-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 1
CAPITULO I
SISTEMAS NEUMATICOS
Introduccin.-
El desarrollo tecnolgico y la implementacin de la neumtica pura
y, la Electro neumtica en la
industria y procesos de prestacin de servicios nos dan la
automatizacin de los procesos indicados
con ventajas competitivas tales como, rentabilidad debido a la
alta productividad, calidad de los
productos y servicios a bajo costo. Al igual que los sistemas
hidrulicos los sistemas neumticos es
el conjunto de elementos mecnicos tales como actuadores, vlvulas
direccionales, vlvulas de
flujo, de presin, accesorios, marcando la diferencia por los
secadores y unidades de
acondicionamiento de aire, este ultimo compuesto por el
lubricador, regulador de presin y filtros,
los elementos neumticos tambin interactan con elementos
elctricos y electrnicos tales como
sensores, PLCs y otros, cuando estn nter ligados correctamente y
de acuerdo a nuestras necesidades nos da diferentes tipos de
movimientos consecuentemente trabajo mecnico en
procesos automticos y manuales.
El elemento bsico del sistema neumtico es el aire comprimido
producido por el compresor, el
mismo que sufre un largo proceso de tratamiento o preparacin
antes de su utilizacin. Este
tratamiento consiste en la remocin de impurezas y contaminantes
tales como, partculas de polvo,
materiales orgnicos y la eliminacin de la humedad mediante
procesos de secado, el secado es
fundamental y se lo hace.
1.- En funcin de los requerimientos del proceso industrial,
debido a que el aire que es considerado
seco para un requerimiento puede no ser para otro.
2.- Con el objetivo evitar la destruccin de la lubricacin.
3.- Evitar la corrosin interna de las tuberas.
4.- Para evitar el agripamiento de las vlvulas, desgastes
prematuro de los elementos del sistema
neumtico como consecuencia obtencin de un mal rendimiento
mecnico.
La humedad tambin afecta en forma negativa al color, a la
adherencia, al acabado de la pintura
aplicado con aire comprimido y a la precisin en la automatizacin
de procesos.
Los contaminantes varan de una zona a otra, en zonas de alta
densidad demogrfica abundan las
substancias slidas en forma de polvo, holln, productos que
ocasiona la abrasin y corrosiones, en
las zonas costeras existe menos polvo, pero en ellas hay ms
partculas de sal debido a la
evaporacin del agua del mar.
Campo de aplicacin
Debido a su versatilidad en cuanto a su instalacin, la facilidad
con la que interactan los
elementos neumticos con los elctricos y electrnicos
electro-neumtica el campo de aplicacin de la neumtica es sumamente
amplio, est en la industria productiva, en la minera, en la
construccin civil accionando a martillos neumticos, en procesos
de fabricacin de envases de
plstico, botellas de vidrio por el mtodo de soplado, estn en la
automatizacin de complicados
procesos industriales. En funcin de los requerimientos o
condiciones de trabajo se tiene la
neumtica pura para instalaciones individuales o instalaciones
multifuncionales compactas llamados
terminales de vlvula, tambin se tiene a la electro-neumtica, la
neumtica interactuando con la
elctrica y la electrnica a travs de diferentes programas
comandados por P.L.C. que hacen de
comando nos brinda procesos automticos de produccin industrial y
de prestacin de servicios,
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 2
para lo que utilizan diversos tipos de actuadores tales como
lineales, de rotacin continua y giro
limitado.
Concluimos que, la neumtica o aire comprimido, a travs de los
diferentes tipos de actuadores,
interactuando con la elctrica y la electrnica genera desarrollo
tecnolgico y modernizacin de las
empresas productivas y de servicios dndonos, productividad,
calidad a bajo precio del producto y
servicios, como consecuencia de ello, nos da competitividad en
cualquier mercado exigente.
Componentes de un sistema de produccin y tratamiento de aire
comprimido
1. Motor que acciona al compresor. 2. Compresor que produce el
aire comprimido. 3. Enfriado posterior del aire. 4. Tanque de
almacenamiento del aire. 5. Filtro de lnea 6. Secador del aire. 7.
Conjunto de acondicionamiento del aire, compuesto por el
lubrificador, vlvula reguladora de
presin, filtro con dreno automtico.
Estudio del Enfriador Posterior con separador de Condensador
Incorporado
1 Enfriado posterior. 2 Separador de condensados, permite
separar de 70 a 80% del vapor de agua o humedad.
