Neum

1
Neumática básica

• Ingeniero Rafael Ramírez

2
Introducción a la Neumática

• La tecnología de la neumática ha ganado
  una importancia tremenda en el campo de
  la racionalización y automatización
  del lugar de trabajo, desde las
  antiguas obras de madera y las minas
  de carbón, hasta los modernos
  talleres de máquinas y robots
  especiales. Ciertas características
  del aire comprimido ha hecho este medio
  bastante adecuado para usarlo en las
  modernas plantas de fabricación y
  producción.

3
Introducción a la Neumática

• Por lo tanto, es importante que los
  técnicos e ingenieros tengan un buen conocimiento
  de guía del sistema neumático, las
  herramientas accionadas por aire comprimido y
  otros accesorios, incluyendo un concepto completo
  y claro de los principios físicos que rigen el
  comportamiento del aire comprimido.

4
Introducción a la Neumática

• Algunas de las características básicas que
  hacen de la aplicación de la neumática más
  ventajosa y que sea excepcionalmente adecuada en
  su manejo son
• Amplia disponibilidad del aire.
• Compresibilidad del aire.
• Facilidad para transportar el aire en recipientes
  a presión, contenedores y tubos largos
• Características del medio de ser a prueba
  de incendio.

5
Introducción a la Neumática

• Construcción sencilla de los elementos neumáticos
  
• y facilidad en su manejo.
• Alto grado de facilidad de control de la presión,
  velocidad y fuerza.
• Posibilidad de un fácil, pero razonables
  confiable, control a distancia.
• Fácil mantenimiento.
• Características del medio de ser a prueba
  de explosión.
• Costo comparativamente más bajo en relación con
  otros sistema.

6
Fundamentos de neumática

• La ley de Boyle afirma que, si la temperatura
  permanece constante, la presión de una masa
  confinada de gas variará inversamente con su
  volumen. Por consiguiente, si P es la presión
  absoluta de un gas y V es su volumen.

presión final,
Ley de Boyle
presión inicial,
volumen final
volumen inicial,
7
Fundamentos de neumática

• De lo anterior

Osea
constante Por lo tanto, se puede escribir que
8
(No Transcript)
9
Fundamentos de neumática

• LEY DE CHARLES
• La ley de Charles afirma que si permanece la
  presión constante, el volumen de una masa dada de
  gas variará directamente según su temperatura
  absoluta.
• Si son las temperaturas absolutas
  inicial y final, respectivamente, y
  son los volúmenes inicial y final de una masa
  dada de gas, entonces.

10
Fundamentos de neumática

• Por lo tanto

11
TIPOS DE COMPRESORES DE AIRE
12
TIPOS DE COMPRESORES DE AIRE

• Los compresores de desplazamiento positivo
  trabajan sobre el principio de incrementar la
  presión de un volumen definido de aire al reducir
  ese volumen en una cámara encerrada.
• En el compresor dinámico (turbocompresor) se
  emplean paletas rotatorias o impulsores para
  impartir velocidad y presión al flujo de aire que
  se está manejando. La presión proviene de los
  efectos dinámicos, como la fuerza centrifuga.

13
CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES

• Como compresores de simple o de doble acción, por
  su número de etapas a saber, una, dos, tres o
  múltiples etapas.
• Según la disposición de los cilindros con
  relación al cigüeñal (es decir, cilindros en
  posición vertical, en línea, horizontal, en V,
  radial, etc).
• Por la disposición geométrica o de los cilindros
  usada para obtener las etapas del compresor a
  saber, vertical, horizontal, en V, etc.
• Por la manera de impulsar el compresor o por el
  motor primario, como impulsados por motor diesel,
  por motor eléctrico, por turbina de gas, etc.
• Por la condición del aire comprimido a saber,
  contaminado con aceite lubricante o sin aceite.
• Por la condición del montaje o su calidad de
  portátil a saber, compresor portátil, compresor
  estacionario o compresor montado en patines.
• Por el medio de enfriamiento aplicado a saber,
  enfriado por aire, enfriado por agua, compresor
  de líquido inyectado, etc.

