libro neumatica i v2.pdf
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Autor: Rafael Sancho Cayuso
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Vivimos en el fondo de un mar de aire. Evangelista Torricelli (1608-1647)
He redactado esta carta ms extensa de lo usual porque carezco de tiempo para escribirla ms breve.
Blaise Pascal (1623-1661)
Lo ltimo que uno sabe es por dnde empezar. Blaise Pascal (1623-1661)
Este trabajo ha sido confeccionado , tomando como base textos del material
didctico de las empresas:
,
,
siendo en parte transcripcin directa.
Cabezn de la Sal, Septiembre de 1.999
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Indice I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso I
1. INTRODUCCIN..........................................................................................................1-1 1.1 Formas de energa para elementos de trabajo y de mando.......................................1-2
1.2 Propiedades del aire comprimido...............................................................................1-4
1.3 Rentabilidad de los equipos neumticos....................................................................1-6
1.4 Fundamentos fsicos...................................................................................................1-7
1.4.1. El aire es compresible................................................................................1-9
1.4.2 El volumen del aire vara en funcin de la temperatura...........................1-10
1.4.3 Ecuacin de estado de los gases.............................................................1-12
2. PRODUCCIN DEL AIRE COMPRIMIDO ..................................................................2-1 2.1 Generadores...............................................................................................................2-1
2.2 Tipos de compresores ................................................................................................2-1
2.2.1 Compresores de mbolo..............................................................................2-2
2.2.2 Turbocompresores ......................................................................................2-6
2.3 Eleccin del compresor .............................................................................................2-7
2.3.1 Caudal..........................................................................................................2-7
2.3.2 Presin.........................................................................................................2-8
2.3.3 Accionamiento............................................................................................2-10
2.3.4 Regulacin ..............................................................................................2-10
2.3.5 Refrigeracin...........................................................................................2-13
2.3.6 Lugar de emplazamiento............................................................................2-14 3. DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO .................................................................3-1 3.1 Dimensionado de las tuberas ....................................................................................3-2
3.2 Tendido de la red........................................................................................................3-5
3.3 Material de tuberas ....................................................................................................3-7
3.3.1 Tuberas principales.....................................................................................3-7
3.3.2 Derivaciones hacia los receptores ...............................................................3-8
3.4 Uniones.......................................................................................................................3-8
3.4.1 Racores para tubos Aplicables sobre todo para tubos de acero y de cobre3-8
3.4.2 Acoplamientos............................................................................................3-10
3.4.3 Racores para tubos flexibles......................................................................3-10
3. 5 Preparacin del aire comprimido ..........................................................................3-12
3.5.1 Impurezas ..................................................................................................3-12
3.5.2 Filtro de aire comprimido con regulador de presin ..................................3-19
3.5.4 Filtro finsimo de aire comprimido ..............................................................3-21
3.5.5 Reguladores de presin.............................................................................3-23
3.5.6 Lubricador de aire comprimido...................................................................3-25
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Indice I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso II
3.6 Unidad de mantenimiento ...................................................................................... 3-27
3.6.1 Conservacin de las unidades de mantenimiento..................................... 3-29
3.6.2 Caudal en las unidades de mantenimiento ............................................... 3-30
4. ACTUADORES............................................................................................................ 4-1 4.1 Actuadores lineales (cilindros neumticos) ................................................................ 4-1
4.1.1 Cilindros de simple efecto ........................................................................... 4-1
4.1.2 Cilindros de doble efecto............................................................................. 4-4
4.1.3 Cilindros de doble efecto de ejecucin especial.......................................... 4-6
4.1.3.1 Cilindros de doble vstago ........................................................... 4-6
4.1.3.2 Cilindro tndem............................................................................. 4-7
4.1.3.3 Cilindro multiposicional ................................................................. 4-8
4.1.3.4 Cilindro de impacto....................................................................... 4-8
4.1.3.5 Actuador lineal sin vstago........................................................... 4-8
4.1.3.6 Cilindro de giro.............................................................................. 4-9
4.1.3.7 Cilindro de mbolo giratorio........................................................ 4-10
4.1.3.8 Pinzas......................................................................................... 4-11
4.2 Fijaciones ................................................................................................................. 4-11
4.3 Constitucin de los cilindros..................................................................................... 4-12
4.4 Variables a tener en cuenta en la seleccin de los actuadores ............................... 4-14
4.4.1 Fuerza del mbolo..................................................................................... 4-14
4.4.2 Longitud de carrera ................................................................................... 4-17
4.4.3 Velocidad del mbolo ................................................................................ 4-17
4.4.4 Consumo de aire ....................................................................................... 4-18
4.5 Elementos neumticos con movimiento giratorio..................................................... 4-23
4.5.1 Motores de mbolo.................................................................................... 4-24
4.5.2 Motores de paletas.................................................................................... 4-25
4.5.3 Motor de engranajes ................................................................................. 4-26
4.5.4 Turbomotores ............................................................................................ 4-27
4.6 Parametros bsicos ................................................................................................. 4-27
5. VLVULAS .................................................................................................................. 5-1 5.1 Generalidades............................................................................................................ 5-1
5.2 Vlvulas distribuidoras ............................................................................................... 5-1
5.2.1 Representacin esquemtica de las vlvulas ............................................. 5-1
5.2.2 Accionamiento de vlvulas.......................................................................... 5-3
5.2.3 Caractersticas constructivas de las vlvulas distribuidoras........................ 5-4
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Indice I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso III
5.2.4 Vlvulas de asiento......................................................................................5-5
5.2.4.1 Vlvulas de asiento esfrico..........................................................5-5
5.2.4.2 Vlvulas de asiento plano .............................................................5-6
5.2.5 Vlvulas de corredera ................................................................................5-11
5.2.6 Caudal circulante por las vlvulas..............................................................5-14
5.3 Vlvulas de bloqueo .................................................................................................5-18
5.3.1 Vlvula antirretorno....................................................................................5-18
5.3.2 Vlvula selector de circuito (Vlvula o; funcin lgica or) .....................5-18
5.3.3 Vlvula de simultaneidad (Vlvula Y; funcin lgica and).....................5-20
5.3.4 Vlvulas antirretorno y de estrangulacin..................................................5-21
5.3.5 Vlvula de escape rpido...........................................................................5-25
5.4 Reguladores de presin............................................................................................5-26
5.4.1 Vlvulas de regulacin de presin .............................................................5-26
5.4.2 Vlvula limitadora de presin.....................................................................5-27
5.4.3 Vlvula de secuencia .................................................................................5-28
5.5 Vlvulas de caudal y de cierre..................................................................................5-29
5.6 Vlvulas combinadas................................................................................................5-29
5.6.1 Temporizador .............................................................................................5-30
5.6.2 Tobera de aspiracin por depresin ..........................................................5-32
5.6.3 Convertidor de seal neumtico - elctrico................................................5-33
5.7 Sensores de proximidad neumticos........................................................................5-34
5.7.1 Amplificador de presin..............................................................................5-35
5.7.2 Sensores de obturacin de fuga (toberas de contrapresin) .....................5-36
5.8 Sensores de reflexin ...............................................................................................5-36
5.9 Barreras de aire ........................................................................................................5-38
6. CIRCUITOS NEUMTICOS.........................................................................................6-1 6.1 Simbologa..................................................................................................................6-1
6.1.1 Smb.de energa y componentes de alimentacin. equipo de red y mantenimiento...6-1
6.1.2 Mtodos de representacin ............................................................................6-2
6.1.3 Esquema funcional .........................................................................................6-2
6.1.4 Diagrama espacio - fase.................................................................................6-8
6.1.5 Diagrama espacio - tiempo.............................................................................6-9
