neumatica básica

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Curso de Neumática Básica

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Programa del Curso

1. Introducción y Teoría del aire.

2. Tratamiento del Aire Comprimido.

3. Simbología ISO 1219-1.

4. Funcionamiento Componentes Neumáticos.

5. Diseño de Circuitos Neumáticos.

Introducción y

Teoría del AirePara neumática industrial

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Contenido

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

Caudal de aire comprimido.

Introducción.

Agua en el aire comprimido.

Caudal a través de válvulas.

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Introducción¿Que es Neumática ?

La técnica que trata del aprovechamiento de las propiedades que tiene el aire comprimido.

Propiedades del aire comprimido :Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al desplazamiento.Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un recipiente cerrado aumentando la presión.Elasticidad: la presión ejercida en un gas se transmite con igual intensidad en todas las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.

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Composición del aireEl aire que respiramos es elástico, comprimible y fluido.Damos por hecho que el aire llena todo el espacio que lo contiene.El aire se compone básicamente de nitrógeno y de oxígeno.

Composición por VolumenNitrogeno 78.09% N2Oxígeno 20.95% O2Argón 0.93% ArOtros 0.03%

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

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

1013.25 m bar

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

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Aire comprimido industrial

Rangobajo

Rangoindustrialtípico

0123456789

1011121314151617

0123456789

10111213141516

Pre

sión

abso

luta

bar

Pre

sión

man

omét

rica

bar

Vacio totalAtmósfera

RangoIndustrialampliado

Las presiones se dan en bar (relativos a la presión atmosférica).El zero del manómetro es la presión atmosférica.Para cálculos se utiliza la presión absoluta:Pa = Pg + Patmósfera.Se asume para cálculos rápidos que 1 atmósfera equivale a 1.000 mbar.En realidad 1 atmósfera equivale a 1.013 mbar.

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Presión1 bar = 100.000 N/m2

(Newtons por metro cuadrado).1 bar = 10 N/cm2

1.000 mbar = 1 barEl sistema de medidas anglosajón utiliza los pies por pulgada cuadrada (psi)1 psi = 68.95mbar14.5 psi = 1bar

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Unidades de presiónExisten diversas unidades de medida de presión. Se muestran algunas de ellas y sus equivalencias:

1 bar = 100.000 N/m21 bar = 100 kPa1 bar = 14.50 psi1 bar = 10.197 kgf/m2

1 mm Hg = 1,334 mbar approx. 1 mm H2O = 0,0979 mbar approx.1 Torr = 1mmHg abs (para vacio)

Presión y fuerza

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

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Presión y fuerzaD mm

P bar

La fuerza que se desarrolla sobre un pistón debida a la presión del aire comprimido es el área efectiva multiplicada por la presión:

Fuerza = D2

40P

Newtonsπ

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

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

P1 P2

Las leyes de los gases

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Las leyes de los gasesPara cualquier masa de aire dada las propiedades variables son presión, volumen y temperatura.Asumiendo que una de estas variables se mantiene constante se darán los siguientes casos:

Temperatura Constante

Presión Constante

Volumen Constante

P.V = C (una constante)

= C (una constante)V

T

= C (una constante)P

T

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La Ley general de los Gases

= = CP1 .V1

T1

P2 .V2

T2

Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante.

Generación del aire comprimido

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Central Generación Aire Comprimido

Compresor y refrigerador

Presión manómetro

Válvula seguridad

Purga condesados

Válvula de purga

Depósito acumulador

Tubería distribución

SWP10bar Válvula de corte

M

Agua en el Aire Comprimido

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

purga

aire totalmente

saturado

Condensado

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Agua en el aire comprimidoLa cantidad de vapor de agua que contiene una muestra de aire atmosférico se mide por la humedad relativa en % HR. Este porcentage es la proporción de la cantidad máxima de agua que puede contener el aire a una temperatura determinada.

-40

-20

0 10 20 30 40 50

0

20

40

Gramos vapor agua / metro cúbico aire g/m360 70 80

Tem

pera

tura

Cel

sius

25% RH 50% RH 100% RH

A 20o Celsius100% HR = 17.4 g/m3

50% HR = 8.7 g/m3

25% HR = 4.35 g/m3

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

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

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Agua en el aire comprimido4 metros cúbicos a presión atmosférica contenidos en 1 metro cúbico producen una presión de 3 bares de manómetro.17.4 gramos de agua se mantienen como vapor produciendo el 100% HR y los otros 17.4 gramos condensan en agua líquida. Esto es un proceso continuo, de manera que cuando el manómetro marca 1 bar, cada vez que se comprime un metro cúbico de aire y se añade al metro cúbico contenido, otros 8.7 gramos se comprimen.

