Aire comprimido comprimido El aire comprimido se refiere a una tecnología o aplicació aplicación n técnica que hace uso de aire que ha sido sometido a presión por medio de un compresor. En la mayoría de aplicaciones, el aire no sólo se comprime sino que también se deshumifica y se filtra. El uso del aire comprimido es muy común en la industria, su uso tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más rápido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite fuerzas grandes.
Utilización
Locomotora de Homestake Mining (Dakota del Sur, EUA), EUA), funcionaba con aire comprimido y se usaba para minas. Se utiliza en:
Elevadores neumáticos. neumáticos. Destornilladores automáticos. Tornos dentales. Armas de aire comprimido Equipos de minería (taladros roto percutores, martillos picadores, lámparas, ventiladores y muchos otros). Arranque de motores de avión. Coches de aire comprimido y motores de aire comprimido Atracciones, para conseguir grandes velocidades en poco tiempo.
Historia La primera vez que se usó el aire comprimido sería en el soplado de metales para su enfriamiento. El invento del fuelle favoreció la creación de nuevos metales al alcanzarse temperaturas más altas en los hornos. Sería sin embargo a partir del siglo XIX donde empezaría a estudiarse el aire como sistema de transporte en energía.
Compresor La producción de aire comprimido se realiza mediante el compresor. Existen varias clasificaciones, clasificaciones, si los clasificamos por la forma de producción producción sería:
Compresores dinámicos : Incorporan elementos giratorios que aportan energía cinética al aire. Aumentando Aumentando la velocidad se consigue mayor presión estática. Se caracterizan por producir un movimiento del aire continuo. Estos a su vez se dividen en:
o o o
Radial Axial Radiaxial
De desplazamiento positivo : Aumentan la presión al reducir el volumen, a veces con pistones, tornillos o compartimentos plásticos: o Alternativas Rotativas o
Dispositivos y accesorios El compresor por sí mismo no sirve para hacer funcionar una instalación si no viene acompañado de una serie de dispositivos
Dispositivos de arranque : Tratan de evitar que el motor en el encendido demande más energía de la que normalmente consume, para ese fin se disponen en los motores eléctricos de variadores de frecuencia y en los motores de explosión con el arranque en vacío o el embrague Dispositivos de regulación : Las válvulas que facilitan o impiden el paso del aire a los pistones. Este sistema se utiliza para que el motor no trabaje de forma continuada continuada cuando no se le requiere. Dispositivos de refrigeración : Son dispositivos necesarios para la refrigeración del aire de admisión ya que así se reduce el trabajo realizado en la compresión y se condensa el agua de entrada al circuito que nos oxida la maquinaria. Existen diversos tipos de refrigeración: o Por agua o Por aceite o Por aire: Ventilador
Los accesorios necesarios son:
Accesorios de acumulación acumulación: El más importante es el calderín que es un depósito destinado a almacenar aire comprimido situado a la salida del compresor. Su finalidad es regular la salida de aire comprimido, condensar el agua y regular el rendimiento compensando las variaciones en la toma del aire. Generalmente se estima su volumen en la producción del compresor en metros cúbicos por minutos Accesorios de filtro: Es muy importante que los compresores tengan un filtro para que no se introduzcan impurezas. impurezas.
