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Sistemas neumáticos – Ing. Fanor Rojas M.

UMSS – Facultad de Ciencias y Tecnología 1

CAPITULO I

SISTEMAS NEUMATICOS

Introducción.-

El desarrollo tecnológico y la implementación de la neumática pura y, la Electro neumática en la

industria y procesos de prestación de servicios nos dan la automatización 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 hidráulicos los sistemas neumáticos es

el conjunto de elementos mecánicos tales como actuadores, válvulas direccionales, válvulas de

flujo, de presión, accesorios, marcando la diferencia por los secadores y unidades de

acondicionamiento de aire, este ultimo compuesto por el lubricador, regulador de presión y filtros,

los elementos neumáticos también interactúan con elementos eléctricos y electrónicos tales como

sensores, PLC’s y otros, cuando están ínter ligados correctamente y de acuerdo a nuestras

necesidades nos da diferentes tipos de movimientos consecuentemente trabajo mecánico en

procesos automáticos y manuales.

El elemento básico del sistema neumático es el aire comprimido producido por el compresor, el

mismo que sufre un largo proceso de tratamiento o preparación antes de su utilización. Este

tratamiento consiste en la remoción de impurezas y contaminantes tales como, partículas de polvo,

materiales orgánicos y la eliminación de la humedad mediante procesos de secado, el secado es

fundamental y se lo hace.

1.- En función 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 destrucción de la lubricación.

3.- Evitar la corrosión interna de las tuberías.

4.- Para evitar el agripamiento de las válvulas, desgastes prematuro de los elementos del sistema

neumático como consecuencia obtención de un mal rendimiento mecánico.

La humedad también afecta en forma negativa al color, a la adherencia, al acabado de la pintura

aplicado con aire comprimido y a la precisión en la automatización de procesos.

Los contaminantes varían de una zona a otra, en zonas de alta densidad demográfica abundan las

substancias sólidas en forma de polvo, hollín, productos que ocasiona la abrasión y corrosiones, en

las zonas costeras existe menos polvo, pero en ellas hay más partículas de sal debido a la

evaporación del agua del mar.

Campo de aplicación

Debido a su versatilidad en cuanto a su instalación, la facilidad con la que interactúan los

elementos neumáticos con los eléctricos y electrónicos “electro-neumática” el campo de aplicación

de la neumática es sumamente amplio, está en la industria productiva, en la minería, en la

construcción civil accionando a martillos neumáticos, en procesos de fabricación de envases de

plástico, botellas de vidrio por el método de soplado, están en la automatización de complicados

procesos industriales. En función de los requerimientos o condiciones de trabajo se tiene la

neumática pura para instalaciones individuales o instalaciones multifuncionales compactas llamados

terminales de válvula, también se tiene a la electro-neumática, la neumática interactuando con la

eléctrica y la electrónica a través de diferentes programas comandados por P.L.C. que hacen de

comando nos brinda procesos automáticos de producción industrial y de prestación de servicios,



para lo que utilizan diversos tipos de actuadores tales como lineales, de rotación continua y giro

limitado.

Concluimos que, la neumática o aire comprimido, a través de los diferentes tipos de actuadores,

interactuando con la eléctrica y la electrónica genera desarrollo tecnológico y modernización de las

empresas productivas y de servicios dándonos, 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 producción 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 línea

6. Secador del aire.

7. Conjunto de acondicionamiento del aire, compuesto por el lubrificador, válvula reguladora de

presión, filtro con dreno automático.

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 también la finalidad de evitar las dilataciones de las tuberías debido a la

temperatura. El enfriador básicamente consiste en un cuerpo cilíndrico donde se colocan tubos de



buena conductibilidad térmica. 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 dirección del

agua con lo que se da mayor disipación de calor y facilita la condensación 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 utilización de este elemento esta también en los sistemas

hidráulicos y se usan para enfriar el aceite y son de dos tipos: intercambiadores de agua e

intercambiadores de aire, en sistemas neumáticos los enfriadores o intercambiadores generalmente

son de agua y enfrían el aire comprimido.

Cálculo del inter enfriador y/ o enfriador posterior

Los elementos de cálculo son la temperatura del aire y agua tanto en la entrada como en la salida.

1. Cálculo de la Diferencia Medida Logarítmica 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. Cálculo de Coeficiente de Transmisión de Calor U.

Se calcula en función del coeficiente de película exterior e interior de los tubos y el coeficiente de

incrustación, de la suciedad por la fórmula

Khdh

dU

eii

e 1

1[Kcal/hm

2°C]

de= Diámetro externo de la tubería dado en mm.

di = Diámetro interno de la tubería dado en mm.

hi = Coeficiente de la película interior o coeficiente de transferencia por convección interna

que = 200 (Kcal/Hm2°C)

he = Coeficiente de película exterior o coeficiente de transferencia por convección exterior

que = 1000 (Kcal/Hm2ºC)

K = Factor de conductibilidad del material.



Los coeficientes de película son función del número de Reynolds y de Prand, también llamados

coeficientes de transmisión por convección interna y externa.

3. Cálculo de La Potencia Térmica:

Q = V * CP * t * K [kcal/min]

Donde:

V = Volumen de aire necesario para el funcionamiento de los elementos neumáticos

CP = Calor especifico a presión constante = 0.31 (Kcal/min)

t = Diferencia de temperatura entre los dos fluidos.

K = Factor de corrección que toma en cuenta la condensación de la humedad = 1.2

4. Cálculo de La Superficie De Refrigeración:

2.... MTLMDU

QS

Donde:

Q = Potencia Térmica

U = Coeficiente de transmisión de calor.

D.M.L.T. = Diferencia media logarítmica de temperatura.

1. Cálculo del Número De Tubos:

1

ed

SN

Donde:

S = Superficie necesaria

de = Diámetro externo de los tubos

l = Longitud de los tubos

2. Cálculo del Consumo de Agua:

Donde:

Q = Potencia térmica

T2 = Temperatura de salida del agua de refrigeración.

T1 = Temperatura de entrada del agua de refrigeración

12 TT

QV



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 separación de condensados

3. Regular la alimentación del aire hacia el sistema, compensando la oscilación de la presión

del sistema y asegurando dentro de lo posible una presión constante.

4. Absorber las pulsaciones.

Instalación de los tanques

Los tanques en industrias generalmente se instalan en posición vertical, debido a las siguientes

ventajas.

1. Ocupa menor espacio.

2. Favorece la precipitación de los condensados permitiendo su eliminación casi total.

3. Facilita la altura, facilita la distribución a la red.

4. Se tiene menor área de contacto con el agua.

Fabricación de los tanques

La fabricación de los tanques está sujeta a normas y reglamentaciones los mismos son:

1. Todo tanque de presión debe llevar válvula de seguridad para evitar que la presión

sobrepase la capacidad para el cual fue calculado, el regulado admite una sobre presión

del orden de 15%

2. Necesariamente todo tanque a presión debe tener un dispositivo de dreno en la parte

inferior para vaciar los productos de condensación.

3. Debe tener manómetro que nos indique permanentemente la presión interna del tanque.

4. Debe tener apertura para inspección y limpieza periódica, para diámetros superiores 1000

mm, dicha apertura debe ser del orden de 300 a 400 mm.

Cálculo de la capacidad del tanque de almacenamiento

La capacidad del tanque es función:

1. De la capacidad volumétrica del compresor o necesidad del sistema neumático.

2. Del sistema de regulado de carga del compresor, ya sea de paradas y partidas automáticas.



3. Del rango de presión “diferencia entre la presión máxima y mínima”. Para el sistema de

paradas y partidas automáticas se utiliza la formula a seguir.

V = 0.9 * Q

Donde Q es el consumo de aire de los elementos neumáticos.

Dimensionamiento del tanque:

Dimensionar consiste en calcular su altura, diámetro, espesura del material de construcción y se lo

hace en función 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 mínimo se debe derivar esta superficie total en función de r, de donde:

322

rr

V

dr

dS t

4

222;

4

2 33 Vr

Vr

4

232V

V

r

VH

Cálculo de la espesura del tanque:

t

PRFe

ad

s

min

Donde:

Fs = Factor de forma a dimensional, para tanques a presión es de 1.45

R = Radio interno en mm.

P = Presión interna dado en (kg/mm2)

t = Factor de corrosión 0.75 mm.

ad= Tensión máxima admisible dado en (kg/mm2)

La aplicación de esta fórmula toma en cuenta los siguientes aspectos:

1. La temperatura máxima de servicio del tanque debe ser del orden de 125ºC, temperatura para el

que se considera la tensión del material.

2. Considera los efectos de sobrecarga y corrosión del material.



Cálculo de la tensión máxima admisible:

guridadfactordesen

enciaeriordefluitead

""

suplim

El límite superior de fluencia para tanques que trabaja a presión y temperaturas hasta 125ºC es de

20.7 kg/mm2.

El factor de seguridad tiene un valor de 1.6

Cálculo del factor de seguridad:

El factor de seguridad varía en función del proceso de fabricación si el proceso es con soldadura

manual se adiciona 0.9 al valor de “1.6 factor de seguridad para tanques a presión y temperaturas de

funcionamiento hasta 125ºC”, siendo el proceso automático se adiciona 0.8, en este ejemplo nuestro

proceso es manual en consecuencia tendremos:

( ⁄ )

Secado del Aire Comprimido

En sistemas neumáticos la presencia de humedad es perjudicial por lo que es necesario eliminar o

reducir al mínimo, la humedad ocasiona los siguientes inconvenientes:

1. Destruye la lubricación de los elementos neumáticos, consecuentemente ocasiona desgaste

prematuro y atascamiento por falta de lubricación, igualmente ocasiona defectos en el acabado

de determinados procesos.

2. Crea corrosión, “ y con ello obstrucción de las paredes internas de las tuberías” como

consecuencia se da perdidas de presión que son altamente perjudiciales en el rendimiento de los

elementos neumáticos, por ejemplo una reducción de la presión de trabaja o alimentación del

aire comprimido en los elementos o herramientas neumáticas de 1 (kg/cm2), cuya presión

normal de trabajo es 7 (kg/cm2) reduce de 50 a 60% su

3. potencia, por lo que análisis económicos han demostrado que la instalación de secadores en

sistemas neumáticos, significa una buena inversión a pesar de que costo es de 25% o más de la

inversión total.

Métodos de Secado o Secadores de Aire

Existen dos métodos bastante conocidos:

1. Secado por refrigeración

2. Secado por absorción

Secado por refrigeración.

Este método de secado consiste en enfriar el aire en dos fases consecutivas:

1. En una primera etapa se enfriar hasta la temperatura o punto de rocío 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

condensación y retirado de una gran cantidad de su humedad.



DIAGRAMA TERMODINÁMICO DEL ENFRIADO

La Curva 1- C representa el proceso de enfriamiento, a lo largo de esta curva se da el

desprendimiento de calor, llegándose al punto C “punto de rocío” sobre la curva de saturación, en

este punto el aire húmedo se convierte en vapor saturado, aun no se da la condensación, para

conseguir la condensación se enfría hasta el punto b en el que, la temperatura del aire es tb que

corresponde al enfriador principal dándonos recién la condensación, después de este punto si existe

aun aire saturado que no se condenso permanece en este estado.

Representación esquemática del proceso de enfriado.

1. Con el pre - enfriador se llega al punto e sobre la curva de saturación o punto de rocío donde el

aire se muestra saturado, de este punto e al punto b el aire se somete a una temperatura mucho más

baja en el elemento o enfriador principal con lo que se consigue la condensación y retiro de una

gran cantidad de su componente agua.

En síntesis, el secado del aire por el método de refrigeración 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 neumáticos, este proceso de secado se lo

hace, siguiendo el flujo pre - enfriador, enfriador principal, separador de condensados con dreno

automático o manual, siendo la temperatura del separador de condensados del orden 1ºC.



Del separador de condensados el aire seco pasa nuevamente al pre-enfriador a objeto de recibir un

pequeño calentamiento que le sirve para recuperar su energía y evitar formación de hielo.

Ventajas del Secado y Características del Secador por Refrigeración.

Nos garantiza años de operación sin problemas a consecuencia nos reduce costos de operación.

Este tipo de enfriadores por utilizar tubos aumenta el área efectiva y mejora la transferencia de calor

y la precisión del punto de rocío.

- La tubería utilizada son resistentes a la corrosión y a la suciedad, generalmente son tubos de

cobre.

- La válvula electrónica de dreno permite el drenado completo de la humedad y virtualmente

permite una operación sin interrupción.

Punto de Rocío

Punto de rocío se llama así, 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 enfría

lentamente a una presión total constante. Para la determinación del punto de rocío adecuado es

necesario conocer.

1.- La temperatura del aire requerido.

2.- La temperatura ambiental del aire.

3.- El grado de secado requerido o su aplicación.

En invierno el agua de enfriamiento y el aire ambiental son más fríos que en verano por lo que

habrá una variación en la temperatura del aire que llega al secador, lo cual afecta en el tamaño del

secador. Por lo que el secador debe ser seleccionado para que trabaje en las condiciones más

críticas, los puntos de rocío pueden expresarse a la presión de operación y a la presión atmosférica,

en caso del punto de rocío a la presión de operación se recomienda que la presión de operación debe

ser especificada, es absolutamente necesario establecer el punto de rocío en función del grado de

secado o que tan seco se quiere el aire.

Es necesario indicas que la presión y temperatura ambiental tienen un efecto considerable sobre la

cantidad de humedad que el aire puede retener en su condición de saturación. Las bajas presiones y

las altas temperaturas incrementan la capacidad del aire para retener humedad.



Este gráfico nos muestra como se puede obtener el punto de rocío a presión atmosférica o bajo

presión. Como existe una variación de humedad de saturación cuando aumenta la presión, también

hay una variación en el punto de rocío, en gráfico se obtiene una temperatura de punto de rocío a

10 °C a 7 bar relativo y su equivalente a una temperatura de punto de rocío de –17 °C a presión

atmosférica “éste concepto de punto de rocío debe también entenderse como la forma de medir el

contenido de humedad de una mezcla aire vapor, o en otras palabras la humedad del aire

atmosférico.

SECADO DEL AIRE MEDIANTE REGENERACION DEL ABSORVENTE

La regeneración del absorbente se efectúa mediante el calentamiento del lecho del absorbente en el

cual están inmersos resistencias eléctricas blindadas, estando en el proceso de regeneración se

inyecta una pequeña cantidad de fluido a temperatura relativamente baja para barrer al exterior el

vapor de agua liberado, al termino del ciclo continua esa pequeña cantidad de aire como medio de

ventilación a objeto de conseguir un adecuado enfriamiento.

A continuación se presenta un ensayo

realizado experimentalmente para poder

analizar las posibilidades de regeneración del

absorbente, en este caso se uso el absorbente

silica gel, u oxido de alúmina.

En base a estas experiencias se obtuvo las

siguientes gráficas:

Los ensayos realizados son una continuación

de los realizados en un trabajo anterior,

(Busso et al, 1998). En este trabajo se realizó

la regeneración a temperaturas altas (mayores

de 90°). En este trabajo se intenta demostrar

que la sílica gel puede regenerar a

temperaturas menores, desde 40 °C hasta

90°C. Para lograr diferentes temperaturas se

fue obstruyendo la boca de toma de aire de

entrad a la resistencia eléctrica, 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 régimen, transformación

representada por una recta horizontal en el

diagrama psicométrico. Luego el aire es

forzado a pasar por la pared de sílica gel,

aumentando su humedad absoluta.

Este proceso que idealmente seria de entalpía

constante, se producía en realidad con una



pérdida de entalpía, probablemente por energía gastada en atravesar la capa

Granular. A.E. significa aire exterior, A.C. aire caliente y A.R: aire de refrigeración.

MÉTODOS CONSTRUCTIVOS DE SECADO POR ABSORCION. En este método de secado

por absorción se tiene.

1.- Secado por absorción mediante corriente de aire caliente

2.- Secado por absorción mediante Resistencia Eléctrica.

a) Secado Mediante Corriente De Aire Caliente. Se puede construir un regenerador de sílica gel

económico y sencillo por el método de hacer pasar una corriente de aire caliente a través de la capa

de gránulos. Y utilizando para ello torres gemelas

Una temperatura optima de pasaje de aire seria 100°C, aunque esto se lograría con un consumo

eléctrico muy elevado. La sílica 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 método esta en permitirnos tener una torre de sílica gel secando el aire, mientras

que el otro se está regenerando para usarse posteriormente.

Resumen.

Para seleccionar un secador de aire es necesario tener la información de su aplicación 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 absorción mediante resistencias eléctricas.

También se llama proceso químico de secado o secado regenerado térmicamente.

1. Separador desoleador.

2. Secadores gemelos.

3. Filtro depurador

4. Válvulas de bloqueo

5. Válvula de 4/2 electro neumática.

6. Temporizador

Cabezal de las

resistencias

Separador

desoleador

Válvula selector de circuito

Filtro

depurador

Resistencias

eléctricas blindadas

Material absorvente

(aluminio activado)



7. Resistencias eléctricas blindadas

8. Cabezal de las resistencias

9. Válvula estranguladora de flujo

10. Válvula selector de circuito

Es el procedimiento en el que, el secado se efectúa mediante un absorbente sólido de naturaleza re

generable, y se da en dos ciclos. En un ciclo se da la absorción, reteniendo el vapor de agua que

contiene el fluido comprimido, eliminándose este vapor retenido mediante un segundo ciclo,

llamado ciclo de regeneración, para tal efecto se somete el absorbente a un adecuado proceso de

reactivación. El tiempo de duración de ambos ciclos es el mismo por lo que los secadores están

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 función del caudal del fluido comprimido expresado en metros cúbicos por hora,

también se considera su presión y temperatura.

La fuente de energía para la regeneración son resistencia eléctricas, estos secadores son conocidos

con el nombre de “AIR INSTRUMENT” son equipos especialmente fabricados para tratar aire

comprimido destinado a operar elementos neumáticos y para la automatización de procesos de

producción. Los equipos de secado tienen la característica de darnos un funcionamiento perfecto y

extremadamente seguro de toda instalación Neumática manteniéndose el caudal y la presión del aire

comprimido sin fluctuaciones, lo cual es muy importante en la instrumentación.

COMPONENTES DEL CONJUNTO DEL SECADOR

1. Separador desoleador:

Son elementos generalmente utilizados para instalaciones neumáticas con compresores de pistón

lubricados tipo normal, o también es llamado filtro que elimina los residuos de aceite y otras

impurezas.

2. Grupo secador:

Compuesto de dos elementos gemelos o torres llamados elementos dúplex, con sus

correspondientes cargas de aluminio activada, los mismos que prestan servicios de secado en ciclos

alternativos de 4, 6 y 8 horas de duración, durante las cuales se da una fase de absorción y una

segunda regeneración Esta disposición de elementos gemelos o dúplex asegura la obtención de

fluido comprimido sin interrupción y seco, sin fluctuaciones tanto de presión y caudal, este tipo de

secadores pueden ser automáticos o semiautomáticos dependiendo de la elección o conveniencia.

En los semiautomáticos las alteraciones de servicio de las torres se efectúa previa maniobra manual

de la llave distribuidora de flujo.

En el automático todas las maniobras son orientadas mediante programador temporizador que

automáticamente cambia la alternancia. Después de las torres gemelas se debe instalar un filtro

depurador con una eficiencia o capacidad de filtrado de 1 micrón dependiendo de su aplicación.

3. Resistencias eléctricas blindadas:

Selección del secador

Para seleccionar un secador de aire, se debe tomar en cuenta diversos factores tales como, al punto

de rocío requerido para la aplicación, temperatura del aire comprimido, condiciones ambientales,

presión de operación, flujo requerido, actuadores disponibles y la naturaleza de las aplicaciones

especificas. El conocimiento o la información acerca de la aplicación particular y el grado de

secado requerido es esencial para tomar decisiones en la selección, debido a que el aire que es



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 remoción de humedad, actualmente muchas fabricas

tienen desarrollado diferentes modelos de elevada tecnología en el secado del aire comprimido,

alcanzado niveles de secado del orden de 99.999% garantizando de esta forma una separación

completa de la humedad condensada, para procesos de automatización el aire húmedo al margen de

los desgastes, oxidaciones, alto costo de mantenimiento y fallas de los elementos neumáticos,

ocasiona imprecisión en proceso automáticos y lecturas erróneas, operaciones lentas, en síntesis

reduce la eficiencia y seguridad.

Conjunto de preparación de aire comprimido

CONJUNTO DE PREPARACIÓN DEL AIRE (vista exterior)

Los componentes del conjunto de preparación del aire comprimido son: filtro, regulador de presión

y lubricador, estas unidades son montadas lo más cerca posible de la válvula direccional o de la

herramienta neumática.

FILTROS DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AIRE

1. Filtros de línea

Estos filtros son instalados antes de cualquier consumo, tienen como función, retirar del aire

comprimido el mayor porcentaje posible agua líquida, aceite y partículas sólidas inclusive los que el

propio compresor haya introducido, también las emulsiones que suelen producirse al coexistir el

aceite y el agua, siendo este filtro de acción cíclica o combinada.



2. Filtros del conjunto de preparación del aire.

Estos filtros de aire comprimido son elementos que retienen las partículas sólidas 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 función de las

necesidades y grado de pureza del aire comprimido requerido.

Tipos de filtros del conjunto de acondicionamiento:

- Filtros de material sinterizado estándar.

- Filtros micrónicos y submicrónicos.

- Filtros de carbón activado.

- Filtros coalescentes.

Filtros Coalescentes.- La coalescencia en un principio de funcionamiento de los filtros, los filtros

coalescentes, son de mallas metálicas muy finas que atrapan partículas muy finas de aceite y otros

líquidos “aceite y otros líquidos en forma de niebla), que pueden provenir directamente del

compresor o del sistema, estas minúsculas partículas de aceite y otros líquidos, se pegan en la parte

exterior de la malla y según pasa el tiempo cresen hasta llegar a formar el tamaño de una gota y

recién caen a la base para su purga. En los filtros coalescentes, los líquidos son atrapados por la

parte externa del filtro y las partículas solidas quedan atrapadas en la parte interior.

Filtros de Material Sinterizado Estándar. Los filtros de material sinterizado o filtros estándar,

son filtros cuyos poros son del orden de 5 a 40 micras, estos filtros funcionan como tamizadores de

impurezas reteniéndolos en la superficie del material filtrante y se las denomina filtros tipo ciclón.

Principio de Funcionamiento del filtro tipo ciclón.- El aire comprimido entra en el filtro y es

orientado mediante un deflector direccional originado una corriente centrifuga debido a ello las

partículas pesadas liquidas y solidas son impulsadas hacia la pared interior del filtro y de ella al

fondo del depósito de donde son eliminados por la purga automática 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 depósito, de esta forma va impidiendo que la turbulencia del aire haga retornar

hacia la corriente del aire las partículas liquidas y solidas luego el aire pasa a través del elemento

filtrante que está en la parte superior y elimina las partículas solidas restantes, de este filtro el aire

comprimido pasa al regulador de presión.

Filtros Mi crónicos Y sub mi crónicos.- Los filtros mi crónicos tienen poros de 1 micrón y los

submicrónicos de 0.01 micrón, estos filtros son utilizados en instrumentos de elevadísima precisión

tales como sensores, procesos fotográficos y otros.

Filtros de carbón Activado.- El campo de Aplicación de estos Filtros está en la industria

alimenticia, farmacéutica y la industria química tienen la propiedad de que, al margen de retener

partículas del orden de 0.01 micras y gotas de 0.003 mg/m3

absorben los olores de gotas de aceite y

otros dándonos aire totalmente puro.

