Cursillo Neumatica Basicam

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Cursillo Neumatica Basicam

  1. 1. 1
  2. 2.  Introducción.  Composición del aire.  Presión atmosférica.  Aire comprimido industrial.  Presión.  Unidades de presión.  Presión y fuerza.  Ley general de los gases.  Generación de aire comprimido. 2
  3. 3.  ¿Que es Neumática ? ◦ La técnica que trata del aprovechamiento de las propiedades que tiene el aire comprimido.  Propiedades del aire comprimido : ◦ Fluidez: no ofrecen ningún tipo de resistencia al desplazamiento. ◦ Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un recipiente cerrado aumentando la presión. ◦ Elasticidad: la presión ejercida en un gas se transmite con igual intensidad en todas las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba. 3
  4. 4.  A Favor:  En contra  Abundante:  Preparación:  Transporte  Compresible  Almacenable:  Fuerza  Antideflagrante:  Escape  Limpio  Costos  Económico  A prueba de sobrecargas 4
  5. 5.  El aire que respiramos es Composición por Volumen elástico, Nitrogeno 78.09% N2 comprimible y Oxígeno 20.95% O2 fluido. Argón 0.93% Ar  Damos por hecho que el aire llena todo Otros 0.03% el espacio que lo contiene.  El aire se compone básicamente de nitrógeno y de oxígeno. 5
  6. 6.  La presión atmosférica es causada por el peso del aire sobre nosotros.  Esta es menor cuando subimos una montaña y mayor al descender a una mina.  La presión varía con las condiciones atmosféricas. 6
  7. 7.  Las presiones existentes en un sistema neumático se consideran sin tener en cuenta la presión atmosférica (presión relativa). Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión relativa Presión atmosférica, se mide con barómetros Presión relativa, se mide con manómetros 7
  8. 8. Atmósfera Standard  Una atmósfera standard se define por la Organización Internacional de Aviación Civil. La presión y temperatura al nivel del mar es 1013.25 milli bar absoluta y 288 K (15OC). 1013.25 m bar 8
  9. 9.  La potencia de la presión atmosférica es evidente en la industria de manipulación donde se utilizan ventosas y equipos de vacio.  El vacio se consigue evacuando todo el aire de un sitio determinado. 9
  10. 10.  Las presiones se dan en 17 16 16 15 bar (relativos a la presión 15 14 Rango atmosférica). 14 13 Industrial Presión manométrica bar  El cero del manómetro es 13 12 ampliado 12 11 la presión atmosférica. Presión absolutabar 11 10  Para cálculos se utiliza la 10 9 Rango presión absoluta: 9 8 industrial 8 Pa = Pg + Patmósfera. 7 típico 7 6  Se asume para cálculos 6 5 Rango rápidos que 1 atmósfera 5 4 bajo equivale a 1.000 mbar. 4 3 3 2  En realidad 1 atmósfera 2 1 equivale a 1.013 mbar. 1 0 Atmósfera 0 Vacio total 10
  11. 11. Presión • Presión=Fuerza/Superficie • La unidad de presión en el S.I. es el N/ m2 = Pa(pascal) 11
  12. 12.  1 bar = 14.50 psi  1 mm H2O = 0,0979 mbar aprox. 12
  13. 13.  El aire comprimido ejerce una fuerza de igual valor en todas las direcciones de la superficie del recipiente que lo contiene.  El líquido en un recipiente será presurizado y transmitido con igual fuerza.  Por cada bar de manómetro, se ejercen 10 Newtons uniformemente sobre cada centímetro cuadrado. 13
  14. 14. D mm  La fuerza que se desarrolla sobre un pistón debida a la presión del P bar aire comprimido es el área efectiva multiplicada por la presión:  F= P*S=P*ΠD2/4 14
  15. 15.  Si ambas conexiones de un cilindro de doble efecto se conectan a la misma presión el cilindro se moverá debido el diferencial de presión que hay en ambas cámaras.  Si el cilindro es de doble vástago el cilindro no se moverá. 15