Selección de un compresor Los primeros criterios son grado de energía de caballo. La mayoría de la gente asume cuanto más alto es el grado de los caballos de fuerza en la caja, mejor es el compresor compresor de aire. Sin embargo, todos los grados de energía de caballo no son igual creado y pueden ser falsificados fácilmente. Qué significo es, usted va a su minorista gigante local del hardware a seleccionar un compresor de aire nuevo para funcionar su llave de impacto. Tienen una unidad del hp 5
que se tase realmente barato. ¿Por qué es ese hp 5 costo unitario industrial tanto más? ¿el hp 5 es 5 hp, la derecha? No no necesariamente. Déjeme explicar. Mire cuánto energía la unidad del almacén del hardware dibuja. Necesita probablemente alrededor 15 amperios de un normal circuito de 110 voltios. En este grado, usted realmente está consiguiendo a hp solamente 2. El grado 5hp en la caja se infla. Realmente para producir al hp verdadero 5 usted necesita por lo menos 24 amperios a partir del circuito de 220 voltios conseguirlo. Si usted está buscando el compresor eléctrico del hp 5, compre la unidad industrial y permanezca lejos de la unidad más barata en su almacén local del hardware. No estoy diciendo que cada compresor de aire en su hardware local es chatarra. Los muchos de las épocas una de esas unidades son todos lo que usted necesita. Apenas esté enterado del grado verdadero de los caballos de fuerza. La consideración siguiente cuando es comprar un compresor de aire nuevo, "cuánto voluntad de la PSI necesito?" Para los newbies, la PSI es corta para las "libras por pulgada cuadrada" y ésta es cómo la mayoría de los compresores en los E.E.U.U. son clasificados. En Europa, usted verá que midieron en barras. La PSI es toda lo que usted necesita preocuparse alrededor en este lado del Atlántico. La mayoría de las herramientas comúnmente usadas del aire requieren cerca de 90 PSI funcionar correctamente. Sin embargo, usted necesidad inmóvil un compresor con una presión más alta del cierre. La mayoría de los compresores de aire que usted encuentra en el gigante local del hardware son "single-stage" y apagan en 125 - 135 PSI. No deje a ese tonto usted. Usted puede ser que piense que todos lo que usted necesita es 90 PSI, de modo que deba trabajar la multa justa. Generalmente, éstos encienden los compresores del deber apagados en 100 PSI y no se olvidan sobre pérdida de la presión en la línea. El poco compresor ligero del deber funcionará apenas una llave de impacto. Puede ser que sea fino para el uso ligero del garage del deber, pero si usted realmente piensa uso su herramienta del aire, es más definitivamente mejor. Muchos compresores industriales son "de dos etapas," que los medios ellos aumentaron hasta la presión del cierre en dos etapas. Las estructuras de la primera etapa a cerca de 90 PSI y las estructuras de la segunda etapa a 175 PSI. Los criterios siguientes del grado para los compresores de aire son CFM. CFM está parado para los "pies cúbicos por minuto". Es una medida del volumen. Es básicamente cuánto se está moviendo el aire. Las herramientas del aire requieren cierta cantidad de volumen de aire funcionar encendido. La PSI es parte justa de la ecuación. No sea confundido por diversos grados de CFM en diversas presiones. Cada fabricante está intentando hacer que su producto mira mejor dando grados más altos de CFM diversas presiones. La única preocupación verdadera es cuánto conseguirá CFM usted en 90 PSI. Recuerde que 90 PSI son lo que requieren la mayoría de las herramientas del aire para funcionar. Para descubrir lo que necesita su herramienta del aire funcionar, mirada justa en la caja para espec. del fabricante. Generalmente, las herramientas del aire requieren 4 - 6 CFM. Una buena regla del pulgar en los compresores de aire es usted debe conseguir 3 -4 CFM por el HP verdadero en 90 PSI. El factor final a considerar es tamaño del tanque. Los tamaños del tanque se indican generalmente en galones de los E.E.U.U.. Por ejemplo, 30 galones son un tamaño común del tanque. ¿La pregunta permanece tan, cómo grande un tanque yo necesita? Primero de todos, no confunda un tanque grande con más tiempo de pasada para sus herramientas del aire. Si usted utiliza su impacto intermitentemente, un tanque grande está muy bien. Sin embargo si usted tiene necesidad del uso continuo, usted necesitará un tanque pequeño con bastante grandes la bomba y el motor. Si la bomba y el motor son bastante de gran alcance, usted no debe funcionar del aire. Usted puede ahorrar algunos dólares comprando un compresor de aire con un tanque grande y un motor más pequeño para el uso intermitente. Si usted necesita
funcionar una llave de impacto del 1"(cerca de 20 CFM) intermitentemente, y tiene un compresor pequeño con un tanque grande, usted puede ser que tenga bastante aire almacenado en el tanque para hacer el trabajo. Sin embargo, si usted está funcionando constantemente su herramienta del aire, usted necesitará invertir en un compresor de aire más de gran alcance para hacer el trabajo.
