Conceptos Esenciales de Fluidos y Circuitos Neumáticos: Propiedades, Compresores y Acumuladores

Introducción a los Fluidos

Se denominan fluidos a los materiales como los líquidos y los gases que pueden pasar a través de pequeños orificios y circular por tuberías y conductos.

Propiedades Fundamentales de los Fluidos

Densidad (d)

Es la masa por unidad de volumen. Se mide en kg/m³. La fórmula es: d = m/V. Los gases son poco densos; los líquidos tienen densidades mucho mayores.

Viscosidad

Es una propiedad de los fluidos que mide la dificultad para pasar por orificios y tuberías. Los líquidos son mucho más viscosos que los gases.

Compresibilidad

Es la capacidad de los fluidos de disminuir su volumen cuando aumenta la presión ejercida sobre ellos. Los líquidos son poco compresibles, ya que las partículas que los forman están en contacto y es difícil acercarlas más. Los gases son muy comprensibles.

Características Distintivas de Líquidos y Gases

• Líquidos:
  • Tienen volumen fijo.
  • Adaptan su forma a la del recipiente.
  • Son poco compresibles.
  • Son densos y viscosos.
• Gases:
  • Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene.
  • Carecen de forma fija.
  • Son fácilmente comprensibles.
  • Son poco densos y poco viscosos.

Presión en los Fluidos

La presión es la magnitud que mide el efecto deformador de las fuerzas sobre los cuerpos. Una fuerza sobre una superficie produce una presión que es igual al cociente entre la intensidad de la fuerza y la superficie. La fórmula es: P = F/S. La unidad de presión es 1 Pa (Pascal) = 1 N/1 m². También se puede calcular como: P = dgh.

Caudal en Tuberías

El caudal volumétrico (Q) de una tubería que transporta un fluido es el volumen del fluido que pasa por una sección de la tubería en la unidad de tiempo. Se expresa en m³/s. La fórmula es: Q = V/t.

Circuitos Neumáticos: Fundamentos y Componentes

Los circuitos neumáticos transmiten fuerzas a distancia utilizando aire a mayor o menor presión que la atmosférica, que circula por tuberías y conductos de diferentes grosores.

Elementos Esenciales de un Circuito Neumático

• Compresor: Es el elemento generador de energía.
• Depósito acumulador: Almacena el aire comprimido.
• Válvulas: Son los elementos de control que abren y cierran el circuito.
• Tuberías: Son las conducciones de aire a presión.
• Secador de aire: Extrae la humedad del aire comprimido.
• Unidad de mantenimiento: Consta de filtros y elementos de lubricación con el fin de acondicionar el aire comprimido.
• Actuadores: Son los elementos que ejercen fuerzas realizando trabajo.

El Compresor: Corazón del Sistema Neumático

El compresor crea una sobrepresión que mueve los elementos que aplican las fuerzas. Toma el aire atmosférico y lo comprime.

Tipos de Compresores

Compresores Rotativos

Generan volúmenes medios y altos de aire comprimido con poco ruido.

Compresor de Paletas

Consta de un rotor cilíndrico con unas paletas que giran descentradas en el interior del compresor. Las paletas atrapan el aire de un conducto de entrada, reducen su volumen y el aire comprimido escapa por el conducto de salida. Se trata de un compresor de bajo nivel de ruido y que genera un gran caudal de aire comprimido.

Compresor de Tornillo Helicoidal

Se compone de dos ejes en forma de tornillo que giran en sentidos opuestos y atrapan el aire, que avanza entre los ejes sin poder retroceder. Un eje es motor y otro es conducido. Es el más económico y silencioso que genera un caudal de aire medio.

Compresor de Émbolo Alternativo

Es el más común. Se emplea para generar volúmenes reducidos de aire comprimido a presiones de hasta 6 bares. Introduce aire en un recinto a través de una válvula de admisión, lo comprime mediante un pistón movido por un sistema de biela-manivela, y lo manda a la presión deseada a una tubería o a un pistón acumulador a través de una válvula de escape.

Funcionamiento del Compresor de Émbolo

• Carrera de admisión: El pistón desciende hasta el punto muerto inferior (PMI) y se llena de aire por la válvula de admisión, que después se cierra.
• Carrera de compresión: El pistón sube hasta el punto muerto superior (PMS) comprimiendo el aire. Después se abre la válvula de escape y el aire comprimido sale.

El Acumulador de Aire: Estabilidad y Eficiencia

El acumulador de aire es un depósito que se instala a la salida del compresor para ir acumulando el aire comprimido producido por este.

Ventajas del Uso del Acumulador

• Estabilizan el caudal y la presión que produce el compresor para un mejor suministro del circuito neumático.
• Evitan que el compresor esté constantemente funcionando; solo se pondrá en marcha para establecer la presión en el acumulador.
• Enfrían el aire previamente recalentado al comprimirse.

Componentes del Acumulador de Aire

• Termómetro y manómetro: Permiten conocer la temperatura y presión del aire almacenado.
• Purgador: Expulsa el agua condensada.
• Válvula limitadora de presión: Se abre cuando la presión alcanza un valor máximo.
• Válvulas de entrada y de salida: Aíslan el acumulador del compresor y del circuito.