6.1.6 Secuencia de actividades.............................................................................6-10
6.2 Confeccin de un circuito .........................................................................................6-10
6.2.1 Esquema del proceso...................................................................................6-11
6.2.2 Esquema del circuito funcional.....................................................................6-12
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Indice I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso IV
6.2.3 Diagrama espacio fase ............................................................................. 6-20
7. EJEMPLOS RESUELTOS........................................................................................... 7-1 7.1 Manipulacin de paquetes ......................................................................................... 7-1
7.1.1 Diagrama espacio-fase ............................................................................... 7-2
7.1.2 Esquema neumtico.................................................................................... 7-2
7.1.3 Secuencia de actividades............................................................................ 7-2
7.2 Compactador de basura domstica ........................................................................... 7-3
7.2.1 Diagrama espacio fase............................................................................. 7-5
7.2.2 Esquema neumtico.................................................................................... 7-5
7.2.3 Secuencia de actividades............................................................................ 7-6
7.3 Esquemas con interferencias..................................................................................... 7-7
7.4 Fresadora................................................................................................................... 7-9
7.5 Mtodo en cascada para la resolucin de interferencias......................................... 7-13
7.6 Marcado de piezas................................................................................................... 7-18
8. ELECTRONEUMTICA. ............................................................................................. 8-1 8.1 Introduccin................................................................................................................ 8-1
8.2 Entradas de seal ...................................................................................................... 8-3
8.3 Finales de carrera ...................................................................................................... 8-6
8.3.1 Finales de carrera mecnicos ..................................................................... 8-7
8.3.2 Finales de carrera sin contacto. .................................................................. 8-7
8.3.2.1 Contacto magnetosensible (tipo reed) ..................................................... 8-7
8.3.2.2 Sensores inductivos...................................................................... 8-9
8.3.2.3 Sensores capacitivos.................................................................. 8-14
8.4 Rels ........................................................................................................................ 8-17
8.5 Rels de tiempo o temporizadores .......................................................................... 8-19
8.6 Electrovlvulas ......................................................................................................... 8-23
8.6.1 Generalidades ........................................................................................... 8-23
8.6.2 Formas constructivas ................................................................................ 8-23
8.6.3 Mtodos de accionamiento ....................................................................... 8-24
8.6.4 Electrovlvula de 3/2 vas simple bobina, normalmente cerrada .............. 8-25
8.6.5 Electrovlvula de 3/2 vas simple bobina, normalmente abierta ............... 8-26
8.6.6 Vlvulas pilotadas ..................................................................................... 8-27
8.6.7 Electrovlvula de 3/2 vas, pilotada........................................................... 8-27
8.6.8 Electrovlvula de 5/2 vas, pilotada........................................................... 8-29
8.6.9 Vlvula de 5/2 vas, doble pilotaje............................................................. 8-30
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Indice I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso V
8.6.10 Fiabilidad de las vlvulas .........................................................................8-32
8.6.11 Caractersticas de conmutacin de las vlvulas ......................................8-32
8.7 Simbologa elctrica .................................................................................................8-33
8.8 Circuitos bsicos (electroneumtica). .......................................................................8-35
8.8.1 Mando de un cilindro de simple efecto.......................................................8-35
8.8.2 Mando de un cilindro de doble efecto. .......................................................8-36
8.8.3 Conexin en paralelo o (cilindro de simple de doble efecto). ...............8-37
8.8.4 Conexin en serie y (cilindro de simple de doble efecto). ....................8-38
8.8.5 Mando indirecto en ambos lados ...............................................................8-39
8.8.6 Retorno automtico de un cilindro .............................................................8-40
8.8.7 Movimiento oscilante de un cilindro de doble efecto..................................8-41
8.9 Circuito de autorretencin.........................................................................................8-43
8.9.1 Retroceso automtico de un cilindro con un final de carrera .....................8-44
8.10 Mandos con comportamiento temporizado.............................................................8-45
8.10.1 Mando de un cil. de doble efecto con temporizacin (retar.excitacin) ...8-45
8.10.2 Mando de un cil. de doble efecto con temp. (retardo de desexcitacin)..8-46
8.11 Ejemplos de circuitos..............................................................................................8-48
8.11.1 Ejemplo 1: manipulacin de paquetes .....................................................8-48
8.12 Interferencias de seales........................................................................................8-56
8.12.1 Ejemplo 1: fresadora. ...............................................................................8-57
8.12.2 Ejemplo 2: dispositivo de cortar. ..............................................................8-63
8.12.3 Ejemplo 3: Taladradora............................................ ................................8-68
9. AUTOMATIZACIN CON AUTMATAS PROGRAMABLES. ...................................9-1 9.1 Introduccin ................................................................................................................9-1
9.1.1 Qu es un autmata programable ? ..........................................................9-1
9.2.2 Definicin de autmata programable ...........................................................9-3
9.1.3 Campos de aplicacin.................................................................................9-3
9.1.4 Ventajas e inconvenientes de los PLC's. ....................................................9-4
9.1.4.1 Pequea resea histrica..............................................................9-5
9.1.5 Estructura de los autmatas programables ................................................9-6
9.1.5.1 Estructura externa .......................................................................9-6
9.1.5.2 Estructura interna .........................................................................9-7
9.2 Conexin del autmata a la mquina neumtica........................................................9-9
9.3 Componentes del autmata......................................................................................9-12
9.3.1 Unidad central de proceso (CPU): .............................................................9-12
9.3.2 Sistemas de Entradas/Salidas: ..................................................................9-14
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Indice I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso VI
9.4 Funcionamiento del autmata.................................................................................. 9-19
9.5 Programacin del autmata ..................................................................................... 9-20
9.5.1 Equipos o unidades de programacin.........................................................9-21
9.5.2 Lenguajes de programacin .......................................................................9-22
9.5.2.1 Lenguaje a contactos. (LD) .........................................................9-22
9.5.2.2 Lenguaje por Lista de Instrucciones. (IL) (AWL).......................9-23
9.5.2.3 GRAFCET. (SFC).........................................................................9-23
9.5.2.4 Plano de funciones. (FBD)...........................................................9-29
9.5.2.5 Dispositivos perifericos............................................................... 9-29
9.6 Estndar IEC1131-3................................................................................................. 9.30
10. NEUMTICA PROPORCIONAL .............................................................................. 10-1
10.1 Introduccin............................................................................................................ 10-1
10.2 Vlvula proporcional de caudal 5/3 ........................................................................ 10-1
10.2.1 Diseo y caractersticas ...................................................................................... 10-1
10.2.2 Funcionamiento................................................................................................... 10-2
10.3 Simbologa ............................................................................................................. 10-4
10.4 Vlvula proporcional de presin............................................................................. 10-4
10.4.1 Diseo y caractersticas ...................................................................................... 10-4
10.4.2 Funcionamiento................................................................................................... 10-5
10.5 Prcticas a realizar................................................................................................. 10-6
10.5.1 Control de la velocidad de desplazamiento de un cilindro en lazo abierto.......... 10-6
10.5.2 Ejemplo 2: Control de la presin de un cilindro................................................... 10-7
10.5.3 Control de la posicin de un cilindro. .................................................................. 10-8
11.Bibliografa .............................................................................................................. 11-1
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Introduccin I.E.S. Foramontanos
La neumtica constituye una herramienta muy importante dentro del control automtico en la industria , enumeramos aqu los conceptos mas importantes destinados a operarios y encargados de mantenimiento
1. Introduccin El aire comprimido es una de las formas de energa ms antiguas que conoce
el hombre y aprovecha para reforzar sus recursos fsicos.
El descubrimiento consciente del aire como medio - materia terrestre - se
remonta a muchos siglos, lo mismo que un trabajo ms o menos consciente con
dicho medio.
El primero del que sabemos con seguridad es que se ocup de la neumtica,
es decir, de la utilizacin del aire comprimido como elemento de trabajo, fue el
griego KTESIBIOS. Hace ms de dos mil aos, construy una catapulta de aire
comprimido. Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido
como energa procede del siglo I de nuestra era, y describe mecanismos
accionados por medio de aire caliente.
De los antiguos griegos procede la expresin "Pneuma", que designa la
respiracin, el viento y, en filosofa, tambin el alma.