Los enfriadores posteriores generalmente son localizados a la
salida del compresor e incorporado a
ella existe un separador de condensados que como consecuencia
del enfriado del aire este elemento
retiene de 70 a 80% del vapor de agua o humedad del aire
comprimido y vapores de aceite, este
enfriamiento tiene tambin la finalidad de evitar las
dilataciones de las tuberas debido a la
temperatura. El enfriador bsicamente consiste en un cuerpo
cilndrico donde se colocan tubos de
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 3
buena conductibilidad trmica. La temperatura del aire que sale
del enfriador depende de la
temperatura de entrada de este fluido, de la temperatura de
entrada del agua y el volumen del
mismo, de las placas deflectoras, que tienen el objetivo de
cambiar constantemente la direccin del
agua con lo que se da mayor disipacin de calor y facilita la
condensacin del agua en el separador
de condensados. Generalmente se usan enfriadores del tipo
contracorriente por la eficiencia en el
enfriamiento o intercambio de calor, la utilizacin de este
elemento esta tambin en los sistemas
hidrulicos y se usan para enfriar el aceite y son de dos tipos:
intercambiadores de agua e
intercambiadores de aire, en sistemas neumticos los enfriadores
o intercambiadores generalmente
son de agua y enfran el aire comprimido.
Clculo del inter enfriador y/ o enfriador posterior
Los elementos de clculo son la temperatura del aire y agua tanto
en la entrada como en la salida.
1. Clculo de la Diferencia Medida Logartmica de la Temperatura
D.M.L.T.:
OHaire
OHaire
OHaireOHaire
TT
TT
TTTT
T
T
TTTLMD
2
2
22
21
12
2112
1
0
10
lnln
....
2. Clculo de Coeficiente de Transmisin de Calor U.
Se calcula en funcin del coeficiente de pelcula exterior e
interior de los tubos y el coeficiente de
incrustacin, de la suciedad por la frmula
Khdh
dU
eii
e 1
1[Kcal/hm
2C]
de= Dimetro externo de la tubera dado en mm.
di = Dimetro interno de la tubera dado en mm.
hi = Coeficiente de la pelcula interior o coeficiente de
transferencia por conveccin interna
que = 200 (Kcal/Hm2C)
he = Coeficiente de pelcula exterior o coeficiente de
transferencia por conveccin exterior
que = 1000 (Kcal/Hm2C)
K = Factor de conductibilidad del material.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 4
Los coeficientes de pelcula son funcin del nmero de Reynolds y
de Prand, tambin llamados
coeficientes de transmisin por conveccin interna y externa.
3. Clculo de La Potencia Trmica:
Q = V * CP * t * K [kcal/min]
Donde:
V = Volumen de aire necesario para el funcionamiento de los
elementos neumticos
CP = Calor especifico a presin constante = 0.31 (Kcal/min)
t = Diferencia de temperatura entre los dos fluidos. K = Factor
de correccin que toma en cuenta la condensacin de la humedad =
1.2
4. Clculo de La Superficie De Refrigeracin:
2.... MTLMDU
QS
Donde:
Q = Potencia Trmica
U = Coeficiente de transmisin de calor.
D.M.L.T. = Diferencia media logartmica de temperatura.
1. Clculo del Nmero De Tubos:
1
ed
SN
Donde:
S = Superficie necesaria
de = Dimetro externo de los tubos
l = Longitud de los tubos
2. Clculo del Consumo de Agua:
Donde:
Q = Potencia trmica
T2 = Temperatura de salida del agua de refrigeracin.
T1 = Temperatura de entrada del agua de refrigeracin
12 TT
QV
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 5
TANQUE DE ALMACENAMIENTO
Los tanques de almacenamiento son elementos, que tienen las
siguientes funciones:
1. Almacenar el aire comprimido 2. Enfriar el aire comprimido y
favorecer la separacin de condensados 3. Regular la alimentacin del
aire hacia el sistema, compensando la oscilacin de la presin
del sistema y asegurando dentro de lo posible una presin
constante.
4. Absorber las pulsaciones.
Instalacin de los tanques
Los tanques en industrias generalmente se instalan en posicin
vertical, debido a las siguientes
ventajas.
1. Ocupa menor espacio.
2. Favorece la precipitacin de los condensados permitiendo su
eliminacin casi total.
