COMPRESORES_CILINDROS_MOTORES.pdf
- 2. La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es elástico, y por ello, lo podemos comprimir aplicándole una fuerza, mantener esa compresión, y usar la energía acumulada cuando le permitamos expandirse. Ventajas Actualmente es una técnica muy expandida en la industria y presenta diferentes ventajas: -Abundancia de aire. -Energía limpia. -No hay riesgo de explosión. -No se ve afectada por cambios de temperatura. -Cambios de sentido instantáneos y velocidad de trabajo relativamente alta. -No se produce una situación peligrosa ante una sobrecarga ni se daña el equipo permanentemente. Inconvenientes -Alto ruido. -No permite grandes fuerzas con las presiones habituales. -Si el circuito es extenso se pierde una carga considerable.
- 3. APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA NEUMÁTICA.
- 4. Propiedades del aire El aire es un gas formado por moléculas de diferentes gases que se mueven libremente por el espacio. En la práctica se puede considerar como un gas ideal y, en consecuencia, se rige por las leyes generales de los gases. El aire es una mezcla de gases simples que puede tratarse, a las presiones y temperaturas normales de funcionamiento, como un gas ideal.
- 6. Fuerzo, par La fuerza, F, puede definirse según la primera ley de Newton como el producto de la masa m, y la aceleración, a, de ésta en un momento dado. F=m.a Presión atmosférica: es igual al peso por unidad de superficie de la columna de aire comprendida entre esta superficie y la última capa de la atmósfera
- 7. Caudal
- 9. Principios físicos y Leyes de los gases: Las condiciones de un gas se definen mediante tres variables de estado, que son: Presión absoluta (P), volumen específico (v, o densidad, ρ) y temperatura absoluta (T). Cuando se conocen dos de ellas, queda determinada la condición del gas, debido a la relación que existe entre ellas.
- 10. Ley de Dalton de presiones aditivas: La presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si existiera sólo a la temperatura y volumen de la mezcla. Ley de Amagat de volúmenes aditivos: El volumen de una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes que cada gas ocuparía si existiera sólo a la temperatura y presión de la mezcla.
- 11. Ley de Avogadro: Llamada ley de los volúmenes de combinación. Es una ley de los gases que relaciona el volumen (V) y la cantidad de gas (n) a presión y temperaturas constantes. En 1811 Avogadro realiza los siguientes descubrimientos: • A presión y temperatura constantes, la misma cantidad de gas (n) tiene el mismo volumen (V) independientemente del elemento químico que lo forme • El volumen (V) es directamente proporcional a la cantidad de partículas de gas (n)
- 13. Ecuación de la Continuidad de un flujo:
- 14. Potencia de un flujo:
- 18. CIRCUITO NEUMÁTICO Los circuitos neumáticos son instalaciones que se emplean para generar, transmitir y transformar fuerzas y movimientos por medio de aire comprimido.
- 19. Aire comprimido: La neumática utiliza aire comprimido para realizar un trabajo. El aire comprimido es aire atmosférico sometido a presión y acondicionado. Generación de aire comprimido es el proceso de elevación de presión del aire atmosférico en la sección de entrada del sistema neumática.
- 20. GENERACIÓN DE AIRE COMPRIMIDO Es el proceso de elevación de presión del aire atmosférico en la sección de entrada del sistema neumático. El objetivo de un compresor es aumentar la presión del aire atmosférico mediante la transformación de la energía proporcionad por una fuente exterior. El aumento de presión de aire atmosférico en el compresor depende del tipo de compresor y del servicio; en los sistemas neumáticos convencionales este aumento es del orden de 5 a 10 bares. A este nivel de presión, el aire a su paso por el compresor, se puede considerar como un gas perfecto.