Como derivacin de la palabra "Pneuma" se obtuvo, entre otras cosas el
concepto Neumtica que trata los movimientos y procesos del aire.
Aunque los rasgos bsicos de la neumtica se cuentan entre los ms antiguos
conocimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando
empezaron a investigarse sistemticamente su comportamiento y sus reglas. Slo
desde aprox. 1950 podemos hablar de una verdadera aplicacin industrial de la
neumtica en los procesos de fabricacin.
Es cierto que con anterioridad ya existan algunas aplicaciones y ramos de
explotacin como por ejemplo en la minera, en la industria de la construccin y en
los ferrocarriles (frenos de aire comprimido).
Autor : Rafael Sancho Cayuso
1-1
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
La irrupcin verdadera y generalizada de la neumtica en la industria no se
inici, sin embargo, hasta que lleg a hacerse ms acuciante la exigencia de una
automatizacin y racionalizacin en los procesos de trabajo.
A pesar de que esta tcnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayora
de los casos a falta de conocimiento y de formacin, fueron amplindose los
diversos sectores de aplicacin.
En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotacin industrial sin el
aire comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales ms variados
se utilicen aparatos neumticos.
1.1 Formas de energa para elementos de trabajo y de mando
La posibilidad, de poder, con ayuda de elementos apropiados (convertidores
de seales, transductores de medida), transformar las seales de una forma de
energa en otra, significa para la tcnica de mando, que dentro de un automatismo
puede operarse con diferentes tipos de energa. Existe pues la posibilidad de
disear un mando segn criterios econmicos y tcnicos ptimos.
No obstante, la eleccin del sistema ms adecuado no siempre es fcil y claro
en la prctica; junto a las exigencias definidas por el planteamiento del problema
son determinantes sobre todo las condiciones marginales, como por ejemplo el
lugar de emplazamiento, las influencias ambientales, el personal de
mantenimiento disponible, etc., que a menudo estn en desacuerdo con la propia
solucin del problema y que pueden influir considerablemente en su solucin.
A esto hay que aadir que en funcin de la formacin del proyectista,
pretender el electricista resolver el problema necesariamente mediante una
solucin de mando elctrica, el hidrulico de una manera hidrulica y el
neumtico empleando la neumtica. La solucin de mando ptima de un
problema planteado implica como condicin previa el conocimiento de todas las
alternativas que se ofrecen.
Los cuadros que se acompaan a continuacin tienen como finalidad
proporcionar una idea general de las caractersticas fundamentales de los medios
ms corrientes de trabajo y de mando, as como establecer unos criterios para su
eleccin. Sin embargo no se trata ni puede tratarse aqu de una enumeracin
Autor : Rafael Sancho Cayuso 1-2
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Introduccin I.E.S. Foramontanos
completa de todos los factores, sino slo de una exposicin de los puntos ms
importantes empleando palabras clave.
Comparacin de los medios de trabajo entre diversas tecnologas
Criterio Neumtica Hidrulica Electricidad Fuerza lineal Fuerzas limitadas, debido a
la baja presin y al dimetro del cilindro (50.000 N). Produce fuerza en reposo sin consumo de energa.
Grandes fuerzas utilizando alta presin. Produce fuerza en reposo con consumo de energa.
Mal rendimiento; gran consumo de energa en la marcha en vaco. No produce fuerza en reposo.
Fuerza rotativa
Par de giro en reposo tambin sin consumo de energa.
Par de giro tambin en reposo, originndose consumo de energa.
Par de giro ms bajo en reposo.
Seguridad frente a las sobrecargas
S, se para. Vuelve a moverse cuando se elimina la sobrecarga.
S, se para. Vuelve a moverse cuando se elimina la sobrecarga.
No, se estropea.
Movimiento lineal
Generacin fcil; alta aceleracin; alta velocidad (1,5 m/s y ms).
Generacin fcil mediante cilindros; buena regulabilidad.
Complicado y caro.
Movimiento rotativo u oscilante
Motores neumticos con muy altas revoluciones (500.000 min-1); elevado coste de explotacin; mal rendimiento; movimiento oscilante por conversin mediante cremallera y pin.
Motores hidrulicos y cilindros oscilantes con revoluciones ms bajas que en la neumtica; buen rendimiento.
Rendimiento ms favorable en accionamientos rotativos; revoluciones limitadas.
Regulabilidad Fcil regulabilidad de la fuerza y de la velocidad, pero no exacta.
Regulabilidad muy buena y exacta de la fuerza y la velocidad en todo caso
Posible slo limitadamente siendo el gasto considerable
Acumulacin de energa y transporte
Posible, incluso en apreciables cantidades sin mayor gasto; fcilmente transportable en conductos (1.000 m) y botellas de aire comprimido.
Acumulacin posible slo limitadamente; transportable en conductos de hasta unos 100 m.
Acumulacin muy difcil y costosa, fcilmente transportable por lneas a travs de distancias muy grandes.
Influencias ambientales
Insensible a los cambios de temperatura; ningn peligro de explosin; hay peligro de congelacin existiendo elevada humedad atmosfrica.
Sensible a las fluctuaciones de temperatura; fugas significan suciedad y peligro de incendio.
Insensible a las fluctuaciones de temperatura; en los mbitos de peligrosidad hacen falta instalaciones protectoras contra incendio y explosin.
Gastos de energa
Alto en comparacin con la electricidad; 1 m3 de aire comprimido a 6 bar cuesta de 0,006 a 0,012 euros.
Alto en comparacin con la electricidad.
Gastos ms reducidos de energa.
Manejo No requiere de especialistas ni en ejecucin ni en mantenimiento. No presenta peligros.
Requiere de especialistas. Precisa conducciones de retorno.
Slo con conocimientos tcnicos; peligro de accidente; la conexin errnea causa a menudo la destruccin de los elementos y del mando.
En general Los elementos son seguros Con altas presiones Los elementos no son
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
contra sobrecargas; los ruidos del aire de escape son desagradables, necesita una amortiguacin.
ruido de bombeo; los elementos son seguros contra sobrecargas.
seguros contra sobrecargas; ruidos en la maniobra de los contactores y electroimanes.
Comparacin de los medios de mando
Criterio Electricidad Electrnica Neumtica presin normal Neumtica baja
presin Fiabilidad de los elementos
Insensibles a las influencias ambientales como polvo, humedad, etc.
Muy sensibles a las influencias ambientales como polvo, humedad, campos perturbadores, golpes y vibraciones; larga duracin.
Insensibles a las influencias ambientales; con aire limpio larga duracin
Insensibles a las influencias ambientales; sensibles al aire contaminado; larga duracin.
Tiempo de conmutacin de los elementos
> 10 ms 5 ms > 1 ms
Velocidad de las seales.
Muy elevada (velocidad de la luz).
Muy elevada (velocidad de la luz).
10-40 m/s 100-200 m/s
Distancia salvable
Prcticamente ilimitada Limitada por la velocidad de las seales
Espacio necesario
Poco Muy poco Poco Poco
Procesamiento principal de la seal
Digital Digital, analgico
Digital Digital, analgico
1.2 Propiedades del aire comprimido
Causar asombro el hecho de que la neumtica se haya podido expandir
en tan corto tiempo y con tanta rapidez. Esto se debe, entre otras cosas, a que en
la solucin de algunos problemas de automatizacin no puede disponerse de otro
medio que sea ms simple y ms econmico.
Cules son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su
popularidad?
Abundante: Est disponible para su compresin prcticamente en todo
el mundo, en cantidades ilimitadas.
Transporte: El aire comprimido puede ser fcilmente transportado por
tuberas, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer
tuberas de retorno.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 1-4
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Introduccin I.E.S. Foramontanos
Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca
continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en
depsitos y tomarse de stos. Adems, se puede transportar en
recipientes (botellas).
Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de
temperatura , garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas
extremas.