  16. 16.  En la corredera de una válvula la presión actuando en cualquier conexión no hará que la corredera se desplace puesto que las dos areas sobre las que actua el aire son iguales.  P1 y P2 son las presiones de alimentación y escape. P1 P2 16
  17. 17.  Para cualquier masa de aire dada las propiedades variables son presión, volumen y temperatura.  Asumiendo que una de estas variables se mantiene constante se darán los siguientes casos: Ley de Boyle-Mariotte:  Temperatura Constante P.V = C (una constante) Ley de Gay-Lusac: Presión Constante V  = C (una constante) T Ley de Charles: P  Volumen Constante = C (una constante) T 18
  18. 18. P1 .V1 P2 .V2 = =C T1 T2 Nota : por lo general trabajaremos a temperatura constante. 19
  19. 19.  Elementos generadores de energía.  Red de distribución.  Elementos de tratamientos de fluidos.  Elementos de mando y control.  Elementos actuadores. 21
  20. 20.  Los compresores elevan la presión del aire hasta el valor adecuado para su utilización.  Compresor, accionado por un motor eléctrico o de combustión interna. 22
  21. 21.  Es el conjunto de tuberías que distribuyen el aire comprimido por todo el circuito neumático.  Los depósitos y los acumuladores tienen como misión mantener un nivel de presión adecuado en el circuito neumático. 23
  22. 22. Componentes situados con anterioridad al elemento que utiliza el aire comprimido, y que tienen como misión suministrar el aire en las mejores condiciones posibles:  Dispositivos de secado  Filtros  Reguladores de presión  Lubricadores  Unidad de mantenimiento=Filtro + regulador de presión +lubricador + manómetro 24
  23. 23.  Se encargan de conducir de forma adecuada la energía comunicada al aire en el compresor hacia los elementos actuadores (VÁLVULAS).  Según la función que desempeñan: ◦ Válvulas de control de dirección ◦ Válvulas de control de caudal ◦ Válvulas de control de presión 25
  24. 24.  Transforman la energía del fluido en movimiento en trabajo útil:  Cilindros  Motores 26
  25. 25. Central Generación Aire Comprimido Válvula seguridad Presión manómetro Tubería Compresor y refrigerador distribución SWP 10bar Válvula de corte Depósito acumulador Válvula de purga Purga condesados M 27
  26. 26. Central Generación Aire El sistema neumático básico Comprimido Ver 38 Ver 90 Ver 71 1. Compresor 2. Motor eléctrico 3. Presostato 4. Valvula antiretorno 5. Depósito 6. Manómetro 7. Purga automática 8. Válvula de seguridad 9. Secador de aire refrigerado 10. Filtro de línea 1. Purga del aire 2. Purga automática 3. Unidad de acondicionamiento del aire 4. Valvula direccional 5. Actuador 6. Controladores de velocidad 28
  27. 27.  Elevan la presión del aire hasta la presión de servicio.  En su funcionamiento aparecen implicadas dos magnitudes: ◦ La presión que se le comunica al aire.  Relación de compresión=Psalida/Pentrada ◦ El caudal (Q=V/t=S*L/t=S*vel. 29
  28. 28.  Compresores volumétricos: ◦ Se basan en la ley de Boyle-Mariotte, de manera que para elevar la presión del aire reducimos su volumen.  Compresores dinámicos: ◦ 1º El aire se hace pasar por una tubería de sección cada vez mas reducida aumenta la velocidad. ◦ 2º La energía cinética comunicada al aire se convierte en energía de presión. 30
  29. 29. Fundamento: El aire se hace pasar por una serie de conductos de sección cada vez menor (caudal cte.) velocidad . A continuación se hace pasar por un difusor velocidad incrementándose su presión.