- 21. COMPRESORES: Es el elemento central de una instalación neumática. La función de un compresor neumático es aspirar aire a presión atmosférica y comprimirlo a una presión más elevada. En un sistema de transmisión de energía neumático, el aire comprimido recorre las diferentes sección de entrada, de control y salida. COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO ALTERNATIVOS ROTATIVOS EMBOLO PALETA DIAFRAGMA TORNILLO
- 22. Alternativos. Disponen de un embolo o pistón que realiza un movimiento alternativo en el interior de un cilindro. El aire entra en la cámara del cilindro por una válvula de admision. Cuando se ha llenado la cámara, la válvula se cierra y el pistón se desplaza: disminuye el volumen de la cámara y aumenta la presión del aire contenido en su interior
- 23. Rotativos Constituidos por una cámara de compresión y un rotor. Al girar el rotor, el compresor aspira el aire y lo comprime en la cámara. Los más utilizados son los compresores rotativos de paletas, que constan de un eje sobre el que se dispone un conjunto de paletas; entre las paredes del compresor y las paletas se crean unas pequeñas cámaras que van disminuyendo de volumen al girar y, en consecuencia, aumentando la presión del aire contenido en su interior
- 24. Dinámicos o turbocompresores Provocan la aceleración (aumentan la velocidad) del aire aspirado, transformando la energía mecánica del motor en energía de presión, mediante un conjunto de paletas giratorias o un par de tornillos giratorios.
- 25. Elección de un compresor La elección del compresor se realiza sobre la base del caudal a suministrar y la presión de trabajo. normalmente se engloban por tamaños de diferentes categorías, pudiendo ser pequeños, medianos o grandes según el caudal Criterios de selección El rango de tamaños de los compresores empleados en neumática comprende desde compresores de caudal inferior a 1 l/s con o sin equipos de tratamiento, hasta instalaciones múltiples en los cuales los componentes generan caudales de varias centenas de m3/h los tamaños de los compresores son:
- 26. Distribución del aire comprimido El aire comprimido se hace llegar a los puntos de utilización por una red de distribución. Las redes de distribución de aire comprimido surgen para poder abastecer de aire a todas las máquinas y equipos que lo precisen, por lo que se debe tender una red de conductos desde el compresor y después de haber pasado por el acondicionamiento de aire, es necesario un depósito acumulador, donde se almacene aire comprimido entre unos valores mínimos y máximos de presión, para garantizar el suministro uniforme incluso en los momentos de mayor demanda. El ciclo del aire comprimido en una instalación se completa cuando los actuadores finales lo utilizan para efectuar un trabajo. Una red de distribución de aire comprimido conduce el aire comprimido hacia la alimentación de las máquinas consumidoras
- 27. Consideraciones
- 28. Configuración de las redes de aire comprimido Existen varias configuraciones para una red de aire comprimido Red Ramificada o Abierta Formada por tuberías que parten de la central compresora y se ramifican hasta llegar a los puntos de consumo final. Es la red más económica, puesto que supone menor longitud de tuberías. La principal desventaja de este tipo de redes es su mantenimiento. Ante una reparación es posible que se detenga el suministro de aire "aguas abajo" del punto de corte lo que implica una detención de la producción.
- 29. Red Mallada o Cerrada En esta configuración la línea principal constituye un anillo. La inversión inicial de este tipo de red es mayor que si fuera abierta. Sin embargo con ella se facilitan las labores de mantenimiento de manera importante puesto que ciertas partes de ella pueden ser aisladas sin afectar la producción.
- 30. Red Mixta Es la más frecuentemente empleada. Está formada por una combinación de circuitos cerrados y ramales, en función de las necesidades de cada tramo. Intenta aprovechar las ventajas de cada una de las distribuciones anteriores.