Antideflagrante: No existe ningn riesgo de explosin ni incendio; por
lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que
son caras.
Limpio : El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de
estanqueidad en elementos, no produce ningn ensuciamiento Esto es
muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la
madera, textiles y del cuero .
Constitucin de los elementos : La concepcin de los elementos de
trabajo es simple si, por tanto, precio econmico.
Velocidad : Es un medio de trabajo muy rpido y, por eso, permite
obtener velocidades de trabajo muy elevadas.(La velocidad de trabajo
de cilindros neumticos pueden regularse sin escalones.)
A prueba de sobrecargas : Las herramientas y elementos de trabajo
neumticos pueden hasta su parada completa sin riesgo alguno de
sobrecargas.
Para delimitar el campo de utilizacin de la neumtica es preciso
conocer tambin las propiedades adversas.
Preparacin: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su
utilizacin. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar
un desgaste prematuro de los componentes).
Compresible : Con aire comprimido no es posible obtener para los
mbolos velocidades uniformes y constantes.
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Fuerza: El aire comprimido es econmico slo hasta cierta fuerza.
Condicionado por la presin de servicio normalmente usual de 700 kPa
(7 bar), el lmite, tambin en funcin de la carrera y la velocidad, es de
20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp).
Escape : El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema
ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales
insonorizantes.
Costos: El aire comprimido es una fuente de energa relativamente
cara ; este elevado costo se compensa en su mayor parte por los
elementos de precio econmico y el buen rendimiento (cadencias
elevadas).
1.3 Rentabilidad de los equipos neumticos
Como consecuencia de la automatizacin y racionalizacin, la fuerza de
trabajo manual ha sido reemplazada por otras formas de energa; una de stas es
muchas veces el aire comprimido
Ejemplo: Traslado de paquetes, accionamiento de palancas, transporte de piezas
etc.
El aire comprimido es una fuente cara de energa, pero, sin duda, ofrece
indudables ventajas. La produccin y acumulacin del aire comprimido, as como
su distribucin a las mquinas y dispositivos suponen gastos elevados. Pudiera
pensarse que el uso de aparatos neumticos est relacionado con costos
especialmente elevados. Esto no es exacto, pues en el clculo de la rentabilidad
es necesario tener en cuenta, no slo el costo de energa, sino tambin los costos
que se producen en total. En un anlisis detallado, resulta que el costo energtico
es despreciable junto a los salarios, costos de adquisicin y costos de
mantenimiento.
1.4 Fundamentos fsicos
La superficie del globo terrestre est rodeada de una envoltura area.
Esta es una mezcla indispensable para la vida y tiene la siguiente composicin:
Autor : Rafael Sancho Cayuso 1-6
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Introduccin I.E.S. Foramontanos
ido de carbono, argn, hidrgeno,
indican en fsicas y su correspondencia dentro del
sistema de medidas. Con el fin de establecer aqu relaciones inequvocas y
ente definidas, los cientficos y tcn
Nitrgeno aprox. 78% en volumen
Oxgeno aprox. 21% en volumen
Adems contiene trazas, de bix
nen, helio, criptn y xenn.
Para una mejor comprensin de las leyes y comportamiento del aire se
primer lugar las magnitudes
claram icos de la mayora de los pases estn
en vsperas de acordar un sistema de medidas que sea vlido para todos,
denominado "Sistema internacional de medidas", o abreviado "SI".
La exposicin que sigue ha de poner de relieve las relaciones entre el
"SISTEMA TCNICO" y el "SISTEMA DE UNIDADES SI".
Autor : Rafael Sancho Cayuso
1-7
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Como sobre la tierra todo est sometido a la presin atmosfrica no notamos
sta. Se toma la correspondiente presin atmosfrica como presin de
referencia y cualquier divergencia de sta se designa de sobrepresin ,.
La siguiente figura lo visualiza .
Figura 3 :
La presin de aire no siempre es la misma. Cambia segn la situacin
geogrfica y el tiempo. La zona desde la lnea del cero absoluto hasta la lnea de
referencia variable se llama esfera de depresin (-Pe) la superior se llama esfera
de sobrepresin (+Pe).
La presin absoluta Pabs. consiste en la suma de las presiones -Pe y
+Pe. En la prctica se utilizan manmetros que solamente indican la sobrepresin
+Pe. Si se indica la presin Pabs. el valor es unos 100 kPa (1 bar) ms alto.
Con la ayuda de las magnitudes bsicas definidas pueden explicarse
las leyes fsicas fundamentales de la aerodinmica.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 1-8
-
Introduccin I.E.S. Foramontanos
1.4.1 El aire es compresible
Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la
del recipiente que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido
(compresin) y tiene la tendencia a dilatarse (expansin).
La ley que rige estos fenmenos es la de Boyle-Mariotte.
A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un
recipiente es inversamente proporcional a la presin absoluta, o sea, el producto
de la presin absoluta y el volumen es constante para una cantidad determinada
de gas.
Este ley es demuestra mediante el siguiente ejemplo:
Figura 4. :
Autor : Rafael Sancho Cayuso
1-9
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso 1-10
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Introduccin I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Introduccin I.E.S. Foramontanos
Figura 14: Diagrama de caudal
En este diagrama estn indicadas las zonas de cantidades de aire aspirado y la
presin para cada tipo de compresor.
Figura 14: Diagrama de caudal
Autor : Rafael Sancho Cayuso
1-13
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
El caudal es la cantidad de fluido que atraviesa una seccin por unidad de tiempo.
El caudal se puede expresar de dos formas:
Caudal msico: Cantidad de masa por unidad de tiempo. [Kg / seg] Caudal volumtrico: Cantidad de volumen por unidad de tiempo. [m3 / seg]
[m3 / hora]
v
Seccin
STubera
L Caudal Q = Seccin x velocidad = m2 x m/seg
[m3 / seg]
Autor : Rafael Sancho Cayuso 1-14
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
2. Produccin del aire comprimido
2.1 Generadores
Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la
presin del aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos
neumticos se alimentan desde una estacin central. Entonces no es necesario
calcular ni proyectar la transformacin de la energa para cada uno de los
consumidores. El aire comprimido viene de la estacin compresora y llega a las
instalaciones a travs de tuberas.
Los compresores mviles se utilizan en el ramo de la construccin o en
mquinas que se desplazan frecuentemente.
En el momento de la planificacin es necesario prever un tamao superior
de la red, con el fin de poder alimentar aparatos neumticos nuevos que se
adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalacin, al
objeto de que el compresor no resulte ms tarde insuficiente, puesto que toda
ampliacin ulterior en el equipo generador supone gastos muy considerables.
Es muy importante que el aire sea puro. Si es puro el generador de aire
comprimido tendr una larga duracin. Tambin debera tenerse en cuenta la
aplicacin correcta de los diversos tipos de compresores.
2.2 Tipos de compresores
Segn las exigencias referentes a la presin de trabajo y al caudal de
suministro, se pueden emplear diversos tipos de construccin.
Se distinguen dos tipos bsicos de compresores:
El primero trabaja segn el principio de desplazamiento. La compresin se
obtiene por la admisin del aire en un recinto hermtico, donde se reduce luego el
volumen. Se utiliza en el compresor de mbolo (oscilante o rotativo).
El otro trabaja segn el principio de la dinmica de los fluidos. El aire es
aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleracin de la
masa (turbina).
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-1
-
Neumtica I.E.S. Foramontanos
2.2.1 Compresores de mbolo
Compresor de mbolo oscilante . Este es el tipo de compresor ms
difundido actualmente. Es apropiado para comprimir a baja, media o alta presin.
Su campo de trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa (1 bar) a varios miles de
kPa (bar).
