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Tecnicatura Superior en Mecatrónica
con orientación en Autotrónica
Materia
Fluídica & Automatización
U.F.I.De.T - Salta

Neumática
Parte I
- Sistemas Neumáticos, características, estructura, componentes
- Principios Físicos.
- Generación y abastecimiento de aire a presión.

Sistemas Neumáticos
Tecnología
Neumática
Tecnología
Hidráulica
Tecnología
Eléctrica
Sensores y dispositivos
de medición
Controladores
Lógicos Programables
Redes Industriales
SCADA
(Supervisory Control and Data Adquisition)
Control Numérico
computarizado
Electroneumática
Electrohidráulica

Neumática
Del griego Pneuma = soplo, aliento
Podríamos definirla como la rama de la técnica
que utiliza el aire comprimido como vehículo para
transmitir energía. El aire comprimido es aire
tomado de la atmósfera y confinado a presión en
un espacio reducido.
La Neumática describe la incorporación de aire
comprimido a los mandos y accionamiento.

Evolución: Las primeras aplicaciones de neumática se
remontan al año 2500 a.C. en formas de fuelle de soplado.
Posteriormente apareció su uso en la construcción de órganos
musicales, en la minería y en la siderurgia.

Recién en el siglo 19 se comenzó a aplicarse aire
comprimido a la industria en forma sistemática. Herramientas
neumáticas, martillos neumáticos, tubos de correo
neumáticos, locomotoras y otras instalaciones auxiliares son
algunos ejemplos.
La penetración de la neumática en las áreas de los
mecanismos y la automatización comienza recién a mediados
del siglo 20

Los elementos neumáticos de accionamiento permiten
movimientos: Lineales, giratorios y rotativos
Algunas aplicaciones generales de la técnica de
manipulación:
- Sujeción de piezas
- Desplazamiento de piezas
- Posicionamiento de piezas
- Bifurcación del flujo de materiales

Algunas aplicaciones generales en diversas técnicas
especializadas:
• Accionamiento de válvulas para aire, agua o productos
químicos.
• Accionamiento de puertas pesadas o calientes.
• Descarga de depósitos en la construcción, fabricación de
acero, minería e industrias químicas.
• Pintura por pulverización.
• Sujección y movimiento en la industria maderera.
• Sujección para encolar, pegar en caliente o soldar
plásticos.
• Máquinas de embotellado y envasado.
• Manipuladores neumáticos.
• Tornos de dentista.

Características y ventajas de la neumática:
- Cantidad: En prácticamente cualquier lugar se dispone
de cantidades ilimitadas de aire.
- Transporte: Facilidad de transportar aire a grandes
distancias a través de tuberías.
- Almacenamiento: Posibilidad de almacenar aire
comprimido en acumuladores, desde los que se pueden
abastecer al sistema. Además, el acumulador puede ser
transportado.
- Temperatura: El aire comprimido es prácticamente
indiferente a oscilaciones de la temperatura. De este
modo es posible obtener un funcionamiento fiable,
inclusive bajo condiciones extremas.

Características y ventajas de la neumática:
- Seguridad: El aire comprimido no alberga riesgos en
relación con fuego o explosión.
- Limpieza: El aire comprimido no lubricado no
contamina el ambiente.
- Composición: Los elementos de trabajo son de
composición sencilla y, por lo tanto, su precio es
relativamente bajo.
- Velocidad: El aire comprimido es un medio de trabajo
rápido, puesto que permite obtener elevadas velocidades
del movimiento del embolo y los tiempos de conmutación
son cortos.
- Sobrecarga: Las herramientas y los elementos
neumáticas pueden funcionar hasta que estén totalmente
detenidos, por lo que no son sobrecargados.

Desventajas de la neumática:
- Acondicionamiento: El aire comprimido tiene que ser
acondicionado, ya que de los contrario puede producirse un
desgaste precoz de los elementos neumáticos por efecto de
las partículas de suciedad y agua condensada.
- Compresión: El aire comprimido no permite obtener
velocidades homogéneas y constantes de los émbolos.
- Fuerza: El aire comprimido es económico solamente hasta
determinados niveles de fuerza. Este limite se ubica entre
20.000 y 30.000 Newton según la carrera, la velocidad y
suponiendo el uso de las presiones comunes que oscilan
entre 6 y 7 bar (600 y 700 KPa).
- Aire de escape: El escape del aire produce mucho ruido.
Sin embargo, este problema puede ser resuelto utilizando
materiales que atenúan el ruido y silenciadores.

Estructura de un sistema neumático
Trabajo Mecánico
Mando y Control
Mando de energía
Transformación
de Energía
Trabajo Mecánico
Transformación
a Energía
Neumática

Flujo de las señales
Elementos de trabajo
Salida
Elementos Maniobra
Elementos de
procesamiento
Elementos
de introducción
de señales
Abastecimiento
de energía
Estructura de un sistema neumático

Estructura de un mando neumático

Ejemplo de un sistema de mando neumático

Un ejemplo: Circuito neumático de una maquina dobladora

Fundamentos Físicos
Unidades, magnitudes y formulas

Para poder entender mejor la interrelación entre
procesos tecnológicos y los sistemas es necesario
conocer los fundamentos físicos básicos de los
portadores de energía correspondientes. Para una
descripción de estas propiedades se necesita de
las definiciones de magnitudes, sus formulas y
unidades.
El sistema de unidades hoy valido SI (Sistema
Internacional de Unidades) esta contemplado
en la norma DIN1301 y se fundamenta sobre las
unidades básicas

Algunas unidades basicas de nuestro interés

Algunas unidades derivadas de nuestro interés

Presión
La presión es la magnitud que indica cómo se distribuye la fuerza
sobre la superficie a la cual está aplicada.
La medida de la presión se puede calcular entonces dividiendo la
intensidad de la fuerza por el área de la superficie:

SUPERFICIE
PRESIÓN
FUERZA
PRESIÓN = FUERZA / SUPERFICIE

ALTA
PRESIÓN
1 kg
BAJA
PRESIÓN
1 kg
Ejemplos:

Unidad de presión: 1 Pascal corresponde a la presión que ejerce
una fuerza perpendicular de 1N sobre una superficie de 1 m2
p = [N / m2] = Pa (Pascal)
Unidades practicas de presión: 100KPa igual a
1 bar = 1 atm = 760 TORR (mmHg) = 14,5 psi = 1 Kg/cm2
Tabla de conversión entre unidades de presión
[Pa] o [N/m2] [bar] [psi] [mmHg]
1 10-5 1,45 x 10-4 75 x 10-4
105 1 14,5 750
1,013 x 105 1,013 14,68 760
69 x 103 6,9 x 10-2 1 51.72
133 1,33 x 10-5 1,92 x 10-2 1

Conversión entre unidades de presión

Ejemplo: Consideramos dos cuerpos con bases de superficies
diferentes (A1=2m2 y A2=1m2) pero con las mismas masas
(10Kg). Calcular la presión de cada uno de los cuerpos
N
seg
m
kg
g
m
F 100
10
10 2





Pa
m
N
A
F
p 100
1
100
2 2



Pa
m
N
A
F
p 50
2
100
1 2



Las fuerzas del pesos son iguales pero las presiones diferentes
porque las superficies de las bases son diferentes

Modificando la formula de p se pueden obtener las formulas
para calcular F y A
A
p
F 

p
F
A 
A
F
p 

Ejemplo: Sobre un cilindro actúa una presión de 10bar, la
superficie efectiva del embolo es de 7.85cm2
¿Cuál es la fuerza?
p = 10 bar = 1.000.000 N/m2 = 100 N / cm2
F = p x A
F = (100 N / cm2 ) x 7,85 cm2 = 785 N
Ejemplo : Una plataforma deberá elevar una carga de 1.500 N y el
sistema correspondiente tiene 7,5bar ¿Qué tamaño debe tener la
superficie A del embolo?
F = 1.500 N , p = 7,5bar = 7,5 x 105 Pa
A = F / p = 1.500 N / 7,5 x 105 Pa = 0,002 N x m2 / N = 0,002 m2
= 20 cm2

Presión atmosférica: Esta presión se origina debido al peso de las
capas de aire que rodean a la tierra y depende de la densidad de la
atmósfera y de la altura, por lo tanto no tiene un valor constante
Altura [m] Presión [mbar] Altura [m] Presión [mbar]
0 1013 2000 795
500 955 5000 540
1000 899 8000 356
Para poder tener valores de presión definidos, a pesar de las
variaciones climatologías, la norma DIN ha definido un valor de
presión de referencia.
La presión atmosférica en condiciones optimas, es decir a 45 ° de
latitud, a nivel del mar y a 15.6°C es de:
1013 mbar = 1013hPa = 760 mmHg o aprox 1bar

Rangos de presión y puntos de referencia: Las indicaciones de
presión pueden tener como punto de referencia el cero absoluto
(vacío) o a la presión atmosférica.
Las distintas escalas de presión quedan condicionadas a los
diferentes puntos de referencia

La presión superior a la atmosférica se la denomina
sobrepresión (+pe), mientras que la presión inferior a ella se
la denomina subpresión (-pe)
La presión absoluta es la suma de la presión atmosférica
mas la sobrepresión o la subpresión.
Ejemplos de distintas lecturas de presión
1 - pe = 1,5bar  pabs= 1bar + 1,5bar  pabs = 2,5 bar
2 - pe = -0,8bar  pabs= 1bar – 0,8bar  pabs = 0,2 bar
A – punto de referencia: presión atmosférica = 0  lectura
de presión : sobrepresión o subpresión
B – punto de referencia: cero absoluto = 0  lectura de
presión : presión absoluta
pabs = 1bar ± pe

Diferentes sistemas de indicación de presión

Medición de presiones:
La lectura de presión se consigue a través de un manómetro. Estos
miden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión
atmosférica local, por lo tanto miden presión relativa.
Los instrumentos que solo miden subpresiones se los denomina
vacuometros
La presión atmosférica se mide con un instrumento llamado
barómetro.
Los tipos de manómetros mas usados son
- Manómetro de tubo
- Manómetro de diagrama
- Manómetro de pistón

Manómetro de Bourdon
Consta simplemente de un tubo curvado de sección elíptica, con un
extremo sellado, el cual tiende a enderezarse cuando se aplica presión
en el extremo abierto. El indicador gira como resultado del
movimiento del piñon y cremallera conectado en el extremo final
sellado

Principio de pascal:
La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite en forma
integra a todas las partes de el y a las paredes del recipiente.

Leyes de los gases ideales
Los gases están compuestos por moléculas que se
mueven entre si con gran facilidad. Los gases toman todo
el espacio interior del recipiente en el que se encuentran
y ejercen, debido a su movimiento molecular, fuerzas de
presión.
Cambio de estado de los gases: El estado de un gas queda
definido por tres magnitudes a saber: Presión, volumen
y temperatura.
La relación de estos tres parámetros esta definida para los
gases ideales por las leyes de Gay-Lussac y Boyle-
Mariotte

Presión y Volumen: (Ley de Boyle-Mariotte) A
temperatura cte, los volúmenes ocupados por una masa
gaseosa son inversamente proporcionales a las presiones que
se les somete, es decir:
p x V = Cte o también p1 x V1 = p2 x V2 = Cte

