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NEUMTICA Y OLEOHIDRULICACaptulo 1: INTRODUCCIN. EVALUACIN Y RENTABILIDAD EN LA PRODUCCIN DE AIRE COMPRIMIDO1,1 Introduccin y evaluacin del aire comprimido y su rentabilidad1,2 Generacin y rentabilidad en la produccin de aire comprimido1,3 Tipos de compresores ms utilizados en la industria.1,4 Capacidad de volumen y presin en los compresores

Captulo 2: GENERACIN DEL AIRE COMRIMIDO ALMACENAMIENTO, TRANSPORTE Y DISTRIBUCIN2,1 Capacidad de tanques de almacenamiento del aire comprimido2,2 Generacin del condensado en el aire comprimido2,3 Caractersticas bsicas de los tanques de aire comprimido2,4 Dimensionamiento de tuberas y condiciones mnimas para el suministro de aire comprimido.2.5 Equipos y accesorios para eliminacin de humedad del aire comprimido

Captulo 3: ELEMENTOS NEUMTICOS Y SIMBOLOGA3,1 Cilindros de simple y doble efecto.3,2 Vlvulas direccionales.3,3 Vlvulas especiales3,4 Temporizadores neumticos.

Captulo 4: CONFIGURACIN Y ARQUITECTURA DE DIAGRAMAS NEUMTICOS4,1 Configuracin de los circuitos de control Neumtico4,2 Simbologa a y nomenclatura de circuitos neumticos4,3 Diagramas caminos-pasos

Captulo 5: EJERCICIOS DE APLICACIN5,1 Ejercicios utilizando secuencias operacionales.5,2 Utilizacin de elementos neumticos para efectos especiales.5,3 Acondicionamiento utilizando mandos memorizados

NEUMTICA Y OLEOHIDRULICACaptulo 6: ESTUDIO DE ELEMENTOS DE SISTEMAS OLEOHIDRULICOS6,1 Tipo de cilindros hidrulicos6,2 Vlvulas hidrulicas direccionales6,3 Vlvulas especiales6,4 Motores y acumuladores oleohidrulicosCaptulo 7: ESTRUCTURACIN Y CONDICIONES DE MANEJO EN SISTEMAS OLEOHIDRULICOS7,1 Condicionamiento mnimo necesario para la conformacin de una central oleohidrulica7,2 Pruebas de rigurosidad para determinar los parmetros de capacidad y seguridad del sistema7,3 Estructura de los sistemas oleohidrulicos para que sean eficientes7,4 Diagramas tpicos de aplicacin.Captulo 8: CONSTITUCIN Y MANEJO DE SISTEMAS OLEOHIDRULICOS PARA TRABAJOS ESPECIALES8,1 Sistema diferencial de movimiento rpido para el avance de cilindros8,2 Avance del mbolo exento de sacudidas.8,3 Sincronizacin de movimientos por medio de dos cilindros de doble efecto8,4 Reduccin de presin para trabajos especialesCaptulo 9: APLICACIONES DE SISTEMAS OLEOHIDRULICOS EN MQUINAS , HERRAMIENTAS9,1 Diagramas tpicos de aplicacin de mquinas herramientas y mquinas industriales9,2 Circuitos oleohidrulicos de rectificadores, lapeadoras y mandriladoras de presin9,3 Circuitos oleohidrulicos de fresadoras9,4 Circuitos oleohidrulicos para prensas9.5 Evacuacin del aire en sistemas oleohidrulicos9,6 Ubicacin de averas en los circuitos oleohidrulicos y su solucin

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INTRODUCCIN A LA NEUMTICA

QU ES LA ENERGA NEUMTICA?

La neumtica es la tecnologa queemplea el aire comprimido comomodo de transmisin de la energanecesaria para mover y accionarmecanismos.Mediante un fluido (Aire-Neumtica,Aceite y Agua Hidrulica ) se puedeconseguir mover un motor(movimiento giratorio) o accionar uncilindro para que tenga unmovimiento de salida longitudinal.Ejemplos: Mecanismos de aperturade cierre de puertas de buses,levantamiento de pesos, Mecanismosen maquinaria de produccin enserie.