Figura 6: Compresor de mbolo oscilante
Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias
etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresin previa por el
primer mbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el
siguiente mbolo. El volumen de la segunda cmara de compresin es, en
conformidad con la relacin, ms pequeo. Durante el trabajo de compresin se
forma una cantidad de calor, que tiene que ser evacuada por el sistema
refrigeracin.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-2
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Los compresores de mbolo oscilante pueden refrigerarse por aire o por
agua, y segn las prescripciones de trabajo las etapas que se precisan son:
Para los caudales vase la figura 14 diagrama.
Compresor de membrana
Este tipo forma parte del grupo de compresores de mbolo. Una membrana
separa el mbolo de la cmara de trabajo; el aire no entra en contacto con las
piezas mviles. Por tanto, en todo caso, el aire comprimido estar exento de
aceite.
Estos, compresores se emplean con preferencia en las industrias
alimenticias farmacuticas y qumicas.
Compresor de mbolo rotativo
Consiste en un mbolo que est animado de un movimiento rotatorio. El
aire es comprimido por la continua reduccin del volumen en un recinto hermtico.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-3
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Compresor rotativo multicelular
Un rotor excntrico gira en el interior de un crter cilndrico provisto de ranuras
de entrada y de salida. Las ventajas de este compresor residen en sus
dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal prcticamente
uniforme y sin sacudidas. Para el caudal vase la figura 14 (diagrama).
El rotor est provisto de un cierto nmero de aletas que se deslizan en el
interior de las ranuras y forman las clulas con la pared del crter. Cuando el rotor
gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrfuga contra la pared del crter, y
debido a la excentricidad el volumen de las clulas vara constantemente.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-4
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejes
Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cncavo y convexo
impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. Para el caudal, vase la
figura 14 (diagrama)
Compresor Roots
En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea
modificado. En el lado de impulsin, la estanqueidad se asegura mediante los
bordes de los mbolos rotativos.
Fig. 11 - Compresor Roots
2.2.2 Turbocompresores
Trabajan segn el principio de la dinmica de los fluidos, y son muy
apropiados para grandes caudales. Se fabrican de tipo axial y radial. El aire se
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-5
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
pone en circulacin por medio de una o varias ruedas de turbina. Esta energa
cintica se convierte en una energa elstica de compresin. Para el caudal,
vase la figura 14 (diagrama).
La rotacin de los alabes acelera el aire en sentido axial de flujo.
Aceleracin progresiva de cmara a cmara en sentido radial hacia afuera;
el aire en circulacin regresa de nuevo al eje. Desde aqu se vuelve a acelerar
hacia afuera.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-6
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
2.3 Eleccin del compresor
2.3.1 Caudal
Por caudal entiendo la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen
dos conceptos.
1. El caudal terico
2. El caudal efectivo o real
En el compresor de mbolo oscilante, el caudal terico es igual al producto de
cilindrada * velocidad de rotacin. El caudal efectivo depende de la construccin
del compresor y de la presin. En este caso, el rendimiento volumtrico es muy
importante.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-7
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Figura 15 :
Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Slo ste es el
que acciona y regula los equipos neumticos.
Los valores indicados segn las normas ?representan valores efectivos (p.
ej.: DIN 1945).
El caudal se expresa en m3/min m3/h .
No obstante, son numerosos los fabricantes que solamente indican el
caudal terico.
2.3.2 Presin
Tambin se distinguen dos conceptos:
La presin de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y
existe en las tuberas que alimentan a los consumidores.
La presin de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado.
En la mayora de los casos, es de 600 kPa (6 bar).
Por eso, los datos de servicio de los elementos se refieren a esta presin.
Importante:
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-8
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario que la presin
tenga un valor constante. De sta dependen :
- la velocidad
- las fuerzas
- el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo.
Figura 16 :
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-9
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
2.3.3 Accionamiento
Los compresores se accionan, segn las exigencias, por medio de un
motor elctrico o de explosin interna. En la industria, en la mayora de los casos
los compresores se arrastran por medio de un motor elctrico.
Si se trata de un compresor mvil, ste en la mayora de los casos se acciona
por medio de un motor de combustin (gasolina, Diesel ).
Figura 17:
2.3.4 Regulacin
Al objeto de adaptar el caudal suministrado por el compresor al consumo
que flucta, se debe proceder a ciertas regulaciones del compresor. Existen
diferentes clases de regulaciones. El caudal vara entro dos valores lmites
ajustados (presiones mxima y mnima).
Regulacin de marcha en vaco Regulacin de carga parcial Regulacin por intermitencias a) Regulacin por escape a la atmsfera a) Regulacin de velocidad de
rotacin
b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin b) Regulacin por
estrangulacin de la aspiracin
c) Regulacin por apertura de la aspiracin
Regulacin de marcha en vaco:
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-10
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
a) Regulacin por escapo a la atmsfera
En esta simple regulacin se trabaja con una vlvula reguladora de
presin a la salida del compresor. Cuando en el depsito (red) se ha
alcanzado la presin deseada, dicha vlvula abre el paso y permite que el
aire escape a la atmsfera. Una vlvula antirretorno impide que el depsito se vace (slo en instalaciones muy pequeas).
b) Regulacin por aislamiento de la aspiracin
En este tipo de regulacin se bloquea el lado de aspiracin. La
tubuladura de aspiracin del compresor est cerrada. El compresor no
puede aspirar y sigue funcionando en el margen de depresin. Esta
regulacin se utiliza principalmente en los compresores rotativos y tambin
en los de mbolo oscilante.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-11
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
c) Regulacin por apertura de la aspiracin
Se utiliza en compresores de mbolo de tamao mayor. Por medio de
una mordaza se mantiene abierta la vlvula de aspiracin y el aire circula
sin que el compresor lo comprima. Esta regulacin es muy sencilla.
Regulacin de carga parcial
a) Regulacin de la velocidad de rotacin
El regulador de velocidad del motor de combustin interna se ajusta
en funcin de la presin de servicio deseada, por medio de un elemento de
mando manual o automtico.
Si el accionamiento es elctrico, la velocidad de rotacin puede
regularse de forma progresiva empleando motores de polos conmutables.
No obstante, este procedimiento no es muy utilizado.
b) Regulacin del caudal aspirado
Se obtiene por simple estrangulacin de la tubuladura de aspiracin.
El compresor puede ajustarse as a cargas parciales predeterminadas. Este
sistema se presenta en compresores rotativos o en turbocompresores.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-12
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Regulacin por Intermitencias
Con este sistema, el compresor tiene dos estados de servicio
(funciona a plena carga o est desconectado). El motor de accionamiento
del compresor se para al alcanzar la presin Pmax. Se conecta de nuevo y
el compresor trabaja, al alcanzar el valor mnimo Pmin.
Los momentos de conexin y desconexin pueden ajustarse
mediante un presstato. Para mantener la frecuencia de conmutacin
dentro de los lmites admisibles, es necesario prever un depsito de gran
capacidad.
Figura 21: Regulacin intermitente
2.3.5 Refrigeracin
Por efecto de la compresin del aire se desarrolla calor que debe
evacuarse. De acuerdo con la cantidad de calor que se desarrolle, se
adoptar la refrigeracin ms apropiada.
En compresores pequeos, las aletas de refrigeracin se encargan
de irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un ventilador
adicional, que evacua el calor.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-13
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Figura 22:
Cuando se trata de una estacin de compresin de ms de 30 kW
de potencia, no basta la refrigeracin por aire. Entonces los compresores
van equipados de un sistema de refrigeracin por circulacin de agua en
circuito cerrado o abierto. A menudo se temen los gastos de una instalacin
mayor con torre de refrigeracin. No obstante, una buena refrigeracin
prolonga la duracin del compresor y proporciona aire ms fro y en
mejores condiciones. En ciertas circunstancias, incluso permite ahorrar un
enfriamiento posterior del aire u operar con menor potencia.
2.3.6 Lugar de emplazamiento
La estacin de compresin debe situarse en un local cerrado e
insonorizado. El recinto debe estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo
ms fresco, limpio de polvo y seco posible.