Ejemplo: Un volumen de aire V1 = 1m3, a presión
atmosférica p1 = 100kPa = 1bar se comprime hasta lograr
un V2 = 0.05m3, manteniendo la temperatura constante
¿Cual es la presión que alcanza?
p1 x V1 = p2 x V2 = cte
100KPa x 1m3 = p2 x 0.05m3
Entonces despejando p2 tenemos:
p2 = (p1 x V1) / V2
p2 = 100KPa x 1m3 / 0.05m3 = 2000KPa = 10bar

Volumen y Temperatura: (Ley de Charles) A
presión constante, el volumen de aire es
directamente proporcional a su temperatura
absoluta (Isobarica: p = constante).
V / T = cte o también V1 / T1 = V2 / T2

Ejemplo: 1m3 de aire a una temperatura de 293°K
(20°C ) se calienta hasta 323°K (50°C) ¿Cual será el
volumen final?
Si consideramos que la presión se mantiene
constante durante el calentamiento, podemos decir
que:
V1 / T1 = V2 / T2 = cte
1m3 / 293°K = V2 / 323°K
Despejando V2 tenemos V2 = (V1 x T2) / T1
V2 = (1m3 x 323°K) / 293°K = 1.10m3

Presión y Temperatura: (Ley de Gay Loussac) A
volumen constante la presión del aire es
directamente proporcional a su temperatura
absoluta.
p/T = cte o también p1 / T1 = p2 / T2
Cuanto más se comprime un gas, más aumenta su temperatura.

Ejemplo: Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión
de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25,0°C ¿A qué
temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?
Solución: Primero expresamos la temperatura ºK:
T1 = (25 + 273) °K = 298 °K
Ahora sustituimos los datos en la ecuación
p1 / T1 = p2 / T2  970mmHg / 298°K = 760mmHg / T2
Si despejamos T2 obtendremos que la nueva temperatura
deberá ser:
233,5 °K o lo que es lo mismo -39,5 °C.

Ecuación general de los gases
Un resumen de las ecuaciones anteriormente expuestas nos da
la ecuación general de estado de los gases
(p1 x V1) / T1 = (p2 x V2) / T2 = ctte = n x R
Donde: n = cantidad de gas
R = constante de los gases, para el aire R=287 [J / (Kg x K)]
Todas estas leyes anteriores se referían siempre a cambios
lentos, cambiando solamente dos variables al mismo tiempo.
En la práctica, cuando entra aire en un cilindro, tiene lugar un
cambio adiabático por lo que se realizan algunas correcciones,
por ejemplo (ley de Poisson):
p x V = cte  p x VK = cte
Para el aire a presiones de 6 a 8 bar K=1,4

Caudal Volumétrico:
Es el volumen del aire que fluye a través de un tubo en un
tiempo determinado.
t
V
Q 
Q = caudal volumétrico
V = volumen
t = tiempo [seg] o [min]
La unidad básica para el caudal (o también llamado en
nuestro caso gasto volumétrico es el metro cubico normal por
segundo:
Q = [m3
(N)] / [seg]
En la practica se suele usar el litro por minuto:
Q = [L(N)] / [min]

Si en la formula del caudal volumétrico se sustituye el
cociente S/t por v (v = s/t) entonces obtenemos:
v
A
Q 

Q = caudal volumétrico
v = Velocidad de flujo
A = Sección del tubo
En base a esta formula de caudal pueden deducirse las
ecuaciones correspondientes a la sección del tubo y a la
velocidad del flujo
v
Q
A 
A
Q
v 

El Aire
El aire es una mezcla de distintos gases. Para el
tratamiento practico, a temperaturas y presiones normales
puede tratarse el aire como un gas ideal y de esta forma
trabajar conforme a la ecuación general de los gases.
Composición del aire
El aire es una mezcla de aprox 78% nitrogeno, 21 % de
oxigeno y de dioxido de carbono, argon y también otros
gases. Adicionalmente el aire contiene agua en forma de
vapor.

Componente Concentración aprox
1. Nitrógeno (N) 78.03% en volumen
2. Oxígeno (O) 20.99% en volumen
3. Dióxido de Carbono (CO2) 0.03% en volumen
4. Argón (Ar) 0.94% en volumen
5. Neón (Ne) 0.00123% en volumen
6. Helio (He) 0.0004% en volumen
7. Criptón (Kr) 0.00005% en volumen
8. Xenón (Xe) 0.000006% en volumen
9. Hidrógeno (H) 0.01% en volumen
10.Metano (CH4) 0.0002% en volumen
11.Óxido nitroso (N2O) 0.00005% en volumen
12.Vapor de Agua (H2O) Variable
13.Ozono (O3) Variable
14.Partículas Variable

Aire y vapor de agua
- El aire de la atmosférico contiene siempre un porcentaje
de vapor de agua.
- La facilidad de absorción del vapor de agua del aire
depende de la temperatura y en menor medida de la presión
Cuanto mas alta es la temperatura , mas vapor de agua es
capaz de retener el aire.
Cuanto mas alta es la presión, menos humedad contiene el
aire.
- Si el nivel de absorción es sobrepasado, se dice que el
aire esta saturado, en este momento el vapor de agua
condensa y cae como condensado (niebla, gotas, etc)

Definiciones:
Humedad absoluta (fab): Es el contenido real de vapor de agua por
unidad de volumen a una temperatura T:
fab = g/m3
Humedad max o de saturación (fmax) : Es la máxima cantidad de
vapor de agua posible por unidad de volumen a una temperatura T:
fmax = g/m3
Humedad relativa: Grado de saturación del aire en %
Φ = (fab / fmax) 100
Punto de Rocío (a patm): Si tomamos una muestra de aire
atmosférico cualquiera y lo enfriamos hasta llegar a su saturación, en
este momento estamos en el punto de rocío, y a la temperatura que se
verifica este fenómeno se la denomina Temperatura de punto de
Rocío.