- 31. Diámetro adecuado de la instalación En el dimensionamiento de una red de tuberías hay que tener en cuenta los parámetros siguientes: • La presión de trabajo • El caudal del aire comprimido • La longitud de la tubería y el número de accesorios que deben incluirse en función del trazado elegido
- 32. El caudal máximo los siguientes gráficos revelan hasta qué punto la instalación existente se mostrará operativa ante un eventual aumento de caudal
- 33. DEPÓSITOS DE AIRE COMPRIMIDO Los depósitos, también llamados calderines, tienen por función recibir y almacenar el aire procedente de los equipos de compresión. Suelen tener forma cilíndrica con fondos de sector esféricos. Es habitual que tengan una altura del orden de 2 a 3 veces el diámetro
- 34. La función que cumple un depósito en una instalación de aire comprimido es múltiple: • Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida de los compresores alternativos • Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar de manera continua, sino intermitente • Hacer frente a las demandas punta del caudal sin que se provoquen caídas de presión en la red Los factores que influyen más decisivamente en el dimensionamiento de los depósitos son: • El caudal del compresor • Las variaciones de la demanda • El tipo de refrigeración, que determina unos periodos de aconsejables de paro marcha en vacío
- 35. Todo depósito destinado a almacenar aire a presión debería ir equipado con: • Válvula de seguridad • Presostato de máxima-mínima presión para el control del compresor • Manómetro (Termómetro opcional) • Válvula de cierre • Grifo de purga para eliminar el agua • Compuerta de limpieza
- 36. ACTUADORES NEUMÁTICOS • “Actuadores neumáticos” incluye cilindros y actuadores rotativos • Proporcionan potencia y movimiento a sistemas automatizados, máquinas y procesos mediante el consumo de aire comprimido • La presión máxima de trabajo depende del diseño del cilindro. • Un cilindro neumático es un componente sencillo, de bajo coste y fácil de instalar; es ideal para producir movimientos lineales • La carrera del cilindro determina el movimiento máximo que este puede producir
- 37. • El diámetro del cilindro y su presión de trabajo determinan la fuerza máxima que este puede hacer • La fuerza es controlable a través de un regulador de presión • La velocidad tiene un amplio margen de ajuste • Toleran condiciones adversas como alta humedad y ambientes polvorientos, y son de fácil limpieza
- 38. Según la forma como se obtenga el trabajo, los actuadores neumáticos se clasifica en los tipo siguientes: • El movimiento lineal se obtienen por cilindros de émbolos (éstos también proporcionan movimientos rotativos con un ángulo de hasta 270º por medio de actuadores de tipo piñón-cremallera) • Para el movimiento de giro continuo se emplean motores neumáticos de rotación continua
- 39. CILINDROS NEUMÁTICOS Los cilindros neumáticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores más comunes que se utilizan en los circuitos neumáticos.
- 43. Cilindros de simple efecto. • Funcionamiento: En los cilindros de simple efecto, el émbolo recibe el aire a presión por un solo lado. • Estos cilindros sólo pueden ejecutar el trabajo en un sentido (carrera de trabajo). • La carrera de retorno del émbolo tiene lugar por medio de un muelle incorporado, o bien por fuerza externa (carrera en vacío).
- 45. Cilindros de doble efecto. El aire comprimido genera los dos movimientos del cilindro, el de salida y el de entrada del vástago. Permiten un mayor control de la velocidad. Funcionamiento: El émbolo recibe aire a presión alternativamente por ambos lados. El cilindro puede trabajar en ambos sentidos. Es el más utilizado.
- 46. Cilindros de doble efecto. Pueden ser: • Sin amortiguación: están diseñados para aplicaciones con cargas ligeras y baja velocidad
- 47. • Amortiguación fija: está destinada a cilindros de pequeño diámetro y para trabajar con cargas ligeras • Amortiguación regulable: para progresivamente el pistón en el último tramo de la carrera del cilindro
- 48. • Evitar impactos del émbolo contra la camisa que liberan gran cantidad de energía que tiende a dañar el cilindro.
- 54. Cilindros Elásticos y Músculos Neumáticos
- 55. Cilindros Elásticos y Músculos Neumáticos
- 57. Cilindros de Doble Vástago Tiene un vástago corrido hacia ambos lados. El guiado del vástago es mejor porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos permanece constante. Por eso, este cilindro puede absorber también cargas laterales pequeñas
- 58. Cilindros Tándem
- 59. Cilindros Tándem Constituido por dos cilindros de doble efecto que forma una unidad que es capaz de generar casi del doble de la fuerza de un cilindro normal para el mismo diámetro. Aplicación: donde el espacio disponible no permite la colocación de dos cilindros y se requiera una fuerza considerable.