3. Facilita la altura, facilita la distribucin a la red.
4. Se tiene menor rea de contacto con el agua.
Fabricacin de los tanques
La fabricacin de los tanques est sujeta a normas y
reglamentaciones los mismos son:
1. Todo tanque de presin debe llevar vlvula de seguridad para
evitar que la presin sobrepase la capacidad para el cual fue
calculado, el regulado admite una sobre presin
del orden de 15%
2. Necesariamente todo tanque a presin debe tener un dispositivo
de dreno en la parte inferior para vaciar los productos de
condensacin.
3. Debe tener manmetro que nos indique permanentemente la presin
interna del tanque. 4. Debe tener apertura para inspeccin y
limpieza peridica, para dimetros superiores 1000
mm, dicha apertura debe ser del orden de 300 a 400 mm.
Clculo de la capacidad del tanque de almacenamiento
La capacidad del tanque es funcin:
1. De la capacidad volumtrica del compresor o necesidad del
sistema neumtico. 2. Del sistema de regulado de carga del
compresor, ya sea de paradas y partidas automticas.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 6
3. Del rango de presin diferencia entre la presin mxima y mnima.
Para el sistema de paradas y partidas automticas se utiliza la
formula a seguir.
V = 0.9 * Q
Donde Q es el consumo de aire de los elementos neumticos.
Dimensionamiento del tanque:
Dimensionar consiste en calcular su altura, dimetro, espesura
del material de construccin y se lo
hace en funcin de su volumen
HrV 2 2r
VH
, r se calcula a partir de St
Superficie total:
St = 2r H + 2r2; sustituyendo el valor de H tenemos:
2
222 r
r
VrSt
222
rr
VSt
Para obtener el volumen mnimo se debe derivar esta superficie
total en funcin de r, de donde:
322
rr
V
dr
dS t
4
222;
4
2 33 Vr
Vr
4
232
V
V
r
VH
Clculo de la espesura del tanque:
t
PRFe
ad
s
min
Donde:
Fs = Factor de forma a dimensional, para tanques a presin es de
1.45
R = Radio interno en mm.
P = Presin interna dado en (kg/mm2)
t = Factor de corrosin 0.75 mm.
ad= Tensin mxima admisible dado en (kg/mm2)
La aplicacin de esta frmula toma en cuenta los siguientes
aspectos:
1. La temperatura mxima de servicio del tanque debe ser del
orden de 125C, temperatura para el que se considera la tensin del
material.
2. Considera los efectos de sobrecarga y corrosin del
material.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 7
Clculo de la tensin mxima admisible:
guridadfactordesen
enciaeriordefluitead
""
suplim
El lmite superior de fluencia para tanques que trabaja a presin
y temperaturas hasta 125C es de
20.7 kg/mm2.
El factor de seguridad tiene un valor de 1.6
Clculo del factor de seguridad:
El factor de seguridad vara en funcin del proceso de fabricacin
si el proceso es con soldadura
manual se adiciona 0.9 al valor de 1.6 factor de seguridad para
tanques a presin y temperaturas de funcionamiento hasta 125C,
siendo el proceso automtico se adiciona 0.8, en este ejemplo
nuestro proceso es manual en consecuencia tendremos:
( )
Secado del Aire Comprimido
En sistemas neumticos la presencia de humedad es perjudicial por
lo que es necesario eliminar o
reducir al mnimo, la humedad ocasiona los siguientes
inconvenientes:
1. Destruye la lubricacin de los elementos neumticos,
consecuentemente ocasiona desgaste prematuro y atascamiento por
falta de lubricacin, igualmente ocasiona defectos en el acabado
de determinados procesos.
2. Crea corrosin, y con ello obstruccin de las paredes internas
de las tuberas como consecuencia se da perdidas de presin que son
altamente perjudiciales en el rendimiento de los
elementos neumticos, por ejemplo una reduccin de la presin de
trabaja o alimentacin del
aire comprimido en los elementos o herramientas neumticas de 1
(kg/cm2), cuya presin
normal de trabajo es 7 (kg/cm2) reduce de 50 a 60% su
3. potencia, por lo que anlisis econmicos han demostrado que la
instalacin de secadores en sistemas neumticos, significa una buena
inversin a pesar de que costo es de 25% o ms de la
inversin total.
