas partes y en cantidades ilimitadas.
Puede ser transportado fácilmente en tuberías, inclusive a grandes distancias.
Puede ser almacenado en un depósito y usado cuando se requiera, y el recipiente puede ser movible.
El aire comprimido es relativamente insensible a las fluctuaciones con la temperatura.
No posee propiedades explosivas. El aire es limpio.
14
Ventajas de los sistemas neumáticos
Los componentes de operación son de simple construcción.
Puede obtener altas velocidades de trabajo, además es fácilmente regulable.
El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpes de ariete.
15
Golpe de ariete
16
Desventajas de los sistemas neumáticos
El aire comprimido requiere buena preparación. No siempre es posible mantener, en el pistón,
una velocidad uniforme y constante con el aire comprimido.
Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera.
En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables.
Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas.
17
Aire comprimido
El aire comprimido que se emplea en la industria procede del exterior. Se comprime hasta alcanzar una presión de unos 6 bares de presión, con respecto a la atmosférica (presión relativa).
Presión absoluta = P. atmosférica + P. relativa
18
Aire comprimido
19
Presión
Representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada.
P = F/A La unidad ISO de presión es el Pascal
(Pa). 1 Pa = 1 N/m² (Newton por metro
cuadrado) 100,000 Pa = 100 kPa = 1 bar
20
Aire comprimido
Las relaciones matemáticas utilizadas parapresiones del aire inferior a los 12 bares, son las correspondientes a las de los gases perfectos.
La ley de los gases perfectos relaciona tres magnitudes:
Presión (P) Volumen (V) Temperatura(T), mediante la siguiente fórmula:
P * V =m * R * T
21
Aire comprimido
P * V =m * R * TDonde : P = presión (N/m2). V = volumen especifico (m3/kg) . m = masa (kg). R = constante del aire (R = 286,9
J/kg*ºk). T = temperatura (ºk)
22
Ley de Boyle – Mariotte Cambios a temperatura constante El volumen se achica en
la medida que aumenta la fuerza exterior y simultáneamente aumenta la presión.
P1•V1 = P2•V2 = P3•V3
23
Ley de Boyle - Mariotte
Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.
24
Ley de Gay-LussacCambios a presión constante A medida que se
incorpora calor al sistema, aumenta tanto el volumen como la temperatura, siempre y cuando la presión se mantenga constante.
V1/T1= V2/T2 = V3/T3
25
Ley de Gay-Lussac
Cuando se aumenta la temperatura del gas las moléculas se mueven con más rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se iguale con la exterior).
26
Ley de CharlesCambios a volumen constante Para los distintos
estados la presión crece con la temperatura. Dividiendo entre sí estos parámetros para cada uno de los estados resulta: P1/T1 = P2/T2 =
P3/T3
27
Ley de Charles
Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar.
28
Propiedad de los gases
La relación más importante que existe entre 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 el punto final.
29
Propiedad de los gases
La 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.
Caída de presión = Caudal * área efectiva
30
Propiedad de los gases
31EJEMPLOS
32
Ejemplo 1
Si se tiene una jeringuilla que contiene 0,02 m³ de aire comprimido a presión 1 atmósfera, ¿cuál será el volumen que ocupa dicho aire si sometemos dicha jeringuilla a una presión de 2 atmósferas?
P1⋅V1 = P2⋅V2V2 = P1⋅V1 /P2 = 1 atm⋅0,02m³/2atm =
0,01m³
33
Ejemplo 2
6.0 L de un gas están a 10 PSI de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 30 PSI?
P1⋅V1 = P2⋅V2(10 PSI) ( 6.0 L ) = (30 PSI) (V 2 ) = 2L.
34
Ejemplo 3
Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 130 kpas cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 102 kpas?
Se expresa la temperatura en kelvin: T 1 = (25 + 273) K= 298 K
Se sustituyen los datos en la ecuación: 130 Kpas/298 K = 102 Kpas/T2 = 233.8 K
Lo que es lo mismo -39.2 °C.
35
Ejemplo 4
Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25°C. ¿Cuál será su nuevo volumen si baja la temperatura a 10 °C?
Se expresa la temperatura en kelvin: T 1 = (25 + 273) K= 298 K T 2 = (10 + 273) K= 283 K
Sustituyendo los datos en la ecuación: 2.5l /298K = V2/283 K = ?
36UNIDAD COMPRESORA
37
Unidad compresora
Elemento que aspira el aire a presión atmosférica y lo comprime mecánicamente . Se clasifican en:
Volumétricos: el aire se introduce en una cámara y su volumen reduce aumentando la presión.