Acumulador de aire comprimido
El acumulador o depsito sirve para estabilizar el suministro de aire
comprimido. Compensa las oscilaciones de presin en la red de tuberas a
medida que se consume aire comprimido.
Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera
adicionalmente. Por este motivo, en el acumulador se desprende directamente
una parte de la humedad del aire en forma de agua
Figura 23: Acumulador
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-14
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Produccin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
El tamao de un acumulador de aire comprimido depende:
Del caudal de suministro del compresor
Del consumo de aire
De la red de tuberas (volumen suplementario)
Del tipo de regulacin
De la diferencia de presin admisible en el interior de la red.
Determinacin del acumulador cuando el compresor funciona
Intermitentemente
El tamao de un acumulador puede determinarse segn el diagrama de la
figura 24.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-15
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Autor : Rafael Sancho Cayuso 2-16
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
3. Distribucin del aire comprimido
Como resultado de la racionalizacin y automatizacin de los dispositivos
de fabricacin, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire.
Cada mquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo
abastecido por un compresor, a travs de una red de tuberas.
El dimetro de las tuberas debe elegirse de manera que si el consumo
aumenta, la prdida de presin entre l depsito y el consumidor no sobrepase 10
kPa (0,1 bar). Si la cada de presin excede de este valor, la rentabilidad del
sistema estar amenazada y el rendimiento disminuir considerablemente. En la
planificacin de instalaciones nuevas debe preverse una futura ampliacin de la
demanda de aire, por cuyo motivo debern dimensionarse generosamente las
tuberas. El montaje posterior de una red ms importante supone costos dignos
de mencin.
En el organigrama adjunto (figura 3-1) se esquematiza una instalacin de
aire comprimido y en la figura 3-2 se representa grficamente una central
compresora.
FILTRO
COMPRESOR REFRIGERADOR SEPARADOR DEPOSITO REGULADOR
ELIMINACIN DE IMPUREZAS
SECADOR
130 C 30 C 30 C
AIRE COMPRIMIDO
AIRE CON AGUA AIRE HUMEDO
AIRE LIMPIO
ATMOSFERA
RED DE DISTRIBUCIN ACOMETIDA
EQUIPO DE MANTENIMIENTOUSO
ATMOSFERA
AIRE SECO
Autor : Rafael Sancho Cayuso
3-1
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Figura 3-2
3.1 Dimensionado de las tuberas
El dimetro de las tuberas no debera elegirse conforme a otros tubos
existentes ni de acuerdo con cualquier regla emprica, sino en conformidad con:
el caudal
la longitud de las tuberas
la prdida de presin (admisible) la presin de servicio la cantidad de
estrangulamientos en la red
En la prctica se utilizan los valores reunidos con la experiencia. Un
nomograma (figura 25) ayuda a encontrar el dimetro de la tubera de una forma
rpida y sencilla.
Clculo de una tubera:
El consumo de aire en una industria es de 4 m3/min (240 m3/h). En 3 aos
aumentar un 300%, lo que representa 12 m3/min (720 m3/h).
El consumo global asciende a 16 m3/min (960 m3/h) La red tiene una
longitud de 280 m; comprende 6 piezas en T, 5 codos normales, 1 vlvula de
cierre. La prdida admisible de presin es de A p = 10 kPa (0,1 bar). La presin
de servicio es de 800 kPa (S bar).
Se busca: El dimetro de la tubera
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-2
-
Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
El nomograma de la figura 25, con los datos dados, permite determinar el
dimetro provisional de las tuberas.
solucin:
En el nomograma, unir la lnea A (longitud M tubo) con la B (cantidad de
aire aspirado) y prolongar el trazo hasta C (eje l). Unir la lnea E,(presin). En la
lnea F (eje 2) se obtiene una interseccin. Unir los puntos de interseccin de los
ejes 1 y 2. Esta lnea corta la D (dimetro nominal de la tubera) en un punto que proporciona el dimetro deseado.
En este caso, se obtiene para el dimetro un valor de 90 mm.
Tomado del manual de neumtica de FMA Pokorny, Francfort
Autor : Rafael Sancho Cayuso
3-3
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Las resistencias de los elementos estranguladores (vlvula de cierre,
vlvula esquinera, pieza en T, compuerta, codo normal) se indican en longitudes
supletorias. Se entiende por longitud supletoria la longitud de una tubera recta
que ofrece la misma resistencia al flujo que el elemento estrangulador o el punto
de estrangulacin. La seccin de paso de la "tubera de longitud supletoria" es la
misma que la tubera.
Un segundo nomograma (figura 26) permite averiguar rpidamente las
longitudes supletorias.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-4
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Con esta longitud total de tubera de 380 m, el consumo de aire, la prdida
de presin y la presin de servicio se puede determinar, como en el problema anterior, con ayuda del nomograma (figura 25) el dimetro definitivo de las tuberas.
En este caso, el dimetro es de 95 mm.
3.2 Tendido de la red
No solamente importa el dimensionado correcto de las tuberas, sino
tambin el tendido de las mismas.
Las tuberas requieren un mantenimiento y vigilancia regulares, por cuyo
motivo no deben instalarse dentro de obras ni en emplazamientos demasiado
estrechos. En estos casos, la deteccin de posibles fugas se hace difcil.
Pequeas faltas de estanqueidad ocasionan considerables prdidas de presin.
En el tendido de las tuberas debe cuidarse, sobre todo , de que la tubera
tenga un descenso en el sentido de la corriente, del 1 al 2%.
En consideracin a la presencia de condensado , las derivaciones para las
tomas aire en el caso de que las tuberas estn tendidas horizontalmente, se
dispondrn siempre en la parte superior del tubo.
As se evita que el agua condensada que posiblemente en encuentre en la
tubera principal llegue a travs de las tomas. Para recoger y vaciar el agua
condensada se disponen tuberas especiales en la parte inferior de la principal.
Autor : Rafael Sancho Cayuso
3-5
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
En la mayora de los casos, la red principal se monta en circuito cerrado.
Desde la tubera principal se instalan las uniones de derivacin.
Con este tipo de montaje de la red de aire comprimido se obtiene una
alimentacin uniforme cuando el consumo de aire es alto. El aire puede pasar en dos direcciones.
En la red cerrada con interconexiones hay un circuito cerrado, que permite
trabajar en cualquier sitio con aire, mediante las conexiones longitudinales y
transversales de la tubera de aire comprimido,
Ciertas tuberas de aire comprimido pueden ser bloqueadas mediante
vlvulas de cierre (correderas) si no se necesitan o si hay que separarlas para
efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento. Tambin existe la posibilidad
de comprobar faltas de estanqueidad.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-6
-
Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
3.3 Material de tuberas
3.3.1 Tuberas principales
Para la eleccin de los materiales brutos, tenemos diversas posibilidades:
- Cobre Tubo de acero negro
- Latn Tubo de acero galvanizado
- Acero fino Plstico
Las tuberas deben poderse desarmar fcilmente, ser resistentes a la
corrosin y de precio mdico.
Las tuberas que se instalen de modo permanente se montan
preferentemente con uniones soldadas. Estas tuberas as unidas son estancas y,
adems de precio econmico. El inconveniente de estas uniones consiste en que
al soldar se producen cascarillas que deben retirarse de las tuberas. De la
costura de soldadura se desprenden tambin fragmentos de oxidacin; por eso,
conviene y es necesario incorporar una unidad de mantenimiento.
En las tuberas de acero galvanizado, los empalmes de rosca no siempre
son totalmente hermticos. La resistencia a la corrosin de estas tuberas de
acero no es mucho mejor que la del tubo negro. Los lugares desnudos (roscas)
tambin se oxidan, por lo que tambin en este caso es importante emplear
unidades de mantenimiento. Para casos especiales se montan tuberas de cobre
o plstico.
Autor : Rafael Sancho Cayuso
3-7
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
3.3.2 Derivaciones hacia los receptores
Los tubos flexibles de goma solamente han de emplearse en aquellos
casos en que se exija una flexibilidad en la tubera y no sea posible instalar
tuberas de plstico por los esfuerzos mecnicos existentes. Son ms caros y no
son tan manipulables como las tuberas de plstico.