14
Compresor Reciprocante

• La construcción de un compresor reciprocante es
  semejante al de un motor de combustión interna
  (CI), el cual consta de un cuerpo de hierro
  fundido o de aluminio con un tanque de aceite, la
  base, el pistón con sus anillos, válvulas, bielas
  manivelas, cigüeñal, cojinetes, etc. A medida que
  se tira del pistón hacia adentro, se succiona
  aire por la válvula correspondiente, a través de
  un filtro, y se comprime en la carrera de
  retorno.

15
COMPONENTES DEL COMPRESOR
16
Funcionamiento del compresor

• Con el arranque del motor eléctrico, la manivela
  gira y el pistón del cilindro de la primera etapa
  succiona aire atmosférico a través de filtro
  correspondiente y de la válvula de admisión. En
  la siguiente rotación de la manivela, el pistón
  invierte su movimiento y comprime el aire. El
  aire comprimido hace que se abre la válvula de
  salida y s escapa a través del interenfriador
  hacia el cilindro de la segunda etapa, forzando
  la apertura de la válvula de admisión de este
  último.

17
Funcionamiento del compresor

• En este cilindro, el aire se comprime todavía
  más, hasta el nivel deseado, y se alimenta al
  tanque de compresión por el condensador a
  compresión, a través de su válvula de salida.
  Alrededor del pistón se encuentran los anillos
  del mismo, para hacerlo hermético al aire. Estos
  se fabrican principalmente de hierro fundido, con
  una junta de extremos simples, ahusados o
  escalonados. El compresor necesita una
  lubricación razonable, para lograr una mayor
  duración sin problemas. Para una operación
  continua con carga pesada, el aceite debe tener
  una viscosidad de más o menos 7º E a 50 ºC.

18
Funcionamiento del compresor

• El cilindro de la primera etapa se conoce como
  cilindro de baja presión (BP), en donde se
  comprime inicialmente el aire tomado de la
  atmósfera. El otro cilindro es el de la segunda
  etapa, el cual es de diámetro menor y también se
  conoce como cilindro de alta presión (AP). En
  éste, el aire comprimido que viene del primer
  cilindro o de BP se comprime todavía más hasta la
  presión elevada. Cuando el aire se comprime, se
  genera calor considerable. Este calor se debe
  disipar al menos en las unidades en donde la
  presión sea mayor que 2 bar. La máquina principal
  se enfría por circulación de aire o de agua.

19
TANQUE DE COMPRESIÓN

• Un tanque de compresión es una necesidad con
  todos los compresores reciprocantes y, en muchos
  casos, resulta conveniente con los otros tipos de
  compresores, porque cumple las siguientes
• Elimina las pulsaciones en el flujo producido
  por una máquina reciprocarte.
• proporciona capacidad de almacenamiento de
  reserva.
• ayuda a enfriar el aire y, de este modo, a
  condensar parte de su humedad.

20
Calculo del tamaño del tanque

• El tamaño del tanque de compresión depende
  de
• El volumen de entrega del compresor
• El consumo de aire.
• La red de tubería.
• El tipo y naturaleza de la regulación de la
  conexión y desconexión.
• La diferencia permisible de presión en las
  tuberías.

21
Calculo del tamaño del tanque

• ya que se toma como 1bar, para facilitar el
  cálculo.
• En donde
• capacidad volumétrica del compresor, en

presión atmosférica, en
(abs.)
22
Calculo del tamaño del tanque
normal /min.

• Con regulación de conexión y desconexión, el
  tamaño puede calcularse con precisión por medio
  de la fórmula empírica

.
En donde
volumen del tanque de compresión,
volumen de entrega,
presión en la admisión, bar (abs).
diferencia de presión, bar.
ciclos de conmutación/hora de funcionamiento
del compresor
23
CÁLCULO DEL COSTO DEL AIRE COMPRIMIDO

• factores mínimos que deben considerarse para
  determinar el costo del aire comprimido
• Capacidad del tanque de compresión.
• Presión desarrollada.
• Costo de la planta de compresores (costo del
  capital).
• Costo de la mano de obra.
• Costo corriente de mantenimiento, como el costo
  de la energía eléctrica, etc.