Selección del Filtro

Los filtros, se seleccionan mediante catálogos del fabricante en función de la calidad del aire y la

categoría establecida por la norma ISO, siendo los parámetros básicos de selección o pedido de un

filtro, el numero del articulo/tipo, serie, tipo de rosca , diámetro de la conexión, caudal nominal en

lt/mi, Presión máxima inicial . Caída de presión que origina para el caudal y presión considerado,



volumen del cartucho, Área dispuesta para el filtrado, los filtros mecánicos estándar tienen la

capacidad de filtrar partículas de 5 m los coalescentes finos partículas de 0,3 m y 99.9% de

niebla de aceite, los coalescentes extrafinos partículas de 0,1 m y 99.99 % de niebla de aceite,

filtros coalescentes súper finos partículas de 0,01 m y niebla de aceite de 99,9999% de niebla de

aceite, se tienen también filtros de olores que le tienen partículas de 0,1 m y 99.9% de olores.

Válvula Regulador de Presión

La válvula reguladora de presión tiene la función de mantener constante la presión secundaria o de

salida de la válvula direccional también llamada de inversión de marcha, independientemente de las

oscilaciones que pueda existir en la red o entrada a la válvula reguladora “regula el consumo de

aire a presión a un valor inferior al de entrada”, una buena válvula regulador de presión debe ser

seguro a los cambios involuntarios de los valores ajustados. Los parámetros para su selección o

pedido son:

- El numero del artículo o tipo.

- Rango de ajuste es decir entre que valores de presión de entrada y salida o de trabajo va a ser

usado el regulador.

- La relación P/Q “característica de caudal” verificar para que rango de caudal se va utilizar, y

que la presión de salida se mantenga dentro de variaciones aceptables de presión.

- Diámetro de la conexión, caudal nominal en lt/mi, y se lo hace mediante Catalogo técnico del

fabricante.

Lubricación

Introducción.

Los sistemas neumáticos y sus componentes están construidos de partes que tienen movimientos

relativos en relación a su alojamiento o pared interna de sus cilindros por ello están sujetos a

fricciones y desgastes mutuos consecuentemente acortamiento de vida útil. Para disminuir los

efectos de desgaste y la fuerza de fricción y a fin de facilitar los movimientos, el aire debe recibir

una cierta cantidad de lubricante con lo que se lubrica los elementos neumáticos, la mezcla de aire

con el lubricante debe ser hecho de forma controlada y adecuada a fin de no ocasionar obstáculos

en el pasaje del aire y problemas en los retenes las guarniciones, el lubricador funciona como

nebulizador automático, es decir la niebla de aceite inyectado es proporcional al caudal de aire, la

característica del lubricador es hacer que las partículas de aceite permanezcan en suspensión en el

fluido, es decir no se depositen a lo largo de las paredes de la línea. Los parámetros de selección de

un lubricador son, el número del artículo o tipo, serie, diámetro de conexión, caudal nominal y

presión máxima 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 válvula para

presurizar el depósito, la mayor cantidad del aire pasa a través del lubricador por un censor de flujo

que permite que el lubricador mantenga automáticamente una cantidad constante de aceite

presurizado, esta diferencia de presión producida por el censor de flujo hace que el aceite suba por

un tubo sifón, la velocidad de goteo puede ser controlado a través de la cúpula transparente de

alimentación.



Calidad del aire comprimido según Norma ISO 8573-1

El aire comprimido según esta norma se clasifica en categorías y calidades, esta clasificación es

hecha en función del tamaño de partículas sólidas y contaminantes líquidos, conforme se muestra en

los cuadros.

Clasificación de las categorías y calidades

1. Substancias s 2. Contenido de

Sólidas Agua

3. Contenido de

Aceite

Categoría Tamaño máx. de las

partículas sólidas

[m]

Cantidad máx. de las

partículas líquidas

[mg/m3]

Punto máx. de

condensación bajo

presión

[ºC]

Concentración máx.

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 función de la aplicación

Substancias sólidas Punto de condensación del

agua

Contenido máx. de aceite

Aplicación Categoría [m] Categoría [ºC] Categoría [mg/m3]

Minería 5 40 7 - 5 25

Lavanderías 5 40 6 +10 4 5

Soldadura 5 40 6 +10 5 25

Maquinas

herramienta

5 40 4 +3 5 25

Cilindros

Neumáticos

5 40 4 +3 5 25

Válvulas

Neumáticas

3 hasta 5 5 hasta 40 4 +3 5 25

Embalajes 5 40 4 +3 3 1

Reg. de precisión 3 5 4 +3 3 1

Aire de medición 2 1 4 +3 3 1

Aire de almacén 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 fotográfico 1 0.01 hasta 0.1 2 -40 1 0.01



CAPITULO II

ACTUADORES NEUMATICOS LINEALES Y MOTORES NEUMÁTICOS

Introducción.-

Una de las aplicaciones más antiguas de la energía neumática para fines de producción fue

el uso en diversos tipos de herramientas manuales accionadas por aire comprimido y aplicado en

diferentes campos de la ingeniería.

Las herramientas neumáticas y actuadores tienen un campo de aplicación bastante amplio, se usa

con frecuencia en la ingeniería de la construcción, en la minería y en actividades de labrado de la

madera, en el transporte neumático, procesos químicos, En los talleres mecánicos para, martillar,

remachar, taladrar, esmerilar, y la industria en proceso de automatización y en vehículos de

transporte de pasajeros y otros. Las herramientas neumáticas proporcionan mayor ventaja sobre sus

contrapartes eléctricas, ya que son mucho más seguras y podrían usarse donde no se cuenta con

electricidad o en lugares explosivos, en comparación con otras herramientas manuales, las

herramientas neumáticas como las esmeriladoras, taladros, remachadoras son ligeras y por

consiguiente se pueden manejar con facilidad y tienen un costo más bajo de operación, la

posibilidad de dañar estas herramientas y otros actuadores es menor comparadas con las eléctricas e

hidráulicos ya que cuando están trabajando sometidas a sobrecargas o cargas elevadas las

herramientas y actuadores neumáticas solo se detendrán, controladores en el caso de las eléctricas

se dañan o queman, o en caso de la hidráulica las sobre cargas podrían accionar golpes de ariete.

El principio básico de operación de las herramientas neumáticas o actuadores neumáticos es el de

movimiento alternativo o reciprocarte y el de rotación dependiendo del tipo de herramienta o

actuador, en general las herramientas neumáticas o actuadores manuales operan con una presión

entre 1 y 7 bar. Con presiones más elevadas se acorta la vida útil de la herramienta y del equipo. A

seguir se indica la amplia aplicación de la energía neumática.

Concepto de Actuadores Rotativos

Se llaman actuadores rotativos o motores neumáticos debido a que nos proporcionan momento

torsor o par Motor, la fuente de energía para su funcionamiento que es el aire comprimido, el

mismo que mueve diversos tipos de elementos mecánicas tales como un rotar de paletas deslizantes

llamados motores neumáticos rotativo de paletas, motores neumáticos de engranajes y/o motores

neumáticos de paletas fijas tipo turbina, como resultado dándonos momento torsor y con ello

energía mecánica.

Tipos de Motores Neumáticos. Siendo los más conocidos:

1. Motor rotativo de engranajes.

2. Motor rotativo de paletas móviles o deslizantes racialmente.

3. Motor rotativo de paletas fijas tipo turbinas.

Aplicación de los Actuadores Lineales y Motores Rotativos

1. En la automatización de procesos industriales. Para la fabricación de embases de plástico,

botellas de vidrio, y otros en la prestación de servicios.

2. En la minería, en la construcción civil, “se utiliza motores denominados martillos

neumáticos.”



3. Para accionar maquinas industriales, que exigen condiciones especiales de instalación,

ambientes explosivos como en la industria química.

4. En la industria alimenticia y farmacéutica.

5. Equipo de elevación y transporte de carga, “polipastos en puentes grúas.”

6. En sobre alimentadores tenemos los “turbo-alimentadores en equipo de combustión interna”

y en los Talleres mecánicos, taladros, amoladoras, aprieta tuercas, etc.

7. Equipo dentales.

8. En motores para vehículos de transporte de pasajeros.

9. En sistemas de frenos de equipo pesado o de transporte de carga y pasajeros.

10. En caja de cambios, embregues, frenos.

Características de los Actuadores y Motores Neumáticos

1.- No son inflamables, por lo tanto pueden ser utilizadas en ambientes explosivos y de difícil

acceso.

2.- Proporcionan en la mayoría de los casos potencias sin vibraciones, con excepción de los

martillos neumáticos y los apisonadores o los vibro compactadores.

3.- Difícilmente son dañados por sobrecargas, arrancan y paran instantáneamente sin dañar los

componentes mecánicos, por ello se dice que poseen buenas propiedades de arranque, no dañan los

motores ni las herramientas neumáticas.

4.- Los actuadores neumáticos a pistón debido a sus propiedades de arranque son utilizados en

equipos de elevación y transporte de carga, “polipastos” martillos neumáticos y vehículos de

transporte de pasajeros.

Parámetros de Selección de Martillos Neumáticos e Hidráulicos, para la Minería y

Construcción Civil.

Se dice selección en el sentido de optar ya sea por martillos neumáticos o hidráulicos para lo que se

toma en cuenta:

1.- El factor tiempo de ejecución de la obra ya sea en la minería o en la construcción “necesidad de

acabar la obra”.

2.- Factor económico “capital de inversión”.

3.- La adecuada planificación.

4.- La magnitud de la obra.

5.- Las posibilidades de suministro de energía.

Principio de funcionamiento del motor neumático a pistón

Para darnos energía mecánica o trabajo mecánico el motor neumático a pistón, su cilindro o cámara

recibe aire a presión a través de las válvulas del cilindro, las válvulas abren a consecuencia de la

presión del aire que entra en la cámara, este aire se expansiona empujando a los pistones

moviéndolos hacia abajo produciendo de esta manera el movimiento del cigüeñal dándonos la

fuerza mecánica necesaria para accionar un motor o un actuador lo cual realiza trabajo mecánico, la

apertura de las válvulas se da uno a uno, el numero de apertura en cada revolución está en función

del perfil de la leva, igualmente el tiempo de duración, en el caso abre una vez cada 90o, el aire

admitido en los cilindros después de accionar el pistón es expulsado al exterior mediante lumbreras

que se encuentra en las paredes de los cilindros. “su aplicación para industrias o ambientes

explosivas”

1.- cámara de compresión



2.- embolo

3.- biela

4.- cigüeñal

5.- tuberías de descarga

Motores de Aire Regusi “Motores De Pistón

para transporte de pasajero”

Características Técnicas

- velocidad máxima 120 Km/hora

- máxima eficiencia a 60 HP

- los riesgos son mínimos en caso de accidente

- lleva un tanque de kevlar o fibra de vidrio; el

kevlar es un material 5 veces mas

Fuerte y 6 veces más liviano que el acero.

- peso aproximado de las movilidades livianas de

700 Kg

- presión máxima 352 Kg/cm2

- volumen del tanque 300 litros

Coche de Aire Comprimido

El Mini Cat's de MDI se presenta realmente como una solución urbana revolucionaria.

Además de llevar toda la tecnología MDI 'Cero Contaminación' de aire comprimido, este coche

tiene unas dimensiones mínimas: solo 2,65 m de largo, por un ancho y alto convencional.

Con estas características, el MiniCat's se transforma en la mejor solución callejera para quienes

no puedan prescindir de un vehículo: no contaminante y fácil de aparcar.

Pero el desafío no termina aquí: el MiniCat's cuenta con otras dos grandes ventajas: tiene tres

plazas y un maletero tan grande como una berlina convencional de 5 metros de largo. Porque todo

es posible.

MDI ha desarrollado una tecnología basada en el uso del aire comprimido que permite dar

mejores rendimientos en término de gasto de energía y termodinámica si lo comparamos

con los motores tradicionales. Los dispositivos desarrollados por MDI demuestran unas

excelentes curvas de par y rendimiento y unas prestaciones generalmente superiores a las conocidas

en los motores tradicionales.

Vistazo general sobre los coches de aire

Los vehículos de MDI usan una tecnología conocida desde hace mucho tiempo (Ver histórico)

para diferentes usos. Esta tecnología de aire comprimido permite fabricar motores no

contaminantes a la vez su uso es económico. Después de 10 años de desarrollo, MDI se

prepara para lanzar vehículos limpios al mercado. A diferencia de los vehículos eléctricos o de

célula de hidrógeno, el uso de los vehículos MDI no son caros ni limitados en kilometraje. Los

coches MDI están en la gama habitual de precios y dan prestaciones más adecuadas a las

actualidades: no contaminar y andar en la ciudad con un coche adaptado y barato.

http://www.motordeaire.com/Pequena_historia_de_los_transportes_propulsados_con_aire_comprimido.html

http://www.motordeaire.com/ficha.html

http://www.motordeaire.com/Img/curvapar_20P01.gif

http://www.motordeaire.com/Pequena_historia_de_los_transportes_propulsados_con_aire_comprimido.html

http://www.motordeaire.com/pila_combustible.html



Se han desarrollado dos tecnologías para adaptarse a las diferentes necesidades de transporte:

Motores mono energía de aire comprimido

Motores bi energía, aire comprimido más carburante

Los motores mono energía equiparán tanto los MiniCat’s y Citycats, y se utilizarán básicamente en

la ciudad, donde la velocidad máxima es de 50 Km/h y donde contaminar se volverá en breve

prohibido. Se pueden ver ya algunos casos, como la ciudad de Londres donde se paga por acceder a

vehículos que contaminan (vehículos de combustión interna).

Los motores vi - energía equiparán todos los vehículos de la gama. Se han pensado para un uso

tanto en la ciudad como en carretera abierta. Llevan incorporado un sistema automático de gestión

del carburante, de tal manera que por debajo de 50Km/h (Es decir en la ciudad) los motores

funcionan exclusivamente con aire comprimido, sin contaminar. A partir de 50Km/h, los motores

pasan a gastar aire comprimido más un carburante, proporcionando al vehículo la autonomía y

velocidad suficiente para grandes recorridos. Estamos hablando de gastar un litro y medio a los cien

kilómetros, con una velocidad punta de 160 Km/h. El carburante que usa el motor puede ser tanta

gasolina, gasoil, biodiesel, gas, gas licuado, Carburantes ecológicos, alcohol, etc.

Ambos motores estarán disponibles en 2,4, y 6 cilindros. El motor lleva incorporado un sistema

especial para la recarga: cuando el depósito está vacío, el conductor puede elegir el tipo de

carburante que va a repostar. Basta con indicar al ordenador de bordo el carburante y el motor se

prepara para funcionar en consecuencia, cambiando la inyección y otros factores.

Depósitos de aire.

Una de las preguntas más habituales atañe a la seguridad de los depósitos de aire que lleva el coche.

Estos depósitos almacenan 90 metros cúbicos de aire a 300 bares de presión. Muchas personas nos

preguntan si este sistema es peligroso en caso de accidente, y si existe riesgo de explosión. La

respuesta es NO. ¿Por qué? Porque estos depósitos son los que se fabrican para llevar el gas licuado

de ciertos autobuses urbanos. Los depósitos gozan de la tecnología desarrollada para el gas de los

autobuses urbanos propulsados por gas natural. Están preparados y homologados para llevar un

producto explosivo: el gas metano.

En caso de accidente violento, con ruptura de los tanques, los tanques de aire no explotarían, puesto

que no son metálicas, sino que se rajarían, ya que son de fibra de carbono. Se produciría una

rasgadura alargada en la estructura del depósito, sin explosión, y el aire, sencillamente, se escaparía,

produciendo un fuerte zumbido sin peligro. Queda claro que si esta tecnología está homologada

para transportar un gas inflamable y explosivo (El gas natural), también puede servir para llevar aire

inofensivo y no inflamable.

Cabe resaltar que MDI acaba de llegar a un acuerdo con el líder europeo de las tecnologías

aeroespaciales Airbus Industries para la fabricación de los tanques de aire. Gracias a un sistema de

control remoto, Airbus Industrias supervisará en cada fábrica MDI la fabricación de los tanques. La

tecnología de fibras de carbono enrolladas para la construcción de los tanques es compleja y

necesita un importante proceso de control de calidad que la multinacional, madre de los aviones

Airbus, aportará los vehículos o fabricación de los tanques.

Filtrado de aire.

El motor MDI funciona con el aire atrapado o aire atmosférico, previamente comprimido en los

tanques. La compresión del aire se realiza gracias al compresor que lleva incorporado el coche o en

una estación de servicio equipada con un compresor de alta presión.

http://www.airbus.com/



Para ser comprimido es necesario filtrar previamente el aire, de manera a quitarle todo tipo de

impurezas que podrían dañar el compresor o el motor. Se usan filtros de tipo carbónico para

eliminar suciedad, humedad, polvo y las numerosas partículas abrasivas que contiene –

desgraciadamente, el aire de nuestras ciudades.

Este detalle supone una verdadera revolución en cuanto a automoción se refiere, puesto que es la

primera vez que un vehículo produce una contaminación negativa, es decir que elimina y reduce la

contaminación existente en vez de emitir suciedad y gases quemados. El tubo de escape del

vehículo MDI produce aire limpio, que sale frío (entre -15º y 0º) y no molesta la actividad humana.

Gracias a este sistema, el aire sale del vehículo más limpio de lo que entra.

Un coche espacioso con asientos que pueden enfocarse hacia diferentes direcciones. El vehículo ha

sido pensado básicamente para cumplir con las necesidades de una familia.

Características:: Airbag, aire acondicionado, 6 asientos.

Dimensiones: 3.84m, 1.72m, 1.75m

Peso: 750 kg

Velocidad

máxima: 110 kmh

Autonomía: de 200 a 300 km

Carga: 500 Kg

Recarga: 4 horas (Red eléctrica)

Recarga: 3 minutos (Estación de

aire)

Diseñado para que el trabajo cotidiano sea más

llevadero. Está pensado para un uso industrial,

urbano o rural y sus principales conductores

serán pequeños artesanos, agricultores y para

repartos. Características::

Airbag, aire acondicionado, ABS, 2 asientos,

1.5 m3.


Peso: 750 kg

Velocidad máxima: 110 kmh


Carga: 500 Kg



aire)



Inspirado en el Taxi londinense, con varias

ventajas en ergonomía, y confort, tanto para

el pasajero como para el conductor. Características::

Airbag, aire acondicionado, 6 asientos.


Peso: 750 kg

Velocidad

máxima: 110 kmh


Carga: 500 Kg



aire)

El coche con el "Factor placer": pensado para

excursiones y deportes al aire libre o

nautismo. También para los artesanos y

pequeños negocios. Características::

Airbag, aire acondicionado, 2 asientos.


Peso: 750 kg

Velocidad

máxima: 110 kmh


Carga: 500 Kg



aire)

El más pequeño y más revolucionario: tres

plazas, dimensiones mínimas y el maletero de

una berlina: todo un desafío en ese pequeño

coche que funciona también con aire

comprimido. El Minicat's será el coche de

nuestras ciudades del futuro. Características::

Airbag, aire acondicionado, ABS, 3 asientos,

1.5 m3.


Peso: 750 kg

http://www.motordeaire.com/modelos.html





Velocidad

máxima: 110 kmh


Carga: 270 Kg


Recarga: 3 minutos (Estación de aire)

¿Cómo funcionan los motores MDI?

El funcionamiento de nuestros motores ha levantado muchas preguntas y expectativas. Por

diferentes razones, entre otras de secreto industrial, aún no habíamos presentado todos los detalles

técnicos de nuestros grupos de propulsión.

Llegando en estos meses en la última fase de desarrollo, y quedando pocos meses antes de la

fabricación en serie, hemos decidido dar un máximo de información y datos sobre el famoso "motor

de aire comprimido MDI".

Después de diez años de investigaciones y desarrollo sobre motores y coches limpios que funcionan

con el aire comprimido adicional, MDI s.a. presenta el concepto:

Compressed Air Technology systems © : C.A.T's ©(*)

.

Una tecnología exclusiva para vehículos realmente limpios: Motores.

Gama de coches limpios.

Concepto de industrialización y

comercialización innovador.

Concepto de transporte urbano de

contaminación cero.

Grupos electrógenos.

Grupos de cogeneración.

Motores marinos.

¡Vean aquí la genealogía completa de nuestros motores desde el inicio de las investigaciones!

Vean aquí una animación en 3D del motor actual. (2,5MB) (*)

C.A.T’s y Compressed Air Technology systems son marcas registradas de MDI SA

Principios de funcionamiento del motor serie C.A.T’s 34

Este motor desarrollado entre finales del 2001 y principios del 2002 conlleva un dispositivo de

control del recorrido de los pistones de 2ª generación y un único cigüeñal. Estos pistones son de dos

etapas: una etapa motor y una etapa de compresión y/o de expansión intermedia.

El motor tiene 4 pistones de dos etapas o sea 8 cámaras de compresión y/o de expansión que se

utilizan o bien para comprimir el aire ambiente y rellenar los tanques, o bien para efectuar

expansiones sucesivas (Recalentamiento del aire por la energía térmica ambiente) y acercase de esta

manera de la expansión isotérmica.

http://www.motordeaire.com/genealogia.html

http://www.motordeaire.com/video_3D.html



Su volante-motor está equipado con un moto alternador eléctrico de 5 kW. Este motor es

simultáneamente:

el motor del grupo en modo compresor

el motor de arranque

el alternador para la recarga de la batería

un moderador/freno eléctrico

una aportación momentánea de energía (p. ej. para aparcar)

No lleva embrague, el motor no funciona cuando el coche está parado y el arranque se hace sobre el

plato magnético para reactivar el grupo de aire comprimido. Las maniobras de aparcamiento pueden

efectuarse sobre el motor eléctrico.

El motor CAT' s 34 P04 está equipado con culatas de caudal variable y de un reductor volumétrico

dinámico de caudal variable patentado.

El modo bi-energía

Los motores CAT' s de serie 34 podrán equiparse y funcionar con BIENERGÍA - combustible fósil

y aire comprimido - adjuntando un dispositivo de recalentamiento (De combustión continua, muy

fácilmente controlable para obtener emisiones contaminantes muy escasas) del aire instalado entre

el tanque de almacenamiento del aire y el motor.

Este dispositivo permite un funcionamiento autónomo con un combustible fósil que autoriza,

gracias a esta aportación de energía, se obtiene autonomías compatibles con la

Utilización en carretera.

Durante su funcionamiento en energía fósil el compresor permite el relleno de los tanques de aire

comprimido mientras que los dispositivos de mando permiten conservar un funcionamiento cero

contaminaciones en ciudad a velocidades inferiores a 60 Km/h.

Biela articulada

Ilustración de la parada del pistón en el PMS sobre un

mono-cilindro

Durante sus investigaciones, MDI se enfrentó a una

importante caída del par a medida que se aumentaba el

régimen motriz (cuando funciona con aire comprimido y

con un sistema biela clásica). Una solución paliativa fácil

fue aumentar la presión de alimentación pero esto supone

un aumento del consumo y del trabajo realizado por los

componentes.

Los análisis pusieron de manifiesto que cuando el régimen

aumenta, la presión no tiene tiempo de establecerse sobre el

pistón. A alto régimen, el pistón ya está descendiendo

cuando el aire presión entra en la cámara lo que nos da una

caída de par (imagínese a un ciclista el cual no pedalea

hasta que el otro pedal llega a la parte más baja del

recorrido).