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VENTAJAS DEL AIRE COMPRIMIDO Abundante Disponible en condiciones ilimitadas. Transporte Es fcilmente transportable. Almacenable Puede ser almacenado fcilmente. Temperatura Insensible a variaciones de T. Antideflagrante No existe riesgo de incendio o explosin. Limpio No es propenso a ensuciamiento. Velocidad Permite obtener velocidades elevadas.

DESVENTAJAS DEL AIRE COMPRIMIDO

Preparacin Se debe eliminar impurezas y humedad. Compresible Por lo tanto no se tiene velocidades constantes Escape Puede producir ruidos considerables. Costo Es una fuente de energa relativamente cara.

Se compensa con elementos econmicos. Fuerza Es econmico slo hasta cierta fuerza.

La presin de servicio es hasta 700 kPa.El lmite es de 20000 a 30000 N.

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ESQUEMA GENERAL (EJEMPLO) DE NEUMTICA

1. Compresor2. Motor elctrico3. Swith de presin.4. Vlvula check5. Tanque6. Indicador de presin7. Auto purga.8. Vlvula de seguridad9. Secador de aire.10. Filtro lineal

1. Toma de carga2. Purga de condensado3. Unidad de servicio de aire.4. Vlvula direccional5. Actuador6. Controles de velocidad.

RENTABILIDAD DE EQUIPOS NEUMTICOS

Costos fijos Costos de la instalacin. Costo variables por ao (Energa elctrica, aceite, insumos,

mantenimiento, cuidados, reparaciones). Tiempo de operacin.

Podra pensarse que el uso de aparatos neumticos est relacionado concostos elevados, pues no es tan cierto ya que en el clculo de la rentabilidades necesario tener en cuenta no slo el costo de la energa sino tambin loscostos que se producen en total.En conclusin el costo energtico llega a ser despreciable junto a los salarios,costos de adquisicin y costos de mantenimiento.Los costos que se deben considerar son:

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EJEMPLO DE PRECIO DE AIRE COMPRIMIDOCOSTOS DE INSTALACIN POR AO

Amortizacin / Intereses $10.000, 00 usdGastos bancarios $4.000,00 usdTOTAL FIJOS POR AO $14.000,00 usd

CLCULO DE COSTOS VARIABLES POR UN AODETALLE REGIMEN 1: 2231 HORAS DETRABAJO (12 HORAS AL DA) REGIMEN 2: 4500 HORAS DETRABAJO (24 HORAS AL DA)

Costo Corriente (t neto de compresin) $5.360,00 usd (2231 h) $10.720,00 usd (4500 h)Costo Corriente (t de marcha en vaco) $4.436,00 usd (772 h) $8897,60 usd (1500 H)Consumo de aceite $108,00 usd (170 l) $216,00 usd (340 l)Agua de refrigerante $68,00 usd (303 m^3) $136,00 usd (606 m^3)Mantenimiento, cuidados $2.700,00 usd $2.700,00 usdReparaciones $400,00 usd $800,00 usdTOTAL COSTOS VARIABLES $13.072,00 usd $23.469,60 usd

EJEMPLO DE RENTABILIDAD DE AIRECOMPRIMIDO (CONTINUACIN)

RESUMEN DE COSTOS DE AIRE COMPRIMIDODETALLE REGIMEN 1: 2231 HORAS DETRABAJO (12 HORAS AL DA) REGIMEN 2: 4500 HORAS DETRABAJO (24 HORAS AL DA)

Gastos fijos al ao $14.000,00 usd $14.000,00 usdGastos variables al ao (viene tabla ant) $13.072,00 usd $23.469,60 usdTOTAL COSTOS al AO $27.072,00 usd $37.469,60 usdHoras de trabajo real de compresin 2231 horas 4500 horasVolumen comprimido cada hora 1040 m^3 1040 m^3Volumen comprimido por ao 2320.000,00 m^3 4680.000,00 m^3PRECIO POR METRO CBICO $0,0117 usd/m^3 $0,008 usd/m^3

EJEMPLO DE TRABAJO CON 1 m^3 DE AIRE: EN UNA MQUINA NEUMTICACON UN CILINDRO DE 35 mm DE DIMETRO SE ELEVA PAQUETES DE 200 N YOTRO CILINDRO DEL MISMO DIMETRO LO EMPUJA A UNA CINTA DETRANSPORTE, CON 1 m^3 DE AIRE SE PUEDE LEVANTAR 125 PAQUETES YTRANSLADARLOS A LA CINTA DE TRANSPORTE