- 61. Cilindros Telescópicos Elementos de elevado coste que encuentran su aplicación en largas carreras con mínimo espacio de recogida.
- 62. Cilindros de Vástago Hueco
- 63. Cilindros Multiposicionales Los cilindros multiposicionales son una buena opción el aquellos casos en los que se requiera alcanzar 3 ó 4 posiciones diferentes y no se requiera una variabilidad frecuente de las mismas.
- 70. Cálculo de la fuerza del émbolo Cilindros de simple efecto. • En este tipo de cilindros la presión del aire se ejerce sobre toda la superficie del émbolo. Al determinar la fuerza que realiza el cilindro, hemos de tener en cuenta que el aire debe vencer la fuerza de empuje en sentido opuesto que realiza el muelle. • En estos cilindros solamente se ejerce fuerza en el sentido de avance, es decir la fuerza que realiza el aire comprimido, cuando el cilindro regresa a su posición estable lo hace por medio de la fuerza de empuje del resorte, que exclusivamente sirve para recuperar la posición del vástago, pero es incapaz de desarrollar ningún tipo de trabajo mecánico. • A efectos de cálculo se interpreta que la fuerza del resorte es del orden del 10% de la fuerza neumática.
- 71. Estos cilindros desarrollan trabajo neumático tanto en la carrera de avance como en la de retroceso, lo que sucede es que la fuerza es distinta en cada uno de los movimientos, por que el aire comprimido en el movimiento de avance actúa sobre toda la superficie del émbolo, mientras que en el retroceso solamente lo hace sobre la superficie útil, que resulta de restar a la superficie del émbolo la del vástago. Cilindros de doble efecto.
- 73. Cálculo del consumo de aire (Q) Se debe tener en cuenta el volumen del cilindro (V) y el número de veces que se repite el movimiento y en la unidad de tiempo, generalmente se mide en ciclos por minuto (n) Q = n · V En el cálculo del consumo de aire se tiene en cuenta la presión de trabajo, por lo que se obtiene el consumo de aire comprimido, para conocer el consumo de aire atmosférico se parte del consumo de aire a la presión de trabajo y se aplica la ley de Boyle-Mariotte. Consumo de aire en cilindros de simple efecto Se calcula el consumo de aire en el avance, es decir el volumen de aire en la cámara posterior del cilindro. En los cilindros de simple efecto el volumen en la carrera de avance coincide con el volumen total del cilindro neumático. Fórmula Volumen cilindro de simple efecto. - V: volumen en el avance. - S: sección del émbolo. - L: carrera del cilindro
- 74. Un cilindro de simple efecto, con retroceso por muelle, es alimentado con aceite a una presión de 1000 N/cm2. Si el pistón tiene un diámetro de 50mm y el muelle opone una resistencia de 800 N. Calcule la fuerza que desarrolla el cilindro. Considerar que el cilindro no presenta pérdidas por rozamiento u otras causas.
- 75. Un cilindro de doble efecto trabaja con aire a una presión p=8 bar, su carrera es e=50mm, el diámetro del émbolo es φe=30 mm, y el diámetro del vástago es φv=10 mm, realiza una maniobra de 8 ciclos por minuto y en ambos movimientos presenta un rendimiento de η=85%. Se desea calcular para el caso teórico y para el caso ideal: a) Fuerza ejercida en las carreras de avance y de retroceso b) Consumo de aire en condiciones normales durante una maniobra. c) Potencia producida por el cilindro durante una maniobra.
- 76. De un cilindro neumático de doble efecto se sabe que el diámetro interior del cilindro es de 6 cm y el diámetro del vástago de 20 mm. La fuerza que proporciona el vástago en el movimiento de avance resulta ser 217,15 Kgf. También se conoce por el manual del fabricante que las fuerzas teóricas de avance son de 226,19 Kgf y en el de retroceso 201,06 Kgf. a) Calcula la presión a la que puede trabajar el cilindro. b) Calcula la fuerza real de retroceso.