DISEÑO DE UNA RED DE AIRE 1. DISPOSITIVOS 2. DESCRIPCIÓN DE UNA RED En general una red de aire comprimido de cualquier industria cuenta con los siguientes 7 dispositivos mostrados en la Figura 1. 1. Filtro del compresor: Este dispositivo es utilizado para eliminar las impurezas del aire antes de la compresión con el fin de proteger al compresor y evitar el ingreso de contaminantes al sistema. 2. Compresor: Es el encargado de convertir la energía mecánica, en energía neumática comprimiendo el aire. La conexión del compresor a la red debe ser flexible para evitar la transmisión de vibraciones debidas al funcionamiento del mismo. 3. Postenfriador: Es el encargado de eliminar gran parte del agua que se encuentra naturalmente dentro del aire en forma de humedad. 4. Tanque de almacenamiento: Almacena energía neumática y permite el asentamiento de partículas y humedad. 5. Filtros de línea: Se encargan de purificar el aire hasta una calidad adecuada para el promedio de aplicaciones conectadas a la red. 6. Secadores: Se utilizan para aplicaciones que requieren un aire supremamente seco. 7. Aplicaciones con sus purgas, unidades de mantenimiento (Filtro, reguladores de presión y lubricador) y secadores adicionales.
Figura 1. Componentes de una red de aire comprimido Los elementos 1, 2, 3, 4 y 5 se ubican en la tubería principal. Su presencia es obligatoria en todas las redes de aire comprimido. El 6 puede ubicarse en las tuberías secundarias y el 7 se instala en la tubería de servicio que alimenta las diferentes aplicaciones. 1. Es la línea que sale del conjunto de compresores y conduce todo el aire que consume la planta. Debe tener la mayor sección posible para evitar pérdidas de presión y prever
futuras ampliaciones de la red con su consecuente aumento de caudal. La velocidad máxima del aire en la tubería principal es de
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2. TUBERÍA PRINCIPAL Se derivan de la tubería principal para conectarse con las tuberías de servicio. El caudal que por allí circula es el asociado a los elementos alimentados exclusivamente por esta tubería. También en su diseño se debe prever posibles ampliaciones en el futuro. La velocidad del aire en ellas no debe superar
.
3. TUBERÍAS SECUNDARIAS 4. TUBERÍAS DE SERVICIO Son las que surten en sí los equipos neumáticos. En sus extremos tienen conectores rápidos y sobre ellas se ubican las unidades de mantenimiento. Debe procurarse no sobre pasar de tres el número de equipos alimentados por una tubería de servicio. Con el fin de evitar obstrucciones se recomiendan diámetros mayores de ½" en la tubería. Puesto que generalmente son segmentos cortos las pérdidas son bajas y por tanto la velocidad del aire en las tuberías de servicio puede llegar hasta
.
1. En la mayoría de las instalaciones el "Aire Comprimido" se considera como una Fuente de Energía comparable a la electricidad, el gas y el agua. En general es utilizado para el manejo de equipos de planta y para instrumentación. En ambos casos la presión de la red es entre 6 y 7
.
1. El uso del aire comprimido en equipos de planta hace referencia a dispositivos robustos como taladros, pulidores, motortools, elevadores, motores y otros. En este caso el aire debe tener una calidad aceptable de humedad e impurezas. El consumo de aire de estos dispositivos de muestra en la Tabla 1.