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EJEMPLOS PRACTICOS DE NEUMTICA

EJEMPLOS PRACTICOS DE NEUMTICA

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CARACTERSTICAS DEL AIRE El aire tiene una composicin de: 78% de Nitrgeno, 21%

de Oxgeno y otros gases como CO2 y H2. Se debe considerar que el aire tiene cierto contenido de

vapor de agua por lo que se debe entender estudiar lasicrometra. ESTO ES MUY IMPORTANTE YA QUE PARA ELUSO EN EQUIPOS NEUMTICOS ES NECESARIO ELIMINARLA HUMEDAD DEL AIRE.

El aire sigue una serie de leyes y tiene determinadaspropiedades.

CONCEPTOS SOBRE PROPIEDADES DEL AIRE PRESIN.- Se define como la fuerza normal que ejerce un fluido por unidad de

rea. Se habla de fluidos en cambio cuando se habla de slidos se trata delesfuerzo normal. En el SI es Pa=N/m*m

PRESIN ABSOLUTA; PRESIN MANOMTRICA Y PRESIN DE VACO

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CONCEPTOS SOBRE PROPIEDADES DEL AIREUNIDADES DE PRESIN

CONCEPTOS SOBRE PROPIEDADES DEL AIREMANMETROS

El principio de funcionamiento de un manmetro se dapor:

P2=

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CONCEPTOS SOBRE PROPIEDADES DEL AIREUNIDADES DE PRESIN; EJERCICIOS DE

APLICACIN

En un tanque de almacenamiento de aire comprimido, lapresin es 1500 kPa. Exprese esa presin utilizando lascombinaciones de unidades: kN y m ; kg, m y s ; kg, km y s

Cul es la presin manomtrica y baromtrica de uncompresin de aire a 150 psia? Respuesta en kPa y psig.

Un manmetro se usa para medir la presin en unrecipiente. El fluido que se emplea tiene una densidadrelativa de 0,85 y la altura del manmetro es de 105 cm. Sila presin atmosfrica local es de 96 kPa, determine lapresin absoluta del recipiente en kPa, psia y atm.

LEYES DE LOS GASESEcuacin general de estado de Gas Ideal

En procesos en los cuales pasa la misma cantidad de gas de un estado 1 alestado 2, se tiene:

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LEYES DE LOS GASESLey de Boyle-MariotteTambin llamado proceso isotrmico. Afirma que, a temperatura y cantidadde gas constante, la presin de un gas es inversamente proporcional a suvolumen:

EJERCICIOS LEYES DE LOS GASES Un gas ocupa un volumen de 100 litros a 200C y 1 atm, A qu presin

en psia debemos someterlo para que ocupe 2 litros? A) Si la temperatura no vara B) Si la temperatura vara en 5C.

Una cantidad de gas est contenida en un recipiente a -10C y 750mmHg de presin. Si el gas se calienta a 35C. Cul ser la nuevapresin en kPa y psia si no vara el volumen?

1000 litros de aire a presin atmosfrica y T=20C se comprimen y sealmacenas en un tanque de 10 litros, cual ser la presin en psia,mmHg y kPa del tanque si la temperatura aument en 40C?

Si el aire que se obtuvo como resultado en el ejercicio anterior pasa porun enfriador y disminuye su temperatura en 35C y despus se almacenaen un recipiente de 10 litros, cul ser la presin del tanque?

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SICROMETRA

Humedad especfica: = Presin total: = + Humedad especfica f (P; Pv) :W = ,

Ej. Aire a 25C y 100 kpa; Psat agua= 3.1698 kPa Si Pv=0; seco Si Pv

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SICROMETRAEJERCICIO DE APLIACIN: En un espacio de 100 metros cbicosse tiene aire a 25C y 100kPa, a una humedad relativa de 75%.Determine: Presin parcial de aire seco, la humedad especfica,la entalpa por unidad de masas de aire seco, las masas devapor de agua y del aire seco en el cuarto. (A 25CPsat=3.1698 kPa y hg=2546.5 kJ/kg).EJERCICIO DE APLICACIN: En un compresor ingresa 75 metroscbicos de aire a Patm de quito y 15C con humedad relativadel 80%. Si sale a una presin de 500 kPa y 40C, determinar:1.- Volumen del tanque en el que se va a almacenar.2.- Es posible saber si se condens agua?

