2 - Intro y Teoria Neumatica

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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.



Introduccióny

Teoría del Aire

Para 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.

Pulsar la sección para acceso directo.



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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 direccionesocupando todo el volumen que lo engloba.



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Composición del aire

El aire querespiramos es

elástico, comprimibley fluido.

Damos por hecho

que el aire llena todoel espacio que locontiene.

El aire se componebásicamente denitrógeno y deoxígeno.

Composición por Volumen

Nitrogeno 78.09% N2Oxígeno 20.95% O2

Argón 0.93% ArOtros 0.03%



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Presión Atmosférica

La presión atmosféricaes causada por el peso

del aire sobre nosotros. Esta es menor cuando

subimos una montaña y

mayor al descender auna mina.

La presión varía con las

condicionesatmosféricas.



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Atmósfera Standard

Una atmósfera standard se define por laOrganización 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 vacio

La potencia de lapresión atmosférica

es evidente en laindustria demanipulación donde

se utilizan ventosas yequipos de vacio.

El vacio se consigue

evacuando todo elaire de un sitiodeterminado.



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Aire comprimido industrial

Rangobajo

Rangoindustrialtípico

0

1

2

34

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

0

1

23

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

P r e s i ó n a b s

o l u t a b a r

P r e s i ó n m a n o m é t r i c a b a r

Vacio total

Atmósfera

RangoIndustrialampliado

Las presiones se dan enbar (relativos a la presiónatmosférica).

El zero del manómetro esla presión atmosférica.

Para cálculos se utiliza la

presión absoluta:Pa = Pg + Patmósfera.

Se asume para cálculosrápidos que 1 atmósfera

equivale a 1.000 mbar.

En realidad 1 atmósferaequivale a 1.013 mbar.



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Presión

1 bar = 100.000 N/m2

(Newtons por metro

cuadrado). 1 bar = 10 N/cm2

1.000 mbar = 1 bar

El sistema de medidas

anglosajón utiliza lospies por pulgadacuadrada (psi)

1 psi = 68.95mbar14.5 psi = 1bar



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Unidades de presión

Existen diversas unidades de medida de presión.Se muestran algunas de ellas y sus

equivalencias:

1 bar = 100.000 N/m2

1 bar = 100 kPa

1 bar = 14.50 psi

1 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 fuerza

El aire comprimido ejerceuna fuerza de igual valor entodas las direcciones de lasuperficie del recipienteque lo contiene.

El líquido en un recipiente

será presurizado ytransmitido con igualfuerza.

Por cada bar de

manómetro, se ejercen 10Newtons uniformementesobre cada centímetrocuadrado.



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Presión y fuerza D mm

P bar

La fuerza que sedesarrolla sobre unpistón debida a la presióndel aire comprimido es elárea efectiva multiplicadapor la presión:

Fuerza = D 2

40

P Newtons

π



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Presión y fuerza

Si ambas conexiones deun cilindro de dobleefecto se conectan a lamisma presión el cilindrose moverá debido eldiferencial de presiónque hay en ambascámaras.

Si el cilindro es de doblevástago el cilindro no se

moverá.



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Presión y fuerza

En la corredera de una válvula la presión actuando encualquier conexión no hará que la corredera se desplacepuesto que las dos areas sobre las que actua el aire soniguales.

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 gases

Para cualquier masa de aire dada las propiedadesvariables son presión, volumen y temperatura.

Asumiendo que una de estas variables se mantieneconstante 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

= = C P1 .V 1

T 1

P2 .V 2

T 2

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 comprimido

Cuando se comprimengrandes cantidades deaire se produce una

cantidad considerable decondensados.

El vapor de agua natural

que contiene el aireatmosférico licua comoen una esponja.

El aire en el interior del

recipiente continuarásaturado (100% HR).

purga

aire

totalmentesaturado

Condensado

25



25


La cantidad de vapor de agua que contiene una muestrade 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 unatemperatura determinada.

-40

-20

0 10 20 30 40 50

0

20

40

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

T e m p e r a t u r a C e l s i u s

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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26


La ilustración muestra cuatro cubos donde cada unorepresenta 1 metro cúbico de aire atmosférico 20º C. Cadauno de estos volumenes tiene una humedad relativa del 50%

HR. Esto quiere decir que contiene 8.7 gramos de vapor deagua, la mitad del máximo posible que es 17.4 gramos.