Dinámicos: el aire aspirado va aumentando la velocidad de trasiego según avanza a través de distintas cámaras, transformando su energía cinética en energía de presión.
38
Unidad compresora
Se dividen en:› Alternantes
De émbolo De diafragma Rotatorios
› Rotatorios De paleta De tornillo
39
Unidad compresora
En el funcionamiento del compresor aparecen dos magnitudes:› La presión que se comunicará al aire, es
decir informa el aumento de presión que provoca el compresor.
› El caudal que el compresor es capaz de proporcionar; es decir la cantidad de aire comprimido que proporciona el equipo en una unidad de tiempo.
40
Compresor de émbolo de una y dos etapas
Aspira el aire a presión atmosférica y lo comprime a la presión deseada en una sola compresión.
41
Compresor de émbolo de dos etapas
42
Compresor de diafragma
El diafragma moviéndose hacia abajo proporciona un aumento de volumen creando una presión más baja que la atmosférica. Cuando se mueve hacia arriba cierra la válvula de admisión y se comprime el aire saliendo por la válvula de escape. Suministra aire seco y totalmente libre de aceite.
43
Compresor rotativo de paletas deslizantes Tiene un rotor montado
excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales. Al girar el rotor e impulsadas por la fuerza centrífuga, las paletas entran en contacto con la pared del estator , reduciendo el espacio entre ambas.
44
Compresor de tornillo
Dos rotores helicoidales giran en sentidos contrarios. El volumen entre ellos disminuye, comprimiendo el aire atrapado entre dichos rotores.
45
Turbo compresor radial
Semejante a una turbina solo que los alabes en lugar de producir trabajo lo consumen. El aire proyectado contra la carcasa transforma su energía cinética en energía de presión. Tomado a la presión atmosférica, a medida que va superando las etapas, la presión acumulada aumenta con la consiguiente disminución de volumen.
46
Compresores de tornillo
47
Mantenimiento
Verificar el nivel de aceite en el cárter del compresor. Cambiarlo regularmente. Algunos compresores no necesitan lubricación.
Vaciar el agua acumulada en el calderín y en el filtro a través de sus purgadores.
Seguir las instrucciones del fabricante en lo referido al mantenimiento del motor eléctrico.
Controlar el buen funcionamiento de la válvula de seguridad y del presostato del calderín o tanque.
Verificar que el filtro de admisión de aire esté limpio.
48
Mantenimiento
Comprobar las correas de arrastre. Algunos compresores son de accionamiento directo.
Soplar el polvo acumulado en las aletas de refrigeración.
Instalar el compresor siempre sobre un suelo plano y fijarlo sobre tacos de goma para evitar vibraciones.
Dejar medio metro de distancia alrededor del motor eléctrico y del compresor para que el ventilador pueda refrigerar convenientemente la máquina.
Limpiar cuidadosamente las pistolas y equipos de aplicación después de su uso.
49
Selección y aplicación
Calidad del mantenimiento disponible. Concordancia de la sensibilidad del compresor
con las condiciones de trabajo. Disponibilidad de los medios para
enfriamiento, ya sea por medio de agua o aire. Costo inicial vs. ahorro a largo plazo. Duración requerida por el ciclo de trabajo. Calidad requerida del aire (lubricado o libre de
aceite). Anticipación a futuro crecimiento.
50
Selección y aplicación
Para presiones finales bajas, es mejor un compresor de una etapa, pues su rendimiento volumétrico es más elevado. Sin embargo, con presión final en aumento, las pérdidas térmicas con cada vez más importantes y son preferibles los compresores de dos etapas.
51
Motor eléctrico
Transforma la energía eléctrica en energía mecánica para mover la unidad de compresión.
52
Depósito o acumulador
Es un tanque especial que almacena el aire comprimido y soporta altas presiones. Entre mayor sea su volumen, mayores deberán ser los intervalos de funcionamiento de la unidad de compresión. El aire es entregado desde el depósito hacia el sistema neumático a una presión más elevada transformando así la energía mecánica de la unidad de compresión en energía neumática.
53
Depósito o acumulador
Almacenar aire comprimido para cuando la demanda momentánea exceda la capacidad del compresor.
Incrementar la refrigeración y captar posibles condensados residuales y pequeñas gotas de aceite.
Compensar las variaciones de presión que tengan lugar en la red de tuberías.
Evitar ciclos carga-descarga del compresor demasiado frecuentes.
54
Depósito o acumulador
55
Depósito o acumulador
Debe disponer de una puerta para inspección interior, un grifo de purga, un manómetro, válvula de seguridad, válvula de cierre e indicador de temperatura.