24
Ejemplo

• un compresor pequeño con capacidad de 250 litros
  del tanque de compresión. El compresor es
  impulsador por un motor eléctrico de 5.5 KW de
  capacidad. Tómese el costo de la mano de obra de
  ocho horas al día como 30 rupias (1 rupia100
  pise0.13 dólar aproximadamente), el costo del
  compresor y su planta en 20000 rupias, así como
  pérdidas de 2.5 del aire durante la producción.
  Con el uso de un cronómetro, se encuentra que el
  tiempo necesario para crear una presión de 6 bar
  (man) en el tanque de 250 litros es de 4 minutos
  10 segundos, es decir, 250 segundos.
• Si se considera que existe una pérdida de
  2.5 del aire, debido a fugas, etc., se tiene

25
SOLUCION

• Cantidad real del aire comprimido
• Tiempo necesario para comprimir un

de aire
1
Unidad necesaria de energía eléctrica
26
SOLUCION

• Costo de la energía a 0.80
• Pesos por kWh 0.80 1.5 1.20 pesos
• Costo de la mano de obra 30
• Pesos por 8 H al día

1.02 pesos, aprox.
27
SOLUCION

• Costo de depreciación
• pesos, aprox.
• Por lo tanto
• Costo total a 6 bar (man) (1.201.020.08)
• pesos 2.30 pesos.

28
SOLUCION

• Para tener 1
• Cantidad necesaria de aire atmosférico

de aire comprimido,
normales
29
SOLUCION

• Como consecuencia,
• Costo de 1 normal de aire
  0.33 pesos
• digamos 0.35
• Costo de 1 normal de aire libre 35 paise
• Como el aire cuesta dinero, el mensaje es
  bastante
• claro en el sentido de que se debe tomar el
  máximo
• cuidado para ver que no se fugue aire a la
  atmósfera,
• en lo absoluto.

30
Unidad de trabajo de un sistema neumático

• MOTOR NEUMÁTICO

Los motores neumáticos, como se les conoce en
forma popular, tienen diversos tipos de diseños,
tales como de paletas ,de engrane , de pistones,
pero el más común es el de tipo de paletas.
Motor de paletas En los motores neumáticos de
paletas, se coloca un bloque rotor en una
carcasa, concéntrico a ésta o, en algunos otros
tipos, el interior de la carcasa tiene contorno
elíptico sobre el que se coloca el rotor en forma
concéntrica.
31
Motor de paletas

• El bloque rotor tiene varias ranuras
  finamente maquinadas, rectificadas y pulidas en
  el interior de las cuales se colocan unas
  pequeñas paletas, las que se pueden mover hacia
  adentro y hacia fuera de esas ranuras Cuando se
  alimenta aire comprimido, el rotor inicia su
  giro, produciendo en consecuencia un par motor
  (troqué) sobre la flecha. Para operaciones en
  r.p.m. elevadas de los sistemas mecánicos
  rotatorios, los motores neumáticos ofrecen un
  sistema en extremo seguro, debido a su capacidad
  de disipar el calor, en virtud de la expansión
  del aire en el interior de las cámaras de las
  paletas. Ésta es una propiedad muy ventajosa del
  motor neumático sobre los motores eléctricos.

32
Motor de paletas

• En otros tipos de motores, las aletas son
  empujadas por la fuerza de resortes. Por regla
  general estos motores tienen de 3 a 10 aletas,
  que forman las cámaras en el interior del motor.
  En dichas cámaras puede actuar el aire en función
  de la superficie de ataque de las aletas. El aire
  entra en la cámara más pequeña y se dilata a
  medida que el volumen de la cámara aumenta.
• La velocidad del motor varia entre 3.000 y
  8.500 min También de este motor hay unidades de
  giro a derechas y de giro a izquierdas, así como
  de potencias conmutables de 0,1 a 17kW (0,1 a 24
  CV).