Las tuberas de polietileno y poliamida se utilizan cada vez ms en la
actualidad para unir equipos de maquinaria. Con racores rpidos se pueden
tender de forma rpida, sencilla y econmica.
3.4 Uniones
Describimos en lo sucesivo los dispositivos de uso comn en neumtica
basndonos bsicamente en los modelos Festo , para mas informacin sobre esta
marca ingresar a su pgina web .
3.4.1 Racores para tubos Aplicables sobre todo para tubos de acero y de cobre
Figura 30: Racores de anillo cortante. El empalme puede soltarse y unirse varias
veces.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-8
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
figura 31: Racor con anillo de sujecin para tubos de acero y cobre, con anillo
interior especial (bicono) tambin para tubos de plstico .
Figura 32: Racor con borde recalcado
Figura 33: Racor especial con reborde (para tubo de cobre con collarn)
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
3.4.2 Acoplamientos
Figura 34: Base de enchufe rpido
Figura 35: Racor de enchufe rpido
3.4.3 Racores para tubos flexibles
Figura 36: Boquilla con tuerca de racor
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-10
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Figura 37: Boquilla
Figura 38: Racores rpidos para tubos flexibles de plstico
Racor CS
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
3. 5 Preparacin del aire comprimido
3.5.1 Impurezas
En la prctica se presentan muy a menudo los casos en que la calidad del
aire comprimido desempea un papel primordial.
Las impurezas en forma de partculas de suciedad u xido, residuos de
aceite lubricante y humedad dan origen muchas veces a averas en las
instalaciones neumticas y a la destruccin de los elementos neumticos .
Mientras que la mayor separacin del agua de condensacin tiene lugar en
el separador, despus de la refrigeracin, la separacin fina, el filtrado y otros
tratamientos del aire comprimido se efectan en el puesto de aplicacin.
Hay que dedicar especial atencin a la humedad que contiene el aire
comprimido.
El agua (humedad) llega al interior de la red con el. aire que aspira el
compresor. La cantidad de humedad depende en primer lugar de la humedad
relativa del aire, que -a su vez depende de la temperatura del aire y de las
condiciones climatolgicas.
La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire.
El grado de saturacin es la cantidad de agua que un m3 de aire puede
absorber, como mximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces
del 100% , como mximo (temperatura del punto de roco).
El diagrama de la figura 39 muestra la saturacin del aire en funcin de la
temperatura.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-12
-
Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Ejemplo:
Para un punto de roco de 293 K (20'C), la humedad contenida en un m3 de aire
es de 17,3 g.
Remedio:
Filtrado correcto del aire aspirado por el compresor Utilizacin de
compresores exentos de aceite. Si el aire comprimido contiene humedad, habr
de someterse a un secado.
Existen varios procedimientos:
- Secado por absorcin
- Secado por adsorcin
- Secado por enfriamiento
Autor : Rafael Sancho Cayuso
3-13
http://www.sapiens.itgo.com/neumatica/#absorcionhttp://www.sapiens.itgo.com/neumatica/#adsorcionhttp://www.sapiens.itgo.com/neumatica/#enfriamiento
-
Neumtica I.E.S. Foramontanos
Figura 39: Caracterstica del punto de roco
Ejemplo: Para un punto de roco de 313 K (40 C) la humedad contenida en un
m3 de aire es de 50 gramos.
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-14
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Secado por absorcin
El secado por absorcin es un procedimiento puramente qumico. El aire
comprimido pasa a travs de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua
o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina qumicamente
con sta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante.
Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se
puede realizar manual o automticamente.
Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en
intervalos regulares (2 a 4 veces al ao).
Al mismo tiempo, en el secador por absorcin se separan vapores y
partculas de aceite. No obstante, las cantidades de aceite, si son grandes,
influyen en el funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino
delante de ste.
Figura 40: Secado por absorcin
El procedimiento de absorcin se distingue:
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
- Instalacin simple - Reducido desgaste mecnico, porque el secador no tiene
piezas mviles - No necesita aportacin de energa exterior
Secado por adsorcin
Este principio se basa en un proceso fsico. (Adsorber: Deposito de
sustancias sobre la superficie de cuerpos slidos.)
El material de secado es granuloso con cantos vivos o en forma de perlas.
Se compone de casi un 100% de dixido de silicio. En general se le da el nombre
de Gel .
La misin del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua. El aire
comprimido hmedo se hace pasar a travs del lecho de gel, que fija la humedad.
La capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada. Si
est saturado, se regenera de forma simple. A travs del secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado.
El calor necesario para la regeneracin puede aplicarse por medio de
corriente elctrica o tambin con aire comprimido caliente.
Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el
secado del aire, mientras el otro es regenera (soplndolo con aire caliente).
Figura 41: Secado por adsorcin
Secado por enfriamiento
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-16
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se basan en el principio
de una reduccin de la temperatura del punto de roco.
Se entiende por temperatura del punto de roco aquella a la que hay que
enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire
comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado
intercambiador de calor de aire-aire.
El aire caliente que entra en el secador se enfra mediante aire seco y fro
proveniente del intercambiador de calor (vaporizador).
El condensado de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a
travs del separador .
Este aire preenfriado pasa por el grupo frigorfico (vaporizador) y se enfra
ms hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 C) En este proceso se elimina
por segunda vez el agua y aceite condensados.
Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino, al
objeto de eliminar nuevamente partculas de suciedad.
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Figura 42: Secado por enfriamiento
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-18
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
3.5.2 Filtro de aire comprimido con regulador de presin
El filtro tiene la misin de extraer del aire comprimido circulante todas las
impurezas y el agua condensada.
Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido tiene que atravesar la
chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices. Como consecuencia se
somete a un movimiento de rotacin. Los componentes lquidos y las partculas
grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrfuga y se
acumulan en la parte inferior del recipiente.
En el filtro sintetizado (4) [ancho medio de poros, 40 mm] sigue la
depuracin del aire comprimido.
Dicho filtro (4) separa otras partculas de suciedad. Debe ser sustituido o
limpiado de vez en cuando, segn el grado de ensuciamiento del aire comprimido.
El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador de presin y llega
a la unidad de lubricacin y de aqu a los consumidores.
La condensacin acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se deber
vaciar antes de que alcance la altura mxima admisible, a travs del tornillo de
purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar una purga
automtica de agua.
Funcionamiento de la purga automtica de agua.
El agua condensada es separada por el filtro. De vez en cuando hay que
vaciar la purga, porque de lo contrario el agua ser arrastrada por el aire
comprimido hasta los elementos de mando. En la purga de agua mostrada abajo,
el vaciado tiene lugar de forma automtica.
El condensado del filtro llega, a travs del tubo de unin (1), a la cmara
del flotador (3). A medida que aumenta el nivel del condensado, el flotador (2)
sube y a una altura determinada abre, por medio de una palanca, una tobera (10).
Por el taladro (9) pasa aire comprimido a la otra cmara y empuja la membrana
(6) contra la vlvula de purga (4). Esta abre el paso y el condensado puede salir
por el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevo la tobera (10) a medida que
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
disminuye el nivel de condensado. El aire restante escapa a la atmsfera por la
tobera (5). La purga puede realizarse tambin de forma manual con el perno (8).
Figura 43: Filtro de aire comprimido con regulador de presin .
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-20
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Figura 44: Purga automtica de agua.
3.5.4 Filtro finsimo de aire comprimido
Este filtro se emplea en aquellos ramos en que se necesita aire filtrado
finsimamente (p. ej., en las industrias alimenticias, qumicas y farmacuticas, en
la tcnica de procedimientos y en sistemas que trabajan con mdulos de baja
presin). Elimina del aire comprimido, casi sin restos, las partculas de agua y
aceite. El aire comprimido se filtra hasta un 99,999% (referido a 0,01 micrn).