Debe estar alejado de toda fuente calorífica para evitar condensaciones.
56
Válvula anti - retorno
Deja pasar el aire comprimido de la unidad de compresión al depósito pero impide su retorno.
57
Manómetro
Indicador visual de la presión del aire dentro del depósito.
58
Deshidratación del aire post-enfriadores Posterior a la
compresión final, el aire está caliente y el agua se deposita en cantidades considerables.
59
Refrigeración por aire
Consiste en una serie de conductos por los cuales fluye el aire comprimido y sobre los que se hace pasar una corriente de aire frío por medio de un ventilador.
60
Refrigeración por agua
Consiste en una serie de conductos por los cuales fluye el aire comprimido por un lado y el agua por el otro, normalmente en sentidos contrarios.
61
Secadores de aire
Tras los post-enfriadores, el aire comprimido suele tener una temperatura superior a la del entorno, con lo que el aire comprimido todavía se enfría más condensándose más como vapor de agua. Así, se busca bajar el punto de rocío del aire, y con ello quitarle humedad.
62
Secado por absorción (secado por coalescente) El aire comprimido
es forzado a través de un agente secante que reacciona con la humedad, drenándose posteriormente.
63
Secado por absorción (desecante) En una cámara vertical
está contenido un producto químico, que por métodos físicos absorbe la humedad del aire comprimido. Cuando se satura, se regenera mediante secado por calentamiento.
64
Secado por refrigeración
Unidad mecánica que incorpora un circuito de refrigeración con dos intercambiadores de calor.
65
Distribución del aire
Para hacer llegar el aire comprimido a los puntos de consumo, se lanzan líneas de distribución y se colocan tomas de aire.
Se instalan válvulas de aislamiento par dividir las líneas de distribución en secciones y facilitar el mantenimiento y distribución.
66
Final en línea muerta
Se lanza una única tubería de trabajo (con una cierta pendiente de 1%) de la que se van tomando derivaciones.
67
Conducto principal en anillo
Se alimenta el sistema por varios puntos, lo que permite un consumo elevado y minimiza las caídas de presión
68
Esquema de una red de distribución de aire comprimido
69
Líneas secundarias
El conducto de aire comprimido actúa como una superficie refrigerante, y el agua y el aceite se acumulan a lo largo de toda su longitud, por ello las derivaciones de la línea se toman de la parte superior del conducto, para impedir que el agua del conducto principal entre en ellas.
70Sistemas de conexión
71
Sistema de conexión por inserción El tubo se introduce y
queda firmemente enganchado y herméticamente cerrado. Esta presionado por el anillo exterior cuando se atornilla la conexión, representando una resistencia extra al paso del aire.
72
Sistema de conexión por introducción Presenta gran
fuerza de retención y la utilización de una junta de perfil especial asegura la estanqueidad de presión y vacío. No hay resistencia adicional al flujo.
73
Sistema de conexión autoestanca Tiene un
mecanismo antirretorno incorporado de modo que el aire no se escapa tras retirar el tubo pudiéndose emplear tubos de cobre.
74
Materiales para la tubería
Tubería de gas estándar (SGP). Conducto de aire en tubo de acero o hierro maleable, poco sujeto a corrosión.
Tubería de acero inoxidable. Se usa cuando se requieren grandes diámetros en líneas de conductos largos y rectos.
Tubos de cobre. Se emplean cuando se requiere resistencia a la corrosión, al calor, y una rigidez elevada.
75
Materiales para la tubería
Tubería de goma (manguera de aire). La manguera de goma o de plástico reforzado es la más adecuada para herramientas neumáticas, pues ofrece flexibilidad para la libertad de movimientos.
Tubo de PVC o de Nylon. Se usan en la interconexión de elementos neumáticos, dentro de sus límites de temperatura y presión admisible de trabajo. Si se requiere mayor flexibilidad se emplean tubos de nylon de grado más suave o poliuretano.
76
Materiales para la tubería
77
Red de distribución
78
Red de distribución
Debe cumplir con las siguientes condiciones:› Asegurar bajas pérdidas de presión.› Limitación de fugas.› Resistentes a la corrosión.› Permitir posibles ampliaciones.› Precio accesible.