Mtodos de Secado o Secadores de Aire
Existen dos mtodos bastante conocidos:
1. Secado por refrigeracin 2. Secado por absorcin
Secado por refrigeracin.
Este mtodo de secado consiste en enfriar el aire en dos fases
consecutivas:
1. En una primera etapa se enfriar hasta la temperatura o punto
de roco y se lo hace en el conjunto llamado pre-enfriador.
2. En una segunda etapa se completa en el enfriador principal,
en el que se consigue la condensacin y retirado de una gran
cantidad de su humedad.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 8
DIAGRAMA TERMODINMICO DEL ENFRIADO
La Curva 1- C representa el proceso de enfriamiento, a lo largo
de esta curva se da el
desprendimiento de calor, llegndose al punto C punto de roco
sobre la curva de saturacin, en este punto el aire hmedo se
convierte en vapor saturado, aun no se da la condensacin, para
conseguir la condensacin se enfra hasta el punto b en el que, la
temperatura del aire es tb que
corresponde al enfriador principal dndonos recin la condensacin,
despus de este punto si existe
aun aire saturado que no se condenso permanece en este
estado.
Representacin esquemtica del proceso de enfriado.
1. Con el pre - enfriador se llega al punto e sobre la curva de
saturacin o punto de roco donde el
aire se muestra saturado, de este punto e al punto b el aire se
somete a una temperatura mucho ms
baja en el elemento o enfriador principal con lo que se consigue
la condensacin y retiro de una
gran cantidad de su componente agua.
En sntesis, el secado del aire por el mtodo de refrigeracin
consiste en someter el aire a una
temperatura suficientemente baja a fin de que la cantidad de
agua existente sea retirado en gran
parte y no perjudique el funcionamiento de los elementos
neumticos, este proceso de secado se lo
hace, siguiendo el flujo pre - enfriador, enfriador principal,
separador de condensados con dreno
automtico o manual, siendo la temperatura del separador de
condensados del orden 1C.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 9
Del separador de condensados el aire seco pasa nuevamente al
pre-enfriador a objeto de recibir un
pequeo calentamiento que le sirve para recuperar su energa y
evitar formacin de hielo.
Ventajas del Secado y Caractersticas del Secador por
Refrigeracin.
Nos garantiza aos de operacin sin problemas a consecuencia nos
reduce costos de operacin.
Este tipo de enfriadores por utilizar tubos aumenta el rea
efectiva y mejora la transferencia de calor
y la precisin del punto de roco.
- La tubera utilizada son resistentes a la corrosin y a la
suciedad, generalmente son tubos de
cobre.
- La vlvula electrnica de dreno permite el drenado completo de
la humedad y virtualmente
permite una operacin sin interrupcin.
Punto de Roco
Punto de roco se llama as, a la temperatura en la que el vapor
de agua en el aire comienza a
condensarse o cambiar de su estado gaseoso a un estado liquido,
a medida que el aire se enfra
lentamente a una presin total constante. Para la determinacin
del punto de roco adecuado es
necesario conocer.
1.- La temperatura del aire requerido.
2.- La temperatura ambiental del aire.
3.- El grado de secado requerido o su aplicacin.
En invierno el agua de enfriamiento y el aire ambiental son ms
fros que en verano por lo que
habr una variacin en la temperatura del aire que llega al
secador, lo cual afecta en el tamao del
secador. Por lo que el secador debe ser seleccionado para que
trabaje en las condiciones ms
crticas, los puntos de roco pueden expresarse a la presin de
operacin y a la presin atmosfrica,
en caso del punto de roco a la presin de operacin se recomienda
que la presin de operacin debe
ser especificada, es absolutamente necesario establecer el punto
de roco en funcin del grado de
secado o que tan seco se quiere el aire.
Es necesario indicas que la presin y temperatura ambiental
tienen un efecto considerable sobre la
cantidad de humedad que el aire puede retener en su condicin de
saturacin. Las bajas presiones y
las altas temperaturas incrementan la capacidad del aire para
retener humedad.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 10
Este grfico nos muestra como se puede obtener el punto de roco a
presin atmosfrica o bajo
presin. Como existe una variacin de humedad de saturacin cuando
aumenta la presin, tambin
hay una variacin en el punto de roco, en grfico se obtiene una
temperatura de punto de roco a
10 C a 7 bar relativo y su equivalente a una temperatura de
punto de roco de 17 C a presin atmosfrica ste concepto de punto de
roco debe tambin entenderse como la forma de medir el contenido de
humedad de una mezcla aire vapor, o en otras palabras la humedad
del aire
atmosfrico.