Dispositivo Consumo (
)
Elevadores neumáticos 0.5-5.0 Ton 70-200 Taladros
12-80
Grinders
20-85
Wrenches
30-50
Pistolas
20
Sand Blasting
70-115
2. Tabla 1. Consumos de diferentes dispositivos neumáticos
3. EQUIPOS DE PLANTA 4. INSTRUMENTACIÓN Algunas empresas fuera de usar el aire comprimido en dispositivos robustos también lo usan para actuadores de precisión y pequeños motores neumáticos. Estos equipos tienen una función de control de procesos más que de potencia como en un taladro. Debido a la precisión de sus componentes, el aire comprimido usado en ellos ha de tener una calidad superior a la usada en un equipo robusto. Por ejemplo, el aire ha de tener un contenido de humedad tan bajo que su punto de rocío sea siempre superior a la menor temperatura en cualquier lugar de la red con el fin de evitar la presencia de condensados. Además, las impurezas del aire deberán ser menores que 0.1g/Nm3 y hasta un tamaño de 3
Neumática básica Simbología Línea de trabajo.
Tubo que lleva aire.
Línea de mando.
Tubo que lleva el aire de mando.
Línea de conjunto.
La línea delimita a los elementos de un conjunto.
Conexión.
Unión de tubos.
Conexión.
Unión de tubos con cierre.
Enchufe rápido.
Unión de tubos con válvulas de retención.
Acumulador.
Recipiente que almacena aire a presión.
Filtro.
Elemento para limpiar el aire del circuito.
Purga manual.
Elemento que recoge las condensaciones de agua del circuito.
Purga automática.
Elemento que recoge automáticamente las condensaciones.
Filtro con purga.
Elemento de filtro con purga.
Secador.
Elemento que quita el agua del aire.
Lubricador.
Elemento que vaporiza lubricante en el aire para lubricar otros elementos.
Compresor.
Produce energía neumática.
Motor.
Motor de un único sentido de giro.
Motor.
Motor de doble sentido de giro.
Motor.
Motor con doble sentido de giro, limitados.
Cilindro simple.
Cilindro con muelle de retorno.
Cilindro simple.
Cilindro con retorno externo.
Cilindro doble.
Cilindro con dos carreras(sentidos).
Cilindro amortiguador.
Cilindro doble con amortiguación regulada.
Multiplicador de presión.
Elemento que aumenta la prsión en la cámara Y.
Convertidor.
Elemento que enlaza la tecnología neumática y la hidráulica.
Válvula, símbolo general.
Flechas:sentido del aire.Líneas:conexiones.Trazo cruzado:conductos cerrados.
Escape.
Escape simple sin tubo de conexión.
Escape.
Escape con tubo de conexión.
Escape.
Escape con elemento silenciador.
Válvula 2/2.
Válvula de dos posiciones, en una bloquea y en la otra deja pasar el aire.
Válvula 2/2 NC.
Válvula que estando en reposo obstruye el paso del aire.
Válvula 2/2 NA.
Válvula que estando en reposo deja pasar el aire.
Válvula 2/2 biestable.
Válvula con dos posiciones estables.
Válvula 3/2 NC.
Válvula en estado de reposo esta tarada.
Válvula 3/2 NA.
Válvula en estado de reposo esta comunicada.
Válvula,3/2 biestable.
Válvula estable en todas sus posiciones.
Válvula 5/2 monoestable.
Válvula en reposo tiene la posición derecha.
Válvula 5/2 biestable.
Válvula con dos posiciones estables.
Válvula 5/3.
Válvula esta definida por la posición central.
Aislamiento.
Grifo.
Mando manual.
Simbolo general.
Pulsador.
Pulsador manual.
Pulsador.
Pulsador,leva, mecánico.
Rodillo.
Símbolo general.
Electroiman.
Electroiman de una bobina.
Electroiman doble.
Electroiman con dos bobinas de igual sentido.
Electroiman doble.
Electroiman con dos bobinas de sentido inverso.
Motor neumático.
Símbolo general.
