1. características del aire comprimido
descargar 75.9 Kb.
|
| TEMA V-3. CIRCUITOS NEUMÁTICOS ÍNDICE 1.- Características del aire comprimido. 2.- Conceptos y leyes físicas. 3.- Producción del aire comprimido. 4.- Distribución del aire comprimido. 5.- Tratamiento del aire comprimido. 6.-Actuadores neumáticos. 7.- Elementos de regulación y control. Válvulas. 8.- Transductores y captadores. 9.- Circuitos neumáticos. 1. CARACTERÍSTICAS DEL AIRE COMPRIMIDO El aire comprimido empleado en la industria es aire atmosférico sometido a presiones de hasta unos 12 bar. El aire es un gas compuesto por un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno, un 0,95% de gases nobles y el resto de anhídrido carbónico, vapor de agua, etc. Su densidad en condiciones normales es de 1,293 kg/m3. Como todos los fluidos, cumple una serie de leyes físicas que estudia la mecánica de fluidos. Además es un gas casi perfecto, y por tanto, pueden aplicarse las leyes de los gases ideales. 2. CONCEPTOS Y LEYES FÍSICAS 2.1. Presión Se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie.  Unidades en el Sistema Internacional: Pascal (Pa).  Equivalencias de unidades de presión: 105 Pa = 1 atm = 1kp/cm2 = 1 bar =14,6 psi = 769 mm Hg. Psi: (pound square inch) libra por pulgada cuadrada. En ocasiones se puede leer  como unidad de presión en lugar de  que es la unidad correcta equivalente. Realmente la unidad de  representa la presión que realiza una masa de 1 kg sobre una superficie de 1 cm2 que la soporta uniformemente.La presión ejercida por el aire se llama presión atmosférica y se mide con barómetros. Dicha presión tiene un valor de 1 atm. La presión en un sistema neumático se llama presión relativa ó manométrica y se mide con el manómetro. Ésta es la presión con la que se trabajará a lo largo del bloque. Para calcular la presión total realizada sobre las paredes interiores del sistema neumático tenemos que sumar a la presión manométrica la presión atmosférica. Se conoce como presión absoluta. Presión absoluta = presión atmosférica + presión manométrica 2.2. Densidad Se define como la masa de una sustancia por unidad de volumen.  Unidades en el Sistema Internacional:  2.3. Caudal Se define como el volumen de fluido que atraviesa una sección transversal por unidad de tiempo.  Teniendo en cuenta que:  y que para movimientos uniformes:  Puede escribirse que:  Donde: S = superficie de la sección transversal, e = longitud que recorre el fluido en un tiempo t v = velocidad Unidades en el Sistema Internacional:  2.4. Leyes de los gases ideales (gases perfectos) - Ley de Boyle-Mariotte. En todo proceso isotérmico (temperatura constante) y adiabático (sin intercambio de calor con el exterior) la presión ejercida por una masa gaseosa multiplicada por el volumen que ocupa, es constante.  - 1ª Ley de Charles y Gay-lussac. En todo proceso isobárico (presión constante) el volumen de una masa gaseosa varía directamente con la temperatura.  - 2ª Ley de Charles y Gay-lussac. En todo proceso isócoro (volumen constante) la presión de un gas varía directamente con la temperatura.  - Ecuación de estado de los gases perfectos. Combinando las leyes anteriores se obtiene la ecuación de los gases perfectos:  Esa constante es directamente proporcional al número de moles, por tanto la ecuación anterior puede escribirse así:  R es la constante universal de los gases cuyo valor es:  3. PRODUCCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO El principal componente en la producción de aire comprimido es el compresor, encargado de captar el aire de la atmósfera y elevar su presión para el posterior uso. Están formados por un elemento motor que suministra la energía necesaria para transformarla en energía de presión. Normalmente los compresores se instalan en exteriores para evitar ruidos y obtener un aire de mayor pureza. Los compresores se caracterizan por: el caudal que proporciona y la relación de compresión (magnitud que se obtiene al dividir la presión del fluido a la salida del compresor entre la de entrada). A  tendiendo al movimiento de los elementos constitutivos, se distinguen compresores alternos de émbolo y compresores rotativos. Compresores alternos de émbolo. Un eje (1) solidario al motor transmite el movimiento de giro a una biela (2) y manivela (3) produciendo un movimiento alternativo en el émbolo (4). Cuando el pistón desciende, aspira el aire de la atmósfera a través del conducto (9) y de la válvula de aspiración (5). Mientras tanto la válvula de escape permanece cerrada. Al llegar el pistón al punto muerto inferior la válvula de aspiración se cierra, iniciándose la carrera ascencente del pistón con ambas válvulas cerradas. Cuando el aire de