SECADO DEL AIRE MEDIANTE REGENERACION DEL ABSORVENTE
La regeneracin del absorbente se efecta mediante el
calentamiento del lecho del absorbente en el
cual estn inmersos resistencias elctricas blindadas, estando en
el proceso de regeneracin se
inyecta una pequea cantidad de fluido a temperatura
relativamente baja para barrer al exterior el
vapor de agua liberado, al termino del ciclo continua esa pequea
cantidad de aire como medio de
ventilacin a objeto de conseguir un adecuado enfriamiento.
A continuacin se presenta un ensayo
realizado experimentalmente para poder
analizar las posibilidades de regeneracin del
absorbente, en este caso se uso el absorbente
silica gel, u oxido de almina.
En base a estas experiencias se obtuvo las
siguientes grficas:
Los ensayos realizados son una continuacin
de los realizados en un trabajo anterior,
(Busso et al, 1998). En este trabajo se realiz
la regeneracin a temperaturas altas (mayores
de 90). En este trabajo se intenta demostrar
que la slica gel puede regenerar a
temperaturas menores, desde 40 C hasta
90C. Para lograr diferentes temperaturas se
fue obstruyendo la boca de toma de aire de
entrad a la resistencia elctrica, con lo que se
lograron diferentes velocidades de aire, y con
ello diferentes flujo y temperaturas de aire
caliente.
El aire al pasar por la resistencia, e calentaba
a humedad absoluta constante hasta su
temperatura final de rgimen, transformacin
representada por una recta horizontal en el
diagrama psicomtrico. Luego el aire es
forzado a pasar por la pared de slica gel,
aumentando su humedad absoluta.
Este proceso que idealmente seria de entalpa
constante, se produca en realidad con una
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 11
prdida de entalpa, probablemente por energa gastada en atravesar
la capa
Granular. A.E. significa aire exterior, A.C. aire caliente y
A.R: aire de refrigeracin.
MTODOS CONSTRUCTIVOS DE SECADO POR ABSORCION. En este mtodo de
secado
por absorcin se tiene.
1.- Secado por absorcin mediante corriente de aire caliente
2.- Secado por absorcin mediante Resistencia Elctrica.
a) Secado Mediante Corriente De Aire Caliente. Se puede
construir un regenerador de slica gel
econmico y sencillo por el mtodo de hacer pasar una corriente de
aire caliente a travs de la capa
de grnulos. Y utilizando para ello torres gemelas
Una temperatura optima de pasaje de aire seria 100C, aunque esto
se lograra con un consumo
elctrico muy elevado. La slica gel re generable es un medio
excelente para secar el aire; se han
logrado humedades hasta del 10%, partiendo de aire a temperatura
ambiente a 65% de humedad. La
sencillez de este mtodo esta en permitirnos tener una torre de
slica gel secando el aire, mientras
que el otro se est regenerando para usarse posteriormente.
Resumen.
Para seleccionar un secador de aire es necesario tener la
informacin de su aplicacin particular y
el grado de secado requerido, el aire que es considerado seco
para un requerimiento puede no ser
suficientemente seco para otros.
2.- Secado por absorcin mediante resistencias elctricas.
Tambin se llama proceso qumico de secado o secado regenerado
trmicamente.
1. Separador desoleador. 2. Secadores gemelos. 3. Filtro
depurador
4. Vlvulas de bloqueo 5. Vlvula de 4/2 electro neumtica. 6.
Temporizador
Cabezal de las
resistencias
Separador
desoleador
Vlvula selector de circuito
Filtro
depurador
Resistencias
elctricas blindadas
Material absorvente
(aluminio activado)
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 12
7. Resistencias elctricas blindadas 8. Cabezal de las
resistencias
9. Vlvula estranguladora de flujo
10. Vlvula selector de circuito
Es el procedimiento en el que, el secado se efecta mediante un
absorbente slido de naturaleza re
generable, y se da en dos ciclos. En un ciclo se da la absorcin,
reteniendo el vapor de agua que
contiene el fluido comprimido, eliminndose este vapor retenido
mediante un segundo ciclo,
llamado ciclo de regeneracin, para tal efecto se somete el
absorbente a un adecuado proceso de
reactivacin. El tiempo de duracin de ambos ciclos es el mismo
por lo que los secadores estn
constituidos de dos torres o elementos secadores gemelos que
contienen la respectiva carga
absorbente, ALUMINA activa Al2O3 u oxido de silicio SiO2. La
cantidad de carga del elemento absorbente es funcin del caudal del
fluido comprimido expresado en metros cbicos por hora,
tambin se considera su presin y temperatura.