Accionamiento Presión. directo por presión.
Accionamiento directo por depresión.
Depresión.
Accionamiento directo.
Por diferencia de superficies.
Servopilotaje.
Pilotaje por presión.
Servopilotaje.
Servopilotaje por depresión.
Accionamiento indirecto.
Por vías de mando internas.
Pilotaje combinado. Es accionado por un electroiman.
Pilotaje combinado. Puede ser pilotado por los métodos.
Antirretorno.
El aire solo pasa en un sentido.
Antirretorno pilotado.
Permite el paso del aire en un sentido, pilotado externamente admite el otro sentido.
Selección de circuito.
Selecciona entre dos puntos.
Simultáneo.
Activando las dos entradas tenemos una salida.
Escape rápido.
Evacúa el aire.
Regulador de caudal.
Limita la salida de aire.
Regulador de caudal.
Ajustable.
Regulador unidireccional.
Regula el caudal en un solo sentido.
Válvula limitadora.
Limita la presión.
Válvula secuencial.
Se acciona cuando en 1 hay suficiente presión y tarada.
Reductora.
Reduce la presión de entrada teniendo en la salida una presión constante.
Llave de paso.
Símbolo general.
Orificio taponado.
Manómetro.
Mide la presión.
Temporizador.
Divisor de caudal.
Manorreductor de presión.
Selector de circuitos.
Dependiendo de la entrada selecciona un circuito u otro.
Válvula de seguridad de presión.
Diseño de un circuito Se puede definir la Neumática como la parte de la Mecánica de Fluidos que se encarga de estudiar las aplicaciones en las que la energía motriz para realizar un determinado efecto útil se consigue al variar la presión de un gas, habitualmente el aire. Por medio de un elemento generador, normalmente denominado compresor, se eleva la presión del gas hasta valores suficientemente elevados como para poder llevar a cabo un trabajo útil, que consistirá en algún movimiento lineal o rotativo de una determinada carga. Valores habituales de dicha presión estarían entre los 0.1 MPa y 1.5 MPa, aunque en aplicaciones concretas se pueda llegar hasta los 20 MPa. El esquema general de una instalación Neumática se muestra en la figura 1.
Complementando la definición anterior, el análisis avanzado de circuitos neumáticos en globan a varias disciplinas, entre las que destacan la Mecánica de Fluidos, la Termodinámica y el Cálculo de Estructuras. Esta interdependencia disciplinar hace que muchas veces su estudio se quede en la mera observación de los circuitos y de las posibilidades de movimiento de los distintos actuadores, sin entrar en cálculos más detallados, que se dejan a tablas y monogramas utilizados por los fabricantes. Como paso previo al estudio aquí planteado, y centrando las aplicaciones prácticas en las que utilizan el aire, se han de definir las condiciones que se consideran como “normales” para este fluido y que se definen según el estado termodinámico siguiente:
A partir de aquí, el subíndice “0” indicará dichas condiciones normales. Normalmente, en Neumática, se trabaja con presiones relativas (referidas a estas condiciones normales). Sin embargo, cuando se utilicen fórmulas termodinámicas, hay que tener en cuenta que las presiones que aparecen en dichas fórmulas son presiones absolutas.
Solución de problemas PROBLEMA 1 -Una fabrica de botellas utiliza un cilindro de doble efecto para poner una de sus etiquetas. Diseña el circuito neumático que permitirá realizar esta labor si se tratase de un circuito semiautomático comandado desde un solo lugar. Respuesta: Al apretar el pulsador de palanca, entra el aire por la válvula de 4 vías, la cambia deposición y mueve el vástago de forma regulada por la válvula reguladora. Cuando el vástago llega al final de carrera, activa el mecanismo de rodillo de la válvula de 3 vías, mueve la de 4 vías y devuelve el vástago a su posición original.