- 77. Un cilindro neumático tiene las siguientes características: diámetro del émbolo 80 mm, diámetro del vástago 15 mm y 300 mm de carrera. Trabaja con una presión de 6 bar y realiza una maniobra de 9 ciclos por minuto. (Considera la presión atmosférica 1gual a 1bar=105P Determina: a) Fuerza teórica en el avance y el retroceso. b) Consumo de aire en condiciones normales
- 78. Una troqueladora es accionada mediante un cilindro de doble efecto. El desplazamiento del vástago es de 70 mm, el diámetro del émbolo mide 6cm, el del vástago 1 cm, la presión del aire es de 7 bar. Determina: a) Fuerza en el avance y en el retroceso. b) Volumen de aire consumido durante un minuto, sabiendo que repite doce maniobras.
- 79. MOTORES NEUMÁTICOS . En los motores neumáticos, la energía potencial del aire comprimido es convertida a energía mecánica gracias a la diferencia de presiones entre el aire comprimido en la entrada y el aire a menor presión en la salida. Son parecidos a los contadores de desplazamiento positivo que cuenta el caudal por el número de volúmenes que el fluido ha llegado en la unidad de tiempo
- 80. En general los motores neumáticos se caracterizan por: • Regulación sin escalones de la velocidad de rotación y del motor • Gracias elección de velocidades de rotación • Pequeñas dimensiones y reducido peso • Gran fiabilidad, seguros contra sobrecarga • Insensibilidad al polvo, agua, calor y frío • Ausencia de peligro de explosión • Reducido a mantenimiento • Sentido de rotación fácilmente reversible Las aplicaciones de los motores neumáticos son muy amplias: • Construcción de maquinaria • Industria minera o de transporte • Industria siderúrgica • Centrales de energía • Construcción naval • Industria nuclear • Industria médica
- 81. MOTORES DE ENGRANAJE. En el motor de engranajes, el aire ejerce una presión sobre los flancos de los dientes de piñón engranado y crea pues un par de rotación, estando 1 de los piñones del acoplado al eje del motor . Estos motores se utilizan generalmente en máquinas propulsores de gran potencia, su sentido de rotación es reversible.
- 83. MOTORES DE PISTÓN • Se utilizan cuando se requiere alta potencia alto par de arranque y una velocidad controlada a baja velocidades. • Disponen de varios cilindros que pueden estar asociados de forma radial y que desarrollan su parte salida actuando sobre pistones en movimiento alternativo. • Una característica importante es el bajo nivel de vibración que presentan en particular si están diseñados con carrera solapada de pistones y si están muy bien equilibrados • La potencia que desarrolla los motores de pistón depende de la presión de entrada, el número de pistones, de su área, de la carrera y de la velocidad. • La velocidad viene limitada por la inercia de las partes móviles, que influye más en los motores radiales que en los actuales. • Una limitación que presenta estos motores es que deben estar lubricados internamente, de modo que requieran un buen mantenimiento.
- 84. MOTORES DE PISTÓN • Los motores de pistón axial están lubricados con grasa, son más compactos, su diseño es más complejo y son más caros. Sin embargo su funcionamiento es más suave y entregan más potencia a bajas velocidades. Su máxima potencia es de 2.6 kw • Los motores de pistón radial son robustos, están ubicados con aceite y se presentan a un funcionamiento en servicio continuo, y en particular al arranque de grandes cargas, alcanzando una potencia de 26 kW.
- 86. MOTORES DE PALETAS • Estos motores constituyen un principio de compresor rotativo de paletas en forma invertida. Tienen un rango de potencia aproximadamente de 50W a 20kw y, un rango de revoluciones aproximadamente de 200 a 800 radianes por segundo. • El aire comprimido actúa sobre la superficie de las paletas y con ello genera una fuerza que lleva al rotor a un movimiento rotativo. Debido a la excentricidad del rotor, se genera volúmenes cambiantes en los caudales, el aire se expande fácilmente. Esta expansión es aprovechada para efectuar un trabajo. • La cantidad de paletas determina el rendimiento, comportamiento al arranque y la uniformidad del movimiento. • Generalmente de 3 a 5 y, en casos especiales de 10 paletas • Se aplica mucho en herramientas neumáticas, elevadoras mezcladoras, máquinas especiales etc.