La fuente de energa para la regeneracin son resistencia
elctricas, estos secadores son conocidos
con el nombre de AIR INSTRUMENT son equipos especialmente
fabricados para tratar aire comprimido destinado a operar elementos
neumticos y para la automatizacin de procesos de
produccin. Los equipos de secado tienen la caracterstica de
darnos un funcionamiento perfecto y
extremadamente seguro de toda instalacin Neumtica mantenindose
el caudal y la presin del aire
comprimido sin fluctuaciones, lo cual es muy importante en la
instrumentacin.
COMPONENTES DEL CONJUNTO DEL SECADOR
1. Separador desoleador:
Son elementos generalmente utilizados para instalaciones
neumticas con compresores de pistn
lubricados tipo normal, o tambin es llamado filtro que elimina
los residuos de aceite y otras
impurezas.
2. Grupo secador:
Compuesto de dos elementos gemelos o torres llamados elementos
dplex, con sus
correspondientes cargas de aluminio activada, los mismos que
prestan servicios de secado en ciclos
alternativos de 4, 6 y 8 horas de duracin, durante las cuales se
da una fase de absorcin y una
segunda regeneracin Esta disposicin de elementos gemelos o dplex
asegura la obtencin de
fluido comprimido sin interrupcin y seco, sin fluctuaciones
tanto de presin y caudal, este tipo de
secadores pueden ser automticos o semiautomticos dependiendo de
la eleccin o conveniencia.
En los semiautomticos las alteraciones de servicio de las torres
se efecta previa maniobra manual
de la llave distribuidora de flujo.
En el automtico todas las maniobras son orientadas mediante
programador temporizador que
automticamente cambia la alternancia. Despus de las torres
gemelas se debe instalar un filtro
depurador con una eficiencia o capacidad de filtrado de 1 micrn
dependiendo de su aplicacin.
3. Resistencias elctricas blindadas:
Seleccin del secador
Para seleccionar un secador de aire, se debe tomar en cuenta
diversos factores tales como, al punto
de roco requerido para la aplicacin, temperatura del aire
comprimido, condiciones ambientales,
presin de operacin, flujo requerido, actuadores disponibles y la
naturaleza de las aplicaciones
especificas. El conocimiento o la informacin acerca de la
aplicacin particular y el grado de
secado requerido es esencial para tomar decisiones en la
seleccin, debido a que el aire que es
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 13
considerado seco para un requerimiento puede no ser lo
suficientemente seco para otro, el grado de
secado es relativo, de acuerdo a este principio existen
diferentes grados de secado y tipos de
secadores que suministran diferentes grados de remocin de
humedad, actualmente muchas fabricas
tienen desarrollado diferentes modelos de elevada tecnologa en
el secado del aire comprimido,
alcanzado niveles de secado del orden de 99.999% garantizando de
esta forma una separacin
completa de la humedad condensada, para procesos de
automatizacin el aire hmedo al margen de
los desgastes, oxidaciones, alto costo de mantenimiento y fallas
de los elementos neumticos,
ocasiona imprecisin en proceso automticos y lecturas errneas,
operaciones lentas, en sntesis
reduce la eficiencia y seguridad.
Conjunto de preparacin de aire comprimido
CONJUNTO DE PREPARACIN DEL AIRE (vista exterior)
Los componentes del conjunto de preparacin del aire comprimido
son: filtro, regulador de presin
y lubricador, estas unidades son montadas lo ms cerca posible de
la vlvula direccional o de la
herramienta neumtica.
FILTROS DE UNA RED DE DISTRIBUCIN DE AIRE
1. Filtros de lnea
Estos filtros son instalados antes de cualquier consumo, tienen
como funcin, retirar del aire
comprimido el mayor porcentaje posible agua lquida, aceite y
partculas slidas inclusive los que el
propio compresor haya introducido, tambin las emulsiones que
suelen producirse al coexistir el
aceite y el agua, siendo este filtro de accin cclica o
combinada.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 14
2. Filtros del conjunto de preparacin del aire.
Estos filtros de aire comprimido son elementos que retienen las
partculas slidas y gotas
Liquidas contenidas en el aire, la capacidad de filtrado depende
del cartucho o elemento filtrante a
su vez de que tan limpio debe ser el aire. Se tiene diferentes
tipos constructivos que se les identifica
por el tipo LF, LFM u otros dependiendo del fabricante los
mismos que se utilizan en funcin de las
necesidades y grado de pureza del aire comprimido requerido.