ESQUEMA GENERAL (EJEMPLO) DE NEUMTICA

1. Compresor2. Motor elctrico3. Swith de presin.4. Vlvula check5. Tanque6. Indicador de presin7. Auto purga.8. Vlvula de seguridad9. Secador de aire.10. Filtro lineal

1. Toma de carga2. Purga de condensado3. Unidad de servicio de aire.4. Vlvula direccional5. Actuador6. Controles de velocidad.

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GENERACIN DE AIRE COMPRIMIDO

PRODUCCIN DE AIRE COMPRIMIDO Generacin de aire comprimido (Compresores). Acumulacin de aire comprimido.

DISTRIBUCIN DE AIRE COMPRIMIDO

Dimensionamiento de tuberas. Purgas de condensado. Tendido de redes.

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PREPARACIN DEL AIRE COMPRIMIDO

Secadores de aire Secadores por absorcinSecadores por adsorcin.Secadores por enfriamiento.Purgas de agua

Unidades de mantenimiento. (FRL Filtro ReguladorLubricador)

COMPRESORES DE AIREMquina de fluido que est construida paraaumentar la presin y desplazar cierto tipo defluidos llamados compresibles.Esto se realiza a travs de un intercambio deenerga entre la mquina y el fluido,convirtindose en energa de flujo, aumentandosu presin y energa cintica impulsndola a fluir.

Existen varios tipos de compresoresdisponibles de los cuales se escoge tomandoen cuenta los siguientes aspectos: Cantidad de aire requerido. Presin de trabajo.

De acuerdo a esto se selecciona sidebe ser de una o varias etapas.

Cantidad de humedad que se debeeliminar.

Cmo se va a secar el aire?

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TIPOS DECOMPRESORES

COMPARACINPARMETROS DE

TRABAJODIFERENTES

COMPRESORES

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COMPRESORES ALTERNATIVOS DE PISTN Un pistn comprime el aire

aspirado a travs de unavlvula de entrada. El airese transmite a travs deuna vlvula de salida.

Son muy comunes yofrecen una amplia gamade presiones y velocidadesde suministro. Parapresiones ms altas se dacompresin de mltiplesetapas con refrigeracinintermedia.

Las presiones ptimas paraestos compresores son:

COMPRESORES ALTERNATIVOS DE PISTN

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COMPRESORES de DIAFRAGMA. El compresor de diafragma pertenece al grupo de compresor de

pistn pero la cmara de compresin se separa del pistn por undiafragma. La ventaja de esto es que no hay aceite que entre encontacto con el flujo de aire desde el compresor por lo que seaplica en industria alimenticia y farmacetica.

COMPRESOR DE PISTN ROTATORIO El grupo rotativo de compresores utilizar elementos de rotacin

para comprimir y aumentar la presin del aire.

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COMPRESOR DE TORNILLO DE DOBLE EJE

Tienen dos ejes de giroen forma de tornillocompresor endirecciones opuestas.

El perfil de los labesde los dos ejes haceque el aire fluya y secomprimaparalelamente.

COMPRESOR DE ROOTS Tienen dos ejes de giro en forma de tornillo compresor en

direcciones opuestas. El perfil de los labes de los dos ejes hace que el aire fluya y se

comprima paralelamente.

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TURBOCOMPRESORES Estos son particularmente adecuado para grandes cantidades de

entrega de aire. Se fabrican axiales y radiales. La energa cinticase convierte en presin. En el caso de un compresor axial, el airees acelerado en la direccin axial del flujo por medio de los labes.

COMPRESIN EN MLTIPLES ETAPAS Se tiene interenfriamiento entre las diferentes etapas. Se puede alcanzar altas presiones con una cantidad menor de

trabaja al utilizar mltiples etapas de compresin. Existe un ahorro de trabajo que se observa en el diagrama P-V.

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ANLISIS ENERGTICO DEL COMPRESOR

Parmetros de seleccin deCOMPRESORES

Rendimiento totalDe importancia primordial si se requieren grandes caudales. Capacidad y presinDetermina normalmente el tipo idneo. ControlConfirmar la adaptacin a las condiciones de carga. UtilizacinDebe tenerse en cuenta con el rendimiento. El uso intermitentesin carga anula la importancia del rendimiento como parmetrode seleccin.