33
COMPARACIÓN MOTOR NEUMÁTICO Y ELÉCTRICO

• Ventajas de los motores neumáticos
• Los motores neumáticos desarrollan más kW/peso
  normal y por metro cúbico de desplazamiento que
  la mayor parte de los motores eléctricos
  estándar.
• Inherentemente, son a prueba de choque y
  explosión, lo cual no es el caso para los motores
  eléctricos.
• Los motores neumáticos no son afectados por una
  atmósfera caliente, húmeda o corrosiva. En virtud
  de que operan bajo presión interna, el polvo, la
  humedad y los vapores no pueden entrar en la
  cubierta del motor. Las cubiertas a prueba de
  polvo y de explosión para los motores eléctricos
  tienen un costo adicional

34
COMPARACIÓN MOTOR NEUMÁTICO Y ELÉCTRICO

• Los motores neumáticos no resultan dañados por
  sobrecargas, inversiones rápidas o por funcionar
  en forma continua cerca de la velocidad mínima
  cuando un motor neumático se para por llevarlo
  hasta su carga máxima, sigue produciendo un alto
  par, sin dañarse (para sostener una carga, por
  ejemplo), pero un motor eléctrico puede resultar
  gravemente dañado debido a una sobrecarga.
• Se puede hacer variar la velocidad en un amplio
  rango, sin disposiciones complicadas de control
  en la masa de aire pero, en los motores
  eléctricos, esto es caro.

35
COMPARACIÓN MOTOR NEUMÁTICO Y ELÉCTRICO

• Debido a su baja inercia, los motores neumáticos
  se aceleran y desaceleran con rapidez desde cero
  hasta plena velocidad en milisegundos, lo que
  resulta ideal para realizar ciclos rápidos. Los
  motores eléctricos tardan más tiempo para llevar
  a cabo esto.
• Los motores neumáticos son de diseño sencillo y
  construcción relativamente no es cara. Son
  confiables o de fácil mantenimiento y no se
  desarrolla calor, incluso si se paran por carga
  máxima durante un periodo más largo.

36
COMPARACIÓN MOTOR NEUMÁTICO Y ELÉCTRICO

• Entre más duro trabaja un motor neumático,
  funciona más frío debido a que el aire se
  expande a medida que pasa por el motor, crea un
  efecto de enfriamiento, lo cual permite que los
  motores neumáticos operen en ambientes en donde
  la temperatura puede llegar hasta 125ºC, lo cual
  es sencillamente lo opuesto en el caso de los
  motores eléctricos.

37
COMPARACIÓN MOTOR NEUMÁTICO Y ELÉCTRICO

• Ventajas de los motores eléctricos

• Los motores eléctricos son menos eficientes y más
  ruidosos, a menos que se coloquen silenciadores
  en sus lumbreras de escape.
• Los motores eléctricos son más eficientes debido
  a que la velocidad del motor neumático varía con
  la carga, no pueden mantener una velocidad
  constante sin controles de regulador. A este
  respecto, los motores eléctricos son mejores.

38
MOTOR DE ENGRANAJES

• En este tipo de motor, el par de rotación es
  engendrado por la presión que ejerce el aire
  sobre los flancos de los dientes de piñones
  engranados. Uno de los piñones es solidario con
  el eje del motor.
• Estos motores de engranaje sirven de máquinas
  propulsoras de gran potencia 44 kW (60CV).
• El sentido de rotación de estos motores,
  equipados con dentado recto o helicoidal, es
  reversible.

39
Regulación de velocidad

• Limitación del caudal de alimentación
  (estrangulación primaria)
• En este caso, para la limitación del caudal
  de alimentación las válvulas antirretorno y de
  estrangulación se montan de modo que se
  estrangule el aire que va al cilindro., La más
  mínima variación de la carga, por ejemplo el
  momento de pasar sobre un final de carrera,
  supone una gran variación de la velocidad de
  avance. Por eso, esta limitación de caudal se
  utiliza únicamente para cilindros de simple
  efecto y de volumen pequeño

40
Limitación del caudal de escape (estrangulación
secundaria)

• En este caso el aire de alimentación entra
  libremente en el cilindro se estrangula el aire
  de escape. El émbolo se halla entre dos cojinetes
  de aire. Esta disposición mejora
  considerablemente el comportamiento del
  avance. Por esta razón, es el método más
  adecuado para cilindros de doble efecto.En el
  caso de cilindros de volumen pequeño y de carrera
  con, la presión en el lado de escape no puede
  formarse con la suficiente rapidez, por lo que en
  algunos casos habrá que emplear la limitación del
  caudal de alimentación junto con la del caudal de
  escape.