Contenido de agua en aire saturado a patm
t [°C] fmax [g/m3] t [°C] fmax [g/m3]
-20 0.9 40 51
-10 2.1 50 83
0 4.9 60 130
10 9.4 80 292
20 17.2 100 600
30 30

Diagrama de Punto de Rocío a patm (1)

Contenido de agua en aire saturado en función de T y p (2)

Cuando el aire se comprime, su capacidad para contener
humedad en forma de vapor es sólo la de su “volumen
reducido. Por lo tanto, a menos que la temperatura suba
sustancialmente, el agua será expulsada mediante
condensación.
Por Ejemplo: Si tomamos 4m3 de aire atmosférico a 25ºC y HR
del 70% cada uno y lo comprimimos a 1m3, ¿Qué cantidad de
agua se condensa?
Del diagrama (1) tenemos:
Cantidad de agua = 23g/m3 x 0,70 =16,1g/m3 de agua

Si en el compresor la comprimimos hasta 1m3 tenemos
tendremos 4m3 x 16,1g/m3 = 65,1g de agua ingresada
Calculamos la presión en ese recipiente de 1m3
p1 x V1 = p2 x V2  1bar x 4m3 = p2 x 1m3  p2 = 4bar(abs)
La p relativa (medida en el manómetro) es p2 = 3bar
Si suponemos que el aire se refrigero y esta a la misma
temperatura, del diagrama (2) tenemos para 25°C  5,8g/m3
por tanto tendremos aire saturado al 100% y
65,1g – 5,8g = 59,3g de agua condensada

Aire Comprimido: Es aire atmosférico comprimido, que
tiene en ese estado energía almacenada y de esta forma
condiciones de entregar un trabajo.
Estados Normales: La unidad referida al estado normal
se definió a raíz de que solo se pueden comparar los
volúmenes de los gases a la misma presión y
temperatura. Aplicando la ecuación general de estado
puede convertirse cualquier valor al estado normalizado.
Estado normal físico p = 1.013 bar T = 273K (0°C)
Estado normal técnico p = 1 bar T = 293K (20°C)

Aire comprimido en movimiento
Tipos de flujo: (Laminar o Turbulento)
Flujo laminar: Las líneas de flujo corren en forma
paralela. Las perdidas de flujo ocurren por el rozamiento
existente entre estas líneas.

Flujo Turbulento: Aquí las líneas de flujo no solo se
desplazan en forma paralela, sino también en forma
transversal y opuestas a las de la corriente principal. De
esta forma aparecen torbellinos y cresen las perdidas de
energía.
F. Turbulento

Ecuación de Bernulli:
En una tubería por la que circula un fluido en régimen
laminar no turbulento, despreciando las pérdidas por
rozamiento, la energía total en un punto 1 es igual a la del
punto 2.
La energía total, es suma de la energía de presión estatica EP,
más la energía potencial Eg, más la energía cinética Ec:
ET = EP +Eg+Ec

Como la energía potencial la suponemos igual en todos los
puntos (aprox. igual en 1 que en 2) tenemos que:
Al ser V1 < V2 por la ecuación de continuidad, tenemos que
p1  p2
Si no existe circulación de aire, la presión en todos los
puntos del sistema será la misma.
Ep = V x p = m x p / 
Ec = m x v2 / 2
Q = A1 x v1 = A2 x v2 (ec. de continuidad)

Caídas de presión: En las paredes del tubo y en el fluido
mismo se produce fricción, que genera calor. Esta energía
térmica se pierde (disipa al exterior) y por lo tanto la
energía total del sistema antes mencionada disminuye.
Esto se refleja en un gran porcentaje en la presión
estática.
Estas dependen de: Sección y tipo de cañería,
Velocidad del fluido, Tipo de fluido.

Ejercicio:
El recipiente de aire de un compresor tiene un
contenido de 10m3. El mismo esta lleno de aire
comprimido a una sobrepresion de pe = 7bar y con
una temperatura de 20°C

1 – Que cantidad de aire contiene el recipiente referido al
estado normalizado (1bar a 20°) y que cantidad puede
usarse como máximo?
pe1 = 7bar  p1abs = 8bar, p2abs = 1bar
V1 = 10m3, V2 = averiguar
p1 x V1 = p2 x V2  V2 =( V1 x p1)/ p2
V2 = 10m3 x 8bar / 1bar = 80m3
Pueden usarse como máximo 70m3 ya que 10m3 quedan en
el recipiente.

2 – Que presión aparece en el recipiente cerrado al tener
un aumento de temperatura a 65°C (no considerar la
dilatación del recipiente)
p1abs = 8bar, p2abs = averiguar
T1 = (20 + 273)°K = 293°K, T2 = 338°K
p1 / T1 = p2 / T2  p2 =( p1 x T2)/ T1
p2 = 8bar x 338K / 293K = 9.22barabs
Al aumentar la temperatura a 65°C se incrementan 1.22bar
y la presión en el recipiente es de 9.22barabs

3 – Que cantidad de energía, referida a 20°C, esta
almacenada en el recipiente y cual es la máxima energía
que puede suministrar?
p1abs = 8bar, pe = 7bar (útiles)
V1 = 10m3,
WT = p x V
WT = 8 x 105 N/m2 x 10m3 = 8x106 J (cantidad total)
WT = 7 x 105 N/m2 x 10m3 = 7x106 J (cantidad útiles)
4 – Cual es la potencia liberada, si se deja salir todo el aire
en un tiempo de 100mseg
P = W / t = 7 x 106 [N x m] / 0.1 [seg] = 70 MW