  30. 30. 33
  31. 31. Compresión del aire Compresor de émbolo de una sóla etapa Aire en la gama de 3 - 7 bares
  32. 32. Compresión del aire Compresor de émbolo de dos etapas Aire ~ 7 bares Tª final 120 ºC
  33. 33. Compresión del aire Compresor de diafragma • Aire hasta 5 bares • Libre de aceite
  34. 34. Compresión del aire Compresor rotativo de paletas deslizantes • Tª final 190 ºC •Son muy silenciosos
  35. 35. Compresión del aire Compresor rotativo de tornillo • Caudales > 400 m3 / min • Presión > 10 bares
  36. 36. Compresores dinámicos 39
  37. 37. Compresores dinámicos 40
  38. 38. 41
  39. 39.  El diámetro de las tuberías se elige en función de: ◦ El caudal ◦ La longitud de las tuberías ◦ La pérdida de presión (admisible) ◦ La presión de servicio ◦ La cantidad de estrangulaciones (codos, manguitos,..) ◦ Presión de servicio: La suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores. ◦ Presión de trabajo: La necesaria en el puesto de trabajo. 42
  40. 40. Distribución del aire Línea principal con final en línea muerta
  41. 41. Distribución del aire Línea principal en anillo
  42. 42. Distribución del aire Líneas secundarias
  43. 43. Distribución del aire Purgador automático Volver
  44. 44. Sistemas de conexión Conexión por inserción en codo orientable
  45. 45. Sistemas de conexión Conexión autoestanca
  46. 46.  Dispositivos de secado  Filtros  Reguladores de presión  Lubricadores  Unidad de mantenimiento=Filtro + regulador de presión +lubricador + manómetro 49
  47. 47. Agua en el Aire Comprimido
  48. 48. Agua en el aire comprimido • Cuando se comprimen grandes cantidades de aire se produce una cantidad considerable de condensados. • El vapor de agua natural que aire contiene el aire atmosférico totalmente licua como en una esponja. saturado • El aire en el interior del recipiente continuará saturado (100% HR). Condensado purga 52
  49. 49. Agua en el aire comprimido • La cantidad de vapor de agua que contiene una muestra de aire atmosférico se mide por la humedad relativa en % HR. Este porcentaje es la proporción de la cantidad máxima de agua que puede contener el aire a una temperatura determinada. 25% RH 50% RH 100% RH 40 Temperatura Celsius A 20o Celsius 20 100% HR = 17.4 g/m3 50% HR = 8.7 g/m3 0 25% HR = 4.35 g/m3 -20 -40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Gramos vapor agua / metro cúbico aire g/m 3 53
  50. 50. Agua en el aire comprimido • La ilustración muestra cuatro cubos donde cada uno representa 1 metro cúbico de aire atmosférico 20º C. Cada uno de estos volúmenes tiene una humedad relativa del 50% HR. Esto quiere decir que contiene 8.7 gramos de vapor de agua, la mitad del máximo posible que es 17.4 gramos. 54
  51. 51. Agua en el aire comprimido • Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua. 55
  52. 52. Agua en el aire comprimido • Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua. 56
  53. 53. Agua en el aire comprimido • Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua. 57
  54. 54. Agua en el aire comprimido • Cuando el compresor comprime estos cuatro metros cúbicos en uno solo luego habrá 4 veces 8.7 gramos, pero tan solo dos de estas partes se pueden mantener como vapor en un metro cúbico de volumen. Las otras dos partes condensaran en gotas de agua. 58
  55. 55. Agua en el aire comprimido • 4 metros cúbicos a presión atmosférica contenidos en 1 metro cúbico producen una presión de 3 bares de manómetro. • 17.4 gramos de agua se mantienen como vapor produciendo el 100% HR y los otros 17.4 gramos condensan en agua líquida. • Esto es un proceso continuo, de manera que cuando el manómetro marca 1 bar, cada vez que se comprime un metro cúbico de aire y se añade al metro cúbico contenido, otros 8.7 gramos se comprimen. 59
  56. 56. Caudal de aire comprimido
  57. 57. Unidades de caudal • El caudal se mide como volumen de aire libre por unidades de tiempo. • Las unidades usuales : – Litros normales o decímetros cúbicos por segundo lN/s o dm3/s – Metros cúbicos por minuto m3N/min – Pies cúbicos normales por minuto scfm • 1 m 3/m = 35.31 scfm • 1 dm 3/s = 2.1 scfm • 1 scfm = 0.472 l/s • 1 scfm = 0.0283 m3/min 1 metro cúbico o 1000 dm3 61
  58. 58. Caudal aire Libre • El espacio entre las barras Volumen real de 1 litro representa el volumen real que de aire libre a presión ocupa un litro de aire libre a su 0 1 litro respectiva presión. 1bar a 1/ • El caudal es el resultado de la 2 presión diferencial, a un bar 2bar a absoluto (0 de manómetro) 1/ 4 solo habría caudal en vacío. 4bar a • Si la velocidad fuese la misma 1/ 8 en cada caso el caudal seria el doble que en el caso anterior. 8bar a 1/ 16 16bar a 62