Tipos de filtros del conjunto de acondicionamiento:
- Filtros de material sinterizado estndar. - Filtros micrnicos y
submicrnicos. - Filtros de carbn activado. - Filtros
coalescentes.
Filtros Coalescentes.- La coalescencia en un principio de
funcionamiento de los filtros, los filtros
coalescentes, son de mallas metlicas muy finas que atrapan
partculas muy finas de aceite y otros
lquidos aceite y otros lquidos en forma de niebla), que pueden
provenir directamente del compresor o del sistema, estas minsculas
partculas de aceite y otros lquidos, se pegan en la parte
exterior de la malla y segn pasa el tiempo cresen hasta llegar a
formar el tamao de una gota y
recin caen a la base para su purga. En los filtros coalescentes,
los lquidos son atrapados por la
parte externa del filtro y las partculas solidas quedan
atrapadas en la parte interior.
Filtros de Material Sinterizado Estndar. Los filtros de material
sinterizado o filtros estndar,
son filtros cuyos poros son del orden de 5 a 40 micras, estos
filtros funcionan como tamizadores de
impurezas retenindolos en la superficie del material filtrante y
se las denomina filtros tipo cicln.
Principio de Funcionamiento del filtro tipo cicln.- El aire
comprimido entra en el filtro y es
orientado mediante un deflector direccional originado una
corriente centrifuga debido a ello las
partculas pesadas liquidas y solidas son impulsadas hacia la
pared interior del filtro y de ella al
fondo del depsito de donde son eliminados por la purga automtica
o purga manual. En la parte
inferior del filtro se tiene un apantalla separadora que
mantiene una zona de calma en consecuencia
la parte inferior del depsito, de esta forma va impidiendo que
la turbulencia del aire haga retornar
hacia la corriente del aire las partculas liquidas y solidas
luego el aire pasa a travs del elemento
filtrante que est en la parte superior y elimina las partculas
solidas restantes, de este filtro el aire
comprimido pasa al regulador de presin.
Filtros Mi crnicos Y sub mi crnicos.- Los filtros mi crnicos
tienen poros de 1 micrn y los
submicrnicos de 0.01 micrn, estos filtros son utilizados en
instrumentos de elevadsima precisin
tales como sensores, procesos fotogrficos y otros.
Filtros de carbn Activado.- El campo de Aplicacin de estos
Filtros est en la industria
alimenticia, farmacutica y la industria qumica tienen la
propiedad de que, al margen de retener
partculas del orden de 0.01 micras y gotas de 0.003 mg/m3
absorben los olores de gotas de aceite y
otros dndonos aire totalmente puro.
Seleccin del Filtro
Los filtros, se seleccionan mediante catlogos del fabricante en
funcin de la calidad del aire y la
categora establecida por la norma ISO, siendo los parmetros
bsicos de seleccin o pedido de un
filtro, el numero del articulo/tipo, serie, tipo de rosca ,
dimetro de la conexin, caudal nominal en
lt/mi, Presin mxima inicial . Cada de presin que origina para el
caudal y presin considerado,
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 15
volumen del cartucho, rea dispuesta para el filtrado, los
filtros mecnicos estndar tienen la
capacidad de filtrar partculas de 5 m los coalescentes finos
partculas de 0,3 m y 99.9% de niebla de aceite, los coalescentes
extrafinos partculas de 0,1 m y 99.99 % de niebla de aceite,
filtros coalescentes sper finos partculas de 0,01 m y niebla de
aceite de 99,9999% de niebla de aceite, se tienen tambin filtros de
olores que le tienen partculas de 0,1 m y 99.9% de olores.