Preparación del aire comprimido

Filtro de
aspiración
Compresor
Motor
Refrigeración
Intermedia
Refrigeración
Posterior
Filtro
Purga
Acumulador
Purga
Secador
Filtro
Red de Distribución
Red
Secundaria
Unidad de
Mantenimiento
Sistema
Neumático
Consumidor
Purga
Purga
Purga
Sistema Neumático General: Sistema de Generación y Distribución
Sistema Consumidor

Factores a considerar para el aire alimentado al sistema:
- Presión correcta
- Aire seco
- Aire limpio
El tipo de compresor y su ubicación en el sistema inciden en
mayor o menor medida en la cantidad de partículas, aceite y
agua incluidos en la red neumática.
Elementos utilizados en la generación y abastecimiento
- Filtro de aspiración
- Compresor
- Acumulador de aire a presión
- Secador
- Unidad de mantenimiento
- Puntos de evacuación del condensado (purgas)

1m3
Pe=7bar
1m3
Pabs=1bar
1m3
Pabs=1bar
- Compresores: Son los encargados de convertir la energía
mecánica de un motor en energía de presión (p x V)

Una primera clasificación de los compresores:
- Estación central: Se utilizan para mecanismos y mandos
neumáticos con instalaciones fijas. El aire comprimido viene
de la estación compresora y llega a las instalaciones a través
de tuberías.
- Los compresores móviles: se utilizan en el ramo de la
construcción o en máquinas que se desplazan
frecuentemente.

Se distinguen dos tipos básicos de compresores:
1 - El primero trabaja según el principio de desplazamiento.
La compresión se obtiene por la admisión del aire en un
recinto hermético, donde se reduce luego el volumen. Se
utiliza en el compresor de émbolo (oscilante o rotativo).
2 - El otro trabaja según el principio de la dinámica de los
fluidos. La elevación de presión es obtenida por medio de
conversión de energía cinética en energía de presión, durante
su paso a través del compresor.
El aire admitido es colocado en contacto con los impulsores
dotados de alta velocidad.
Este aire es acelerado, alcanzando velocidades elevadas y
consecuentemente los impulsores transmiten energía cinética
al aire. Posteriormente, su salida es retardada por medio de
difusores, obligando a una elevación de presión.

La elección del compresor depende de la presión de trabajo y de la
cantidad de aire necesaria (flujo volumétrico o caudal).
Clasificación según su tipo de construcción

Compresor de embolo alternativo o de embolo oscilante o
de piston de una etapa:
El aire es aspirado por una válvula en la carrera de
absorción y, en la carrera de compresión luego de alcanzada
la presión, se evacua a través de la válvula de compresión

Ciclo de Trabajo de un Compresor de Piston de una etapa

Ejemplo de un compresor de 1 etapa comercial (sistema de
generación básico)
1 – Filtro de aspiración con silenciador
2 – Bloque compresor de pistón
3 – Accionamiento1:1 sin mantenimiento
4 – Protector del ventilador
5 – Presostato
6 – Regulador de presión del filtro con enchufe rápido
7 – Válvula de seguridad (no visible)
8 – Deposito de presión, con recubrimiento de pintura
pulverizada
9 – Slient blocks
10 – Tubo de llenado de aceite con ventilación
11 – Tornillo de purga de aceite
Sistema Consumidor
Ej: Herramienta neumática

Estos compresores son muy conocidos, de alta confiabilidad y
seguros. Se construyen de distintos tipos, rangos de presión y
caudal.
Son rentables solo para presiones de 8 a 10 bar con
pequeños caudales, debido que a presiones mayores las
perdidas por calor son muy importantes
Para caudales grandes, solo hasta 4 bar.
Compresores de embolo de varias etapas:
En este tipo de compresores se elige una relación de
compresión menor por etapa; además se enfría el aire antes
de la próxima compresión. De esta forma se evita que el aire
tenga menor masa por unidad de volumen y el rendimiento a
presiones mayores es mas rentable.

Los compresores de émbolo oscilante pueden refrigerarse por
aire o por agua, y según las prescripciones de trabajo las
etapas que se precisan son:
Hasta 15 bar – 2 etapas (Se puede llegar hasta 30bar)
mas de 15 bar – 3 o mas etapas (hasta 220bar)
Etapa de alta
Etapa de baja
Refrigeración
intermedia

Rendimiento de un compresor de 1 y 2 etapas

Compresores de membrana: Forma parte del grupo de
compresores de émbolo. Una membrana separa el émbolo de
la cámara de compresión; el aire no entra en contacto con las
piezas móviles. Por lo tanto, el aire comprimido esta exento de
aceite. Estos compresores se emplean con preferencia en las
industrias alimenticias, farmacéuticas y químicas.
La membrana aumenta la superficie útil
Presiones hasta de 5bares
Aire libre de aceite
Caudales hasta de 1500m3/h

Compresores de tornillo helicoidal: Son compresores
rotativos con dos árboles giratorios. Trabajan con el principio de
desplazamiento y generan aire en forma continua, por ello no
aparecen picos de presión ni variaciones.
Están constituidos por dos tornillos helicoidales que engranan
con sus perfiles convexo (rotor macho) y cóncavo (rotor
hembra) impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente.
Son de muy bajo mantenimiento, debido a que no tienen
válvulas, son de construcción pequeña y permiten alto numero
de revoluciones. La potencia requerida es mayor que para
compresores de pistón.