79Tratamiento del aire
80
Filtraje
El aire atmosférico lleva polvo y humedad, además de aceite y desgaste del sellado. Para eliminar estos contaminantes es necesario limpiar el aire, para ello se emplean filtros:› Estándar› Micrónico› Submicrónico
81
Filtro estándar
Consta de un separador de agua y un filtro combinado. Si el aire no ha sido deshidratado anteriormente, se recogerá una cantidad considerable de agua y el filtro recogerá impurezas sólidas como partículas de polvo y de óxido. La separación del agua, aceite y partículas más pesadas se produce por la rotación rápida del aire provocada por el deflector de entrada, impactando contra el vaso del filtro depositándose al fondo, pudiendo ser drenadas por purga manual o automática.
82
Filtro micrónico
Se emplea cuando la contaminación por vapor de aceite es desaconsejable. El aire fluye desde la entrada al centro del cartucho filtrante y luego a la salida.El polvo queda atrapado en los elementos microfiltrantes y el vapor de aceite y la neblina de agua se convierten en líquido precipitándose al fondo del vaso por una acción coalescente dentro del material filtrante.
83
Filtro submicrónico
Elimina virtualmente todo el aceite, agua y partículas más finas hasta 0,01 micras, para proporcionar la máxima protección a dispositivos neumáticos de medición, pintura pulverizada, electrostática, limpieza y secado de accesorios electrónicos.
Se basa en que el elemento filtrante tiene capas adicionales con una mayor eficacia filtrante.
84
Selección del filtro
El tamaño del filtro para una aplicación depende de los factores:
El caudal máximo de aire comprimido empleado.
La caída de presión máxima aceptable.
הרבה אותך אוהב אני מרים
85
Regulador
Se trata de una válvula general manual que permite regular fácilmente la presión de salida del depósito hacia el sistema neumático. Muchas veces cuenta con un manómetro propio que indica la presión de flujo.
86
Regulación de presión
Es necesaria porque a presiones demasiado elevadas, se produce un desgaste rápido con un incremento mínimo o nulo de la efectividad.
A presiones demasiado bajas, resulta antieconómico puesto que tiene como consecuencia un rendimiento escaso.
87
Regulador estándar La presión de salida se predispone regulando
el tornillo del resorte para mantener abierta la válvula principal, permitiendo que fluya desde la entrada de presión P1 a la salida de presión P2, y mediante un diafragma equilibrar la presión de salida contra la fuerza regulable del resorte. Cuando el circuito conectado a la salida se encuentra a la presión preestablecida, actúa sobre el diafragma creando una fuerza elevadora contra la carga del resorte.
Si desciende el nivel de consumo, P2 aumenta ligeramente, aumenta la fuerza sobre el diafragma, que se eleva, el caudal de aire se reduce, hasta equilibrara el consumo y mantener la presión de salida.
Si aumenta el nivel de consumo, P2 disminuye ligeramente, disminuye la fuerza sobre el diafragma, que desciende, el caudal de aire aumenta hasta equilibrarse el consumo.
88
Regulador piloto internamente Ofrece una mayor
precisión de la regulación; la cual se consigue sustituyendo el resorte de regulación del regulador estándar por una presión piloto a partir de un pequeño regulador de pilotaje situado en la unidad.
89
Filtro - regulador
El filtraje del aire y la regulación de la presión se combinan en un solo elemento, que proporciona una unidad compacta que ahorra espacio.
90
Unidad de acondicionamiento de aire
Consta de un separador de agua y un filtro de impurezas. El filtro sirve para mantener la línea libre de impurezas como polvo u óxido. El separador de agua hace girar rápidamente el aire para que las partículas de agua que se hayan condensado en las tuberías se depositen en el fondo del vaso.
91
Lubricación del aire comprimido
Actualmente la lubricación no es necesario para los componentes neumáticos modernos, prelubricados para toda la vida que ofrecen las siguientes ventajas:› Ahorro en el coste del equipo de
lubricación.› Sistemas más limpios.› Atmósfera libre de aceite
92
Lubricadores proporcionales
Se crea una caída de presión entre la entrada y la salida, proporcional al caudal, haciendo subir el aceite del vaso al visualizador de goteo.
93
Lubricadores por inyección
Con una señal de presión se acciona el pistón de una pequeña bomba de vástago que inyecta pequeñas cantidades de aceite.
94
Lubricadores de micro niebla
El aceite dosificado, en lugar de entrar directamente en el torrente de aire, lo hace hacia una tobera y en dirección del depósito de aceite, quedándose retenidas las gotas más gruesas y asegurando una pulverización extra fina.
95
Sistema de lubricación centralizada Se basan en hacer
burbujear el aire en el lecho del aceite, después de provocar una diferencia de presión para garantizar el burbujeo.
96
Unidad Filtro-Regulador-Lubricador FRL