A fin de poner remedio, se preparó un dispositivo mecánico. Consiste en parar un momento el

pistón en la parte alta del recorrido por medio de una articulación específicamente



desarrollada. Eso se traduce por ejemplo sobre el motor 34 en una parada del pistón en el

Punto Muerto Superior (PMS) durante 70° de rotación del cigüeñal, que permite mantener un par

importante sobre toda la gama de utilización.

Ventajas inducidas:

Sobre una vuelta de cigüeñal, el par es mejor repartido que con una biela tradicional (lo que

permite reducir las dimensiones de los elementos mecánicos),

los efectos bruscos se reducen (el motor es más suave para los usuarios),

el hecho de no tener que preparar una mezcla aire/combustible permite conseguir un ralentí

muy bajo con un par máximo ya presente. La gama de utilización va de 200 a 4000

Rpm/Mn.

Caja de cambio

Desarrollada por MDI, el cambio de velocidad se realiza gracias a un sistema eléctrico que no

requiere ninguna manipulación por parte del conductor. En efecto, el cambio de velocidades

quedará definido en cada momento por un sistema informático en función de la velocidad. Nuestra

caja actual es el resultado del trabajo en varias versiones anteriores.

El objetivo es que las transiciones entre marchas queden transparentes para el utilizador, y que se

llegue a desperdiciar la mínima cantidad de energía posible.

Moto-alternador

El moto-alternador efectúa el vínculo entre el motor y la caja de cambios. Su papel en el grupo de

propulsión es múltiple:

lleva el motor CAT's para permitir el relleno de los tanques.

Es un alternador que produce corriente durante las frenadas.

Permite arrancar el vehículo y aporta potencia suplementaria cuando es necesario.

Autonomía y funcionamiento

Se ha dicho y leído de todo acerca de la autonomía de nuestros vehículos y se ha especulado sin

fundamentos sólidos sobre el uso del aire comprimido.

En ningún momento hemos sostenido que las curvas termodinámicas de nuestros motores sean

adiabáticas, (Ni tampoco son isotérmicas), y la autonomía de los coches MDI es un falso problema

puesto que el volumen de aire en el vehículo puede aumentar considerablemente (Modificando el

tamaño de los tanques o depósitos de la presión del aire). Con los datos que damos en este vínculo,

intentamos restablecer la verdad y dar datos definitivos sobre estos dos puntos

Distribución y válvulas

Con el objeto de asegurar un buen funcionamiento y para optimizar el rendimiento energético,

nuestros motores vienen equipados con un sistema de distribución electromecánica que permiten

regular de manera sencilla el volumen de aire admitido en el motor. Este sistema gasta poca energía

durante su funcionamiento puesto que no altera la fase de la válvula, sino su levantamiento.

http://www.motordeaire.com/ficha.html



MOTOR COMPRESOR

El grupo moto propulsor (GMP) de los vehículos CAT’s se constituye de tres elementos principales:

el moto compresor, la caja de cambios y el moto alternador. El moto alternador se ubica entre la

caja de cambios y el moto compresor (Vinculado con la salida del motor) lo cual tiene por ventaja

reducir peso y espacio al eliminar las correas y los piñones anexos.

Funciones del moto alternador

El moto alternador desarrollado por MDI permite realizar varias funciones:

El arranque del vehículo

Las maniobras de aparcamiento

Una ayuda a la aceleración

Una recuperación de la energía de frenado

El alternador

Llevar el moto compresor durante la recarga de los tanques en un enchufe eléctrico

En numerosas ocasiones se ha preguntado por la seguridad de nuestros depósitos de aire

comprimido. Es menester aclarar que nuestros son seguros, han sido probados, están

homologados, y además: si comparamos nuestros depósitos de aire con los depósitos de

hidrógeno que se instalarán en vehículos futuros, vemos que:

Los depósitos MDI llevan una presión de

300 bares contra 700 los de hidrógeno.

Los depósitos MDI almacenan aire que no

es inflamable. El hidrógeno es altamente

inflamable.

Los depósitos MDI almacenan aire que no

es venenoso. El hidrógeno es venenoso.

Los depósitos MDI almacenan aire, el cual

no es un explosivo. El hidrógeno explota.



Los depósitos de los vehículos Cat's están constituidos por un contenedor interior termoplástico que

asegura la estanqueidad. Encima de éste se realiza una estructura de fibras de carbono enrolladas y

cruzadas.

Esta técnica es el resultado de estudios que tomaron

en cuenta parámetros como: las características

mecánicas, la densidad de los materiales, la

elección de las fibras, etc. Dichos estudios

permitieron definir un tipo de tanque que responden

a la norma EN ISO 11439.

Las condiciones de utilización son la presión

efectiva máxima (300 bar) y las temperaturas de

utilización: de –40°C à 60°

Ciclo De Trabajo De Los Motores Neumáticos

AB admisión, BC expansión, CD descarga, DA

compresión, se concluye que los motores

neumáticos tienen un proceso de funcionamiento

inverso a los compresores, esto debido a que utiliza

como fuente de energía para su funcionamiento el

aire comprimido y no así la fuerza o energía

mecánica de los motores ya sea eléctrico o de

combustión, por lo que el diagrama del ciclo de

trabajo es inverso, el aire comprimido que entra en

la cámara o cilindro y se expansiona realizando el

trabajo mecánico, conforme se ha indicado, después

se descarga al exterior mediante lumbreras, y el

resto que no consigue salir se comprime

contrariamente al de los compresores que se

expansiona.

Ecuación de trabajo de los motores neumáticos a pistón

La ecuación de trabajo de los motores neumáticos a pistón es similar a la de los compresores

alternativos con la diferencia de que, debido al proceso inverso de funcionamiento no se considera

como proceso que genera calor, en los compresores el calor era cedido, producido por la sustancia o

el sistema que es el aire comprimido.

En el caso de los motores neumáticos el aire a presión se expande en consecuencia existe

disminución de calor, la variación de la entalpía H obedece a la ecuación:

tcpmH **

Por otra parte, los compresores tienen un proceso en el que la compresión se lleva a efecto a partir

de la temperatura y presión atmosférica en la que la variación de la temperatura es dada por.

12 ttt , y en los motores neumáticos. 12 ttt , la ecuación de trabajo se deduce a través

de la ecuación general.



QQQW

1

1*

**

1

*

**

n

kCv

nk

kCvCn

tCnm

n

RKcp

tcpmQ

Sustituyendo se tiene: KgrmP

P

n

VpnW

n

n

11

**1

1

211

Herramientas Neumáticas

Martillos Neumáticos.- Los martillos neumáticos o herramientas de perforación se usan en la

construcción civil, en la minería y en obras públicas, existen dos tipos.

1.-Martillos de Percusión.- el aire que entra a presión se expansiona en el cilindro, provocando

movimiento lineal alternativo del conjunto pistón, el movimiento del pistón tiene un terminado

recorrido en el que consigue dar golpe en el barreno, llegado a la lumbrera se descarga el aire y por

acción de recuperación del resorte retorna el hazte comenzando el siguiente ciclo.

DE SIMPLE EFECTO.

Potencia de Percusión

mNNMV

CV /..2

**

V = velocidad de impacto del pistón.



M = masa del pistón.

N = numero de impactos.

Perforadoras Neumáticas Rotativas

Se subdividen en dos grupos, está en función al tipo de material a ser perforado, siendo roca se

realiza por trituración (tricono) o por corte (brocas especiales). El primer sistema se aplica en rocas

de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas. En este tipo de perforación no existe la

percusión

El martillo es accionado por aire comprimido, los principales componentes de este sistema son:

Cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una abertura axial donde va colocado el

elemento porta barras, así como un dispositivo retenedor de barras de perforación.

El mecanismo de rotación, ya sea de barra estriada o de rotación independiente.

El sistema de barrido, que consiste en un tubo que permite el paso del aire hasta el

interior de las barras

El fluido de accionamiento es aire comprimido, que se suministra a través de un tubo que constituye

el soporte y hace girar el martillo. La rotación es efectuada por un simple motor

Neumático o hidráulico, montado en el carro situado en superficie.

La limpieza del detrito se efectúa por el escape del aire del martillo a través de los orificios de la

broca.

DESLIZADURAS DE CADENAS

Considerando la posible percusión en vacío de los martillos, que implica una pérdida de energía, los

martillos de estas perforadoras suelen ir provistos de un sistema de protección, que cierra el paso

del aire al cilindro cuando la broca no se apoya en la roca del fondo del taladro.

En el caso de la perforación de rocas en presencia de agua, puede ocurrir que la columna de agua

disminuye el rendimiento de la perforación, por lo que es aconsejable disponer de un compresor con

una presión de aire suficiente para proceder a la evacuación del líquido.

En cuanto al empuje, una regla práctica es la de aproximarse a los 85 kg por cada centímetro de

diámetro. Un empuje excesivo no aumentará la penetración sino que acelerará los desgastes de la

broca y aumentará los esfuerzos sobre el sistema de rotación. Cuando se perfore a alta presión (en

rocas de gran resistencia como un granito) se precisará al inicio una fuerza de avance adicional para

superar el efecto de contra empuje del aire del fondo de la perforación. Por el contrario, cuando la

profundidad de perforación sea grande (sobre 20 metros) y el número de tubos sea tal que supere el



peso recomendado, será necesario entonces que el perforista accione la retención y rotación para

mantener un empuje óptimo sobre la broca.

Dimensiones y características principales

En la siguiente tabla se señalan las principales características de algunos martillos en fondo:

Diámetros recomendados en función del diámetro de perforación

Características Dimensiones Diámetro de perforación (mm) 100 125 150 200 300 Diámetro del pistón (mm) 75 91 108 148 216 Carrera del pistón (mm) 100 102 102 100 100 Peso del martillo (Kg) 38.5 68.5 106 177 624 Consumo de aire (m3/min a 1MPa) 4.7 6.7 10.1 17.1 28.2 Principales características

Características técnicas Unidades Presión de trabajo 7.5-25 MPa Potencia de impacto 6-20 Kw Frecuencia de golpeo 2000-50000 golpes/min Velocidad de rotación 1-500 RPM Consumo relativo de aire 0.6-0.9 (m3/min. Cm diámetro)

Ventajas de los martillos neumáticos:

- Costo de operación más bajo en relación a los eléctricos.

- Nos brinda mayor seguridad en la operación.

- Menor posibilidad de dañarse por sobre carga.

- Elevada velocidad de penetración y fácil manejo.

Características de funcionamiento de los martillos neumáticos rotativos:

1. Elevada rotación

2. Se utiliza en rocas de elevada y extrema dureza

3. Tienen silenciador de escape incorporado por la que producen un mínimo de ruido.

4. Tienen elevada velocidad de penetración y fácil manejo

Ventaja de los Martillos Neumáticos sobre los Hidráulicos

1.- Simplicidad del equipo.

2.- Fácil servicio de mantenimiento.

3.- Reducido costo de inversión.

Ventaja de los Martillos Hidráulicos sobre los Neumáticos

1.- Mayor rendimiento en el orden de 50% a 100% debido a la velocidad de penetración, está

velocidad es mayor en consecuencia la longitud de penetración o avance de los barrenos y

herramientas es más rápido, “los sistemas hidráulicos son utilizados en grandes obras o

perforaciones muy profundas”.

2.- Menos nieblas y ruido en los lugares de trabajo.

3.- Menor consumo de energía, se estima aproximadamente menor a 1/3.

4.- Reducida mano de obra y número de equipos con relación al neumático.



Diseño de Martillo Neumático

Un martillo neumático realiza su funciona mediante un pistón, que para dimensionarlo partiremos

de la necesidad que tenemos por ejemplo, para romper las rocas necesitamos el valor de la fuerza

de impacto, lo cual obtendremos del siguiente grafico en el que cada curva representa a distintos

elementos de construcción o minería.

%R

EI

90

50

200 450

arcillas laja ornamentales concreto

roca ignea

grafito

Para nuestro martillo seleccionaremos un fuerza de impacto de 450 kgm

2/seg

2, y 90% de Rotura,

con este valor hallaremos la velocidad necesaria que nuestro pistón requiere.

Además supondremos una masa del pistón cincel, ficticia que para nuestro diseño asumiremos de

20 Kg.

EI = (m*V2)/2 ; V = (2EI/m)

0.5

V = (2*450/20)0.5

; V = 6.7 m/seg.

También precisamos la frecuencia de trabajo es decir el número de impactos por unidad de tiempo,

para lo cual diseñaremos un martillo neumático que trabaja a 950 golpes por minuto con este dato

de la velocidad de impacto calculamos la carrera de nuestro pistón:

V = 2C/t ; C = (V*t)/2 donde t=1/16 seg

C = (6.7*0.625)/2; C = 0.209 m donde C – carrera de nuestro pistón

C = 209 mm

Con la velocidad también podemos hallar el aire requerido para nuestro martillo neumático.

Q = V*A

El área esta designada en función a fabricantes de martillos neumáticos los cuales establecen que

para martillos neumáticos manuales los diámetros de pistón son:

Entre: 45-50-55-60 mm

Nosotros diseñaremos un martillo neumático liviano pero robusto por lo cual seleccionaremos un

diámetro de 50 mm.

Entonces nuestro flujo será para: A = (π(0.05)0.5

)4 ; A = 1.96E3 m

2

Q = 6.7*1.96E-3 ; Q = 0.013 m3/seg. Q = 0.78 m

3/min.



Para el cálculo del trabajo realizado:

KgP

P

n

VPnW

n

n

11

**1

1

211

Donde:

n = 1.3 proceso poli trópico

P1 = 103322.7 Kg/m2

P2 = 10 atm; 9 presión de trabajo + 1 presión atmosférica

P1 = 1 atm.

V1 = 1.3E-4 m3, que es función de nuestro diámetro y la carrera del pistón

W = 453.89 Kgm

Para la energía del martillo:

mN

NMVCV /

2

**

mNCV /63650

2

950*20*7.6

CV = 63650 N/m o 17.68 Watt/hora

Motores Nemáticos de Paletas Deslizantes

Los motores nemáticos de paletas general mente se utilizam en herramientas mecânicas manuais o

portátiles, tales como taladros, amoladoras, aprietatuercas. Constructivamente consisten en:

- Rotor asimétricamente colocado con respecto al centro del cilindro, este rotor es

rasurado en la que se colocan paletas que giran radialmente.

- Funcionamiento: El fluido es dirigido a las paletas del rotor, la misma que las proyecta

contra las paredes internas del cilindro o carcasa, haciéndolo girar al rotor

consecuentemente al eje al que está instalada la herramienta mecánica, dándonos

energía mecánica o el trabajo mecánico deseado.



Características de Funcionamiento de los Motores Neumáticos a Paletas

La energía cinética del aire se transforma directamente en energía mecánica,

haciendo “girar al rotor consecuentemente al eje en el que está instalada la

herramienta neumática”.

Tiene elevada potencia con relación a su peso.

Tiene elevada rotación llegando hasta 30000RPM en vacío y 15000 a plena

carga.

Son motores que se utilizan generalmente en herramientas que tiene potencias hasta

de 3 HP.

Para aplicaciones especiales, se tiene motores neumáticos a paletas con potencias hasta de 100 HP y

son utilizados para hacer funcionar máquinas especiales instaladas en lugares explosivos o de difícil

acceso.

Ecuación de trabajo: g

CCW

2

2

1

2

2

Características técnicas

Motores reversibles o con un solo sentido de giro

Los motores neumáticos con un solo sentido de giro, tienen ligeramente mayor potencia, par y

velocidad que los motores reversibles

Presión De Trabajo

Los motores neumáticos pueden trabajar entre 3 y 7 bar. Aunque la presión normal de trabajo es

cercana a 6 bar. Los motores están diseñados para dar sus mejores características a esta presión.

Aunque pueden trabajar por debajo de 3 bar. A esta presión tan baja, el rendimiento de los motores

puede ser insuficiente para el trabajo solicitado. Por otra parte, también pueden trabajar por encima

de 7 bares. Pero con riesgo de favorecer el desgaste y aumentar el mantenimiento del motor.

Las características del motor varían de una forma aproximada como se indica en la tabla siguiente

según sea la presión de alimentación del motor. Presión (bar.) potencia velocidad par consumo de

aire.

Presión (bar.) Potencia Velocidad Par Consumo de aire 7 1.20 1.03 1.17 1.15 6 1.00 1.00 1.00 1.00 5 0.77 0.95 0.84 0.82 4 0.54 0.87 0.67 0.65 3 0.36 0.75 0.51 0.47

Potencia

La curva de potencia correspondiente a un motor sin regulador de velocidad es de forma

aproximada a la que figura a continuación. La velocidad se sitúa sobre el eje horizontal, mientras

que la potencia y el par lo hacen en el eje vertical. En la figura se ve que la potencia es cero para la

velocidad cero y que va incrementándose cuando se incrementa la velocidad hasta un máximo que

corresponde con la mitad de las revoluciones libres del motor. A partir de ese punto se incrementa

la velocidad, la potencia disminuye hasta cero cuando el motor gira a las máximas revoluciones

(revoluciones libres). Los motores neumáticos obtienen la mayor parte de su potencia por la fuerza

con la que el aire actúa sobre las paletas o los pistones. Otra parte la potencia se obtiene por la

expansión del gas comprimido. La expansión del aire no es de ningún modo la principal fuente de



creación de potencia ya que no es práctica. Cuando el aire se expande, se enfría. Una expansión

excesiva ocasiona la formación del hielo en los orificios de salida del aire ahogando al motor. La

mayor cantidad de expansión que puede usarse con seguridad sin que se forme hielo es del 20%.

Par Motor

El par alcanza su valor máximo cuando el motor

comienza a girar (velocidad cercana a cero) y cae

rápidamente (casi linealmente) hasta cero cuando el

motor gira a velocidad libre. Si se va aumentando la

carga del motor, la velocidad del motor baja y el

par se incrementa hasta que al llegar a velocidad

cero, se bloquea el motor.

Si por el contrario, la carga disminuye, el motor aumenta su velocidad y el par disminuye hasta

ajustarse a la carga aplicada. El par para el cual el motor se atasca, es aproximadamente el doble del

par que tiene el motor girando a su máxima potencia. El par de arranque de un motor es el que el

motor puede desarrollar cuando arranca bajo carga.

Dependiendo de la posición de las paletas en el cilindro con respecto a la entrada y la salida del aire,

en el momento del arranque, el valor del par de arranque está entre dos valores: máximo y mínimo,

del par de atascamiento o bloqueo del motor. Este último también puede considerarse cercano al

valor del par máximo de arranque. Hay que considerar que la fricción estática de las paletas es

mayor que la dinámica. (Cuesta más arrancar el motor que mantenerlo en marcha)

Velocidad La velocidad libre de los motores neumáticos, varía desde cero hasta 30000 RPM la velocidad en

carga, debe ser la mitad del velocidad libre de un motor sin regulador. La velocidad en carga para

un motor con regulador es aproximadamente el 80% de la velocidad libre del motor. Para poder

obtener velocidades más bajas de trabajo, los motores neumáticos se equipan con diferentes

reducciones. Con la misma potencia se obtienen menos revoluciones y mayor par.

Selección del Motor

Lo primero que debe saberse es la velocidad a la que debe trabajar el motor y el par para esa

velocidad, la combinación de ambas variables nos indicaran la potencia del motor. Entre todos los



motores posibles que den las características que buscamos debe elegirse el que da máxima potencia

para los valores buscados. Asegurarse que se ha elegido el valor de par adecuado. (No el par de

arranque o bloqueo, sino el del motor girando a la velocidad seleccionada.)

Aire Comprimido

Las características de los motores se han definido para la presión de trabajo y el caudal de aire

comprimido que figura en el folleto del motor. Esta presión es la del aire que llega al motor, medida

en la boca de entrada del mismo y cuando el motor está trabajando.

La instalación de aire debe tener la sección suficiente para que el caudal de aire que necesita el

motor le llegue sin perdidas de presión.

Las características del motor pueden ser modificadas de varias maneras:

- Regulando la presión de entrada de aire al motor.

- Reduciendo la cantidad de aire que llega al motor se consiguen resultados parecidos al

actuar sobre la presión de entrada. Se bajan las revoluciones y el par disminuye en mayor

medida.

- Estrangulando el escape de aire puede bajarse en mayor proporción la velocidad, con lo que

el par motor disminuye menos.

Cuando se quieran silenciar los escapes, para disminuir el ruido de los motores, ay que poner el

silenciador adecuado al caudal de aire que sale del motor.

Tratamiento del Aire

El aire que llega al motor debe estar limpio y lubricador. Hay que colocar cerca de la entrada de aire

de los motores un filtro de aire, seguido de un regulador de presión y de un lubricador. Asegurarse

que estos componentes tengan la capacidad necesaria para los motores que se van a usar.

Cálculo y selección

Primeramente identificamos la herramienta:

Atornillador neumático de pistola

Datos:

Meumacom

Modelos ARP-5B

Capacidad de tornillo hasta 5mm (M6)

Torque max 5-12 Nm

Velocidad RPM 1800

Peso en Kg 1.00

Consumo de aire 150 Lts/min

Conexión Bspt ¼ “

Potencia Del Motor Neumático

HpPot

nMPot

wM

tiempo

trabajoPot

t

t

52.0

75*60

*1800*2*12

75*60

2*

75

*



Volumen Geométrico

rot

cm

nn

Qv

rpmn

n

v

g

v

3

02.795.0*1800

1000*120

*

1000*

1800

95.0

Velocidad Entrada

cmv

r

rn

rwv

s

m

A

Qv

AvQ

005.5*1800*4

60*

*60

*1800*2

60

**2*

94.78

*2

54.2*4

1

2500

*

2

Anexos

Introducción de Turbo alimentadores

Los turbo alimentadores nos permiten introducir aire a los cilindros de los motores permitiéndonos

llevar a cabo la combustión completa del combustible inyectado a la cámara de combustión.

El turbo compresor o turboalimentador es básicamente un compresor centrifugo accionado por los

gases de escape, cuya misión fundamental es proporcionar el aire de admisión, para de este modo

incrementar el peso especifico del aire que entra a los cilindros del motor en la carrera de admisión,

permitiendo que se queme eficazmente más cantidad de combustible. De este modo, el par motor y

la potencia final pueden incrementarse hasta un 35%, gracias a la acción del turbo compresor.

El conjunto rotatorio se compone de una rueda de turbina y un eje, formando el conjunto turbina de

admisión y de impulsión del eje siendo los otros componentes, espaciador de empuje, rueda de

compresor y tuerca de retención de la rueda y el alojamiento.

El alojamiento de la turbina es una pieza de fundición de aleación resistente al calor que aloja la

rueda de la turbina y proporciona una entrada de gas de escape del motor y una salida axial,

proporcionando así un conjunto compacto y libre de vibraciones.

60100075

2

)1(

**

1111

11

11

nrSPwrSP

t

F

t

trabajoPot

PcnVQ

rSPFrPar

n



SISTESIS.-El turbo compresor está compuesto de tres secciones: la carcasa central, la turbina y el

compresor.

Motores neumáticos de paletas fijas

Los motores neumáticos de paletas fijas tipo turbinas , reciben el flujo de aire o vapor a presión de

forma continua, el mismo que se expande hasta atingir una presión más baja , proceso en el que se

realiza el trabajo mecánico , un ejemplo práctico de su aplicación es , en los sobrealimentadores de

un motor de combustión interna.

Tipos De Turbo Compresores

Existen dos tipos de turbocompresor: el de impulso y el de presión constante. Cada una tiene sus

propias características de funcionamiento, sin embargo, ambos actúan de la misma forma básica.