Ciclo de Trabajo de un Compresor de Tornillo

Caudales
mayores a 24000m3/h
Presiones
hasta de 12bares

1 Filtro de aspiración
2 compresor
3 motor
4 filtro separador
5 pos enfriador
6 microfiltro
7 filtro separador
8 válvula de presión minina
9 pos enfriador
10 Salida
Ejemplo de un compresor a tornillo comercial (sistema de
generación abanzado)

Compresores de paletas múltiples: Son compresores
rotativos que trabajan según el principio de desplazamiento.
Aspiración y salida se realizan a trabes de sectores que al ir
girando van disminuyendo el espacio de compresión debido al
rotor excéntrico respecto de su carcasa y provisto de paletas.
Construcción sencilla
Muchas carreras de
trabajo
Generación de pocos
picos de trabajo
Lubricación forzada.
Caudales hasta de
150m3/h a 7 bares

Compresores de paletas múltiples
Lubricación forzada para mejorar su
estanqueidad, lubricar piezas
móviles y reducir el rozamiento de
las paletas

Compresores Roots: La presión se logra por generación
contra resistencia. Este principio solo permite lograr presiones
pequeñas. El aire es llevado de un lado a otro sin que el
volumen sea modificado. En el lado de impulsión, la
estanqueidad se asegura mediante los bordes de los émbolos
rotativos.
Este sistema no tiene rozamiento debido a su movimiento
mecánico sincronizado de émbolos y por eso no requiere
lubricación

TurboCompresores: El aire se pone en circulación por medio
de una o varias ruedas de turbina. Esta energía cinética se
convierte en una energía elástica de compresión.
Compresor axial: El aire pasa a través de alabes y se
transforma en alta velocidad pasando luego en su ultima
etapa por un difusor, y transformando a esta energía de
movimiento del aire en presión. Por lo general se usan donde
se necesitan grandes caudales. La presión por cada etapa es
baja por lo que suele ponerse varios en serie (hasta 24)

Compresor radial: En este caso la aspiración es axial, luego
el aire cambia de dirección y se entrega en forma radial. Son
de muy bajo mantenimiento, se utilizan en aplicaciones en
donde se necesitan grandes caudales de aire. Pala lograr
presiones elevadas deben ser puestos en serie en varias
etapas.
Caudales hasta de 220000m3/h

Presión: Se distinguen dos conceptos:
- Presión de Servicio: Es la suministrada por el compresor
o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los
consumidores.
- Presión de trabajo: Es la necesaria en el puesto de
trabajo considerado. Comúnmente es de 6 bar (600 kPa) .

Accionamiento: Los compresores se accionan, según las
exigencias por medio de: - Motor eléctrico
- Motor de explosión interna.
En la industria, en la mayoría de los casos los compresores
se arrastran por medio de un motor eléctrico.
Si se trata de un compresor móvil, éste en la mayoría de
los casos se acciona por medio de un motor de combustión
(gasolina, Diesel ).

Regulación: Al objeto de adaptar el caudal suministrado por
el compresor al consumo que fluctúa, se debe proceder a
ciertas regulaciones del compresor. Existen diferentes clases
de regulaciones. El caudal varía dentro dos valores límites
ajustados (presiones máxima y mínima).
Regulación de
marcha en vacío
1 - Regulación por escape a la atmósfera
2 - Regulación por bloqueo de la aspiración
3 - Regulación por apertura de la aspiración
Regulación de
carga parcial
4 - Regulación de velocidad de rotación
5 - Regulación por estrangulación de la
aspiración
6 - Regulación por intermitencias

1 - Regulación por escapo a la atmósfera: Se trabaja con
una válvula reguladora de presión a la salida del compresor.
Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado la presión
deseada, dicha válvula abre el paso y permite que el aire
escape a la atmósfera. Una válvula antirretorno impide que el
depósito se vacíe (sólo en instalaciones muy pequeñas)

2 - Regulación por bloqueo de la aspiración: Se bloquea el
lado de aspiración. La toma de aspiración del compresor está
cerrada. El compresor no puede aspirar y sigue funcionando
en el margen de depresión. Esta regulación se utiliza
principalmente en los compresores rotativos y también en los
de émbolo oscilantes

3 - Regulación por apertura de la aspiración: Se utiliza en
compresores de émbolo de tamaño mayor. Por medio de una
mordaza se mantiene abierta la válvula de aspiración y el aire
circula sin que el compresor lo comprima.

4 - Regulación de la velocidad de rotación: El
regulador de velocidad del motor de combustión
interna o eléctrico se ajusta en función de la presión
de servicio deseada, por medio de un elemento de
mando manual o automático.

5 - Regulación del caudal aspirado: Se obtiene por simple
estrangulación de la tubuladura de aspiración. El compresor
puede ajustarse así a cargas parciales predeterminadas.
Este sistema se presenta en compresores rotativos o en
turbocompresores.

6 - Regulación por Intermitencias: Con este sistema, el
compresor tiene dos estados de servicio: - Funcionamiento a
plena carga o - Desconectado.
El motor de accionamiento del compresor se para al alcanzar
la presión PMax. Se conecta de nuevo al alcanzar el valor
mínimo Pmin.
Los momentos de conexión y desconexión pueden ajustarse
mediante un presóstato. Para mantener la frecuencia de
conmutación dentro de los límites admisibles, es necesario
prever un depósito de gran capacidad

Lugar de emplazamiento: La estación de compresión debe
situarse en un local cerrado e insonorizado. El recinto debe
estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco,
limpio de polvo y seco posible.
Significado del símbolo:

Características para seleccionar un compresor:
- Caudal Efectivo
- Presión de Servicio
- Accionamiento
- Regulación
- Refrigeración
- Consumo de energía
- Dimensiones

Enfriado del Aire: Enfriado Intermedio
Enfriado Posterior

Se trata esencialmente de un revestimiento de acero que
aloja unos conductos en los que el agua circula por un lado y
el aire por otro, normalmente de forma que el flujo de ambos
sea en sentido contrario a través del refrigerador

Acumulador de aire: El acumulador o depósito sirve para
estabilizar el suministro de aire comprimido. Compensa las
oscilaciones de presión en la red de tuberías 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

El tamaño de un acumulador de aire comprimido depende:
- Del caudal de suministro del compresor
- Del consumo de aire
- De la red de tuberías (volumen suplementario)
- Del tipo de regulación del compresor
- De la diferencia de presión admisible en el interior de la red