Funcionamiento
Este filtro se diferencia del filtro normal en el hecho de que el aire
comprimido atraviesa el cartucho filtrante de dentro hacia afuera.
El aire comprimido entra en el filtro por (1), y atraviesa el elemento filtrante
(2) (fibras de vidrio boro silicato de dentro hacia afuera. El aire comprimido limpio
pasa por la salida (5) a los consumidores.
La separacin de partculas finsimas hasta 0,01 micrn es posible debido a
la finura extraordinaria del tejido filtrante. Las partculas separadas se eliminan del
recipiente del filtro, por el tornillo de purga (4). Para que las partculas de agua y
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
aceite no puedan ser arrastradas por el aire que circula, deben observarse los
valores de flujo. Al montarlo hay que tener presente lo siguiente: El prefiltrado
aumenta la duracin del cartucho filtrante; el filtro ha de montarse en posicin
vertical, prestando atencin al sentido de flujo (flecha).
Figura 45: Filtro finsimo de aire comprimido
Autor : Rafael Sancho Cayuso 3-22
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
3.5.5 Reguladores de presin
Regulador de presin con orificio de escape
El regulador tiene la misin de mantener la presin de trabajo (secundaria)
lo ms constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la
presin de red (primaria) y del consumo de aire. La presin primaria siempre ha
de ser mayor que la secundaria. Es regulada por la membrana (1), que es
sometida, por un lado, a la presin de trabajo, y por el otro a la fuerza de un
resorte (2), ajustable por medio de un tornillo (3).
A medida que la presin de trabajo aumenta, la membrana acta contra la
fuerza del muelle. La seccin de paso en el asiento de vlvula (4) disminuye hasta
que la vlvula cierra el paso por completo. En otros trminos, la presin es
regulada por el caudal que circula.
Al tomar aire, la presin de trabajo disminuye y el muelle abre la vlvula. La
regulacin de la presin de salida ajustada consiste, pues, en la apertura y cierre
constantes de la vlvula. Al objeto de evitar oscilaciones, encima del platillo de
vlvula (6) hay dispuesto un amortiguador neumtico o de muelle (5). La presin
de trabajo se visualiza en un manmetro.
Cuando la presin secundaria aumenta demasiado, la membrana es
empujada contra el muelle. Entonces se abre el orificio de escape en la parte
central de la membrana y el aire puede salir a la atmsfera por los orificios de
escape existentes en la caja.
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Figura 46: Regulador de presin con orificio de escape .
Regulador de presin sin orificio de escape
En el comercio se encuentran vlvulas de regulacin de presin sin orificio
de escape. Con estas vlvulas no es posible evacuar el aire comprimido que se
encuentra en las tuberas.
Funcionamiento:
Por medio del tornillo de ajuste (2) se pretensa el muelle (8) solidario a la
membrana (3). Segn el ajuste del muelle (8), se abre ms o menos el paso del
lado primario al secundario. El vstago (6) con la membrana (5) se separa ms o
menos del asiento de junta.
Si no se toma aire comprimido del lado secundario, la presin aumenta y
empuja la membrana (3) venciendo la fuerza del muelle (8). El muelle (7) empuja
el vstago hacia abajo, y en el asiento se cierra el paso de aire. Slo despus de
haber tomado aire del lado secundario, puede afluir de nuevo aire comprimido del
lado primario.
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Figura 47: Regulador de presin sin orificio de escape .
3.5.6 Lubricador de aire comprimido
El lubricador tiene la misin de lubricar los elementos neumticos en
medida suficiente. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas
mviles, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosin.
Los lubricadores trabajan generalmente segn el principio "Venturi". La
diferencia de presin Ap (cada de presin) entre la presin reinante antes de la
tobera y la presin en el lugar ms estrecho de sta se emplea para aspirar
lquido (aceite) de un depsito y mezclarlo con el aire.
El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del flujo es suficientemente
grande. Si se consume poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza
para producir una depresin suficiente y aspirar el aceite del depsito.
Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el fabricante,
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
Figura 48: Principio de Venturi
Funcionamiento de un lubricador
El lubricador mostrado en este lugar trabaja segn el principio Venturi.
El aire comprimido atraviesa el aceitador desde la entrada (1) hasta la
salida (2). Por el estrechamiento de seccin en la vlvula (5), se produce una
cada de presin. En el canal (8) y en la cmara de goteo (7) se produce una
depresin (efecto de succin). A travs del canal (6) y del tubo elevador (4) se
aspiran gotas de aceite. Estas llegan, a travs de la cmara de goteo (7) y del
canal (8) hasta el aire comprimido, que afluye hacia la salida (2). Las gotas de
aceite son pulverizadas por el aire comprimido y llegan en este estado hasta el
consumidor.
La seccin de flujo vara segn la cantidad de aire que pasa y vara la
cada de presin, o sea, vara la cantidad de aceite. En la parte superior del tubo
elevador (4) se puede realizar otro ajuste de la cantidad de aceite, por medio de
un tornillo.
Una determinada cantidad de aceite ejerce presin sobre el aceite que le
encuentra en el depsito, a travs de la vlvula de retencin (3).
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Figura 49: Lubricador de aire comprimido
3.6 Unidad de mantenimiento
La unidad de mantenimiento representa una combinacin de los siguientes
elementos:
- Filtro de aire comprimido
- Regulador de presin
- Lubricador de aire comprimido
Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:
1. El caudal total de aire en m3/h es decisivo para la eleccin del tamao de
unidad. Si el caudal es demasiado grande, se produce en las unidades una
Autor : Rafael Sancho Cayuso
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Neumtica I.E.S. Foramontanos
cada de presin demasiado grande. Por eso, es imprescindible respetar los
valores indicados por el fabricante.
2. La presin de trabajo no debe sobrepasar el valor estipulado en la unidad , y la
temperatura no deber ser tampoco superior a 50 C (valores mximos para
recipiente de plstico).
Figura 50: Unidad de mantenimiento
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Distribucin del aire comprimido I.E.S. Foramontanos
Figura 51: Smbolo de la unidad de mantenimiento
3.6.1 Conservacin de las unidades de mantenimiento
Es necesario efectuar en intervalos regulares los trabajos siguientes de
conservacin
a) Filtro de aire comprimido: Debe examinarse peridicamente el nivel de agua
condensada, porque no debe sobrepasar la altura indicada en la mirilla de
control. De lo contrario, el agua podra ser arrastrada hasta la tubera por el
aire comprimido. Para purgar el agua condensada hay que abrir el tornillo
existente en la mirilla.
Asimismo debe limpiarse el cartucho filtrante.
b) Regulador de presin: Cuando est precedido de un filtro, no requiere ningn
mantenimiento.
c) Lubricador de aire comprimido: Verificar el nivel de aceite en la mirilla y, si es
necesario, suplirlo hasta el nivel permitido. Los filtros de plstico y los
recipientes de los lubricadores no deben limpiarse con tricloroetileno . Para los
lubricadores, utilizar nicamente aceites minerales.
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3.6.2 Caudal en las unidades de mantenimiento
Todos los aparatos poseen una resistencia interior, por lo que se produce
una cada de presin -hasta que el aire llega a la salida. Esta cada de presin
depende M caudal de paso y de la presin de alimentacin correspondiente. En el
diagrama estn representadas varias curvas, por ejemplo, para
En la abscisa est indicada la prdida de presin A p. Esta es la diferencia
entre la presin reinante en el regulador de presin (p,) y la presin a la salida de
la unidad (p2). La prdida mxima de presin A p puede corresponder por tanto a
la presin P2. En este caso, la resistencia despus de la unidad ha disminuido
hasta el valor cero y, por tanto, se dispone de caudal mximo de flujo.
Ejemplo:
La unidad de mantenimiento debe elegirse cuidadosamente segn el
consumo de la instalacin. Si no se pospone un depsito, hay que co