1.-Turbo compresor de presión constante:

El gas de escape de todos los cilindros fluye al interior de un colector común, donde desaparecen

los impulsos, dando lugar a una entrada del gas en la turbina a presión constante. En ambos tipos

de turbo compresor, el gas de escape entra a la turbina formando un anillo en forma de espiral

(toroide), lo que produce una aceleración rápida a una presión reducida y velocidad incrementada

sobre las paletas de la turbina, la cuales están especialmente diseñadas, de tal forma de que se

aproveche la fuerza del gas para la impulsión de la turbina, su eje y la rueda unida a él. Estos son

utilizados en grandes motores Diesel, en máquinas excavadoras y en aplicaciones marinas, donde la

respuesta de aceleración no es tan crítica.

2.-Turbo compresor tipo impulso:

Necesita un colector de escape especialmente diseñado para llevar impulsos de escape de alta

energía a la turbina del turbo compresor. Este diseño, con bifurcaciones individuales, evita la

interferencia entre las descargas de gas de escape procedente de los distintos cilindros del motor,

produciéndose de este modo una corriente de impulso de alta velocidad, que no se consigue con

otros diseños. El diseño presenta dos cámaras en espiral, en vez de una, el término de cámara en

espiral viene dado por la forma en espiral de la carcasa de la turbina, la cual disminuye en volumen

hacia el centro, como la concha del caracol.



Efectos de la Humedad del Aire

Se sabe, que los motores neumáticos, tienen como fuente de energía el aire comprimido,

proveniente generalmente de un depósito o tanque, en el que se supone que su temperatura es

aproximadamente la atmosférica o poco superior a ella.

Por efecto de la expansión en los cilindros de las herramientas neumáticas la temperatura final del

aire baja en muchos casos al extremo de llegar al punto de congelación, está humedad dificulta la

operación correcta y ocasiona problemas que deben ser evitados calentando el aire antes que entre

al motor neumático, se lo hace con un intercambiador de calor, este procedimiento o utilización de

aire recalentado nos da las siguientes ventajas:

1.- Operación correcta y permanente sin el peligro de destruir la lubricación y ocasionar desgaste

prematuro y oxidaciones.

2.- Nos da mayor rendimiento mecánico debido a que la masa del aire caliente es mayor en volumen

en relación al frío.

entrada

interenfriador

dreno

salida

escotilla de inspeccion

control de

presion

tanque

valvula de

seguridad



CAPITULO III

RED DE DISTRIBUCION DE AIRE COMPRIMIDO

La red de distribución de aire comprimido comprende todas las tuberías que salen desde el tanque

pasando por el filtro de líneas al secador del secador al conjunto de acondicionamiento, tuberías y

elementos que dirigen al aire comprimido hasta los puntos de utilización, finalmente por las

válvulas direccionales.

Función de una Red de Distribución

Toda red de distribución cumple las siguientes funciones:

1.- Comunicar la fuente productora de aire comprimido con los actuadores o también llamados

consumidores neumáticos.

2.- Funcionar como reserva para atender las exigencias locales.

Tipos de redes de aire comprimido

1.- Abierta.-

Este tipo de red requiere poca inversión inicial pero está expuesta a una severa perdida de carga

entre el principio y final de la tubería, cualquier actividad de mantenimiento, modificación parcial

colocación de otra bajante de aire comprimido o el desplazamiento de una existente obliga a

detener el suministro, en consecuencia esto implica detener la producción.

2.-Cerrado o anular

La instalación anular o cerrada de una red de distribución permite alimentar los actuadores o

consumidores de dos direcciones posibles, la perdida de carga en este tipo de circuito es menor que

en la anterior, por otra parte la inversión inicial es mayor, esta mayor inversión es retribuida por la

elasticidad operativa que es superior. Las operaciones de mantenimiento son más elásticas pero aun

incomodas.



3.-Red interconectada.-

En esta red las pérdidas de carga se reducen a un mínimo y dado el diseño de la red podemos aislar

con facilidad los tramos objeto de modificación o mantenimiento.

Condiciones que debe cumplir una Red de Distribución.

Una red o sistema de distribución eficiente debe cumplir los siguientes requisitos:

1. Debe tener pequeñas pérdidas de carga o presión por fricción con la pared interna de las tuberías

entre el compresor y los elementos de consumo, las pérdidas debe mantenerse dentro límites en

conformidad con las exigencias de las aplicaciones, por lo que se recomienda dimensionar

adecuadamente las tuberías.

2. No debe presentar fugas de aire lo cual significa pérdida de presión consecuentemente perdidas

de potencia de los actuadores, finalmente pérdida de productividad y contaminación de la red.

3. Debe presentar gran capacidad de completar la separación de condensados.

El no cuidar que cumpla estas exigencias en un proyecto o instalación de una red de distribución

significa elevar costos de mantenimiento y bajar el rendimiento del sistema.

Componentes de una Red de Distribución de Aire Comprimido

Los componentes de una red de distribución de aire comprimido, está en función de la aplicación o

la calidad del aire requerido pudiendo diseñarse:

1.- Redes con secadores para obtener distintos grados de secado, o redes con tratamiento completo

2.- Sub. Redes sin secador.

3.- Redes con lubricación centralizada o sin lubricación “para cada necesidad hay una combinación”

conforme se muestra esquemáticamente.

La instalación de una red de distribución de aire comprimido se completa con la determinación del

tamaño o capacidad volumétrica del compresor en función de las necesidades del taller fabrica y

otros, también dimensionar los diámetros de las tuberías, calcular las pérdidas de carga o presión,

capacidad del tanque, seleccionar el secador, enfriador y el conjunto de preparación del aire,

finalmente diferentes tipos de filtros, estos últimos en función de la calidad del aire comprimido

requerido o grado de pureza.

EJEMPLO DE DIFERENTES REDES DE DISTRIBUCION DE AIRE COMPRIMIDO

VER FIGURA SMC



Tipos de filtros en las redes. Las mismas que están en función de su aplicación.

A.M.A, Filtro Coalescente extra fino, capacidad de retención de impurezas solidas 0.01 nm y

contaminantes líquidos o.oo3 mg/m3.

A.M.F, Capacidad de retención de impurezas solidas de 0.01nmy olores.

AM, Coalescente fino.

A.F, Filtro Ciclónico.

Instalación de Tubería de Aire Comprimido

Dependiendo de la eficiencia del secador en el aire comprimido generalmente aun existe en el aire

una pequeñas cantidades de vapor de agua o en instalaciones que no tiene secador de vapor de agua,

este elemento o vapor de agua debe ser eliminado mediante separadores de condensados instalados

a través de la red, para ello debe tener tuberías con inclinación del orden 2% cada 100m de

longitud, esto con objeto de facilitar la circulación consecuentemente desprendimiento de agua.

La incorporación de un depósito auxiliar dentro de una instalación neumática depende de los

diferentes consumidores y es imprescindible cuando hay simultaneidad entre varias salidas.

DISTRIBUCION DEL AIRE CONPRIMIDO

TIPOS DE TUBERIAS EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCION DE AIRE

COMPRIMIDO

Los tipos de tuberías empleados en una red de distribución de aire comprimido son:

Tubería principal.

Tubería Secundaria.

Tubería de Servicio.

Tubería Principal

Son los que toman el aire del depósito o tanque conduciendo la totalidad del caudal, esta tubería

debe tener la mayor sección posible y prever un margen de seguridad para futuras ampliaciones de

la fábrica, siendo la máxima velocidad del aire en esta tubería 8 m/seg.



2

5

85.1

/*

*008.0cmKg

Pd

LQP

Tuberías Secundarias

Son las que toman el aire de la tubería principal y se extienden por las áreas de trabajo de las cuales

salen las tuberías de servicio, el caudal de aire que transporta será el correspondiente a la suma de

los caudales de las herramientas neumáticas con los que funcionan estas tuberías debe ser del orden

de 10 a 15 m/s.

Tuberías de Servicio

Las tuberías de servicio o bajantes son las que alimentan a los actuadores o herramientas

neumáticas, estas tuberías llevan enchufes rápidos para las mangueras de aire, así como el conjunto

de acondicionamiento, la velocidad máxima del aire en estas tuberías es de 30 m/s.

Calculo de Perdida de Carga o Presión en las Tuberías

En el transporte de fluidos gaseosos y líquido a través de tuberías existen inevitablemente pérdidas

de presión que se traducen en consumo de energía y pérdidas de productibilidad lo cual significa

aumento de costos del producto y pérdida de competitividad.

Las pérdidas de presión en el transporte de los fluidos gaseosos se dan por:

1.- El diámetro mal dimensionado.

2.- Por la fricción o rugosidad de las tuberías.

3.- Por conexiones, codos, reducciones, válvulas.

4.- Por las velocidades del aire.

Las pedidas a lo largo de las tuberías, hace que la presión en los puntos de consumo sea inferior a

la presión dada o proporcionada por el compresor o la requerida y regulada, a consecuencia reduce

la capacidad de trabajo de las herramientas neumáticas, las perdida de presión afectan

considerablemente en la capacidad o potencia de las herramientas |neumáticas por ende a la

productividad, se ha establecido que la pérdida de 1 Kg./cm2 de presión de alimentación a las

herramientas neumáticas q trabajan con presiones del orden de 6 kg./cm2 significa reducción de 50 a

60% de su potencia, las perdidas admisibles son del orden 0,1 a 0.15 Kg./cm2 para redes o sistemas

de distribuciones medianas, tales como industrias, talleres y 0.3 Kg./cm2 para instalaciones grandes

por ejemplo minería y otros.

Tipos de pérdidas de Carga.

a) perdidas distribuidas

b) perdidas localizadas

c) perdidas internas y externas.

a) las perdidas distribuidas son los que se dan por la fricción del fluido con la pared interna de la

tubería y a lo largo de su recorrido

Existe diferentes métodos para el cálculo de las pérdidas de carga o presión en tuberías rectas y

accesorios, en tuberías rectas se calcula mediante fórmulas y diagramas y en los accesorios o

perdidas localizadas, se calcula generalmente mediante el método practico de la longitud

equivalente.

Calculo de las pérdidas de carga en tuberías rectas.

a.- Formula 1.

p = Perdida de carga en Kg. /cm2.

Q = Caudal de aire en m3/min.



4

*

10000*

*60

min/2

3

iDP

mV

L = Longitud de la tubería en m.

d = Diámetro de la tubería en pulg.

P = Presión de trabajo en Kg. /cm2.

b.- Formula 2 de D’arcy

2****

2VL

dP

P Perdidas de presión manómetro en (Kg. /cm3)

L Longitud de la tubería en (m) Peso especifico del aire comprimido a la temperatura y presión manométrica

V Velocidad del aire en (m/s)

d Diámetro de la tubería en (m)

Coeficiente variable con el diámetro e igual a d

00001294.0000507,0 , en función de la

cantidad de aire comprimido dado en (m3/s) y teniendo en cuenta que

4

**

2dvq

, por la

formula puede observarse:

5

2

4

2

22

2 ***25.3

*81.9

16****

2

4

*****

2

d

lq

d

ql

dd

qL

dP

c.- Formula 3

atmDTR

PLVP

i

**

*** 2

p = Perdida de carga en atm

T = Temperatura absoluta (t + 273º)

P = Presión en atm

R = Constante del gas, equivalente a 29.27 para el aire.

L = Longitud de la tubería en mm.

Di = Diámetro de la tubería en mm.

V = Velocidad del aire en m/s = (m3/min.)/60 *P* 10000/cm

2.

β = Índice de resistencia a la rugosidad cuyos valores varían con la cantidad de aire dado en Kg. de

peso por hora, estos valores estan dados en el cuadro.

G = Cantidad de aire suministrado en Kg. /hr = 1.3 Nm3/min. * 60



INDICE DE RESISTENCIA EN FUNCION DE G

DADO EN Kg. DE PESO DE AIRE

G G G G

10 2.03 100 1.45 1000 1.03 10000 0.730

15 1.92 150 1.36 1500 0.97 15000 0.690

25 1.78 250 1.26 2500 0.90 25000 0.640

40 1.66 400 1.18 4000 0.84 40000 0.595

65 1.54 650 1.10 6500 0.78 65000 0.555

100 1.45 1000 1.03 10000 0.73 100000 0.520

Aplicación de La Formula

Es necesario suministrar una cantidad de aire de 10 Nm3/min. la misma que transporta una distancia

de 200 m. por una tubería de 70 mm. De diámetro, siendo la presión de 7 atm. (kg/cm2) y una

temperatura de 10ºC. Calcular la caída de presión.

segm

mV /5,5

5.38

000.10*

17*60

min/10 3

De la tabla de índices para G = 780 Kg./hr, = 1.06, aplicando en la formula:

atmDTR

PLVP

i

**

*** 2

atmP 09,08*200*70

5,5*

283*27,29

06,1 2

La perdida de carga es inversamente proporcional al diámetro de la tubería, por tanto el diámetro de

la tubería debe ser dimensionado de manera que, mismo con un consumo de aire creciente la

perdida de presión desde el tanque hasta el consumidor no sea mayor a 0.1kg/cm., reiteramos una

mayor pérdida de presión perjudica la capacidad productiva de la industria consecuentemente la

rentabilidad.

Ejemplo de un Sistema de Distribución de Aire Comprimido sin Secador:

Se trata de una instalación en la que no existe secador lo cual no garantiza la durabilidad y el buen

funcionamiento de la red de distribución debido a la corrosión interna de las tuberías por la

humedad. Tampoco garantiza el buen funcionamiento de los actuadores debido a que la humedad

destruye la lubricación síntesis, “la seguridad del funcionamiento y la durabilidad de una

instalación neumática depende considerablemente de la buena instalación y acondicionamiento del

aire comprimido”. Por lo que, la red a lo largo de su recorrido debe tener separadores de



condensados y las tuberías deben tener una inclinación del orden del 2% cada 100 metros de

longitud. ,

Pasos a Seguir en la Instalación de un Sistema o red de Distribución de Aire Comprimido:

1. Ubicación de los respectivos ambientes o área a ser utilizado en función de las necesidades y

proyecciones futuras, donde se extenderá la red de distribución consecuentemente se instalará

las herramientas o maquinas neumáticas y otros elementos neumáticos.

2. Determinar el número de las herramientas o maquinas neumáticas y el consumo del aire para

cada sección.

Ubicación de los ambientes

SECCIÓN FUNDICIÓN

HERR.

NEUMÁTICAS CANT

. CONS.

UNITARIO CONS.

MAX.

FAC. DE

UTILIZACION CONSUM

O TOTAL

Soplador de arena 2 0.50 1.0 80% 0.80 Taladro para ½” 3 0.50 1.5 50% 0.75 Taladro para ¾” 4 1.15 4.6 50% 2.3 Pico de limpieza 2 0.50 1.0 100% 1.0

TOTAL 6.69



Calculo del Factor de Utilización

Calcular el factor de utilización significa determinar las horas trabajadas por día con cada actuador

o herramienta neumática, este cálculo se hace mediante un diagrama en la que colocamos en la

parte superior horizontal el número de horas que normalmente se trabaja por día y en la vertical los

actuadores o herramientas a utilizarse, en la horizontal inferior tendremos el porcentaje de tiempo

que cada actuador trabaja.

Actuadores

Herramientas

Neumáticas

- Consumo sección fundición 6.69 m3/min.

- Consumo sección pintura 9.95 m3/min.

Calculo de la Demanda Total de la Instalación

Dt = 6.69 + 9.95 + 30% = 20.32 m3 / min.

Los 30% significa previsiones, siendo 10% para perdidas de carga y 20% para futuras ampliaciones.

Estos 20.32 m3/min. Es el volumen para lo que se debe seleccionar o dimensionar el compresor, o

es el dato técnico para el pedido del compresor y los otros componentes del sistema de distribución.

Calculo De La Longitud real de Las Tuberías

Para el cálculo de la longitud real o total de las tuberías se toma en cuenta los codos, válvulas,

reducciones y otros traducida en metros de una tubería recta, llamado longitud equivalente, estas

longitudes equivalentes se determinan en función de los diámetros. (Ver. Cuadro.)



Pérdida de presión en los accesorios de tuberías expresada en metros equivalentes de tubería

recta

Accesorios para tuberías

Longitud equivalente en metros

Diámetro interior de tubería.

Válvula de diafragma Válvula de compuerta Curva de 90° Curva de 45° Codos redondos Codos en enlace Manguitos de reducción Válvula de globo

1” 1 ½” 2” 3” 4” 5” 6”

1.50 0.30 0.30 0.15 1.50 1.00 2.00 0.50

2.00 0.50 0.50 0.25 2.50 2.00 3.00 0.70

3.0 0.70 0.60 0.30 3.50 2.50 4.0 1.0

4.5 1.0 1.0 0.50 5.0 4.0 7.0 2.0

6.0 1.5 1.5 0.80 7.0 6.0 10.0 2.5

8.0 2.0 2.0 1.0 10.0 7.5 15.0 3.5 53.0

10.0 2.5 2.5 1.5 15.0 10.0 20.0 4.0

Este método de calcular la longitud real de la tubería nos da resultados rápidos, con aproximación

aceptable, basta añadir a la longitud propia de la tubería que estamos proyectando, un suplemento

de longitud de tubería que compense la perdida de presión ocasionado por los elementos neumáticos

tales como codos, válvulas y otros. En consecuencia la perdida de presión entre dos puntos del

circuito será igual a la suma de todas las pérdidas de cada uno de los accesorios y la correspondiente

a la tubería recta que los une, por lo que al diseñar un circuito, hay que utilizar la menor cantidad

posible de accesorios sobre todo por la influencia negativa que tiene sobre el trabajo mecánico a

realizarse.

Calidad de las Tuberías

Las tuberías para la conducción de aire comprimido deben ser de acero estirado sin costura ST35

según norma DIN 2448, también tubos galvanizados sin soldadura. Las tuberías de acero son más

maleables y pueden doblarse con facilidad para lograr cambios de dirección o curvaturas.

Calculo de los Diámetros de las Tuberías “Fórmula empírica”

Aplicando la formula empírica que en la práctica es poco utilizado debido a que existe monograma,

el monograma para el cálculo será utilizado como segundo método el mismo que facilita la

determinación del diámetro.

1. Método

Δp = (0.008*Q 1.85

*L) / (D5 *P) = Kg /cm²

Calculo del Diámetro Principal

Calculamos el diámetro principal en su primera aproximación tomando Δp = 0.1 debido a que la

instalación es pequeña y no debe exceder de 0.15 Kg./cm² conforme lo indicado.

0.1= (0.008* 20.52 1.85

* 50) / (d5 *P)

d =8

727.0/1075



Con este diámetro determinamos la longitud equivalente en función del tipo de válvula existente a

lo largo de la tubería principal o válvula de compuerta de donde:

L = 50 +1 = 51 m de longitud

Valor con lo que sé re calcula

0.1= (0.008 * (20.51) 1.85

*51)/ (d5 *7) = 2

165 ´´

Con lo que se puede calcular la perdida de carga real.

Cálculo de los Diámetros de la Tubería Secundaria

ΔP = (0.008 * Q 1.85

L)/ (d5 *P) = Kg /cm²

(0.2= 0.008 * 6.65 1.85

*90) / (d5 *P)

d = )7.0/23.24(5 = 1 5/8´´

Con lo que se determina en base al cuadro de longitudes equivalentes y él numero de codos y otros

elementos la longitud total, y se sigue el mismo procedimiento de re calculo.

Cálculo de los Diámetros de las Tuberías de Derivación

Se calcula para cada herramienta neumática en función de su capacidad de consumo por ejemplo:

Para el taladro ¾ que consume 1.15m³/min.

ΔP = (0.008 *Q 1.85

*L) / (d5 *P) = Kg /cm²

0.1=(0.008*1.15 85.1 *3)/(d 7*5)

d= 5 85.1 7.0/)3*15.1*008.0( ; d = ½”

DETERMINACION DEL NÚMERO DE COMPRESORES A INSTALARSE

El numero de compresores a instalarse en una industria o sistema de distribución de aire

comprimido está sujeto a regulaciones, la misma que está en función de la categoría de la industria

y de la responsabilidad exigida al compresor, esta regulación se explica en el cuadro siguiente:

Categoría de la industria

Requerimiento de

consumo de aire

Nro de Compresores en

reserva

Tipo de regulado

En función de la

responsabilidad exigía al

compresor

Nro. de compresores en

función al consumo

Nro. de compresores en

reserva

partidas y paradas

automáticas

Baja Media. Alta

1 compresor 1 compresor 1 compresor

Poco consumo Grande consumo 1 compresor

Paradas y partidas

automáticas



2° Método:

Calculo de los Diámetros de las Tuberías Mediante Monograma

Se tiene una tubería de 600 m. de longitud que transporta 3000m3/h, siendo la presión de 10

Bar, la pérdida de presión de 0.15 bar, la red tiene 4 válvulas esféricas, 1 válvula globo, 10

conexiones T, 15 codos de 90 grados:

Determinar el Diámetro de la Tubería.

De acuerdo a procedimientos para calcular el diámetro utilizando monogramas, lo primero que

hacemos es hallar el diámetro auxiliar. Para ello ubicamos los datos sobre el monograma de la

figura 1 haciendo caso omiso de los accesorios ubicamos el punto 600 metros sobre el eje L y

3000m3/h sobre el eje Q, trazamos una recta que los una y los prolongamos hasta interceptar al eje

E1.

Idéntico procedimiento hacemos con los puntos correspondientes a la presión P y la pérdida

admitida P. Esta última recta intercepta al eje E2 al unir P con P.

A continuación simplemente se unen los puntos generados sobre E1y E2. La recta así definida,

indica sobre el eje D, el valor del diámetro auxiliar.

En nuestro caso el valor es aproximadamente: Daux

=140mm.

Recién con este valor, podemos encarar la segunda parte del cálculo que consiste en encontrar la

longitud equivalente de los accesorios. Para esto nos ayudamos con el grafico de la figura 2

encontramos:

T ACCESORIOS LONG. .EQUIV. METROS CANT. LONG. EQUIV. TOTAL METROS

140 VALVULA ESFERICA 2,2 4 8,8

140 VALVULA GLOBO 53 1 53

140 CONEXIÓN “ T “ 14 10 140

140 CURVA DE “ 90 ° “ 1,8 15 27

LONGITUD TOTAL A AGREGAR 228,8

Esta longitud la sumamos ahora a la original y repetimos el trazado, debemos considerar que el

único parámetro que se ha modificado es la longitud.

Ubicamos entonces:

L’=L + Long. Equivalente = 600m + 230m =830m.

En la figura 2. Y efectuamos el trazado como si fuera la primera vez (en la figura hemos trazado. En

la parte que no se repite. Las líneas con trazos para que puedan identificarse).

Esta vez leemos, sobre la escala D. en el punto generado por la nueva línea E1.E2, el diámetro

definitivo: D = 148 mm..



Adoptamos por lo tanto un tubo de 150mm. (6’´) de diámetro. De esta manera queda concluido

nuestro cálculo, como comentario adicional podemos decir que este procedimiento puede utilizarse

también para dimensionar las tuberías de la red secundaria.

Al menos esto sería lo más razonable. Es claro que debe conocerse el caudal de este ramal.

Figura 1



Figura 2



Selección de compresores

Existe muchos compresores, unos resultan mejores que los otros en ciertas aplicaciones, por

consiguiente es necesario definir con exactitud cuáles son los requerimientos de aire comprimido y

las condiciones bajo las cuales tendrá que efectuarse el trabajo. En la selección de compresores los

únicos parámetros que habría que tener en cuenta son sus limitaciones.