Vlvula Regulador de Presin
La vlvula reguladora de presin tiene la funcin de mantener
constante la presin secundaria o de
salida de la vlvula direccional tambin llamada de inversin de
marcha, independientemente de las
oscilaciones que pueda existir en la red o entrada a la vlvula
reguladora regula el consumo de aire a presin a un valor inferior
al de entrada, una buena vlvula regulador de presin debe ser seguro
a los cambios involuntarios de los valores ajustados. Los parmetros
para su seleccin o
pedido son:
- El numero del artculo o tipo. - Rango de ajuste es decir entre
que valores de presin de entrada y salida o de trabajo va a ser
usado el regulador.
- La relacin P/Q caracterstica de caudal verificar para que
rango de caudal se va utilizar, y que la presin de salida se
mantenga dentro de variaciones aceptables de presin.
- Dimetro de la conexin, caudal nominal en lt/mi, y se lo hace
mediante Catalogo tcnico del fabricante.
Lubricacin
Introduccin.
Los sistemas neumticos y sus componentes estn construidos de
partes que tienen movimientos
relativos en relacin a su alojamiento o pared interna de sus
cilindros por ello estn sujetos a
fricciones y desgastes mutuos consecuentemente acortamiento de
vida til. Para disminuir los
efectos de desgaste y la fuerza de friccin y a fin de facilitar
los movimientos, el aire debe recibir
una cierta cantidad de lubricante con lo que se lubrica los
elementos neumticos, la mezcla de aire
con el lubricante debe ser hecho de forma controlada y adecuada
a fin de no ocasionar obstculos
en el pasaje del aire y problemas en los retenes las
guarniciones, el lubricador funciona como
nebulizador automtico, es decir la niebla de aceite inyectado es
proporcional al caudal de aire, la
caracterstica del lubricador es hacer que las partculas de
aceite permanezcan en suspensin en el
fluido, es decir no se depositen a lo largo de las paredes de la
lnea. Los parmetros de seleccin de
un lubricador son, el nmero del artculo o tipo, serie, dimetro
de conexin, caudal nominal y
presin mxima inicial, el aceite recomendado es la ISO VG32
Principio de funcionamiento del Lubricador
Cuando el aire filtrado y regulado entra en el lubricador una
parte fluye por la vlvula para
presurizar el depsito, la mayor cantidad del aire pasa a travs
del lubricador por un censor de flujo
que permite que el lubricador mantenga automticamente una
cantidad constante de aceite
presurizado, esta diferencia de presin producida por el censor
de flujo hace que el aceite suba por
un tubo sifn, la velocidad de goteo puede ser controlado a travs
de la cpula transparente de
alimentacin.
-
Sistemas neumticos Ing. Fanor Rojas M.
UMSS Facultad de Ciencias y Tecnologa 16
Calidad del aire comprimido segn Norma ISO 8573-1
El aire comprimido segn esta norma se clasifica en categoras y
calidades, esta clasificacin es
hecha en funcin del tamao de partculas slidas y contaminantes
lquidos, conforme se muestra en
los cuadros.
Clasificacin de las categoras y calidades
1. Substancias s 2. Contenido de
Slidas Agua
3. Contenido de Aceite
Categora Tamao mx. de las
partculas slidas
[m]
Cantidad mx. de las
partculas lquidas
[mg/m3]
Punto mx. de
condensacin bajo
presin
[C]
Concentracin mx.
De aceite
[mg/m3]
1 0.1 0.1 -70 0.01
2 1 1 -40 0.1
3 5 5 -20 1
4 15 8 +3 5
5 40 10 +7 25
6 - - +10 -
7 - - No ha sido definido -
Calidades recomendadas de aire comprimido en funcin de la
aplicacin
Substancias slidas Punto de condensacin del
agua
Contenido mx. de aceite
Aplicacin Categora [m] Categora [C] Categora [mg/m3]
Minera 5 40 7 - 5 25
Lavanderas 5 40 6 +10 4 5
Soldadura 5 40 6 +10 5 25
Maquinas
herramienta
5 40 4 +3 5 25
Cilindros
Neumticos
5 40 4 +3 5 25
Vlvulas
Neumticas
3 hasta 5 5 hasta 40 4 +3 5 25
Embalajes 5 40 4 +3 3 1
Reg. de precisin 3 5 4 +3 3 1
Aire de medicin 2 1 4 +3 3 1
Aire de almacn 2 1 3 -20 3 1
Censores 2 1 2 hasta 3 -40 hasta -20 2 0.1
Alimentos 2 1 4 +3 1 0.01
Proceso fotogrfico 1 0.01 hasta 0.1 2 -40 1 0.01