Ej de la determinación del
acumulador cuando el
compresor funciona
Intermitentemente
El tamaño de un acumulador
puede determinarse según el
diagrama de la figura.
Ej:
- Caudal V = 20m3/min
- Conmutaciones/h z=20
- Diferencia de presión: 1bar
Volumen del acumulador
Va=15m3

El aire comprimido con un contenido elevado de humedad
reduce la vida útil de los sistemas neumáticos.
Secadores de aire
Se los utiliza para reducir el contenido de humedad del aire
hasta alcanzar los niveles deseados
Durante el proceso de compresión, el compresor de aire
concentra los contaminantes y, en función del diseño y la
antigüedad del aparato, incluso puede aumentar el grado de
contaminación agregando partículas de aceite.
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
climáticas.

Ejemplo: Un compresor aspira una cantidad de aire de 400m3
/ h de aire con una humedad relativa del 60% a 25°C. Luego
de la compresión, la presión pe = 8bar y la temperatura T =
323K (50°C) ¡Que cantidad de agua se obtiene?
Del diagrama de punto de rocío se obtiene para una temperatura de 298K
un contenido de agua de 20g/m3, para una humedad relativa del 100%.
Pero para una humedad relativa del 60% tenemos:
f = Φ x fmax / 100% = (60% x 20g/m3) / 100% = 12g/m3
f = 12g/m3
Para una cantidad de aire de 400m3 / h aspirada se obtendría:
400 m3/ h x 12 g/m3 = 4800 g/h = 4,8 Kg/h
En el deposito tenemos
44,5 m3/h x 9g/m3 = 400,5 g/h = 0,4 Kg/h
Tendremos aire saturado y 4,4 Kg/h de agua
(1Kg de agua es 1L por lo que tendremos 4L/h de agua para purgar y

Diagrama para la determinación del punto de roció (1)
Contenido de agua en aire saturado en función de T y P (2)

Métodos de Secado del aire comprimido
Condensación
Difusión
Sorción
Secado por Refrigeración
Secado por Sobre-compresión
Secado por Membrana
Absorción
Adsorción
Material Delicuescente
Material Liquido
Regeneración en frio
Regeneración interna por calor
Regeneración externa por calor
Regeneración por vacio
Separación de agua mediante enfriado
por debajo del punto de rocío a presión
Secado por transferencia molecular
Secado a través de la
extracción de humedad

Métodos de Secado del aire comprimido

Algunos métodos utilizados para el secado son:
-Secado por enfriamiento (enfriado a temperaturas inferiores
al punto de condensación bajo presión de 2 a 5 °C)
-Secado por adsorción: Deposito de materiales (gel) en la
superficie de cuerpos sólidos
-Secado por absorción: método puramente químico

Secado por enfriamiento: Se basan en el principio de una
reducción de la temperatura del punto de rocío.
El aire es enfriado hasta alcanzar temperaturas inferiores al
punto de condensado (de rocío). La humedad contenida en el
aire es segregada y recogida en un recipiente. El punto de
rocío bajo presión alcanzado esta entre 2 a 5 °C (equivalente
a punto de rocío a Patm de hasta -20°C). Las etapas son:

Secado por Adsorción:
Entendemos por adsorción, al deposito de materias en
superficies de cuerpos sólidos. El agente secador (gel
secador) es un granulado compuesto principalmente de oxido
de silicio. Este método permite obtener puntos de
condensación mas bajos (equivalente a punto de rocío a
presión hasta de -70°C)
Adsorción
Regeneración

Secado por Absorción: Una materia gasifirme es fijada por
una materia sólida o liquida. El aire a presión es guiado a
través de un filtro para retirar la mayor cantidad de gotas de
agua y aceite posible. Luego es sometido a un movimiento
rotativo al atravesar la cámara de secado. La humedad se
une a la masa de secado y la disuelve. El liquido obtenido
pasa al deposito inferior que es vaciado regularmente.

Las principales
sustancias utilizadas:
Cloruro de Calcio, Cloruro de
Litio, Dry-o-Lite.
Con la consecuente
disolución de las sustancias,
es necesaria una reposición
regular; en caso contrario,
el proceso seria deficiente.
(equivalente a punto de
rocío a presión hasta de
-15°C)

Unidad de mantenimiento: Tiene la función de acondicionar
el aire a presión. Esta unidad es antepuesta al mando
neumático
Consta de un filtro de aire a presión, una válvula reguladora
de presión y en algunos casos un lubricador de aire a
presión.

Filtro de aire a presión: Sirve para la separación de
impurezas liquidas y sólida (suciedad, agua , aceite)
El filtrado ocurre en dos etapas:
-La separación preliminar es provocada por una rotación a la
que esta expuesto el aire, generada por un deflector de
chapa, en la entrada, en definitiva una fuerza centrifuga.
- La separación final se produce a través de una cápsula
filtrante.

El abastecimiento de aire a presión de buena calidad
depende en gran medida del filtro que se elija.
El parámetro característico de los filtros es la amplitud de los
poros. Dicho tamaño determina el tamaño mínimo de las
partículas que pueden ser retenidas en él.
Filtros normales tienen poros con dimensiones que oscilan
entre 5 y 40 μm.
Grado de filtración: se entiende al porcentaje de partículas
que son separadas de la corriente de aire.
Ej: poros = 5 μm se obtiene un grado de filtración de 99,99%
Estos filtros deben ser sustituidos después de un cierto
tiempo. Las partículas obturan el filtro. El efecto del filtro se
mantiene pero filtro sucio significa mayor resistencia al flujo
del aire, en consecuencia produce mayor caída de presión

Reguladores de presión: Tiene la misión de mantener la
presión constante en el sistema
Esto solo puede lograrse si la pregón regulada (presión
secundaria) es menor al punto de presión mas bajo del
sistema de alimentación (presión primaria)
Un regulador puede disminuir la presión, pero no puede
elevarla.
Las presiones que normalmente se trabajan en la practica
son:
6 bar en la sección de operación
4 bar en la sección de mando

Funcionamiento: La presión de salida actúa sobre uno de
los lados de la membrana, mientras que por el otro lado
actúa un muelle. La fuerza del muelle puede ajustarse
mediante un tornillo.