Compresores Reciprocantes

Se prefiere en trabajos en los que el consumo de aire comprimido es pequeño y de forma

discontinua, ejemplo, los talleres mecánicos, trabajos con uno o dos herramientas neumáticas

medianas, o trabajos en las que se precisan presiones elevadas superiores a 17 kg/ cm2, estos

compresores en la industria para grandes consumos rara vez se emplean como unidades

individuales, Si bien existen compresores reciprocantes con capacidades de desplazar volúmenes

desde 0,03 a 300 m3 /min. y presiones del orden de 0,5 a 1000kg/cm

2

Compresores Rotativos de Tornillos y Paletas

Son compresores bastante utilizados para trabajos continuos y en la automatización de procesos

industriales esto debido a su capacidad volumétrica y las presiones que van hasta el orden de 17

Kg./cm2 cuando son bietapicos, también son utilizados en la industria de la construcción, en la

minería y el mantenimiento de carreteras, se utiliza presiones de trabajo del orden de 7 Kg./cm2, en

la construcción generalmente para una cuadrilla de trabajadores basta un compresor rotativo

monoetapico de tornillo o paletas enfriado con aceite cuya capacidad volumétrica es del orden de

20m3/ mi y presiones de 8kg/ cm

2, tienen capacidad para accionar 10 o más martillos neumáticos

simultáneamente. Si se quiere mayores presiones para perforaciones verticales y profundos o

instalaciones industriales que requieren mayores presiones se recurre a compresores bimetálicos de

tornillo, siendo su máxima presión de estos compresores 17.5 Kg. /cm2. Para la aplicación en

procesos industriales y automatización el aire proveniente de este o cualquier tipo de compresores

debe ser tratado, en cambio la industria de la construcción y mantenimiento de carreteras no precisa

de tratamiento o preparación del aire comprimido.

Compresores Centrífugos o Dinámicos

Estos compresores son los más utilizados en la industria de procesos químicos, fabricas de

alimentos, o cuando se requiere aire sin ninguna mezcla de aceite, constructivamente son sencillos y

permiten un funcionamiento continuo durante largos periodos de tiempo, al margen de lo indicado

su aplicación abarca, la instrumentación o automatización de todas las plantas grandes, para insuflar

aire a hornos, calderos o sopladores, en plantas de recuperación de azufre, para recirculación de gas

amoniaco, en plantas de hidrocarburos, en la aeronáutica, en turbo cargadores y otros, son

compresores de capacidad volumétrica desde 1.5 a 3500 m3/s y presiones del orden de 70 Kg./cm

2

Síntesis. Los parámetros a considerar para la selección de un compresor son:

Presión máxima y mínima, caudal necesario, perdidas de carga, condición geográfica, altitud

temperatura y tipo de regulación.



DESIGNACION

CONSUMO EN (m³ / min.)

Martillos de servicio ligero

Martillos de cincelar y calafatear ligero

Martillos de cincelar y calafatear medio

Martillo remachador ligero

Martillo remachador ligero

Martillo remachador ½ “ diam. Remache

Martillo remachador 1 “ diam. Remache

Martillo remachador 1 ¼ “ diam. Remache

Prensa remaches

Martillo cincelador

Martillo para sacar machos de función

Pison, molde a mano tipo banco

Pison, molde a mano tipo ligero 5/7 “Kg.

Pison, molde a mano tipo mediano 9 Kg.

Pison, molde a mano tipo pesado 10/16 kg.

Desincrustador (vibrado de machos)

Taladros hasta 1/4 (6 mm..) de diámetro de acero.

Taladros hasta 1/4 (mayor potencia)

Taladros hasta 3/8 ( 10 mm.. ) diam.

Taladros de 7/8 diámetro en acero.

Taladros hasta 1/2 diámetro en acero.

Taladros de 1 1/4 diámetro en acero.

Taladros de 1 1/2 diámetro en acero.

Taladros de 2 “ diámetro en acero.

Atornilladores reversibles, hasta 1 / 4 “ diámetro.

Atornilladores reversibles ¼ “ diámetro.

Atornilladores de 8 mm.. de diámetro.

Rosca hasta 3/8 “ diámetro.

Amoladora de 2 ½ “ * 3/8” diámetro muela

Amoladora de 4” * 1” diámetro muela

Amoladora de 6 “ * 1” diámetro muela.

Amoladora de 8” * 1” diámetro muela

Esmeriladora muela / disco ( 130/137 diámetro mm.)

Esmeriladora muela / disco ( 235/235 diámetro mm.)

Pulidoras disco pulir 125 diámetro

Pulidoras disco, 80, 127,157, 152 mm. de diámetro.

Maquina para fresar ranuras 178/235 diámetro muela

Llave de impacto con árbol cuadrado 3/8 “

Llave de impacto con árbolcuadrado ½ “

Martillos de mineria

Llave de impacto con árbol cuadrado ¾ “ * ½ “

Llave de impacto con árbol cuadrado 1 ½ “ * 2 ½”

Llaves de tarraja, cabezal cerrada M7-M12

Llaves de tarraja, cabezal abierto M10-M16

Cierras para aluminio, plásticos, hasta 15/40 mm..

Cizallas, espesor chapa mm. 3,5h, 4 alumínio.

Cizalla, espesor chapa mm.. 6 h, 6aluminio

Motores neumáticos 0,45 Cv.

Motores neumáticos 1Cv.

Motores neumáticos 1,4 Cv.

Bomba neumática .

Elevador neumático, carga en kg. 55/45

0.16

0.28/0.25

0.65/0.73

0.22/0.33

0.55/0.67

0.84

089

0.30

0.16/0.22

0.65/0.97

0.33

0.40/0.60

0.62

0.78/0.84

0.20

0.195

0.275

0.450

0.560

1.13/1.27

1.41/1.69

1.41/1.69

1.41/1.69

0.195

0.300

0.350

0.350

0.420

0.70/0.84

0.99/1.13

1.27

1.25

2.40

3.20

0.99/1.13

1.27

1.25

2.40

3.20

0.30

0.65



TABLA DE CONSUMO DE AIRE PARA CILINDROS NEUMÁTICOS

PRESIÓN DE TRABAJO EN ATMÓSFERAS

C

cilindro

mm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

CONSUMO DE AIRE EN LITROS POR CM. DE CARRERA DEL CILINDRO

6 0.0005 0.0008 0.0011 0.0014 0.0016 0.019 0.0022 0.002

5

0.002

7

0.003

0

0.003

3

0.003

6

0.0038 0.004

1

0.0044

12 0.002 0.003 0.004 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016 0.015

16 0.004 0.006 0.008 0.010 0.011 0.014 0.016 0.101

8

0.020 0.022 0.024 0.026 0.028 0.029 0.032

25 0.010 0.014 0.019 0.024 0.029 0.033 0.032 0.043 0.048 0.052 0.057 0.062 0.077 0.071 0.076

35 0.019 0.028 0.038 0.047 0.056 0.056 0.075 0.34 0.093 0.103 0.112 0.121 0.131 0.140 0.149

40 0.025 0.037 0.049 0.061 0.073 0.085 0.097 0.110 0.122 0.135 0.146 0.157 0.171 0.183 0.195

50 0.039 0.056 0.077 0.096 0.115 0.134 0.153 0.172 0.491 0.210 0.229 0.248 0.267 0.286 0.305

60 0.076 0.103 0.150 0.187 0.225 0.262 0.299 0.335 0.374 0.411 0.448 0.485 0.523 0.560 0.597

100 0.155 0.321 0.307 0.383 0.452 0.535 0.511 0.537 0.763 0.839 0.915 0.991 1.067 1.143 1.219

150 0.303 0.452 0.601 0.750 0.399 1.048 1.197 1.345 1.495 1.544 1.793 1.942 2.091 2.240 2.359

200 0.63 0.923 1.227 1.531 1.331 2.139 2.443 2.541 3.052 3.536 3.670 3.974 4.268 4.572 4.576

250 0.966 0.441 1.916 2.392 2.392 3.342 3.317 4.292 4.778 5.243 5.738 5.193 5.633 7.144 7.619



CAPITULO IV

VENTAJAS DE LA UTILIZACION DEL AIRE COMPROMIDO EM SISTEMAS

NEUMATICOS.

1. Rapidez del aire comprimido y la versatilidad o facilidad con la que interactúa con equipo

eléctricos y elementos eléctricos, debido a ello son muy usados en la automatización de

maquinas modernas y se lo hace de dos formas:

a. La neumática se interconecta con equipos eléctricos mediante presostatos que

envía señal neumática, para que el equipo o, motor eléctrico funciona.

b. Los elementos eléctricos se interconectan con el neumático mediante electro-

válvulas que son accionados a través de señales eléctricas enviadas por llaves fin

de curso y sensores, temporizadores o programadores.

2. Su seguridad debido a que las presiones que se realizan son bajas y medias, en

consecuencia dan muy pocos accidentes, y no se tienen problemas en ambiente explosivos y

de alta temperatura. Los elementos neumáticos son diseñados para trabajar con presiones de

orden de 50 a 250 PSI (3.5 a 17 2cmkg ), consideradas bajas en relación a las presiones

utilizadas por los sistemas hidráulicos. Su seguridad se manifiesta en los sistemas de frenos.

3. Los elementos neumáticos y actuadores que trabajan con aire comprimido no ocasionan

descargas eléctricas, igualmente son resistentes a altas temperaturas; estos problemas, a

caso existieran pueden ser superados por equipamientos adecuados, tales como

condensadores, intercambiadores y otros.

4. Nos da incremento de la producción y rentabilidad con inversión relativamente pequeño y

simplicidad en su manipulación.

5. El aire comprimido es fácilmente transportable por tubería inclusive a grandes distancias

“no es necesario disponer tuberías de retorno”.

6. El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura, garantiza un trabajo

seguro inclusive a temperaturas altas.

Limitaciones o desventajas

1. Debido a que el aire es comprensible es difícil obtener grandes presiones, es difícil obtener

trabajo mecánico con velocidades uniformes existiendo variación de carga, como con el

sistema hidráulico.

a) El aire comprimido para la utilización en sistemas neumáticos, necesariamente necesita un

buen tratamiento.

b) No es posible obtener velocidades bajas o variaciones de velocidad de los actuadores con la

neumática pura debido a las propiedades físicas de compresibilidad de aire. Para obtener

velocidades bajas se debe recurrir al sistema mixto “Hidro - Neumático”.

Ejemplo de su utilización de la energía Neumática.



Apertura y cierre de una puerta oscilante Neumática

Otros ejemplos.

Fijación de piezas, accionamiento de embriagues, colocación de piezas en posición de trabajo, abrir

puertas de vehículos, abrir o cerrar puertas de hornos, en este caso en particular, la agilidad en el

cierre significa, economía de calor, y evita la aproximación a altas temperaturas, abrir o cerrar

válvulas, puertas en lugares de difícil acceso, en síntesis. En todo sistema en los que no se

necesitan presiones elevadas consecuentemente grandes esfuerzos, una de sus mayores

aplicaciones es en la automatización de procesos industriales.

Consumo del aire comprimido

Es importante conocer el consumo de aire de la instalación para poder seleccionar o dimensionar el

compresor, el tanque, la red de distribución el conjunto de preparación de aire. Este consumo se

calcula en función del número, tipos de herramientas neumáticas o elementos consumidores tales

como cilindros, actuadores rotativos.

Cálculo de actuadores

Calcular o dimensionar un actuador significa determinar las dimensiones de éstos, que nos permitan

su selección. Existen dos grandes grupos de actuadores, como ya hemos visto y ellos son de acción

rectilínea y los de acción rotativa. Nos ocuparemos inicialmente de los de sección rectilínea.

Cálculo de actuadores neumáticos de acción rectilínea

En el cálculo de los actuadores rectilíneos existen tres variables básicas y ellos son: cálculo de la

fuerza, verificación al pandeo y consumo.

Calculo de la Fuerza

Salvo que se pretenda construir un actuador de diámetro especial, existe en el mercado actuadores

de diámetros definidos. El problema de cálculo es entonces, dado el diámetro de un actuador

calculamos la fuerza que desarrolla si se alimenta con una presión definida, calculamos el caudal

que consume y verificamos al pandeo.

Exterior

Abrir

Cerrar

Interior

Abrir

Cerrar



Caso en que el actuador sea de simple efecto

El cuerpo (1) suele ser cilíndrico. Las tapas de

cierre (2) contienen los sistemas de guiado del

hazte (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 del hazte).

Si el actuador es de simple efecto la presión se

distribuirá sobre toda el área útil A, generando

una fuerza que llamaremos fuerza teórica, que

puede calcularse por:

APD

PFt *4

**

2

Donde A es el área transversal libre del pistón y P es la presión de trabajo, nuestro interés apunta a

conocer la fuerza real del actuador, por consiguiente la fuerza teórica calculada deberá restársele la

fuerza de rozamiento y la fuerza del resorte que dependerá de la elongación X del mismo y será

calculada por :

F = K *X

Donde K es constante del resorte y se mide en N/m

Nuestro cálculo final podría reducirse así:

Fuerza real = P * KXD

KXD

PD

4

**9,0

4

**1,0

4

* 222

Si el actuador presenta otra configuración, deberá estudiarse especialmente la forma de calcular la

fuerza real.

Caso el actuador sea de doble efecto



En el caso de un actuador de doble efecto, como el de la figura, el cálculo, se divide en dos: una

parte para calcular la fuerza real de avance y otra para calcular la fuerza real de retroceso.

Calculo de la fuerza de retroceso

Para el cálculo de la fuerza de retroceso debe considerarse el área circular del hazte

4

*

4

* 22 dDPAAPF xraRt

2222

24

**1,04

* dDPdDPFFF RRtRt

Calculo de la fuerza real de avance

Se calcula como en el caso anterior pero sin contar el resorte pues aquí no existe

D = diámetro del cilindro.

P = Presión de trabajo.

d = diámetro del hazte

Además

Ft.= fuerza teórica de avance.

Fτ = fuerza de rozamiento.

F real = fuerza real de avance

Así tenemos

Ft = P*A o sea Ft = 4

**

2DP

4

**1,0

2DPFav

Reemplazando las dos primeras expresiones en la última nos queda:

4

**1,0

4

**

22 DP

DPFreal

Sacando factor común y operando

Real =2

2

**707,04

***9,0 DP

DP

Con la aplicación de esta simple formula puede calcularse la fuerza real de avance para un cilindro

D operando a una presión de trabajo P y con un rozamiento estimado en un 10% de la fuerza

teórica.

Verificación del pandeo

Definimos al pandeo como al encorvamiento lateral que se da en el hazte o el eje cuando se la

somete a un esfuerzo de compresión o fuerza axial por la que debemos considerar la longitud o

carrera del hazte, la forma de fijación y geometría de fijación compatibles con la realidad en que

podemos vincular una barra, los cuatro casos de fijación y pandeo naturalmente nuestra barra es un

cilindro y como tal no solo se extiende sino también presenta diferentes formas de fijación o

vinculación. También es necesario indicar que la facilidad debido al formato en ciertos ejes o barras

el pandeo se da con mayor facilidad.



Figura 2

Los cuatro casos de fijación que definen la tensión del pandeo

A partir de los cuatro casos de pandeo, surgen entonces las posibilidades que aparecen en la figura 2

y que hemos separado en cuatro grupos que coinciden con los cuatro casos mencionados. Las letras

de cada uno de los casos están relacionadas con el tipo de montaje y sujeción.

Esquema representativo de los cuatro casos de pandeo según los distintos tipos de montaje posibles.

Las líneas punteadas indican la forma que habría adoptado el eje del cilindro bajo el esfuerzo de

compresión si su flexibilidad hubiese sido suficiente. Esto ilustra con claridad la diferencia en la

longitud de pandeo para los distintos métodos de montaje.

Volviendo a la idea central de verificar si nuestra elección de carrera del cilindro está comprometida

o no con el pandeo, debemos definir cual habrá de ser su forma de montaje, con todos estos datos

podemos trabajar de dos formas una analítica y otra grafica.

Eligiendo el camino más simple que es la verificación grafica lo haremos en forma general aunque

entregaremos al lector algún material para que pueda ser más específico en caso de quererlo. El

diagrama de la figura 3 para la verificación de pandeo, está constituido considerando el caso mas

desfavorable: empotramiento trasero y eje libre (caso AG), o sea que cuando usamos este diagrama

(aun sin saber como habría de instalarse el cilindro) no nos vamos a equivocar.

W W W W W W

W W

W W W

W

L F G L F G

CD T U L F G



Figura 3

Diagrama para la verificación del pandeo

Procedemos con un ejemplo para explicar su funcionamiento y continuemos con el actuador del

cual ya conocemos su fuerza .Los datos son: D = 63 mm, d = 20 mm, P = 6 bares y la fuerza

calculada fue 170 Kg. (1700N) que es lo que debería soportar al eje de compresión.

Con esta fuerza entramos al grafico (eje horizontal).El grafico es logarítmico.

Trazamos ahora una vertical hasta conseguir la intersección con una de las rectas inclinadas que

indican el diámetro del eje (en nuestro caso 20 mm.) leemos el valor de la máxima carrera posible

sin pandeo en el eje de la izquierda 650 mm. Si nuestro actuador trabajara con una carrera igual o

menos a la encontrada significa que no tendremos sorpresas con el pandeo.

Calculo del consumo

Uno de los cálculos más importantes de un actuador es conocer su consumo “Q” esto equivale a la

cantidad de aire que debe aspirar el compresor para accionarlo durante un periodo determinado.

Desarrollaremos dos tipos de cálculo analítico y grafico.

Calculo analítico

Supongamos tener un actuador de simple efecto, el consumo se calcula por la formula

RALnQ ***



Donde:

n = frecuencia de trabajo (veces por unidad de tiempo a la que se repite la carrera)

L = Carrera

A = Área transversal

R = Relación de compresión.

Si el actuador fuera de doble efecto el consumo estaría dado por:

Q = 2*n*L*A*R

Donde cada uno de los parámetros son idénticos al caso anterior. En este punto es necesario lo

siguiente:

1.- La formula anterior permite calcular un caudal aproximado por exceso (pues no se considera el

volumen que ocupa el eje) se adopta por simplicidad.

2.- La relación de compresión surge de hecho que representa llenar una cámara ocupada con aire a 1

bar absoluto.

A manera de demostración asumamos una constancia de la temperatura entre el estado inicial (aire

atmosférico) y el estado final (aire ya comprimido)

Nuestro problema sería conocer que volumen tenemos que aspirar para mover el actuador una vez

así tenemos.

Pi* Vi = Pf * Vf

Donde:

i = inicial

f = final

Incógnita Vi

Datos:

Pi = 1 atmósfera = 1,013 bar

Pf = 6bar + 1,013 (asumiendo 6 bar como presión relativa de trabajo)

Vf = A *L

Despejando tenemos:

Vi = Pi

VfPf *

Si el cociente Pf/Pi lo llamamos R (relación de compresión) reemplazando resulta

LARVi **

si en ambos miembros multiplicamos por n (donde n es la frecuencia) la igualdad matemática no

altera pero nos da la oportunidad de otra interpretación física

RnLARnVfn ******

El primer miembro representa el volumen admitido por unidad de tiempo, es decir el caudal y el

segundo, los términos que figuran en la formula compuesta. Si reemplazamos por las presiones

ordinariamente utilizadas, es decir 6 bares (600 Kpa) podemos calcular un valor para R.



923,6013,1

013,7

bar

barR (Adimensional)

Con el objeto de ilustrar al lector para que pueda aplicar con tranquilidad esta fórmula debemos

aclarar dos puntos más:

1.- La frecuencia “n” a la que hemos hecho referencia debe aplicarse como ciclos, sin detención del

cilindro, en las cuales la velocidad de avance y retroceso son iguales.

2.- El consumo, depende también, del estado de carga del actuador.

Obsérvese que cuando hicimos el desarrollo para justificar la presencia del factor R relación de

compresión en la formula de consumo, suponemos que la presión final era 6 bares relativos hecho

que supone carga completa sin embargo habitualmente el cilindro nunca baja 100 por ciento de sus

posibilidades y si lo hace en una de las carreras puede que no lo haga en la otra.

Es decir que no siempre la presión que lo activo el cilindro es la máxima de trabajo

Esto demuestra que si la presión es menor, e factor R será menor en consecuencia el consumo final

también será menor.

Cabe mencionar que si no consideramos los estados de carga y suponemos cien por %, el error que

cometeremos será en exceso y esto es más aceptable que cometerlo por defecto.

Completemos con un ejemplo de aplicación del cálculo del consumo:

Ejemplo

Supongamos que un actuador tiene una carrera L = 220 mm. y trabaja con una frecuencia

N = 30 ciclos/min.

Siendo D = 63 mm, d = 20 mm y P = 6 bares

Debido a que el actuador es de doble efecto debemos aplicar

RNLAQ ***2

Donde

A es igual

31.04

63.0*1416.32

dm2

L = 220 mm = 2,2 dm.

N = 30 ciclos/min

R = 6,923

Reemplazando resulta:

Q = 283 ( litr./min.)



Calculo grafico del consumo de un actuador neumático rectilíneo

El grafico nos permite determinar el volumen por unidad de longitud en función del diámetro del

actuador.

Con el 63 del ejemplo anterior y la presión de 6 bar. Determinar el consumo específico que es de

0,21 litros/seg. Aplicando la formula:

Para cilindros de doble efecto

.min/277.min/30*.22*./.21,0*2

**

***2

litroscmsegltQ

SnqQ

SnqQ

Para cilindros de simple efecto

Calculo de actuadores de acción rotativa

En el caso de actuadores rotativos debemos referirnos al torque, por torsor o momento actuante,

para el cálculo es necesario elegir el actuador adecuado a las circunstancias de trabajo, para ello

debemos conocer la velocidad angular W o el tiempo que tarda para cubrir un ángulo de 90º y el

momento de inercia I, i el peso del cuerpo asegurado a la rotación.



Con estos datos si tenemos W calculamos el tiempo para < = 90º y con los demás datos calculamos

la masa rotante (J) datos con los que entramos al grafico de la figura 4 y determinamos el modelo

respetando las mismas reglas que en el grafico anterior.

Calculo del actuador necesario

En base a lo visto es necesario conocer el torqué que debe superar nuestro actuador y la energía

cinética habrá de desarrollar.

El torque necesario deberá ser un dato surgido de la aplicación y podrá elegirse el modelo a partir

de una tabla o grafico (ver figura 9.42) que todo fabricante tiene la obligación de ofrecer, en la que

deberán figurar torque Nm ( Kgm), presión de trabajo y modelo. Si el actuador va ser usado en

forma tal que todo el troqué entregado va ser constantemente entregado va a ser constantemente

absorbido, nuestro calculo termina aquí. Es decir: entramos con la presión de trabajo y con el

momento torsor necesario y elegimos la curva que está por encima para salir con el modelo.

Observación importante: Si el punto de intersección estuviera muy por debajo de la recta

correspondiente, se justifica bajar la presión para hacer coincidir el momento torsor entregado en el

momento torsor necesario y evitar así fenómenos de tiempo dinámico.

FIGIRA 9.42

EJEMPLO DE GRAFICO EN EL QUE SE ELIJE EL MODELO DE ACTUADORES

ROTATIVO A PARTIR DE LA PRESION Y MOMENTO TORSOR NECESARIO

Si en cambio el actuador durante su carrera de trabajo desarrolla alguna velocidad alguna velocidad

importante, debemos tomar en cuenta su momento dinámico o masa rotativa

Como sabemos la masa rotante depende del momento y del material puesto en juego y el momento

de inercia a su vez depende de la forma que tenga esta masa rotante.