- 87. SELECCIÓN DE UN MOTOR NUEMÁTICO • DETERMINE LA POTENCIA IDEAL PARA EL “PUNTO DE TRABAJO” REQUERIDO • Al seleccionar un motor neumático para determinada aplicación, el primer paso es establecer el llamado “punto de trabajo” – descrito por la velocidad operacional deseada para el motor y el torque necesario en esa velocidad. • El amplio rango de operación del motor neumático vuelve probable que varios motores puedan funcionar con el mismo punto de trabajo. Aunque, como es más eficiente accionar un motor neumático en la velocidad de salida máxima, lo ideal es seleccionar el motor que produzca la potencia máxima más cercana al punto de trabajo. Así, el consumo de aire también será menor. • La potencia requerida en el punto de trabajo es calculada por la siguiente fórmula: • Potencia (W) = π x M x n /30 • Donde, M = Par en el punto de trabajo (en Nm) • n = Velocidad en el punto de trabajo (en r/min)
- 88. • Calcule la presión necesaria • A veces, el motor funciona a presiones de suministro distintas de 6,3 bar. En estos casos, se deberá recalcular el rendimiento de un motor para garantizar que se pueda obtener el punto de trabajo. Para calcular el rendimiento a unas presiones de suministro distintas de 6,3 bar, multiplique los datos a 6,3 bar por los factores de corrección indicados en la siguiente tabla:
- 89. IDENTIFIQUE EL TORQUE DE PARTIDA Y EL TORQUE DE STALL (DETENIMIENTO) NECESARIOS • Muchas aplicaciones exigen que un motor produzca un torque mínimo en la partida – ese dato puede ser consultado en las especificaciones técnicas del equipamiento. Si fuera necesario modificar la salida del motor, pero también mantener un alto torque de partida, la técnica de estrangular el flujo de aire debe ser utilizada. • Otras aplicaciones requieren un cierto torque de parada forzada – aquel producido cuando la velocidad de salida del motor es igual a cero. Puede ser calculado consultando el “torque en la salida máxima” y multiplicando ese valor por dos. La técnica de regulación de presión debe ser usada donde es deseable controlar el torque de parada forzada EVALÚE LA NECESIDAD DE ACELERACIÓN DE LA CARGA EXTERNA • Ciertas aplicaciones requieren la aceleración de una carga externa hasta determinada velocidad. En esos casos, la elección del motor involucra cálculos complejos. Es recomendable buscar una orientación del fabricante antes de continuar. MONITOREE EL LÍMITE DE CARGA EXTERNA • Verifique si las cargas externas aplicadas están dentro de los límites permitidos, información obtenida en las especificaciones técnicas del motor neumático.
- 90. EVALÚE LOS NIVELES DE RUIDO ACEPTABLES Los ruidos generados por un motor neumático son generados principalmente por el aire de agotamiento del motor. Sus niveles aumentan con la velocidad y es mayor cuando el motor opera en velocidad libre (sin presencia de carga). Por eso, prefiera modelos con filtros de salida para disminuir los niveles CONSIDERE LA TEMPERATURA AMBIENTE • A modo general, los motores neumáticos de Atlas Copco pueden operar de manera confiable en temperaturas ambientes que varían de -20°C a +60°C. • Sin embargo, debajo de temperatura ambiente de +5°C, el aire comprimido puede necesitar ser seco para evitar problemas de congelamiento. • Muchas veces es posible operar esos motores en temperaturas mucho más altas, pero no es recomendado arriesgar sin antes consultar al fabricante.
- 91. Considere la hostilidad del ambiente Un buen motor neumático está preparado para operar con poca o ninguna modificación en muchos ambientes hostiles, que pueden contener: • Ácido. • Riesgo de explosión. • Contenido radioactivo. • Alta temperatura. • Humedad excesiva. • Polvo excesivo. • Campos eléctricos intensos. • Ubicación subacuática. Sin embargo, para garantizar un servicio seguro y confiable, recomendamos siempre consultar al fabricante sobre la capacidad del equipamiento de soportar esas condiciones.