Fundamentos y Componentes Clave de los Sistemas Neumáticos Industriales

Características de los Sistemas Neumáticos

• Poco peso, se logran grandes presiones y velocidades, y se pueden trasladar a larga distancia.
• No les afectan los agentes externos como la temperatura, humedad y campos magnéticos, y su mantenimiento es sencillo.
• No se deterioran los elementos por sobrecarga, son de larga duración.
• Proporcionan movimientos lineales y rotativos fáciles de regular su velocidad y fuerza.
• Necesita preparación y es barato, pero sus fugas bajan el rendimiento, y sus movimientos no son muy exactos.

Evaluación de Conceptos (Verdadero/Falso)

A continuación, se presentan una serie de afirmaciones para su evaluación:

• Falso
• Verdadero
• Verdadero
• Falso

Tipos de Compresores de Aire

Los compresores se clasifican principalmente según su principio de funcionamiento:

• Por reducción de volumen de aire:

  • Compresor de émbolo
  • Compresor de membrana
  • Compresor celular de paletas
  • Compresor de tornillo

• Por aceleración de la masa de aire:

  • Turbocompresor axial
  • Turbocompresor radial

Factores Clave para la Selección de Compresores

Al seleccionar un compresor, es fundamental considerar:

• Caudal de aire necesario
• Presión de servicio
• Condiciones del aire (temperatura, humedad, etc.)
• Ubicación de la instalación

Cálculo de Caudal de Aire

El cálculo del caudal de aire necesario se realiza mediante la siguiente fórmula:

Qp = Qn / (Pr + P.at)

Donde:

• Qp: Caudal de aire a presión de servicio
• Qn: Caudal de aire normal
• Pr: Presión de servicio
• P.at: Presión atmosférica

Ejemplo: 2000 m³/h / (7 bar + 1 at) = 250 m³/h a 7 bar

Presión de Operación Estándar

La presión de operación comúnmente utilizada es de 6 bar.

Componentes Esenciales de un Depósito de Aire Comprimido

Un depósito de aire comprimido incluye los siguientes elementos de seguridad y control:

• Válvula de seguridad
• Salida de aire
• Manómetro
• Tapa de inspección
• Entrada de aire
• Purga (drenaje de condensados)

Determinación de la Capacidad del Depósito

La capacidad del depósito debe ser de aproximadamente 100 m³ o el inmediatamente superior disponible en el mercado.

Dimensionamiento de Tuberías o Componentes

Para un dimensionamiento adecuado, se consideran los siguientes diámetros:

• 90 mm de diámetro o el inmediatamente superior.
• 96 mm de diámetro o el inmediatamente superior.

Tipos de Racores y Conexiones Neumáticas

Los racores son elementos clave para la conexión de tuberías y componentes:

• Racor recto
• Codo
• Racor en T
• Racor en Y
• Racor orientable Banjo (que regula el caudal)

Unidad de Tratamiento de Aire (FRL)

La unidad FRL es fundamental para la preparación del aire comprimido y consta de:

• Filtro
• Regulador de presión
• Lubricador

Clasificación de Cilindros Neumáticos

Los cilindros neumáticos se clasifican según su principio de funcionamiento:

• Cilindros de Simple Efecto:

  • De émbolo o pistón
  • De membrana
  • De membrana arrollable
  • Telescópico

• Cilindros de Doble Efecto:

  • De un vástago o de doble vástago
  • Tándem
  • Sin vástago (de unión mecánica o magnética)
  • Multiposicional
  • De impacto
  • Giratorios

Cálculos de Fuerzas en Cilindros Neumáticos

A continuación, se detallan los cálculos de las fuerzas en un cilindro neumático:

• Superficie del émbolo (A): A = D² × π / 4 = 31,17 cm²
• Superficie anular del émbolo (Á): Á = (D² – d²) × π / 4 = 28,03 cm²
• Fuerza teórica en avance (Ft): Ft = A × P = 31,17 cm² × 10⁻⁴ m²/cm² × 6 × 10⁵ N/m² = 1870,2 N
• Fuerza de rozamiento (Fr): Fr = 10% de Ft = 1870,2 N × 0,10 = 187,02 N
• Fuerza real en avance (Fra): Fra = A × P – Fr = (31,17 cm² × 10⁻⁴ m²/cm² × 6 bar × 10⁵ N/m²·bar) – 187,02 N = 1683,18 N
• Fuerza teórica en retroceso (Ftr): Ftr = Á × P = 28,03 cm² × 10⁻⁴ m²/cm² × 6 bar × 10⁵ N/m²·bar = 1681,8 N
• Fuerza de rozamiento (Fr): Fr = 10% de Ftr = 1681,8 N × 0,10 = 168,18 N
• Fuerza real en retroceso (Frr): Frr = Á × P – Fr = (28,03 cm² × 10⁻⁴ m²/cm² × 6 bar × 10⁵ N/m²·bar) – 168,18 N = 1513,62 N

Materiales de Sellado y Rangos de Temperatura

Los materiales de sellado más comunes y sus rangos de temperatura de operación son:

• Perbunan: entre 20ºC y 80ºC
• Viton: entre 20ºC y 190ºC
• Teflón: entre 80ºC y 200ºC

Tipos de Motores Neumáticos

Los motores neumáticos transforman la energía del aire comprimido en movimiento mecánico:

• Motor de émbolo
• Motor de paletas
• Motor de engranajes
• Turbocompresor (en este contexto, se refiere a un motor de turbina neumática)

Clasificación y Función de Válvulas Neumáticas

Las válvulas son componentes esenciales para el control del flujo de aire:

• Válvulas Direccionales o Distribuidoras:

  Dan dirección al aire y abren y cierran el paso.

• Válvulas de Bloqueo:

  Cortan el paso del aire en un sentido y lo dejan pasar en el otro.

• Válvulas de Caudal:

  Regulan y controlan el paso del aire.

• Válvulas de Presión:

  Regulan y controlan la presión.

• Temporizadores:

  Retardan el paso o la señal de mando.

Aplicaciones de Válvulas Direccionales Comunes

Las válvulas direccionales se utilizan según el tipo de actuador y la función requerida:

• Válvulas 3/2:

  Se utilizan para gobernar cilindros de simple efecto, como finales de carrera, en sistemas de emergencia o como válvulas piloto (servomando).

• Válvulas 5/2:

  Se utilizan para gobernar cilindros de doble efecto.

Características Específicas de Compresores

Evaluación de propiedades para diferentes tipos de compresores:

• Compresor de émbolo: Sí
• Compresor de tornillo: 1- No, 2- Sí
• Compresor rotativo Roots: No
• Turbocompresor: No
• Compresor axial y radial: No