PROBLEMA 2 -Diseña un circuito neumático semiautomático en el que un vástago se acopla a un porta brocas para taladrar madera. Se le exige que el vástago salga cuando el tablero presione sobre un distribuidor y, al mismo tiempo, el operario pise el pedal de otro distribuidor. La salida del vástago tendrá velocidad regulable. Respuesta Al apretar el pulsador de palanca y el de pedal, la válvula de 4 vías cambia deposición, pasa el airey mueveelvástago de forma regulada. Al llegar éste al final de carrera activa el mecanismo de rodillo de la válvula de 3 vías, cambia la posición de la de 4 vías y el vástago retrocede a suposición original.
PROBLEMA 3 -Diseña un circuito neumático automático, empleando para ellos los elementos neumáticos que creas oportuno. Respuesta Al apretar el pulsador de palanca anclado pasa el aire por la válvula de mecanismo de rodillo F2,llega a la de 4 vías, la cambia de posición y mueve el vástago de forma regulada. Al llegar éste al final de carreraF1 activa el mecanismo de rodillo de la válvula F1, que cambia de nuevo la posición dela válvula de 4 vías y hace al vástago retroceder de forma regulada. Al llegar al final de carrera F1,se repite el proceso y así de forma continuada hasta el momento que se vuelva a pulsar el pulsador de palanca y se pare el circuito.
CAMPOS DE APLICACIÓN
La neumática está presente en cualquier proceso industrial, tanto manual como semiautomático, que requiera incrementar la producción. La automatización de los diferentes procesos industriales, releva al hombre de ciertas actividades, lo que ocasiona posibles pérdidas de puestos de trabajo en las empresas. Por esto, la sociedad industrial tiene ante sí un reto importante en crear nuevos puestos de trabajo, con mayor especialización del personal. Resulta paradójico que en los países más industrializados a nivel mundial las nuevas tecnologías han creado más puestos de trabajo que en el resto. La progresiva sustitución de la energía humana por la neumática, hidráulica o eléctrica responde sobre todo al intento de minimizar costes de producción y automatizar los procesos industriales. De este modo, la neumática se ha convertido en un elemento imprescindible en la automatización de la producción en todos los sectores industriales:
-Industria del automóvil, aeronáutica, ferroviaria, naval, aeroespacial, maderera,… -Industria textil, del calzado, agroalimentaria, cárnica… -Producción de energía -Refinerías e industrias petrolíferas y químicas, siderurgia, minería,… - Industrias de logística, máquinas de embalaje, imprentas y artes gráficas - Construcción y obras públicas - Robótica, etc.
APLICACIONES ESPECÍFICAS
A continuación expondré diferentes aplicaciones específicas de la tecnología neumática, para que pueda comprenderse el alcance que ésta tiene en la industrial y la sociedad actual. Primero se explicará una de las aplicaciones más importantes, la generación de vacío, y posteriormente se verán diferentes máquinas y elementos neumáticos de uso común en la industrial y otras aplicaciones más especiales. Las referencias están disponibles al final de este trabajo.
1) Elementos neumáticos industriales
En la siguiente tabla se presentan algunos elementos neumáticos y aplicaciones comunes (aparte obviamente de los compresores y actuadores neumáticos)
- Todo tipo de automatismos en máquinas herramientas de cualquier índole. - Elevadores, rampas, compuertas neumáticas, manipuladores neumáticos. - Martillos, destornilladores, taladradoras, lijadoras, remachadoras,… - Armas de aire comprimido - Interruptores neumáticos - Sistemas de correo neumáticos - Frenos de aire comprimido, en trenes, autobuses y camiones
- Tornos de dentista - Barostatos, para mantener presión constante en cavidades cerradas (usado en neurogastroenterología) - Máquinas de inserción de cables en tubos de gran longitud -…
Fig. 1. 30 - Diversas aplicaciones específicas de la tecnología neumática [18]. Correo neumático en un edificio (arriba a la izquierda), baróstato (abajo a la izquierda) y máquinas de inserción de cables (derecha)