Para explicar más claramente el cálculo, se da a continuación un bosquejo general que luego

completaremos en particular.

El objetivo del cálculo es elegir el actuador adecuado a la circunstancia de trabajo. Para ello

debemos conocer, la velocidad angular (w) o el tiempo que tarda en cubrir un Angulo de 90º, el

momento de inercia J, y el peso del cuerpo asociado a la rotación.

CR50, 80, 100



FIGURA 9.43

GRAFICO PARA ELECCION DEL MODELO DE ACTUADOR ROTATIVO.

Calculo del consumo

El cálculo del consumo como el caso anterior tiene mucha importancia y puede hacerse fácilmente

utilizando la formula:

RnVQ ***2

Donde

V = volumen del espacio a llenar para conseguir el giro permitido en un sentido.

n = frecuencia del movimiento en los que no se encuentran los tiempos de detención.

R = relación de compresión final versus inicial.

Actuadores De Giro Limitado

El movimiento lineal del embolo es convertido en un movimiento circular por medio de un sistema

de un piñón y cremallera .el eje, ubicado en el centro del cilindro, permite realizar movimientos

precisos sin holguras. El tipo DRQ –PPVJ-A permite ajustar las posiciones extremas y la

amortiguación .de este modo es posible efectuar un ajuste continuo del final de carrera sin modificar

la capacidad de amortiguación

Se dividen en dos clases: los que cubren un desplazamiento angular fijo (rotación limitada) y los

que podrían girar indefinidamente (rotación ilimitada)

El propósito principal de estos actuadores es entregar movimiento circular acotado, cubren

generalmente ángulos de 90 hasta aproximadamente 360 y presentan en algunos casos posibilidades

de regulación



La figura 5 muestra un croquis donde se aprecia el principio de funcionamiento de un actuador de

giro limitado que aprovecha el movimiento lineal producido por sendos pistones asociados a una

cremallera que engrana con una rueda dentada central

Esta rueda dentada transforma en rotación el movimiento lineal de los pistones .la amplitud del giro

depende del giro de las cremalleras .el par torsor capaz de entregar es importante, pues pueden

aprovecharse las aletas opuestas de cada pistón en forma simultanea

El actuador puede contar o no con amortiguación final de carrera .esta amortiguación solo es

efectiva cuando los momentos de inercia son de bajo valor .cuando son importantes, es necesario

tomar precauciones externas para evitar deterioros en el equipo

Un actuador mas cercano a la realidad, lo encontramos en la figura 6 .reconocemos aquí la

cremallera, el piñón que engrana con ella y el eje que efectúa el giro.

Fig. 6

Estas construcciones no son las únicas .existen otras más simples en cuanto a su ejecución, aunque

solo aplicables a mecanismos que requieren poco torque, un ejemplo de ello lo tenemos en la figura

7 .se trata simplemente de una paleta solidaria a un eje, cuando recibe aire a uno de los lados, se

mueve angularmente hacia el otro hasta el top y viceversa



Consideraciones sobre el montaje

Uno de los aspectos a los que frecuentemente no damos mucha importancia, es la forma en la que

deben vincularse los actuadores a la estructura resistente .existen muchas formas que son

consideradas estándar por los fabricantes. Ellos cubren perfectamente todas las necesidades .la

figura 8 nos muestra dos grupos de montajes: el grupo A se refiere a los soportes de “cilindro fijo”,

aquí el cilindro es fijado y la carga se mueve según la dirección del hazte.

El grupo B corresponde a los soportes capaces de admitir un desplazamiento angular determinado

“cilindro oscilante” es conveniente tomar precauciones cuando se trata de soportar u originar un

movimiento .habrá de vigilar su trayectoria y estudiar los esfuerzos a los que estuviera sujeto el

actuador con el fin de evitar a aquellos que pueden resultar perjudiciales

Figura 7



Quizás la figura 9 nos aclare aun más la forma y ubicación de los accesorios de montaje

Algunos fabricantes producen actuadores cilíndricos de montaje directo y de montaje

multipropósito. Con ellos quedan resueltos los problemas de los accesorios de montaje y se reducen

a los clásicos inconvenientes provocados por el hallazgo correcto de piezas compatibles .etc.

Completan esta variedad de accesorios dos elementos importantes que se relacionan directamente

con el hazte, la figura 10 nos muestra varios ejemplos de aplicación ya combinados con el visto

anteriormente.

El otro accesorio importante es la junta flotante para el hazte. Su aplicación permite disimular

ciertos desajustes propios de cualquier montaje. En la figura 3 podemos ver cuál es su

funcionamiento: la trayectoria del hazte puede apartarse perpendicularmente de su eje u oscilar un

pequeño ángulo sin generar esfuerzos resistentes sobre el buje delantero ni sobre el eje pistón.

Como regla general es importante saber que el éxito de cualquier automatismo neumático depende

básicamente de la calidad con que se proyecto su parte mecánica. Muchas veces ocurre que cuando

algún automatismo neumático no funciona como era de esperarse se adjudique esta falla a los

componentes neumáticos. Aconsejamos revisar el proyecto mecánico antes de condenarlos.

El actuador puede o no contar con amortiguación al final de carrera, esta amortiguación solo es

efectivo cuando los momentos de inercia son de bajo valor pero cuando son importantes es

necesario tomar precauciones externas para evitar en el equipo.

Figura 10



CAPITULO V

ELEMENTOS DE CONTROL UTILIZADOS EN LA AUTOMATIZACIÓN

NEUMÁTICA.

SENSORES NEUMÁTICOS:

: Detectores de paso

: De proximidad

: De presión dinámica

Detector de paso (barrera de aire):

Funcionamiento

Se emite aire de ambas toberas (emisor y receptor). Por lo tanto, el chorro de aire del conducto

emisor perturba la salida libre del aire del conducto receptor. Se crea una turbulencia, que

produce una señal. Esta, puede ser reforzada hasta la presión deseada con un amplificador. Si se

introduce un objeto entre emisor y receptor, desaparece la señal y la válvula (que está

conectada) puede cambiar: la señal se vuelve 0.

Para un funcionamiento ideal:

• Se emplea un filtro regulador de presión baja para mantener el aire de alimentación

limpio.

• El conducto receptor emite un poco de aire para no acumular suciedad.

• Debería estar en un lugar sin corrientes de aire porque desvían el flujo del aire.

• La distancia entre emisor y receptor no debe sobrepasar los 10cm.

•

Detector de Paso (de horquilla)

El detector de paso se alimenta del aire comprimido por el conducto del emisor.

Cuando no se encuentra ningún objeto entre el receptor y el emisor aparece: una corriente de

aire (dando una señal). Cuando un objeto interrumpe el flujo de aire desaparece dicha señal.

Como podemos observar es exactamente igual que el anterior. Aunque su estructura es más

simple ya que consta de solamente de una parte por donde pasa el aire, ideal por si solo

podemos sujetar el detector por un lado.



Detector de proximidad

El detector de proximidad funciona según el principio de reflexión del aire. Un chorro de aire se

proyecta sobre un objeto. Una parte del chorro se desvía hacia el interior, provocando un

aumento de presión. Entonces podemos saber a qué distancia se encuentra el objeto midiendo la

diferencia de presión. La distancia de detección debe de ser inferior a 10 mm. Estos detectores

se utilizan principalmente para detectar la presencia de piezas. Los elementos externos (como la

suciedad, el ruido, la oscuridad,...) no tienen ninguna influencia desfavorable sobre su

funcionamiento.

Inconvenientes:

• Solo puede determinar si hay o no un objeto. No da ninguna información más.

• Solo puede detectar objetos de una anchura inferior a 10cm, difícil aplicación en

cadenas de montaje de

• objetos medianos y grandes.

Aplicación

Este detector se utiliza en todos los sectores de la industria, por ejemplo, en controlar los

dispositivos de prensado y estampado y en detectar partes chapadas de muebles entre otras

muchas aplicaciones industriales.

Una aplicación muy importante es que este sensor puede emplearse junto con la ventosa: Su

funcionamiento se basa en el principio de Venturi, provocando una depresión en la ventosa y

adhiriéndola a una superficie lisa y limpia. Con ella se pueden transportar diversas piezas.

Detector de presión Dinámica

Funcionamiento

Los detectores de presión dinámica funcionan según el principio

de conducto-placa deflectora. Una placa deflectora es una placa

que cambia la dirección del flujo del aire. La presión de

alimentación es constante, y la presión de fuga es proporcional a

la distancia a la pieza detectada. Esta distancia varía entre 0,1 y

3 mm.

Aplicación

Los detectores de presión dinámica se utilizan, por ejemplo, para controlar el posicionamiento

correcto de piezas insertadas: el detector mide la presión dinámica, luego se calcular la

distancia, si esta distancia se sale de lo establecido quiere decir que esta pieza está mal colocada.

Detectores magnéticos de fin de curso

Se llama sensores al instrumento que produce una señal, esta

señal generalmente refleja el valor de una propiedad mediante

una correlación definida en términos estrictos, un sensor es un

instrumento que no retira la propiedad censada, por ejemplo un

sensor de temperatura en un instrumento entrega o sede calor a

la masa censada es decir es un instrumento de masa cero o no

Contacta la masa que se debe medir la temperatura (un

termómetro de Medición infrarroja)existen distintos tipos de

sensores los más comunes a la venta son los sensores de

proximidad.

SMH-S1-HGDO6



SMH-S1-HGR10 SMH-S1-HGPP16

SMH-AE1-PS3-M12

CRSMED-4-K-LED-24

SMH-S1-HGP06

Estos sensores o detectores que hacen de fin de curso son montados directamente sobre los

cilindros o actuadores neumáticos que posean en sus referencias la designación. A estos

actuadores llevan en el embolo un imán permanente que activa el sensor al llegar al fin de su

recorrido.

Este sensor emite una señal eléctrica o neumática a la válvula direccional cambiando el sentido

de alimentación del fluido en consecuencia el sentido del movimiento del hazte.

Sensores de proximidad.

Principio de funcionamiento

Un circuito inductivo genera un campo electromagnético que se enfoca a través de la cara activa

del sensor. La presencia de un Objeto Metálico en el campo genera una señal.

Son utilizados para detectar el paso o la posición de una pieza, u "Objeto", y desencadenar un

proceso (por ejemplo maquinado, armado, etiquetado, traslado) dentro de una secuencia

automatizada. Hacen tareas para las que antes se necesitaba un operario, y las hacen sin tocar ni

mover la pieza, con más precisión y rapidez, sin desgaste ni cansancio - - y a una fracción del

costo.

SIEH-M12B-NO-K-L SIEH-M12B-NO-S-L



SENSORES INDUCTIVOS

Los sensores inductivos consisten en una distribución cuya frecuencia de oxidación debe ser

aproximado a un objeto de su superficie axial. Esta diferencias es implementada en un circuito

electrónico para conectar a un tramo y con ello q estén conectados a si mismo.

Campos de aplicación

Los sensores inductivos son dispositivo que detecta objetos a distancias, son insensibles a las

influencias del medio ambiente y no contiene piezas mecánicas sujetas a desgaste. Se usa

especialmente cuando se pretenden altas exigencias de precisión, exactitud, tiempo de vida,

frecuencia de maniobras, velocidad de operación, etc.

Modo de funcionamiento

El sensor genera un campo alterno de alta frecuencia emitido por su superficie activa. El valor

físico de este campo alterno define el alcance del aparato al aproximarse un objeto magnético o

buen conductor eléctrico modifica el campo, el campo modificado es percibido por el sensor

que conmuta la señal de salida y lo convierte en señal eléctrica con lo cual modifica su estado.

Protecciones incorporadas

La mayor parte de las ejecuciones están equipadas con dispositivos de protección contra corto

circuitos y sobrecargas, errores de conexión, inversión de polaridad de todos los terminales,

Interrupción de conductores, picos de tensión, interferencia por radio frecuencia.

Conductores

Por regla son utilizados conductores de elevada flexibilidad, a prueba de aceite con

revestimiento exterior en poliuretano y largo estándar de 2m.

SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

Aplicaciones

Existen muchas aplicaciones q requieren el sensor a distancia materiales no metálicos para ello

se emplea este tipo de sensores q usan el efecto capacitivo .Los sensores capacitivos son fines

de carrera que detectan objetos a distancia sin establecer contacto físico, pueden detectar

materiales conductores o no conductores eléctricos en estado sólido, liquido, o en forma de

polvo, como vidrio, cerámica, plástico, madera, aceite, agua, y papel, el sensor actúa a una

distancia establecida en catálogo.

Están normalizados según los mismos estándares que los inductivos, disponibles en versiones

AC y DC .

La versión DC es apta para maniobrar directamente relees y sistemas electrónicos de control. La

versión AC la carga contacto o válvula solenoide se conecta en serie con el sensor y

directamente a la alimentación AC preferentemente 220 V, 50 Hz.

El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad en un oscilador de alta

frecuencia con un electrodo flotante en el centro de la base de un transistor, en el estado de

actividad hay un campo en la región de la base q representa el área activa del sensor de

proximidad, cuando un objeto aparece dentro del área activa empieza la oscilación la etapa de

conmutación rectifica las oscilaciones de alta frecuencia y la señal continua resultante se aplica

a la etapa de salida la etapa de conmutación incluyendo un sistema de señal de

retroalimentación.



SIEN-4B-NO-K-L SME-10-KQ-

LED-2

SIEH-M18B-NO-K-L

SIEH-6.5B-NO-S-L SME-10-SL-LED-24

Sensores inductivos de proximidad

Sensores inductivos (también llamados de proximidad)

Los sensores inductivos son capaces de detectar a distancia objetos metálicos que atraviesa un

campo magnético .la operación de conmutación se produce eléctricamente, estos sensores se

distinguen por su gran durabilidad. Son insensibles frente a vibraciones y poseen gran capacidad

de respuesta, existe una amplia gama de sensores que nos permiten conmutación a distancias

mayores que la estándar.

Sensores Opto electrónicos

La unidad de emisión está dotada de una fuente de luz, esta luz incide sobre un receptor y es

reflejado por él, si un objeto atraviesa el haz de luz, el sensor ejecuta una operación de

conmutación. En zona de difícil acceso, es posible regular la luz mediante flora óptica.

Estos sensores son utilizados para detección de objetos no metálicos y además, si las distancias

sujetas al control de detección son grandes, existen diferentes tipos de sensores pto electrónicos

SOEG-L-Q30-NA-K-2L SOEG-L-Q30-P-A-S-2L



SOEG-RT-M12-PL-SJ SOEG-RT-M18-PS-SL

Tipos de Sensores

1. Sensores de flexión directa.

2. De barrera

3. Barrera de flexión

4. Sensores de fibra óptica

1.- El cuerpo del sensor de reflexión directa contiene tanto al elemento emisor como el

receptor. El emisor emite un haz de luz roja o infrarroja, modulada, el objeto detectado refleja

una parte del haz, con lo que es activado el receptor, dando esta a su vez la conmutación a una

distancia máxima de 360mm.

2.- De barrera

El emisor emite luz infrarroja que llega al receptor, si se interrumpe al haz de luz el sensor

conmuta.

3.-Barra de flexión.

Reflector



Este sensor emite un haz de luz infrarroja modulada, que se refleja por su reflector que se

encuentra a una distancia máxima de 4.5 m, si se interrumpe el haz de luz el sensor emite.

MEDIDAS DE AIRE.

Se lo hace para saber el comportamiento del rendimiento de las instalaciones o sistemas de

distribución de aire comprimido, siendo estas medidas la presión o caudal que circula.

Estas mediciones se las puede realizar con:

- Instrumentos electrónicos

- Instrumentos convencionales

Medición con Instrumentos Electrónico

Medidores de Presión

Los presóstatos se utilizan para sistemas industriales de regulación, control y alarma de presión,

Los presóstatos son adecuados para situarlos en instalaciones con fluidos líquidos y gaseosos,

están equipados con un interruptor unipolar de dos posiciones que funciona independientemente

del ajuste de la unidad y de la presión que haya en el conector.

Ventajas

Amplio rango de regulación.

Se utilizan en bombas, compresores, etc.

De pequeñas dimensiones para ahorrar espacio y facilitar su instalación en tableros

Posibilidad de conexión desde la parte frontal de la unidad

Adecuado para corriente continua y alterna.



Manómetro digital

Descripción

Las manómetros de presión digital se diseñan para indicación, monitoreo y transmisión remota

de procesos dependientes de la presión en máquinas y plantas de producción. La indicación

ocurre por medio de un indicador LED verde de 4 dígitos de 14 mm fácilmente visible. La

versión con relees puede llevar hasta 4 contactos del alarma que se fijan con el teclado

numérico.

Principio de Medición

La presión es detectada por un sensor pieza - resistivo y transformada por el ele-mentó

electrónico en una señal analógica que es proporcional a la presión.

Paralelo a la indicación hay también una salida analógica para la transmisión remota de los

valores medidos.

Rangos:

-1...0 bar a 0...2000 bar

Aplicaciones

Ingeniería(neumática , hidráulica , control automático)

Construcción de máquinas y aparatos.

MEDIDA DE CAUDAL. (ver anexos 6,7,8)

Descripción.

El medidor de caudal KOBOLD modelo RCD se usa para medición y monitoreo de flujos

Gaseosos y líquidos. El dispositivo trabaja según el muy conocido principio de la Boquilla

Ventura. Una diferencia de presión pequeña proporcional al caudal es producida por el medio

fluyente en un orificio constrictor (boquilla) en la cubierta del dispositivo. La forma de la

boquilla está basada en el flujo, por lo cual las características del flujo permanecen constantes

en todo el rango de medición.



Agujeros taladrados se localizan en el ajuste de la cubierta para absorber la presión diferencial

resultante y transferirla a una celda de medición de presión diferencial ajustada en la cubierta de

la pantalla. Si el caudal es excedido la celda de medición de presión diferencial es protegida por

pines de cerrado. En las pantallas mecánicas la tasa de flujo medida por la celda de medición de

presión es transferida vía un movimiento de puntero al indicador de puntero calibrado en l/min.

Agua o Nm 3 /h aire. En las pantallas electrónicas el movimiento mecánico se convierte en una

señal eléctrica por un sensor Hall. Diversos módulos electrónicos son usados entonces para

mostrar y monitorear el flujo volumétrico.

Áreas de aplicación

Fabricación de equipo y maquinaria

Industrias química y farmacéutica

Industria pesada

Industria de bebidas y alimentos.

Ventajas especiales

Sin partes móviles

Montaje independiente

Auto-monitoreo del sistema de medición

Fácil de usar.

MEDICION CON INSTRUMENTOS CONVENCIONALES

1. Medidas De Presión

La medida de presión se realiza con manómetros, siendo los más conocidos los de:

1. Aire libre

2. De aire comprimido.

3. Y los llamados metálicos, todos estos instrumentos son simples y bastante conocidos.

2. Medidas De Caudal

Estas medidas se hacen con el objeto de saber el rendimiento volumétrico, y en consecuencia

averiguar la existencia y cantidad de fugas a lo largo de un sistema de distribución, y se lo hace

mediante tres métodos que son.



1. Método del tubo de Pitot.

2. Método del tubo de Venturi.

3. Método de descarga del compresor a un tanque de volumen conocido.

1. Método de Tubo de Pitot

Este método consiste en un manómetro diferencial de agua que consta de los ramales A y B. El

ramal B se coloca en forma perpendicular a la tubería que conduce el aire, sobresaliendo un

poco de su pared interior. El ramal A se coloca con cara a lo largo del eje de la tubería, con su

orificio de cara a la corriente del aire. El ramal B mide la presión estática o altura de columna

de aire libre, que equilibra la columna de agua H.

El ramal A mide la suma de las presiones, dinámica producida por la velocidad y la presión

estática.

En síntesis, el tubo de Pitot mide la velocidad de la corriente

El ramal a mide la suma de las presiones, dinámica producida por la velocidad y la presión

estática.

En síntesis, el tubo de Pitot mide la velocidad de la corriente de aire en m/s presión dinámica;

multiplicando este valor por la sección de la tubería en m2, tendremos en caudal del aire en m

3/s.

V*AQ

minm60x

sm

smxmQ

332

La velocidad del aire se calcula por la ecuación:

2gH2V

Donde: g : Aceleración de la gravedad.

2H : Altura de la columna de aire libre que equilibra la columna de agua.

Para encontrar 2H es preciso conocer el peso específico del agua y el peso especifico del aire a

la temperatura que el aire comprimido estuviera circulando.

Se sabe que el peso específico del agua es 1000 Kg. /m3; el peso específico del aire se encuentra

de tablas o mediante la fórmula:

3

1

1º mkg

xTP

xTP

o

oCaireaire

Donde:

aire Peso especifico del aire 0 ºC y 760 mmHg.

1P Presión atmosférica del lugar de trabajo.

oP Presión atmosférica a 0º y 760 mmHg.

H2

H2O

H

B A

V= [m/s]



1T Temperatura de trabajo del aire.

oT Temperatura a 0 ºC.

Las presiones 1P y oP se pueden medir en atmósfera 2cmkg o mmHg.

La velocidad en función de los pesos específicos del agua y del aire es dado por:

segmgH2

Vaire

2

2. Método del Tubo de Venturi

Este método consiste en eliminar la velocidad de la corriente del aire en la sección mayor 1a y

en la sección menor 2a y se lo hace en función de la presión estática.

Este conjunto consiste en un formado por dos tubos cónicos A y B, unidos por un otro C

cilíndrico más corto y de sección menor. A través de estas tuberías se hace circular la corriente

de aire, cuya velocidad se quiere medir, para lo que se utiliza un manómetro diferencial de agua,

conectado al cuello C y a la tubería cónica A, dándonos la diferencia de presión estática entre la

sección mayor y menor de la tubería.

1a Sección mayor de la tubería a la entrada y al tubo cónico A dado en mm2.

2a Sección de la tubería en la parte menor o cuello C, que une las tuberías cónicas.

1V Velocidad del aire en la sección 1a .

2V Velocidad del aire en la sección 2a .

1H Altura de la columna de aire a la presión y temperatura que circula por la sección 1a y

equilibra a ka columna de agua 3H .

4H Altura de la columna de aire a la presión y temperatura que circula en el cuello y une a

las tuberías cónicas y equilibrando a la columna de agua 2H . Las velocidades que

estamos determinando en las secciones 1a y 2a son:

H Diferencia de presión estática” 21 HH ”.

aire

agua1

2

gH2V

aire

agua1

1

gH2V

De ambas ecuaciones despejamos los valores de altura de columnas:



1000gx2

VH aire

2

2

1

1000gx2

VH aire

2

1

1

Como la velocidad está en función de la sección 1a y 2a , en consecuencia la diferencia de

presión estática H es “ 41 HH ”.

1000gx2

V

1000gx2

VHHH aire

2

1aire

2

2

41

10002

2

1

2

2gx

VVH aire

Se tiene como incógnita las dos velocidades, para despejar una de ellas aplicamos la ley de la

continuidad que nos dice: “El volumen de aire que atraviesa por unidad de tiempo en una

sección es el mismo en cualquier parte del recorrido”, y tenemos:

2

1

2

12211 Va

aVVaVa

Sustituyendo en 2

1V de 11, tendremos:

1000gx2a

aaVH aire

2

1

2

2

2

12

2

aire2

2

2

1

1

2

1000gHx2

aa

aV

aire2

2

2

1

1

1

1000gHx2

aa

aV

3. Método de descarga del Compresor a depósito de Volumen Conocido

Este método consiste en determinar el tiempo que se requiere para llenar el compresor, el

depósito de volumen conocido; para tal efecto se pone el compresor en marcha y se mide la

temperatura del aire en la aspiración.