El tamaño del regulador se selecciona para obtener el
caudal deseado para la aplicación, con una variación mínima
de presión en toda la gama de caudales de la unidad,
dependiendo de:
• el caudal máximo de aire comprimido empleado
• la caída de presión máxima aceptable

I - poco consumo, con un pequeño intersticio en la válvula que
no permite aún una regulación real
II - la gama de caudales en los que es efectiva la regulación
III - la gama de saturación; la válvula está completamente
abierta y la regulación es imposible

Lubricador : Tiene por misión lubricar a todos los
componentes de trabajo y control.
El aporte de aceite se logra a través de un tubo de ascenso,
del cual cae al flujo de aire en forma de gotas, y debido a la
alta velocidad traída por el aire se pulveriza

Especificaciones :
- Caudal de aire: m3 / h
- Presión de servicio: bar
- Temperatura de trabajo: generalmente no mayores a 50°C
(valor máximo para elementos de material plástico)
- Rosca de conexión
- Capacidad del recipiente
- Porosidad del filtro
- Rango de regulación

Componentes de una red de aire comprimido

Los componentes principales de una red de aire comprimido son los
siguientes:
-Tubería principal: A través de esta tubería se transporta al aire
comprimido desde el compresor hasta el taller en el que es
necesario disponer de aire comprimido.
-Tubería de distribución: La tubería de distribución suele ser una
tubería circular (anular). Es la que se encarga de llevar el aire
comprimido desde la tubería principal hasta los diversos puestos de
trabajo.
-Tubería de unión: Se trata de la ultima parte de la red de tubos
fijamente instalados. La tubería de unión une la tubería de
distribución con cada uno de los puestos de trabajo. Los tubos de
unión con frecuencia son tubos flexibles.
Derivación: Se trata de un tubo que lleva aire desde la tubería de
distribución hasta un determinado lugar del taller; este tubo no es
circular y termina en un punto muerto. Su ventaja consiste en que se
necesita menos material que una tubería circular.

Línea Principal con final en línea muerta

Purga Automática
El agua de condensación se acumula en el fondo de la cavidad
y, cuando sube lo suficiente para levantar el flotador de su
asiento, la presión se transmite al émbolo
que se mueve a la derecha para abrir el asiento de la válvula
de alivio y expulsar el agua. El flotador baja entonces, para
cerrar el suministro de aire al émbolo.

Filtros
La elección del filtro apropiado es fundamental para la calidad del aire.
Para obtener aire comprimido de alta calidad, es necesario prever varias
fases de filtración.
Un solo filtro “fino” no es suficiente para obtener aire de calidad
satisfactoria.
El grado de filtración necesario depende siempre de la aplicación
correspondiente. En el aire comprimido se admite la presencia de las
siguientes partículas:
- Partículas dese 40 μm hasta 5 μm en motores de embolo rotativo con
paletas, cilindros neumáticos, unidades de mando y herramientas
percutoras.
- Partículas inferiores a 5 μm en reguladores, válvulas, instrumentos
de medición, pistolas de inyección
- Partículas inferiores a 1 μm en el caso de aplicaciones en la industria
alimentaria, farmacéutica y electrotécnica.

Clasificación de los filtros:
- Filtro: Los filtros comunes son capaces de retener
partículas de tamaños superiores a 40 μm o a 5 μm, según
su grado de filtración y el tipo de cartucho filtrante.
- Microfiltro: Estos filtros retienen partículas de tamaños
superiores a 0,1 μm.
- Filtro submicrónico: Estos filtros pueden retener
partículas de tamaños superiores a 0,01 μm. Sin embargo,
antes de pasar por estos filtros, el aire tiene que haber
pasado previamente por otro, capaz de retener partículas de
hasta 5μm.
- Filtros de carbón activo: Estos filtros son capaces de
retener partículas a partir de 0,003 μm, lo que significa que
pueden retener substancias aromatizantes u odoríferas. Los
filtros de carbón activo también se llaman filtros
submicronicos.

Principios para realizar el filtrado
Filtros ciclónicos
Filtros de capa simple: Estos filtros están compuestos de un tejido de
metal y de material sintético y sus poros pueden ser de 5 μm o de 40
μm. El tejido retiene todas las impurezas que tienen un tamaño mayor
que sus poros. Los filtros de capa simple suelen montarse detrás de un
filtro ciclónico
Filtros de capas múltiples : Estos filtros de vellones de microfibra
(tejidos de fibras de borosilicato) tienen poros de 1 μm (filtro micronico)
o de 0,01 μm (filtro submicronico).
Las partículas solidas se quedan atascadas entre las fibras. Las
partículas liquidas coalescen (se unen) para formar gotas de mayor
tamaño y que se acumulan en el deposito del filtro.
Filtros de carbón activo: Estos filtros contienen una unidad filtrante de
carbón amorfo poroso, son capaces de retener partículas muy finas. Los
elementos filtrantes de carbón activo suelen tener que cambiarse cada
1 000 horas de funcionamiento.

Símbolos sistema de generación y distribución

Calidad de aire comprimido según norma ISO 8573
Especifica cual es el contenido máximo permitido de materias
contaminantes del aire en las distintas categorías

X : X : X
Partículas Solidas
Agua Aceite

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