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Curso de Neumática Básica
2
Programa del Curso
1. Introducción y Teoría del aire.
2. Tratamiento del Aire Comprimido.
3.
4.
5.
Simbología ISO 1219-1.
Funcionamiento Componentes Neumáticos.
Diseño de Circuitos Neumáticos.
Introduccióny
Teoríadel Aire
Para neumática industrial
4
Contenido Introducción.
Composición del aire.
Presión atmosférica.
Aire comprimido industrial.
Presión.
Unidades de presión.
Presión y fuerza.
Ley general de los gases.
Generación de aire comprimido.
Agua en el aire comprimido.
Caudal de aire comprimido.
Caudal a través de válvulas.
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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 direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba.
*
*
6
Composición del aire
El aire querespiramos es elástico, comprimible y fluido.
Damos por hecho que el aire llena todo el espacio que lo contiene.
El aire se compone básicamente de nitrógeno y de oxígeno.
*Composición por VolumenNitrogenoOxígeno Argón Otros
78.09% N2
20.95% O2
0.03%0.93% Ar
*
*
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Presión Atmosférica
* La presión atmosférica es causada por el peso del aire sobre nosotros.
* Esta es menor cuando subimos una montaña y mayor al descender a una mina.
* La presión varía con las condiciones atmosféricas.
8
Atmósfera Standard
Una atmósfera standard se define por laOrganización Internacional de Aviación Civil. La presión y temperatura al nivel del mar es 1013.25 milli bar absoluta y 288 K (15OC).
*
1013.25 m bar
9
La potencia de la*
se utilizan ventosasequipos de vacio.
y
El vacio se consigueevacuando todo el aire de un sitio determinado.
*
Atmósfera y vacio
presión atmosféricaes evidente en la
industria demanipulación donde
10
Aire comprimido industrial 1617
16
1514
131211
109
8
76
5
43210
Las presiones se dan enbar (relativos a la presión atmosférica).
El zero del manómetro es la presión atmosférica.
*
*
Para cálculos se utilizapresión absoluta:Pa = Pg + Patmósfera.
la*
Se asume para cálculosrápidos que 1 atmósfera equivale a 1.000 mbar.
En realidad 1 atmósfera equivale a 1.013 mbar.
*
*
Vacio total
Presión absolutabar
Presión manométrica bar
Rango Industrial ampliado
Rango industrial típico
Rango bajo
Atmósfera
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
11
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 los pies por pulgada cuadrada (psi)1 psi = 68.95mbar14.5 psi = 1bar
* *
*
*
12
Unidades de presión
Existen diversas unidades de medida de presión.*
Se muestran algunasequivalencias:
de ellas y sus
1
1
1
1
1
1
1
bar
bar
bar
bar
=
=
=
100.000 N/m2
100 kPa
14.50 psi
*
*
*
*
*
*
*
= 10.197 kgf/m2
mm Hg = 1,334 mbar approx.
mm H2O = 0,0979 mbar approx.
Torr = 1mmHg abs (para vacio)
Presión y fuerza
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Presión y fuerza
El aire comprimido ejerceuna fuerza de igual valor en todas las direcciones de la superficie del recipienteque lo contiene.
El líquido en un recipiente será presurizado y transmitido con igual fuerza.
Por cada bar de manómetro, se ejercen 10Newtons uniformemente sobre cada centímetro cuadrado.
*
*
*
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Presión y fuerza D mm
La fuerza que sedesarrolla sobre unpistón debida a la presión del aire comprimido es el área efectiva multiplicada por la presión:
*
π D2 P=Fuerza Newtons40
P bar
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Presión y fuerza
Si ambas conexiones deun cilindro de doble efecto se conectan a la misma presión el cilindro se moverá debido el diferencial de presión que hay en ambas cámaras.
Si el cilindro es de doble vástago el cilindro no se moverá.
*
*
17
Presión y fuerza
En la corredera de una válvula la presión actuando encualquier conexión no hará que la corredera se desplace puesto que las dos areas sobre las que actua el aire son iguales.
*
P1 y P2 son las presiones de alimentación y escape.*
P1 P2
Las leyes de los gases
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Las leyes de los 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:
*
*
P.V = C (una constante)Temperatura Constante*
V = C (una constante)Presión Constante*
TP
= C (una constante)Volumen Constante*
T
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La Ley general de los Gases
P1 .V1 P2 .V2= = C
T1 T2
Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante.
Generación del aire comprimido
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Central Generación Aire ComprimidoVálvula seguridad
Presión manómetro
Compresor yrefrigerador
Tuberíadistribución
SWP
M
10bar Válvula de corte
Depósito acumulador
Válvula de purga
Purga condesados
Agua en el Aire Comprimido
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Agua en el aire comprimido
Cuando se comprimengrandes cantidades de aire se produce una cantidad considerable de condensados.
El vapor de agua natural que contiene el aire atmosférico licua como en una esponja.
El aire en el interior del recipiente continuará saturado (100% HR).
*
*airetotalmente saturado
*
Condensadopurga
25
Agua en el aire comprimido
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 cantidadmáxima de agua que puede contener el aire a unatemperatura determinada.