la cámara se ha comprimido se abre la válvula de escape (6) y el aire es expulsado a través del conducto (10), iniciándose nuevamente el ciclo. Llevan acopladas unas pequeñas aletas en la parte exterior de cilindro para refrigerarlo. C  ompresor rotativo de paletas. Consta de un rotor excéntrico (1) que gira en el interior de un cilindro estanco (2) con una toma de aire atmosférico (3) y una salida de aire comprimido (4). Sobre el rotor se alojan una serie de paletas radiales deslizantes (5) que por la acción de la fuerza centrífuga presionan sobre el cuerpo del compresor, creando una serie de cámaras interiores entre cada dos paletas. Cuando el rotor gira en el sentido de la flecha el volumen de dichas cámaras se va reduciendo, comprimiéndose así el aire hasta la salida. 4. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO 4.1. Depósitos Los depósitos son elementos de almacenaje de aire comprimido que se sitúan cerca de los compresores. Cumplen diversas funciones:
El tamaño del depósito depende de la potencia del compresor y del consumo de aire. 4.2. Red de distribución Conjunto de tuberías que conducen el aire a presión desde el depósito hasta los puntos de toma de los elementos consumidores. Para calcular la sección interior de las tuberías hay que tener en cuenta: el caudal del aire que circula, su velocidad, pérdidas admisibles de presión, presión de trabajo en los puntos de consumo, estrangulaciones existentes (debidas a codos, curvaturas, derivaciones, etc.), y longitud de la tubería. Los ramales horizontales deben tener una pendiente entre el 1 y el 3 % en el sentido de la circulación, mientras que las derivaciones verticales tienen que prolongarse por debajo de la toma de consumo con el fin de que el agua condensada no pase al aparato consumidor y pueda ser evacuada. 5. TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO Los elementos utilizados en los circuitos neumáticos están construidos con pequeñas tolerancias, lo que hace que el aire empleado deba ser de extrema calidad. El aire arrastra vapor de agua y partículas en suspensión (polvo, residuos de oxidación,...) que deben ser eliminadas. Por otro lado, el aire es el medio que debe transportar partículas de aceite, necesarias para la lubricación de las piezas móviles. Por todo ello se instala a la salida del compresor la unidad de mantenimiento, la cual consta de las siguientes partes: - Filtro de aire con separador de agua Su misión es, como hemos citado anteriormente, eliminar todas las impurezas y vapor de agua que arrastra el aire en la instalación. -  Lubricador. Los sistemas neumáticos poseen actuadores móviles sujetos a rozamientos, por lo que es necesario su lubricación. El lubricador dispone de un depósito donde se almacena aceite; al pasar el aire comprimido por este dispositivo arrastra pequeñas partículas del lubricante que serán conducidas hasta todos los elementos de la instalación neumática.- Regulador de presión. Su misión es mantener constante la presión de trabajo independientemente de la presión de entrada que siempre es mayor. - Manómetro. Elemento encargado de medir la presión de trabajo del sistema neumático. Su símbolo es el siguiente: 6. ACTUADORES NEUMÁTICOS Son elementos que aprovechan la energía del aire comprimido para transformarla en trabajo útil. 6  .1. Cilindro de simple efecto Se caracteriza porque sólo produce trabajo útil en un sentido del movimiento. Los más utilizados son los de émbolo y a ellos se dedica todo el posterior estudio. El cuerpo (1) suele ser cilíndrico. Las tapas de cierre (2) contienen los sistemas de guiado del vástago (3) y las tomas de aire (4) y (5). El émbolo (6) es una pieza móvil que separa la cavidad interior del cilindro en dos cámaras: anterior (7) y posterior (8) (esta última siempre es la que contiene el vástago).El vástago va unido al émbolo y su misión es transmitir la energía que recibe dicho pistón para poder utilizarla en el exterior. El aire comprimido únicamente presiona sobre una de las caras del émbolo, por tanto, sólo se produce trabajo en ese sentido (generalmente la carrera de avance). La carrera de retorno suele realizarse mediante un muelle (9). La toma (5) que hay en la cámara posterior se utiliza para expulsar el aire atmosférico que exista en dicha cámara. Suelen emplearse para operaciones de alimentación de piezas, sujeción, expulsión, etc. A la hora de elegir un cilindro de simple efecto para una determinada aplicación, es necesario conocer la fuerza neta desarrollada por el vástago en su carrera de avance. Dicha expresión viene dada por: D  onde: Fa = fuerza con que presiona el aire comprimido sobre el pistón, su valor es S·p S = superficie del pistón p = presión de trabajo Fr = fuerza de rozamiento. Fm = fuerza de recuperación del muele. 