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27


Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, perotan solo dos de estas partes se pueden mantener como

vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dospartes condensaran en gotas de agua.

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28




29



9




30






31




4 metros cúbicos a presiónatmosférica contenidos en 1metro cúbico producen una

presión de 3 bares de manómetro.

17.4 gramos de agua semantienen como vaporproduciendo el 100% HR y losotros 17.4 gramos condensan enagua líquida.

Esto es un proceso continuo, de

manera que cuando el manómetromarca 1 bar, cada vez que secomprime un metro cúbico de airey se añade al metro cúbico

contenido, otros 8.7 gramos secomprimen.



Caudal de aire comprimido

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Unidades de caudal

El caudal se mmide comovolumen de aire libre porunidades de tiempo.

Las unidades usuales : Litros normales o

decímetros cúbicos porsegundo lN/s o dm 3 /s

Metros cúbicos porminuto m 3 N/min

Pies cúbicos normalespor minuto scfm

1 m 3/m = 35.31 scfm

1 dm 3/s = 2.1 scfm

1 scfm = 0.472 l/s

1 scfm = 0.0283 m3/min 1 metro cúbicoo 1000 dm3

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Caudal aire Libre

El espacio entre lasbarras representa elvolumen real que ocup un

litro de aire libre a surespectiv presión.

El caudal es el resultadode la presión diferencial,a un bar absoluto (0 demanómetro) solo habríacaudal en vacio.

Si la velocidad fuese lamisma en cada caso elcaudal seria el dobl queen el caso anterior.

Volumen real de 1 litrode aire libre a presión

0

1/8

1/16

1

/4

1/2

1 litro

1bar a

2bar a

4bar a

8bar a

16bar a

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Caudal sónico

P1 bar

absoluta

time

P1 está 9 barun recipiente ala atmósfera

2P2

0 5 10 2001

23456

15

789

atm

0 5 10 2001

234

56

15

789

P2 barabsoluta

P1 está 9 baralimentación aun recipiente

1/2P1

atm

La velocidad límite a la cualpuede circular el aire es lavelocidad del sonido

Para alcanzar el caudalsónico, se ha de tener una P1,aprox. 2 veces P2 o mas.

Cuando se vacia un recipientede aire a alta presión a laatmósfera el caudal semantendrá constante hasta

que P1 sea menor que 2 P2. Cuando se carga un recipiente

elcaudal se mantieneconstante hasta que P2 es 1/2

P1.

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Caudal a través de válvulas

La característica de caudal de una válvula se suele indicarpor algun tipo de factor de caudal, como “C” , “b”, “Cv”,“Kv” y otros.

El procedimiento mas preciso para determinar estacaracterística de una válvula es a través de su valor “C”(conductancia) y “b” (relación crítica de presiones). Estascaracterísticas se determinan provando el componentesegún CETOP RP50P recommendations.

Para un rango de presiones

de alimentación P determinado,

P2 se contrasta con el caudalhasta alcanzar su máximo.

El resultado es un conjunto de curvas

mostrando la característica de caudalde la válvula.

P1 P2

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A partir de estas curvas se puede determinar la relacióncrítica de presiones “b”. La “b” representa la relación deP2 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

0.5

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

Caudaldm3/sairelibre

P1 es el punto decaudal zero paracada curva

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Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocenla conductancia y la relación crítica de presiones, el valordel caudal para cualquier caida de presión se puede

calcular mediante la siguiente fórmula:

Q = C P1 1 -1 - b

P 2

P1

- b

2

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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El Coeficiente de caudal Cv es un factorcalculado a partir del caudal de agua que circula

a través de un componente neumático con unapérdida de presión de 1 p.s.i.

Q : caudal en l N / min

AP : caída de presión en bar

P1 : presión de entrada en barP2 : presión de salida en bar

T : temperatura abs. (273º + C).

CvQ

P P Pa

T

=+

114 52

1,( )Α

40




El Coeficiente de caudal Kv es un factorcalculado a partir del caudal de agua que circula

a través de un componente neumático con unapérdida de presión de 1 bar.

Vn : caudal en l N / min

AP : caída de presión en bar

Gn : Gravedad específica (1 para el aire)P2 : presión de salida en bar

T1 : temperatura abs. (273º + C)

KvVn GnT

P P=

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