25% RH 50% RH 100% RH
40
A 20o Celsius00% HR = 17.4 g/m3
20
50% HR = 8.7 g/m30
25% HR = 4.35 g/m3
-20
-4010 20 30 40 50 60 70 80
vapor agua / metro cúbico aire g/m3
Temperatura Celsius
1
0Gramos
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Agua en el aire comprimido
La ilustración muestra cuatro cubos donde cada unorepresenta 1 metro cúbico de aire atmosférico 20º C. Cada uno de estos volumenes tiene una humedad relativa del 50% HR. Esto quiere decir que contiene 8.7 gramos de vapor de agua, la mitad del máximo posible que es 17.4 gramos.
*
27
Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.
*
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Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.
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Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.
*
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Agua en el aire comprimido
Cuando el compresor comprime estos cuatro metroscúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua.
*
31
Agua en el aire comprimido
4 metros cúbicos a presiónatmosférica contenidos en 1 metro cúbico producen una presión de 3 bares de manómetro.
17.4 gramos de agua se mantienen como vapor produciendo el 100% HR y los otros 17.4 gramos condensan en agua líquida.
Esto es un proceso continuo, de manera que cuando el manómetro marca 1 bar, cada vez que se comprime un metro cúbico de aire y se añade al metro cúbico contenido, otros 8.7 gramos se comprimen.
*
*
*
Caudal de aire comprimido
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Unidades de caudal
El caudal se mmide comovolumen de aire libre por unidades de tiempo.Las unidades usuales :* Litros normales o decímetros cúbicos por
*
*
segundo lN/s o dm3/s* Metros cúbicos por
minuto m3N/min* Pies cúbicos normales
por minuto scfm
1 m 3/m = 35.31 scfm1 dm 3/s = 2.1 scfm1 scfm = 0.472 l/s1 scfm = 0.0283 m3/min
*
*
*
* 1 metro cúbicoo 1000 dm3
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Caudal aire Libre
El espacio entre lasbarras representa el volumen real que ocup litro de aire libre a su respectiv presión.
Volumen real de 1 litrode aire libre a presión
*
0 1 litroun
1/2
El caudal es el resultadode la presión diferencial, a un bar absoluto (0 de manómetro) solo habría caudal en vacio.
Si la velocidad fuese la misma en cada caso el caudal seria el dobl que en el caso anterior.
*
1/4
1/8
*1/16
16bar a
8bar a
4bar a
2bar a
1bar a
35
Caudal sónico987654321
La velocidad límite a la cual* bare apuede circular el aire es
velocidad del sonido
Para alcanzar el caudal
la mósferaP1 bar
absoluta* 2
sónico, se ha de tener unaaprox. 2 veces P2 o mas.
P1, atm
05 10
time
15 200
Cuando se vacia un recipientede aire a alta presión a la atmósfera el caudal se mantendrá constante hasta que P1 sea menor que 2 P2.
Cuando se carga un recipiente elcaudal se mantiene constante hasta que P2 es 1/2P1.
*987654321
P bar2
absoluta
2 1
a*
05 10 15 200
1/ P
P1 está 9 bar alimentación un recipiente
atm
P1 está 9un recipient la at
2P
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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 esta característica de una válvula es a través de su valor “C” (conductancia) y “b” (relación crítica de presiones). Estas
*
*
características se determinan provando elsegún CETOP RP50P recommendations.
componente
Para un rango de presiones
de alimentación P determinado,
P2 se contrasta con el caudal
hasta alcanzar su máximo.
* P P1 2
El resultado es un conjunto de curvas
mostrando la característica de caudal
de la válvula.
*
37
Caudal a través de válvulas
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”.
0.5
Caudal 0.4
dm3/s
Conductancia62 dm/s/bar a solo para la partental de la curva
0.3airelibre
0.2
0.1P1 es el punto de
caudal zero paracada curva0
0 1 2 3 4 5 6 7Presión P2 (bar) aguas a bajo
Relación crítica de presiones b = 0.15
C= 0.0Tan horizo
38
Caudal a través de válvulas
Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocenla conductancia y la relación crítica de presiones, el valor
*
del caudal para cualquier caida de presión se puedecalcular mediante la siguiente fórmula:
P2 - b
Q = C P11 - b
Donde :P1 = aguas arriba barP2 = aguas a bajo bar
C = conductancia dm3/s/barb = relación crítica de presionesQ = caudal dm3/s
2
P11 -
39
Caudal a través de válvulas
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
Cv =1 p.s.i.
QΑP( P 2 + Pa )114 ,5 T 1
Q :AP :
caudal en l N / min
caída de presión en bar
presión de entrada en bar
presión de salida en bar
temperatura abs. (273º + C).
P1P2
T :
::
40
Caudal a través de válvulas
El Coeficiente de caudal Kv es un factorcalculado a partir del caudal de agua que circula
*
a través de un componente neumáticopérdida de presión de 1 bar.
con una
Vn GnT 1 Kv = P 2 ΑP504
Vn :
AP :
Gn :
P2 :
T1 :
caudal en l N / mincaída de presión en bar
Gravedad específica (1 para el aire)
presión de salida en bar
temperatura abs. (273º + C)