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RefrigeracinEl rendimiento depende de la refrigeracin; si se proyectabien este sistema se necesita menos agua y se reduce elcosto. La refrigeracin por aire rinde algo menos y es deaplicacin ms limitada. VelocidadDetermina la aptitud para accionamiento directo o lanecesidad de variador. EspacioLa eleccin de un compresor puede ser influida por elespacio en planta disponible, el peso total, la posibilidadde montaje fijo o sobre remolque.

Parmetros de seleccin deCOMPRESORES

VibracinLos elevados niveles de vibracin pueden causar dificultades olimitar las velocidades de los motores. Tipo de vlvulaUna vlvula correctamente proyectada asegura unfuncionamiento con pocas prdidas y fiable (sobre todo en loscompresores alternativos). LubricacinLa lubricacin a presin se emplea, generalmente, en losmodernos compresores alternativos. Algunos tipos puedenfuncionar sin lubricacin.

Parmetros de seleccin deCOMPRESORES

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RuidoAlgunos son inevitablemente ruidosos y difciles de silenciar sinuna prdida de rendimiento. Costo del motorPuede influir en el costo inicial y en el de funcionamiento. Costo de la cimentacinImportante segn los tipos. AdaptacinCapacidad de adaptarse a las instalaciones

Parmetros de seleccin deCOMPRESORES

REFRIGERACIN EN COMPRESORES Y AFTERCOOLERS Es importante considerar el enfriamiento del aire en los compresores

con el fin de disminuir el trabajo de compresin. En varias aplicaciones es necesario enfriar el aire despus del proceso de

compresin antes de usarlo. Por esto se utiliza aftercoolers.

Principio de enfriamiento despus del proceso de compresin

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REFRIGERACIN EN COMPRESORES Y AFTERCOOLERS Es importante considerar el enfriamiento del aire en los compresores

con el fin de disminuir el trabajo de compresin. En varias aplicaciones es necesario enfriar el aire despus del proceso de

compresin antes de usarlo. Por esto se utiliza aftercoolers.

Principio de enfriamiento despus del proceso de compresin

ACUMULADORES DE AIRE COMPRIMIDO

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CAPACIDAD DELACUMULADOR DE AIRE

COMPRIMIDO El tamao de un acumulador

depende de: Caudal de suministro del

compresor. Caudal de consumo de aire. Red de tuberas (volumen de

acumulacin extra). Tipo de regulacin. Diferencia de presin

admisible en el interior de lared.

Ejemplo de determinacin de lacapacidad: Caudal: 20 m^3/min Frecuenta de conmutacin

por hora (z): z=20 Diferencia de presin en el

tanque 100 kPaUTILIZANDO EL DIAGRAMA: Elvolumen del tanque debe ser de15 m^3

DIMENSIONAMIENTO ACUMULADORES DE AIRECOMPRIMIDO

El dimensionamiento de los tanques de aire comprimido se realiza enbase a las siguientes opciones:

Norma ASME Calderas y recipientes a presin Seccin VIII Norma europea EN-13445-3 Dimensionamiento de tanques

sometidos a presin y no a fuego.PARMETROS DE DISEO DE TANQUES Presin interior y/o exterior. Presin hidrosttica mxima del fluido

contenido. Peso del recipiente. Peso mximo del producto contenido. Cargas debido al viento, sismo y nieve Otras cargas soportadas por ejemplo:

excentricidades, golpe de ariete, etc. Espacio fsico y construccin civil

disponible.

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PRUEBA HIDROSTTICA DE TANQUES Despus de la fabricacin de un acumulador o tanque de aire

comprimido es indispensable realizar pruebas hidrostticas con el fin deasegurar su adecuado funcionamiento a la presin de trabajo.

EXPERIENCIA Es necesario someter el tanque a una

presin 4 veces mayor que la presinde trabajo.

DE ACUERO A ASME SECCIN VIII = 1.3 Ph: Presin de Prueba hidrosttica. PD: Mxima Presin admisible de trabajo. St: Esfuerzo Admisible a tensin a temperatura de

prueba. Sd: Esfuerzo Admisible a tensin a temperatura de

diseo