Cuando el compresor alcanza su velocidad de régimen se comunica el compresor con el

depósito y a partir de ese momento se mide el tiempo que tarda en llenar completamente o hasta

que el momento marque la presión de trabajo; después se mide la temperatura del aire con el

depósito.

Unidades de Medida de la Presión

2cmkg ; atm ;

2mmkg ; mmHg ; OmH 2



La presión atmosférica normal medida en columna de mercurio es de 760 mmHg , que equivale

a 1.023 2cmkg .

Problemas de Aplicación

PROBLEMA 1

Por la cañería de 0,16 m., de diámetro circula aire comprimido a temperatura de 20 ºC.

Sabiendo que la presión del lugar es de 742 mmHg ; la diferencia de altura en el tubo

de piloto marca 0.018 m. Calcula la cantidad de aire que pasa por minuto. Considere el

peso específico del aire a 0 ºC y presión de un atm igual a 1293 2mkg .

SOLUCIÓN

El tubo Pilot mide la velocidad de la corriente de aire. El caudal es dado por:

minmvxsQ 3

Calculo de 1V en función de los pesos específicos.

3

agua mkg1000 ; 3

CºaIRE mkg293.1

3

10

01º 172.1

27320760

2730742293.1 mkg

x

xx

xTP

xTPXCaIREaIRE

sm7.17172.1

1000x018.0x81.9x2gH2V

aire

agua

1

222

m02.04

16.0x1416.3

4

Ds

min4xm3.2160x02.0x7.17vxsQ 2

PROBLEMA 2

Es una tubería de 0.2 m., de diámetro circula aire comprimido a 40 ºC. Calcular la aire

por minuto, sabiendo que la diferencia de altura que marca el tubo de Venturi, con razón

de cuello 51aa 12 , es de 0,12 m. y que la presión de lugar es de 750 mmHg ;

peso específico del aire a ºC es de 3mkg1.293 .

SOLUCIÓN

Este método consiste en determinar la velocidad de la corriente de aire, tanto en la

sección mayor como en la menor ( 1a y 2a ) respectivamente.

Datos: 5

1

a

a

1

2 (Razón del cuello)



3

agua mkg1000 ; 3

Cºaire mkg1293 ; m12.0H

3

10

01

Cºaireairem

kg11.1

273.40x760

273.0x750293.1

xTP

xTPx

Calculo de las secciones:

222

1 m0314116.04

2.0x1416.3

4

Da

21

2

1

2 m0062832.05

31416.0

5

aa

5

1

a

a

Para la sección mayor 1a tendremos:

s

m38.911x

1

1000x12.0x81.9x2

15

1gH

aa

av

22aire

agua

22

1

2

1

minm68.1760x031416.0x38.9VxsQ 3

1

Para la sección menos 2a tenemos:

s/15

5gH2

aa

aV

22aire

agua

2

2

1

12

minm7.1760x0062832.0x47VxsQ 3

2

Probada la ecuación de la continuidad, que nos dice que “el volumen de aire que atraviesa por

unidad de tiempo, es el mismo en cualquier parte del recorrido.



CAPITULO VI

SIMBOLOGIA, DIN e ISSO

Generalidades

Si bien los símbolos obedecen a un lenguaje técnico que facilita la comprensión e interpretación, su

representación es funcional y no técnico, cada símbolo define el mecanismo que representa y su

modo de funcionamiento PRESCINDIENDO DE SUS CARACTERÍSTICAS TECNICAS

CONSTRUCTIVAS, los símbolos están constituidos por trazos, flechas, circunferencias y arcos de

circunferencias, al margen de identificarse de esta forma a las válvulas direccionales se las

identifica por los orificios o conexiones y numero de posiciones siendo ellos; 4/3, 5/2, 5/3, 4/2,

3/2, para identificar los orificios o conexiones de las válvulas direccionales usamos la norma ISO-

1219

Al igual que en los sistemas hidráulicos, la simbología neumática tiene el objetivo de:

1. Representar métodos de conexión, diferentes tipos de válvulas, comandos

y accesorios.

2. Facilitar el diseño, representación e interpretación de los circuitos neumáticos.

ORIFICIO NORMA DIN-24300 NORMA ISO-1219

PRESION P 1

Utilización A B C 2 4 6

Escape R S T 3 5 7

Pilotaje X Y Z 10 12 14

VÁLVULAS DIRECCIONALES

Válvula direccional 5/3 Válvula direccional 5/2 Válvula 3/2 con válvula direccional accionamiento neumático de accionamiento mecánico pulsador escamoteada 3/2

Válvula direccional Válvula direccional 3/2 Válvula direccional 5/2 Válvula direccional

3/2 con actuador mecánico o con actuador mecánico con enclavamiento a 3/2 centro cerrado

rodillo centro cerrado o rodillo centro abierto pulsador con enclavamiento

Válvula direccional 5/2 Válvula direccional 5/3 centro Válvula direccional 5/3

accionado reumáticamente cerrado accionamiento neumático enclavamiento a palanca

Válvula direccional Válvula direccional 5/2 Válvula direccional 5/2 4/2 con escape comun para

4/2 con traba y de accionamiento eléctrico de accionamiento los comunes y retorna a su

Escape y común LGK y neumático neumático posición de equilibrio por resorte



Válvula 4/3 elementos válvula 5/2 direccional eléctrico válvula 4/3 centro y elementos

Abiertos neumático cerrado accionamiento mecánico

Válvula de bloqueo Válvula de bloqueo Válvula de doble retención Válvula de bloqueo

antirretorno con resorte Neumático pilotado

Válvula direccional 4/2 Válvula direccional 3/2 Válvula reguladora Válvula de válvula 3/2 N.C.

accionado accionamiento de presión alivio

neumáticamente neumático

Válvula direccional 3/2 Válvula direccional 3/2 Válvula Válvula estranguladora Conjunto de pre-

N/C N/A estranguladora de flujo con anti retorno parición de aire

de flujo incorporado

. Motor motor neumático Compresor Reservorio Motor neumático Tubería con

neumático doble sentido con caudal variable presión

de giro limitado de giro continuo neumática

Válvula Válvula de Válvula válvula selector Válvula

anti-retorno simultaneidad de escape rápido circuito estranguladora de

Pilotada “función lógica con silenciador caudal con silenciador

AND” incorporado

Registrador de control Sensor de proximidad Dispositivo receptor de aire

Alimentación de Conexión fija Tubería de trabajo Tubería de pilotaje Filtro

Presión neumática

Purgador automático Lubrificador Manómetro Manómetro Intercambiador

diferencial de calor



Separador de separador de secador por silenciador secador por refrigeración con

condensados condesados absorción enfriador incorporado

automaticos

CILINDROS

Cilindro neumático de doble efecto Cilindro neumático de simple efecto Multiplicador de presión

Cilindro neumático de doble hazte Cilindro neumático de doble hazte y doble efecto

Cilindro telescópico de simple efecto cilindro telescópico de doble efecto

Mangueras flexibles para la Neumática

Se elabora de material sintético que tienen alta resistencia térmica y mecánica trabajan en un rango

de temperatura de 30º- 80ºC y presiones hasta de 19 bares se caracterizan por su flexibilidad se

construyen en diferentes diámetros externos e internos el código de identificación depende del

fabricante el material base para su fabricación es la POLIAMIDA.

Consideraciones para la selección de Válvulas

La capacidad de flujo de una válvula, es el volumen máximo de líquido, gas, vapor o aire que puede

pasar a través de ella en unidad de tiempo, generalmente la selección de las válvulas se realiza

solamente por su conexión, sin tener en cuenta diversos factores entre ellos: “presión absoluta de

salida, temperatura y presión admitida o de entrada”, por ello se puede tener tres situaciones:

1. La válvula elegida no responde a la demanda.

2. La válvula elegida responde a la demanda.

3. La válvula elegida supera la demanda.

La segunda de las situaciones suele darse por azar y en consecuencia pocas veces, aunque lo grave

aquí es que, no hemos elegido ningún método en la elección. La primera y la última de las

situaciones conducen a un mal funcionamiento, que se producirá por exceso o sobredimensionado,

y en consecuencia no puede notarse.



Caudal en las válvulas

Una de las principales tareas de un

comprador o de un diseñador es saber

elegir la válvula adecuada. La

selección está directamente

relacionada a un cuadro de necesidades

y a una acción insustituible, <<la

comparación>>. La pregunta que

surge en forma inmediata es: ¿Cómo

comparar dos válvulas?, la respuesta es

comparando algún parámetro característico intrínsecamente ligado a la válvula.

Existen varios parámetros entre ellos, dos que nos interesan, el área equivalente y el factor de flujo,

en realidad la tarea del diseñador consiste en elegir adecuadamente la válvula para un determinado

propósito, más adelante nos preocuparemos específicamente de la elección de la válvula mientras

tanto profundicemos los conceptos relacionados con los parámetros enunciados.

Factor de flujo “CV”

Es una forma de medir el flujo o caudal que hace pasar una válvula y poder de esa forma realizar la

correcta selección de la misma en función de los requerimientos a que será sometido a su vez

efectuar comparación entre distintas válvulas.

Veamos el tema desde sus bases: el flujo o caudal de aire comprimido que circula atreves de una

sección depende de:

Del tamaño de la sección circulación del fluido atreves de la válvula

De la forma de la sección considerada.

De la presión de entada.

De la presión de salida.

De la calidad del aire.

De la capacidad del compresor.

Tanto la presión de entrada como de salida son parámetros claros y concretos; es común asumir un

diámetro nominal o un “área equivalente” identificaremos por la letra S dado en mm2 “área

equivalente al caudal” demostrada por una restricción circular practicada en una lamina delgada,

ósea, exactamente el mismo caudal, los mismos efectos de presión que los que produce el proceso

real considerado.

En síntesis este dispositivo nos permite medir y establecer que es lo que ocurre con el aire a través

de una válvula, por tanto el valor ”S” equivalente medido es un parámetro asociado e inseparable

del caudal, lo que condiciona que dada una válvula siempre podrá medirse en valor “S” que

permita realizar un grafico que contemple todas las variaciones de presión y caudal por lo que, se

La figura muestra al área equivalente que es

ligeramente menor al orificio de la placa debido a

la contracción que experimenta la vena de aire al

pasar por ella.



puede tener un grafico para cada válvula, se ha establecido que es posible resumir este problema de

muchos gráficos a un solo grafico que nos indica el comportamiento de una válvula cuya área

equivalente “S” es igual a 1mm2.

Determinación del caudal de una válvula a partir del conocimiento del área equivalente.

Primeramente es necesario conocer las condiciones del aire que atraviesa por la válvula y ellos son:

P1= presión de entrada o presión primaria

P2= presión de salida o presión secundaria

S = área equivalente mm2

Q = caudal dado en l/min.

Para una área de sección equivalente igual a 1mm2 bastaría utilizar el grafico dado, bastando ubicar

la línea curva de la presión de entrada, la intersección de esta con la horizontal correspondiente a la

presión de salida. De esta trazando una línea vertical hacia abajo encontramos el caudal.

Se enfatiza que es necesario corregir el caudal encontrando para la sección equivalente de la válvula

en cuestión, este ajuste se hace simplemente multiplicando el valor del caudal encontrando por el

valor “S”

Ejemplo:

Datos

P1 = 5 bar.

P2 = 4 bar.

S = 2,5 mm2 “

Área equivalente de la válvula a instalarse

Solución.-

Se ubica en la curva P-Q la presión de entrada P1 = 5 bar, en la intersección de esta con la recta

horizontal y la prolongación hacia la vertical de las presiones encontramos P2= 4 bar, desde ese

punto trazamos una vertical hasta la línea horizontal de flujo. Encontramos 50 l/min. Esto en el

grafico para S = 1 mm2

de donde:

Q s = 2,5 mm2 * 50 NL / min. = 125 NL/min, Solución por no contar con un grafico para

S = 2.5

Calculo del caudal nominal

El caudal nominal es una medida de la capacidad de una válvula para un único estado posible de

presiones de entrada y salida, el caudal nominal se expresa en litros por minuto del aire expandido

(NL/Min). Corresponde al caudal que se mide cuando alimentamos la válvula con una presión

absoluta de 7 Kg/cm2 (presión relativa de 6 Kg/ cm

2) y obtenemos una caída de presión de 1 Kg/

cm2, ósea una presión absoluta de salida de 6 Kg/ cm

2

Ejemplo:

P1 = 6 bar, P2 = 5bar

S = 1 mm.2 ; Qn = 54,4 NL / min ; Para S =2 Qn = 108,88 NL/ min

Así sucesivamente, es necesario indicar que esta medida tiene solamente un valor relativo de

comparación entre válvulas y no puede usarse en forma directa para dimensionar.



Selección de válvulas adecuadas

Nuestro objetivo es el de elegir adecuadamente la válvula para un determinado actuador; en síntesis,

conocer a partir de ciertos datos por ejemplo el área equivalente, que nos permite identificar

claramente una válvula

Ejemplo:

P2 = 5.5 bar presión de salida o de trabajo.

Consumo 300 NL / min.

ΔP admisible = 0,5 bar.

El área equivalente se encuentra dividiendo el caudal que debe abastecer por el encontrado en el

grafico.

Qn = 300 N L / min. o 50 NL/ min. mm2 6 mm

Presión de trabajo.

Consumo de caudal

Caída de presión admisible en la válvula “ΔP”

Datos que nos permiten calcular el área equivalente “S”, valor con lo que se ingresa a los catálogos

a elegir el tipo válvulas que corresponde a nuestras necesidades.

Consumo de Aire en los Actuadores Cilíndricos

Un factor que necesariamente debe ser tomado en cuenta en el diseño de circuitos neumáticos en el

consumo de aire por los actuadores cilíndricos, este consumo se puede determinar mediante las

diferentes expresiones:

Q=

Q=

Q = Caudal consumido por el actuador cilíndrico.

D= Diámetro interno del actuador en cm.



d= diámetro del vástago en cm.

L= Carrera del vástago en cm.

n = Numero de ciclos por minuto.

A= Área

Una variable importante es conocer el recorrido del hazte que está en función de nuestras

necesidades, igualmente la presión de salida de la válvula y el numero de ciclos.

Selección de Válvula Direccional o Distribuidora

Para ello es necesario determinar el coeficiente de caudal o factor de flujo mediante el diagrama P-

Q. Previo al cálculo de los caudales se determina si las velocidades son sónicas o subsónicas para lo

que adoptamos las ecuaciones:

( )

Presión de entrada de la valvula

Presión de Salida

Ejemplo: Siendo presión de entrada a la válvula 6. Y la presión de salida 5.5, determinar si la

velocidad es subsónica o sónica.

Reemplazando los valores, tenemos:

( )

Nos encontramos en la región subsónica del diagrama.

Por lo que la expresión que se debe usar para el cálculo del caudal de una válvula es:

√ ( )

Q = Caudal

Presión de entrada de la válvula

Presión de Salida

CV= Factor de Flujo.

Temperatura del fluido.

Conclusión: Si ( ) , se dice que la velocidad es sónica.

Cálculo del Diámetro de las Tuberías

Se ha indicado que tenemos una red de distribución, que consta de: Tuberías principal y secundaria

y las bajantes, la principal se calculará en función de la demanda total del consumo y para futuras

ampliaciones.

Conversión de litros de aire a presión a litros de aire libre

Para tal efecto se utiliza la fórmula a seguir:



013.1

013.11

PQQ

Q1= Litros de aire a presión comprimido por el sistema.

P= Presión de entrada a la válvula.

Ejemplo: Suponga que el consumo total sean 50 l/min a la presión de aire comprimido de 6 Bar.

Los litros de aire libre serán:

15.346013.1

013.1650

Q l/min = 0.346 m

3/min

Semejanza entre la hidráulica y la neumática

a.- Tanto la hidráulica como la Neumática transmiten energía de presión a través de tuberías o

mangueras para realizar trabajo mecánico, siendo Aceite en el primer caso y Aire en el segundo, en

ambos casos se eleva la presión del fluido a un determinado valor.

b.- Los actuadores y elementos empleados para el diseño de circuitos son parecidos con la

diferencia de que en la hidráulica son más robustos por las elevadas presiones con las que trabajan,

por lo tanto la Conceptualización de circuitos Hidráulicos y Neumáticos son semejantes.

c.- Para identificar la mayor parte de los actuadores y elementos tanto de la Hidráulica como de la

Neumática utilizamos la misma simbología.

d.- En ambos casos tanto los actuadores como otros elementos están fabricados dentro de

tolerancias bastante precisas y reducidas.

e.- Las pérdidas de fluidos por tuberías, mangueras y elementos de unión en ambos casos contamina

el Sistema, siendo perjudicial al rendimiento y a la durabilidad de los actuadores y elementos que

son fabricados con tolerancias bastante reducidas y precisas.

Diferencias.

a.- Tanto la Hidráulica como la Neumática tienen su propio campo de aplicación. La hidráulica

generalmente se emplea para transmitir esfuerzos elevados, movimientos regulares, suaves y lentos,

la hidráulica nos permite un regulado continuo de las velocidades de los actuadores.

b.- Con la Neumática debido a que el aire es compresible es difícil obtener grandes presiones,

paradas intermedias o velocidades uniformes con variaciones de carga, siendo también difícil

obtener velocidades bajas, como con los sistemas hidráulicos.

Ventajas de la Hidráulica frente a la Neumática.

a.- Las presiones de trabajo pueden alcázar hasta los 700 (Kg./cm2.), en cambio con aire

comprimido no se supera los 20 (Kg./cm2.).

b.- Para muchas aplicaciones el aceite es prácticamente incomprensible, no en tanto en la

neumática la comprensibilidad del aire presenta problemas en muchos casos.



100

100

c.- Con la hidráulica se obtiene regulación más precisa y fácil de la velocidad de los actuadores, en

cambio con la reumática la regulación de flujo del aire es más complicada por lo que, si se requiere

precisión en movimientos se acude a sistemas auxiliares tales como la óleo neumática.

d.- En la hidráulica la energía se genera en la propia maquina, por lo que, se dice que es un sistema

autónomo. La neumática casi por lo general depende de una red de distribución de aire comprimido

que comprende a partir del compresor y tiene un complicado proceso de tratamiento.

DISEÑO DE CIRCUITOS NEUMATICOS

1.- Diseñar.- Diseñar un circuito neumático de un cilindro de simple efecto, utilice válvula manual

sin traba.

En la posición neutra el aire a presión queda en

la válvula 3/2 debido a que ella es de centro

cerrado, para que el hazte del cilindro inicie su

movimiento “avance” se acciona la palanca de

la válvula dejando pasar el fluido a presión a la

parte trasera del hazte, mientras la palanca

continué accionado el hazte del cilindro

continuara alcanzando si así lo permite el

recorrido, tan luego se suelta la palanca de la

válvula 3/2 el hazte del cilindro retorna a su

posición inicial por la acción de recuperación

del resorte, comunicando el orificio 2 con 3 y la

descarga del fluido a la atmósfera.

2. Diseñar, un circuito neumático de un actuador de simple efecto utilice válvula direccional

manual palanca-traba.

Este circuito tiene las mismas características de

operación que el anterior con la diferencia de

que la válvula direccional 3/2 palanca traba se

traba en la posición de alimentación del fluido a

la parte trasera del cilindro, dándonos el avance

del hazte mientras no se destrabe la válvula, “no

es necesario mantener agarrado la palanca por el

tiempo que dure el recorrido del hazte.”

3. Diseñar, un circuito neumático que acciona un actuador de simple efecto mediante válvula

direccional 3/2 doble piloto, pilotados por dos válvulas 3/2 botón resorte N.C. para el avance,

terminado el avance se acciona la válvula 3/2 botón-resorte derecho, la misma que envía fluido a

presión a la válvula 3/2 doble comando a través de la línea de pilotaje 10, el retorno se hace por la

línea de pilotaje 12, haciendo que la corredera de la válvula 3/2 retorne a su posición inicial en

consecuencia se despresurice el sistema y el hazte retorne a su posición inicial por efecto de la

recuperación del resorte.



100

100

El objetivo de este tipo de instalaciones de

comando neumático es la confiabilidad.

Generalmente en los circuitos neumáticos el

fluido a presión existe a lo largo de todas las

tuberías o red de distribución, las válvulas, la

red y otros, elementos que funcionan como

reservorio. Para iniciar el movimiento de avance

del hazte accionamos la válvula 3/2 botón-

resorte izquierdo, enviando fluido a presión por

la línea de comando 10 de la válvula 3/2 de

doble comando para el retorno del hazte del

actuador se hace que la válvula cambie de

posición debido a que se envía presión no la

línea de pilotaje lado derecho haciendo que la

válvula retorne a su lugar.

4.-Diseñar, un circuito neumático para comandar un actuador de doble efecto, utilice válvula

direccional manual con palanca 4/2 normalmente abierto.

5.-Diseñar, un circuito neumático de un actuador lineal de doble efecto con control de velocidad en

el avance utilice válvula 4/2 con palanca o comando mecánico de forma que en su posición inicial

el hazte del cilindro se mantenga retraído.

Con la válvula estranguladora y anti retorno.

Incorporado se logra que en una dirección el

movimiento sea lento y en la otra rápido. Es

importante colocar el conjunto estrangulador de

manera que la válvula de flujo obligue a

estrangular el caudal de la cara contraria a la

que recibe presión, de esta forma se notará

menos el efecto de la compresibilidad del aire y

el movimiento será más regular

1210

Las válvulas 4/2 se caracteriza porque en su

posición neutra establece conexión con los

actuadores neumáticos lineales “cilíndricos

o rotativos de giro continuo y limitado” en

el caso de los actuadores lineales

manteniéndolos en su punto inicial de

avance o final de acuerdo a las necesidades.

Debido a este principio en la posición neutra

en el caso de los actuadores lineales el

pistón del actuadores permanece totalmente

retraído, para el avance es necesario

accionar la válvula manual 4/2 enviando

fluido a presión a la parte trasera del

actuadores, simultáneamente se da la

descarga del fluido para la atmósfera por los

orificios 4 y 3, para el retorno del cilindro se

pone la válvula 4/2 a su posición neutra u

original.



5/2

10

12

3/2

FUNCIONAMIENTO.- En la posición inicial la válvula 4/2 deja pasar fluido a presión por la

válvula anti retorno a la parte delantera del actuador cilíndrico manteniéndolo totalmente retraído.

Para dar inicio al avance del hazte se acciona la palanca de la válvula enviando el fluido a

presión a la parte trasera del actuador con lo que se tendrá el avance hazte con velocidad

controlada debido a que el fluido pasa por la válvula estranguladora de flujo, para el retorno del

hazte es necesario dejar de accionar la palanca de la válvula 5/2 retornando de ella a su posición

inicial “neutra” y dando paso el fluido a presión a la parte delantera consecuentemente el retorno del

hazte.

6. Diseñar, un circuito neumático de un actuador cilíndrico de doble efecto cuyo funcionamiento

sea automático, utilice válvulas 3/2 de rodillo con actuador mecánico como válvulas fin de curso Y

la 5/2 direccional que establece alimentación de fluido a presión al actuador

Válvula 5/2 con lo que comienza la carrera de retorno del hazte, repitiéndose esta operación de

forma continua hasta desligar la válvula palanca-traba.