  59. 59. 1.- El aire pasa a través de un conjunto de capas de sustancias secantes. •Adsorber. Atraer y retener en la superficie de un 2.- Al combinarse el vapor de agua con dichas sustancias, se cuerpo moléculas o iones de otro cuerpo. combinan químicamente y el agua se desprende como mezcla •El material de secado es granuloso SiO2 (gel) de agua y sustancia secante. •El gel adsorbe el agua y el vapor de agua. 3.- Al mismo tiempo se separan partículas de aceite. 63
  60. 60. Vaporizador Aceite+agua volver Se basan en la reducción de la temperatura del punto de rocío. Una vez enfriado por 2ª vez por el grupo frigorífico (1,7º), se eliminan el agua y aceite condensados. Finalmente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino para eliminar nuevamente partículas de suciedad 64
  61. 61. Tratamiento del aire Filtro estándar Eliminar impurezas y el agua condensada. Los componentes líquidos y las partículas grandes de suciedad se acumulan en la parte inferior debido a la fuerza centrífuga. Volver
  62. 62. (poros 40μm) 66
  63. 63. Mantener la presión de trabajo (secundaria) lo mas cte. posible, independientemente del consumo de aire y de las variaciones que sufra la presión de red (primaria). P1>P2 67
  64. 64. 68
  65. 65. Tratamiento del aire Regulador estándar
  66. 66. 70
  67. 67. 71
  68. 68. Actuadores Cilindros Tipos de cilindros
  69. 69. Actuadores Cilindro de simple efecto
  70. 70. Actuadores Cilindro de doble efecto
  71. 71. Actuadores Construcción del cilindro
  72. 72. Actuadores Fijación de cilindros
  73. 73. 77
  74. 74. Con amortiguación interna 78
  75. 75. 79
  76. 76. Válvulas • Los mandos neumáticos están constituidos por: – Elementos de señalización – Elementos de mando – Elementos de trabajo • Según la función que realizan: – Válvulas de control de dirección, puesta en marcha y paro. – Válvulas de control de presión – Válvulas de control de caudal. 80
  77. 77. Tipos de válvulas según su forma constructiva • Válvulas de asiento – Asiento esférico – Asiento Plano • Válvulas de corredera – Émbolo – Émbolo y cursor – Disco giratorio 81
  78. 78. 82
  79. 79. Tipos de válvulas • Válvulas de vías o distribuidoras • Válvulas de bloqueo: – Válvulas antirretorno – Válvulas selectoras de circuito (OR) – Válvulas antirretorno y de estrangulación – Válvulas de escape rápido – Válvula de simultaneidad (AND) • Válvulas de presión: – Válvulas de regulación de presión – Válvulas de limitación de presión (válvula de seguridad) – Válvulas de secuencia • Válvulas de caudal • Válvulas de cierre. 83
  80. 80. Válvulas de control direccional
  81. 81. Válvulas de control direccional
  82. 82. 86
  83. 83. Válvulas de control direccional Válvula de 5 vias
  84. 84. 88
  85. 85. 89
  86. 86. 90
  87. 87. 91
  88. 88. 92
  89. 89. 93
  90. 90. 94
  91. 91. 95
  92. 92. 96
  93. 93. 97
  94. 94. 98
  95. 95. 99
  96. 96. 100
  97. 97. 101
  98. 98. Ejemplos con Automation Studio
  99. 99. Ejemplos con Automation Studio
  100. 100. Ejemplos con Automation Studio
  101. 101. Ejemplos con Automation Studio
  102. 102. g 106
  103. 103. 107
  104. 104. 108
  105. 105. 109
  106. 106. 110
  107. 107. 111
  108. 108. 112
  109. 109. 113
  110. 110. 114
  111. 111. 115
  112. 112. 116
  113. 113. 117
  114. 114. 118
  115. 115. 119
  116. 116. Caudal a través de válvulas • Si no se dispone del conjunto de curvas pero se conocen la conductancia y la relación crítica de presiones, el valor del caudal para cualquier caida de presión se puede calcular mediante la siguiente fórmula: 2 P2 -b P1 Q = C P1 1- 1-b Donde : P1 = aguas arriba bar P2 = aguas a bajo bar C = conductancia dm3/s/bar b = relación crítica de presiones Q = caudal dm3/s 120
  117. 117. Caudal a través de válvulas • El Coeficiente de caudal Cv es un factor calculado a partir del caudal de agua que circula a través de un componente neumático con una pérdida de presión de 1 p.s.i. Q Cv P( P 2 P a ) 1 1 4 ,5 T1 Q: caudal en l N / min AP : caída de presión en bar P1 : presión de entrada en bar P2 : presión de salida en bar T : temperatura abs. (273º + C). 121
  118. 118. Caudal a través de válvulas • El Coeficiente de caudal Kv es un factor calculado a partir del caudal de agua que circula a través de un componente neumático con una pérdida de presión de 1 bar. Vn G nT 1 Kv 504 P2 P Vn : caudal en l N / min AP : caída de presión en bar Gn : Gravedad específica (1 para el aire) P2 : presión de salida en bar T 1: temperatura abs. (273º + C) 122
  119. 119. 123

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