Caudal de aire comprimido

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Unidades de caudalEl caudal se mmide como volumen de aire libre por unidades de tiempo.Las unidades usuales :

Litros normales o decímetros cúbicos por segundo lN/s o dm3/sMetros cúbicos por minuto m3N/minPies cúbicos normales por minuto scfm

1 m 3/m = 35.31 scfm1 dm 3/s = 2.1 scfm1 scfm = 0.472 l/s1 scfm = 0.0283 m3/min 1 metro cúbico

o 1000 dm3

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Caudal aire LibreEl espacio entre las barras representa el volumen real que ocup un litro de aire libre a surespectiv presión. El caudal es el resultado de la presión diferencial, a un bar absoluto (0 de manómetro) solo habría caudal en vacio.Si la velocidad fuese la misma en cada caso el caudal seria el dobl que en el caso anterior.

Volumen real de 1 litrode aire libre a presión

0

1/8

1/16

1/4

1/2

1 litro1bar a

2bar a

4bar a

8bar a

16bar a

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Caudal sónico

P1 barabsoluta

time

P1 está 9 bar un recipiente ala atmósfera

2P2

0 5 10 200123456

15

789

atm

0 5 10 200123456

15

789

P2 barabsoluta

P1 está 9 baralimentación aun recipiente

1/2P1

atm

La velocidad límite a la cual puede circular el aire es la velocidad del sonidoPara alcanzar el caudal sónico, se ha de tener una P1, aprox. 2 veces P2 o mas. Cuando se vacia un recipiente de aire a alta presión a la atmósfera el caudal se mantendrá constante hasta que P1 sea menor que 2 P2.Cuando se carga un recipienteelcaudal se mantiene constante hasta que P2 es 1/2 P1.

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Caudal a través de válvulasLa característica de caudal de una válvula se suele indicar por algun tipo de factor de caudal, como “C” , “b”, “Cv”, “Kv” y otros.El procedimiento mas preciso para determinar esta característica de una válvula es a través de su valor “C” (conductancia) y “b” (relación crítica de presiones). Estas características se determinan provando el componente según CETOP RP50P recommendations.Para un rango de presionesde alimentación P determinado,P2 se contrasta con el caudalhasta alcanzar su máximo. El resultado es un conjunto de curvasmostrando la característica de caudal de la válvula.

P1 P2

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Caudal a través de válvulasA partir de estas curvas se puede determinar la relación crítica de presiones “b”. La “b” representa la relación de P2 sobre P1, en la cual la velocidad es sónica. Así la conductancia “C” en este punto representa el caudal “dm³/ segundo / bar absoluto”.

Presión P2 (bar) aguas a bajo

Relación crítica de presiones b = 0.15

0 1 2 3 4 5 6 70

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5ConductanciaC= 0.062 dm/s/bar aTan solo para la partehorizontal de la curva

Caudaldm3/sairelibre

P1 es el punto de caudal zero para cada curva

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Caudal a través de válvulasSi no se dispone del conjunto de curvas pero se conocen la conductancia y la relación crítica de presiones, el valor del caudal para cualquier caida de presión se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Q = C P1 1 -1 - b

P2

P1

- b2

Donde : P1 = aguas arriba barP2 = aguas a bajo barC = conductancia dm3/s/bar b = relación crítica de presionesQ = caudal dm3/s

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Caudal a través de válvulasEl Coeficiente de caudal Cv es un factor calculado a partir del caudal de agua que circula a través de un componente neumático con una pérdida de presión de 1 p.s.i.

Q : caudal en l N / minAP : caída de presión en barP1 : presión de entrada en barP2 : presión de salida en barT : temperatura abs. (273º + C).

Cv QP P Pa

T

= +114 5 21, ( )Α

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Caudal a través de válvulasEl Coeficiente de caudal Kv es un factor calculado a partir del caudal de agua que circula a través de un componente neumático con una pérdida de presión de 1 bar.

Vn : caudal en l N / minAP : caída de presión en barGn : Gravedad específica (1 para el aire)P2 : presión de salida en barT1 : temperatura abs. (273º + C)

Kv Vn GnTP P= 504

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