6.2. Cilindro de doble efecto Se caracteriza porque produce trabajo útil en ambos sentidos del movimiento. Únicamente se fabrican de émbolo. Constitutivamente son similares a los de simple efecto, si bien el aire comprimido circula por ambas tomas, lo que permite eliminar el muelle o la carga que se encargaba de su retorno. Su carrera, por tanto, puede ser mayor que en los anteriores. En un cilindro de doble efecto la fuerza neta desarrollada por el vástago en la carrera de avance es: D  onde: Fa = fuerza con que presiona el aire comprimido sobre el pistón, su valor es Sp S = superficie del pistón p = presión de trabajo D = diámetro del pistón Fr = fuerza de rozamiento. L  a fuerza neta que se obtiene en la carrera de retroceso es: Donde: Fa = fuerza con que presiona el aire comprimido sobre el pistón, su valor es S'p S' = superficie del pistón menos la del vástago.  p = presión de trabajo D = diámetro del pistón d = diámetro del vástago Fr = fuerza de rozamiento. Es aproximadamente un 10% de Fa 7. ELEMENTOS DE REGULACIÓN Y CONTROL: VÁLVULAS Son los elementos encargados de controlar el arranque, parada y sentido de movimiento de los elementos de trabajo, así como el paso, sentido, presión y caudal del aire que fluye por la instalación. Atendiendo a su constitución, se clasifican en:
7.1. VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS Controlan el paso, dirección y sentido del aire que circula por la instalación. Se componen de un cuerpo, un elemento móvil y unos elementos de accionamiento. El cuerpo es el soporte donde están los orificios de entrada y salida de aire, vías, y los conductos internos. El elemento móvil se aloja en el interior del cuerpo. Permite conexionar las vías de diferentes posiciones. Los elementos de accionamiento se encargan de desplazar al elemento móvil para que la válvula pase de una posición a otra. 7.1.1 Representación simbólica Para representar simbólicamente las válvulas distribuidoras es necesario conocer el número de vías y el de posiciones, de manera que una válvula 3/2 tiene 3 vías y 2 posiciones, etc. S  imbólicamente las posiciones de una válvula se representan por cuadrados. Un cuadrado simboliza una válvula de una posición, dos cuadrados unidos una de 2 posiciones, etc.L  as vías se representan por líneas rectas. Dichas vías pueden llevar en un extremo símbolos que indican conexión con toma de presión, escape... E  l interior de los cuadrados se reserva para representar el funcionamiento de la válvula. Mediante una línea recta con punta de flecha en el extremo se simboliza el sentido de circulación del fluido. Con una línea perpendicular a la de la vía se expresa la posición de cierre. Así, en la figura siguiente se representa una válvula 2/2 (2 vías y 2 posiciones) que permite, en una de las posiciones, el paso del aire en el sentido indicado por la flecha, mientras que en la otra posición ambas vías permanecen cerradas. También se representa una válvula 3/2 (3 vías y 2 posiciones) donde se aprecia el sentido del flujo en cada una de las posiciones así como la vía que permanece cerrada.C  ada una de las vías se designa por un número o una letra, dependiendo de la norma utilizada (estos códigos se escriben en una de las posiciones). La tabla siguiente muestra dichos códigos. Según esta notación, una válvula 3/2 puede representarse indistintamente como se muestra en la figura: C  uando la válvula se encuentre en la posición de la izquierda el aire comprimido procedente del compresor entra por la vía 1 (P) y sale por la vía 2 (A) mientras que la vía de escape 3 (R) permanece cerrada. Cuando la válvula permanezca en la posición de la derecha el aire comprimido entra por la vía 2 (A) y sale por el escape 3 (R), mientras que la vía 1 (P) permanece cerrada. P  ara que la válvula pase de una posición a otra se utiliza un dispositivo externo de accionamiento, el cual se representa en los laterales libres de los cuadrados, de manera que la válvula permanecerá en la posición representada en el cuadrado derecho cuando esté accionado el mecanismo derecho. La válvula pasará a la posición representada en el cuadrado izquierdo cuando se accione el mecanismo izquierdo. En la figura se esquematiza la válvula 3/2 comentada anteriormente con sus accionamientos. Normalmente (posición de reposo) manda el muelle, por tanto, la válvula permanecerá en la posición derecha. Al presionar el pulsador manual, la válvula pasa a la otra posición, y permanecerá en ella hasta que se deje de presionar, momento en el que regresará, debido al muelle, a su posición inicial. |
Añadir el documento a tu blog o sitio web