7. Diseñar, un circuito neumático de un actuador cilíndrico de doble efecto que realice recorrido de

avance y retorno de forma discontinua, utilice válvula 5/2 de doble comando para obtener

movimientos del hazte.

11 12

La diferencia básica con el circuito anterior

está en que, el anterior tiene movimiento

continuo y automático del hazte, para lo que se

instaló dos válvulas fin de curso y una

direccional palanca-traba. Este circuito se

instala con una sola llave fin de curso colocado

al final del recorrido del hazte, la misma que

accionado por el hazte envia fluido por la línea

de comando 12 a la válvula 5/2 provoca la

inversión del sentido del movimiento siempre y

cuando no se mantenga ligada la válvula

direccional 3/2. lado izquierdo.

El circuito requiere la utilización de

válvulas 3/2 en sus dos formas constructivas

accionada y no accionada, de centro abierto,

cerrado y una 3/2 palanca traba. Para dar

inicio al avance del hazte es necesario

accionar la válvula palanca-traba, enviando

esta válvula fluido a presión a través de la

válvula 3/2 “accionada” a la línea de

comando 10 y de esta a la direccional 5/2,

presión que altera la posición de esta

válvula con lo que se envía fluido a presión

a la parte trasera del actuador dándose

inicio al avance del hazte hasta su recorrido

final, con lo que acciona la válvula 3/2 no

accionada “centro cerrado” enviando de esta

forma fluido a la línea de comando 12 de la



El inicio del ciclo de operación o movimiento del hazte se da accionando la válvula botón-resorte,

lo que se envía fluido a presión por la línea de comando 10 a la válvula direccional 5/2, haciendo

que cambie el sentido de alimentación del fluido a presión y con ello el avance del hazte.

8. Diseñar, un circuito neumático de un actuador cilíndrico de doble efecto, que permita el avance y

retorno con comando neumático, y posiciones intermedias de paradas del hazte por el corte de

presión de comando que acciona a la válvula direccional de comando 5/3 de centro y elemento

cerrado.

la misma que envía fluido a presión mediante la línea de comando 12 y acciona la válvula

direccional 5/3. Enviando fluido a la parte trasera del cilindro con lo que inicia el avance del

hazte.

Para el retorno del hazte se acciona la válvula 3/2 botón-resorte derecho enviándose fluido a

presión por la línea de comando 14 la misma que acciona la válvula 5/3, que a su vez envía fluido a

la parte delantera del cilindro provocando la inversión de marcha del hazte Las paradas intermedias

se obtienen con solo accionar las válvulas 3/2 con lo que se corta el fluido comando que acciona la

corredera de la válvula direccional 5/3 de “centro y elementos cerrados”, está a su vez retorna a su

posición inicial de bloqueo de la alimentación por la acción de recuperación de los resorte,

dándonos la parada intermedia deseada.

Temporizador Neumático

Son el conjunto de dispositivos Neumáticos que proporcionan una señal de presión de salida

transcurrido cierto tiempo desde la recepción de la señal de presión de entrada. Se utilizan para

comandar otros elementos donde se precise un retardo de la respuesta. Estos dispositivos

comprenden un estrangulador de flujo, un depósito y una válvula de 3/2 de comando neumático

0.00 daN

0.00 daN3/2

3/2

5/3

1214

Para obtener paradas intermedias por el corte de

la presión de comando es necesario utilizar

válvula direccional 5/3 de centro y elementos

cerrados, de doble comando que se centralice

por la acción de recuperación de sus resortes

cuando cortada la alimentación del fluido de

comando. Las válvulas 3/2 botón-resorte son

válvulas centro cerrado que en la posición

inicial tienen fluido a presión. El ciclo de

operación inicia con el avance del hazte del

actuador y esto se da accionando la válvula

botón-resorte izquierdo,



CONJUNTO TEMPORIZADOR NEUMATICO

9.- Diseñar:

Cuando se pulsa 1.2 el aire entra por (P) y

llega a (X), accionando la válvula 1.1.

En 1.1 el aire entra por (P) y sale por (A)

realizando dos operaciones: por un lado llega

a la cámara posterior o trasera del cilindro

produciéndose la carrera de avance del

vástago, y por otro lado llega aire al

temporizador. Transcurridos los segundos

para los que esté programado dicho

temporizador, llegará aire hasta la válvula 1.1

por (Y), momento en el que se inicia la

carrera de retroceso del vástago.

10.- Diseñar: un circuito de comando neumático de un actuador cilíndrico de doble efecto utilice

válvula direccional 5/2 de doble comando y válvula 3/2 botón resorte para el avance, el retorno

debe darse después de algunos segundos para lo que debe utilizar temporizador neumático.

El tiempo que tardara en accionar a la

válvula 3/2 y esta a la válvula 5/2 depende

de la restricción de la válvula de flujo y del

volumen del acumulador.

El inicio de funcionamiento se da

accionando la válvula 3/2 botón-resorte

recorriendo el hazte hasta accionar la

válvula de rodillo 3/2 de centro cerrado

haciendo que de esta pase el fluido al

conjunto temporizador neumático y de ella a

la válvula 5/2 de centro abierto para el

retorno del hazte.

Válvula limitadora de presión

Estas válvulas se emplean como válvulas de seguridad o válvulas de

sobrepresión. La válvula no permite que la presión en el circuito

sobrepase la presión de trabajo, si la presión de trabajo supera al

regulado en esta válvula abre o levanta el platillo y el aire sale al

exterior. La válvula permanece abierta hasta que la fuerza del muelle

supera la fuerza que realiza la presión y cierre la entrada. Existen dos

tipos de válvulas limitadoras, las válvulas con regulado fijo, por

ejemplo, de 10 bar y las válvulas limitadoras regulables, por ejemplo

de 5 a 10 bar. Estas válvulas disponen de un tornillo de regulación,

que permite aumentar la presión a ser regulado, las válvulas

limitadoras se colocan en los tanques para garantizar la seguridad

del mismo.

1.3PR

1.2

X

1.1

Y

1.0

B A

P

RS



2

51

4

3

11.- Diseñar.- un circuito neumático que retroceda el hazte del actuador cuando en la cámara

posterior tenga una presión de 4 Kg./cm2

para el inicio o carrera de avance utilice válvula

direccional 3/2 con pulsador.

Válvula” (operación lógica AND)

Conocida también como válvula de Simultaneidad, esta válvula solo se abre cuando recibe señales

simultáneas de dos lugares diferentes. Esta válvula tiene dos entradas X e Y, y una salida A. El aire

comprimido puede pasar únicamente cuando hay presión en ambas entradas. Si se envía solo una

señal de entrada en X ó Y, se interrumpe el flujo debido al desequilibrio de fuerza que actúan sobre

la pieza móvil (corredera). Cuando las señales están desplazadas cronológicamente (cuando se

envía primero una señal en un tiempo t0 y la otra t0 + t ), la última es la que llega a la, salida

A.

Si las señales de entrada son de una presión distinta, la mayor desplaza la corredera y cierra la

válvula logrando de esta manera que la menor se dirija hacia la salida A, si se desea que un

actuador sea maniobrado o cuando se desea que el actuador reciba señales de aire comprimido

simultáneas desde dos puntos diferentes, por ejemplo se aplica por cuestiones de seguridad para el

operario, cuando se desea que el operario tenga ocupadas sus dos manos al accionar un elemento

que pudiera dañarlas, o bien cuando se requiere que sucedan dos hechos simultáneamente. Un

resultado análogo ó de seguridad para el operador se obtiene utilizando dos válvulas en serie.

Aquí circuitos

Válvula de simultaneada función Y

Este circuito está diseñado con una válvula

limitadora de presión que controla la presión

de la parte trasera del actuador de tal forma que

cuando la presión en la cámara alcanza 4

Kg./cm2

esta válvula deja pasar fluido para

accionar la válvula distribuidora 5/2

cambiando la alimentación del fluido para el

retorno de hazte.



Válvula de escape rápido

La válvula de escape rápido se emplea para

expulsar con rapidez el aire la parte delantera o

trasera del actuador permitiéndonos aumentar la

velocidad del hazte del actuador, empleando

válvulas de escape rápido se ahorran tiempo de

retorno y avance especialmente si se trata de

actuadores de simple efecto, se instala lo más

cerca posible del actuador.

Válvulas selectoras de flujos. Función O

Las válvulas selectoras se colocan en los circuitos

para poder comandar un actuador desde diferentes

lugares con dos o más pulsadores. Las válvulas

disponen de dos entradas para la alimentación y

una salida de presión. Funcionan de forma similar

a la válvula anti retorno: el aire entra por la

entrada Y, empuja la bola y cierra la entrada X,

dejando libre la salida A.

Válvula de simultaneidad. Función Y

Las válvulas de simultaneidad se emplean en los

circuitos para reforzar la seguridad. Se necesitan

dos entradas de presión para tener una salida de

presión. La válvula de simultaneidad (figura 4.47)

al recibir la presión por la entrada Y cierra el paso

en esa canalización y abre la otra entrada X para

poder alimentar al actuador del esquema. Se

necesita pulsar la otra válvula 3/2 que tiene libre la

entrada al actuador cilíndrico.

Actuador de simple efecto accionado de dos puntos diferentes

El accionamiento de dos puntos diferentes se hace mediante válvulas selectoras de flujo, estas

válvulas nos permite comandar el avance y el retorno de un actuador ya sea de simple o doble

efecto sin tener que moverse de un lado a otro.



X

1A1A

Y

1S11V1

1V2

1V2

1V1

X

1A1A

Y

1S11V1

1V2

1V2

1V1

A6 A4 A2

A8

A10

A1

Válvulas en Serie

El accionamiento de dos puntos diferentes se

hace mediante válvulas selectoras de flujo

Ejemplos de Aplicación de válvulas selectoras de flujo

Diseñar.- Un circuito neumático de un actuadores de doble efecto que sea accionado de dos puntos

diferentes (extremo derecho e izquierdo).

11.- Diseñar.- Un circuito de comando neumático combinando con válvulas “O”, también llamadas

selector de flujo y la válvula “Y” llamada de simultaneidad.

1V2Accionado la válvula 3/2 lodo izquierdo. Solo asegura el avance o retorno, para completar el

ciclo de trabajo del actuador neumático, necesariamente tiene que ser accionado la válvula del

lado derecho, con ello la válvula 5/2 de comando Neumático dará la alimentación o descarga,

consecuentemente el retorno.

La válvula A1 nos da

alimentación constante de Aire

comprimido, la válvula Y es

accionando de forma separada

por las válvulas A4 y A2, a

través de la selectora de flujo y

de esta forma accionamos la

válvula de simultaneidad, que a

su vez acciona la válvula A1

valvular direccional 3/2,

dándonos avance del hazte del

actuador de simple efecto.



12.- Diseñar.- Un circuito neumático de un actuador cilíndrico de doble efecto comandado

mediante una válvula 4/2 neumático, y esta a su vez esta comandado mediante una válvula 3/2 a

palanca. La carrera de avance del hazte está regulada mediante válvula de flujo, así como también

el retorno del hazte mediante una válvula de escape rápido.

. .

Para iniciar el funcionamiento se acciona la

válvula 3/2ª2, accionado esta válvula se envía

fluido a la valvulaA1 cambiando el sentido de

alimentación y consecuentemente el avance

del hazte del actuador A, con velocidad

controlada por la válvula estranguladora de

flujo, para el retorno del hazte se deja de

accionar la válvula direccional A1 con lo que

la alimentación asume su posición inicial y la

descarga a través de la válvula A02 sin llegar

a la válvula direccional A1

12.- Diseñar.- Un circuito secuencial o también llamado paso a paso, de comando electro

neumático pilotado que cumpla A – B – B + B – A + B +

0.00 daN

0.00 daN

A

Z

A2A1 31

24

Ao1Ao2



Este circuito es accionada de forma manual por el cual acciona a

hasta accionar el actuador A.

accionando a , pasando por y en la posición 2 acciona al actuador B.

Cuando y salen, pasando por , y en su posición 1, accionan el actuador B.

Accionando , en su segunda posición, llaga al actuador A.

Parada o desactivar: , se activa con botonera pasando a y accionando para el sistema.

Parada de emergencia: (botón manual), este pasa por para desactivar .

Movimientos Secuenciales

Concepto de Movimiento secuenciales en circuitos.

Circuitos secuenciales.- los circuitos diseñados para movimientos secuenciales nos permiten

realizar una sucesión automática de movimientos o de operaciones que deben sucederse en cadena o

en orden preestablecido de forma tal que el final de la operación o movimiento del hazte de uno de

los actuadores sea el punto de partida de la operación o movimiento del siguiente hazte del actuador

neumático o hidráulico.

Tipos de movimientos secuenciales

Secuencial semiautomático neumático puro.

Secuencial automático neumático puro.

Secuencia Electro-neumático automático.

a. Secuenciales semiautomáticos y automáticos Neumáticos puros

La obtención de movimientos secuénciales semiautomáticos y automáticos neumáticos

puros, se lo hace con la utilización de válvulas direccionales o de inversión de marcha de

comando neumático, válvulas 3/2 fin de curso neumáticos, válvula secuenciales de contra

presión, dándonos como resultado productividad, seguridad a menor costo.

b. Secuencial electro neumático automático

Se lo hacen con la utilización de válvulas direccionales electro-neumáticas y dispositivos

eléctricos tales como, interruptores, llaves fin de cursos eléctricas y P.L.C.s, temporizadores

y otros, esta interacción nos permiten obtener movimientos automáticos y semiautomáticos

secuénciales de forma simple y segura.

Métodos de representación de los movimientos secuenciales. Existen dos métodos:

a) Método algebraico.

b) Método gráfico.

a) Método algebraico.- Se representa por ( A+B-A-B), siendo A y B los actuadores o elementos

neumáticos los signos más (+) significa avance, menos (-) retorno, en este método también se da la

simultaneidad de movimientos y es algebraicamente representado por (A+B+(-A-B-), el paréntesis

significa movimiento simultáneo de los actuadores A y B.



b) Método gráfico.- Significa representar los movimientos de avance y retorno mediante

diagrama, ejemplo: representación gráfica de los actuadores A y B, movimientos de avance

preestablecido y sucesivo, luego retorno simultáneo de los actuadores. El ciclo de operación por

este método concluye conforme diagrama en tres movimientos, T1 avance de A, T2 avance de B,

finalmente T3 retorno simultáneo de los actuadores.

-+

RT

-+RP

T3T2T1ACTUA

MOV.

A

B

b.-) Ventajas de los circuitos electro neumáticos

Los circuitos electro-neumáticos tienen la ventaja de la rapidez del aire comprimido, la versatilidad

o la facilidad con la que interactúa la Neumática con elementos o dispositivos eléctricos y

electrónicos, debido a ello son muy usados en las modernas y complicadas máquinas automáticas.

Existen dos formas de interacción de los elementos eléctricos y electrónicos con la neumática.

a. Los circuitos neumáticos se conectan al eléctrico mediante presos tatos, que reciben

señales neumáticas.

b. Los elementos o dispositivos eléctricos y electrónicos tales como, llaves fin de curso

eléctricos, sensores, pulsadores eléctricos también llamado borneros eléctricos, P.L.Cs, o

autómata programable, relees eléctricos, temporizadores u otros sensores, todos estos

dispositivos conectado con electroválvulas neumáticas nos permiten automatizar

movimientos de los actuadores. Resumiendo, los circuitos electro neumáticos permiten

realizar con facilidad toda maniobra complicada de máquinas modernas.

La parte eléctrica es responsable del mando automático de los movimientos y la parte

neumática del esfuerzo o trabajo mecánico

Diseño de circuitos electro neumáticos

11.- Diseñar, un circuito neumático de un actuador cilíndrico de doble efecto movimiento continuo

automático, utilice válvula direccional 4/2 normalmente abierta, de doble comando neumático, la

inversión de marcha o movimiento del hazte debe hacerse mediante válvula 3/2 de comando

eléctrico y llaves fin de curso eléctricos.



La flecha cruzada de la válvula direccional 4/2 ya sea en el lado derecho o izquierdo, en el caso

en el lado izquierdo de la válvula direccional indica alimentación o conexión del fluido en la parte

trasera del actuador manteniéndole al hazte del actuador en su recorrido final.

12.-Diseñar un circuito de dos actuadores de doble efecto con comando electro-neumático

secuencial automático “Accionamiento único” secuencia algebraica +A+B-A-B

En los circuitos electro neumático la

secuencia de movimientos se obtiene

con facilidad y seguridad, no se tiene la

dificultad de posibles alteraciones de

presiones de comando. Para el movimiento

secuencial automático de dos actuadores de

doble efecto escasamente precisamos 2

electro-válvula direccionales accionadas por

doble electroimán y 4 llaves de fin de curso

eléctrico en el caso del circuito 12 es una

Instalación simple en relación a la neumática

pura.

Para obtener el ciclo automático de operaciones de los dos actuadores cilíndricos se utiliza una

válvula direccional 3/2 palanca-traba que nos garantiza alimentación continua de fluido a

presiones mientras no se vuelva accionar dicha válvula. Para dar inicio el movimiento del hazte del

cilindro A se acciona el interruptor de partida, siendo en lo sucesivo las inversiones de

movimientos responsabilidad de las llaves fin de curso que envían señal eléctrica a los

electroimanes de las válvulas direccionales que invertirán la alimentación de fluido a presión.

1412

A1

F2

i

F1

? ?

BA

?? ??

P

L

C

S

COMANDO

El ciclo de operación del circuito comienza con

el hazte en su recorrido final y la válvula 3/2

palanca traba ligado, el hazte en su recorrido

final acciona la llave fin de curso eléctrica

enviando señal eléctrica al solenoide de la

electro válvula neumática 3/2 lado izquierdo

con esta señal eléctrica el solenoide acciona la

corredera de esta válvula enviando fluido a

presión por la línea de comando 12 a la válvula

4/2 cambiando el sentido de alimentación del

fluido a la parte delantera del actuador con lo

que comienza la carrera de retorno del hazte,

hasta cerrar la llave fin de curso Fc1 esta envía

señal eléctrica al solenoide de la válvula

direccional 3/2 lado derecho accionado esta

válvula envía fluido a presión por la línea de

comando 14 a la válvula direccional 4/2. Fluido

a presión que sirve para cambiar o invertir el

sentido de movimiento del hazte.



A B

12

a0

a1

a2

b0

b1

14

Circuitos secuenciales Neumáticos puros

13. Diseñar.-

Un circuito secuencial neumático puro para movimiento semiautomático de dos cilindros de doble

efecto que obedecerá a la secuencia algebraica A+B+(-A-B) en función de la secuencia y el

proceso de trabajo deseado “manual, automático y semiautomático” se escoge los elementos

neumáticos

Funcionamiento

Antes de iniciar el ciclo de operación constatamos que los haztes de los actuadores cilíndricos están

retraídos debido a la presión que reciben sus cámaras delanteras a través de las válvulas

direccionales 5/2 de centro abierto, igualmente esta presurizada la válvula 3/2 botón-resorte y los

fines de carrera 3/2 válvulas de rodillo.

Se inicia el ciclo de operación accionando la válvula 3/2 botón-resorte esta envía fluido a presión a

través de la línea de comando a la válvula direccional 5/2 lado izquierdo, este fluido a presión

acciona a las correderas de esta válvula cambiando el sentido de alimentación del fluido y con ello

iniciando el avance del hazte del actuador A, este avance se da hasta encontrar y accionar la válvula

fin de carrera que esta presurizada, al ser accionado entra fluido mediante la línea de comando 12 a

la válvula direccional del actuador B, este fluido acciona a la corredera de dicha válvula dando

inicio al movimiento del hazte del actuador B, hasta accionar a la válvula fin de carrera, que a su

vez esta envía fluido a presión por la línea de comando 14 y 16 a las válvulas direccionales de

ambos actuadores dándonos el retorno simultaneo de los haztes conforme la relación algebraica

A+B+(-A-B) terminando el ciclo de operación discontinuo.

14.- Diseñar, un circuito neumático secuencial automático que comande el movimiento de dos

actuadores cilíndricos de doble efecto y obedezca a la secuencia algebraica A+B+ (A-B-).

10

A B

16

12

11

14



Los elementos neumáticos importantes para la automatización de este circuito son; válvula

direccional 3/2 palanca-traba que nos permite alimentación continua del fluido, válvula 3/2 de

rodillo que hacen de fin de curso e inicio del ciclo de operación.

Antes de iniciar la operación del circuito verificamos que los haztes de los actuadores cilíndricos

están retraídos, debido a que reciben fluido a presión y a través de válvulas direccionales 5/2

normalmente abierta “bo, ao” también se verifican que el fluido a presión llega a las válvulas b1 fin

de curso y a la válvula 3/2 direccional palanca -traba.

Se inicia el ciclo de operación, accionando la válvula direccional 3/2 palanca-traba, con lo que

enviamos fluido a través de la válvula 3/2, a la válvula direccional 5/3 del actuador cilíndrico A,

haciendo que esta presión invierta la alimentación del fluido e inicie su carrera de avance del hazte

del actuador cilíndrico A y se presurice la válvula fin de curso a2, que a su vez cuando accionada

alimenta con fluido a presión a la válvula direccional 5/2 del actuador cilíndrico B, dando inicio al

avance del hazte de este cilindro, este avance se da hasta atingir a la válvula fin de curso b1, siendo

esta accionada alimenta con fluido a presión de forma simultánea a la válvula direccional del

actuadores cilíndricos A y B, con lo que se cambia el sentido de alimentación del fluido en

consecuencia el retorno simultáneo de los actuadores A y B, terminando el ciclo de operación del

próximo de forma automática toda vez que la leva del hazte del actuador A asienta sobre el rodillo

de la válvula 3/2 con lo que la misma asume la posición centro abierto.

15.-Diseñar.- un circuito neumático semiautomático de un taladro que tenga la siguiente secuencia

de movimiento a) Sujeción de la pieza b) Avance lento o controlado del taladro.

c) retroceso del taladro y aflojado simultaneo de la pieza.

Funcionamiento: antes del inicio de la operación vemos que los haztes de los actuadores están

totalmente retraídos debido a que reciben fluido a presión a través de las válvulas direccionales 5/2

comando neumático, igualmente están presurizadas las válvulas de rodillo 3/2 de centro cerrado que

actúan como válvulas fin de curso. Para dar inicio al ciclo de operación se acciona la válvula 3/2

botón-resorte, la misma que envía fluido a presión a través de la tubería de comando 10 a la válvula

direccional 5/2 del actuador de ajuste este fluido acciona la corredera de la válvula 5/2 direccional

cambiando el sentido de alimentación del fluido y con ello el avance del hazte consecuentemente el

10

14

12

B

5/2

3/2



ajuste de la pieza, el ajuste está controlado por la válvula 3/2 de rodillo fin de curso, la misma que

terminando este proceso es accionado por el propio hazte dando paso al fluido y con ello el avance

lento del taladro debido a la acción de la válvula estranguladora de flujo que ésta localizado en la

tubería de descarga, este avance se da hasta que el taladro accione a la válvula fin de curso, esta

válvula al ser accionada envía fluido a las válvulas direccionales 5/2 a través de las tuberías de

comando 12 y 14, dándose el retorno simultáneo de los haztes y con ello finalizando el ciclo de

operación

16 .-Diseñar.- Un circuito neumático, secuencial, automático de dos actuadores de doble efecto que

tenga un sistema de emergencia con retorno inmediato a la posición inicial, utilice válvulas

selectoras de circuito para la presurización de retorno a la posición inicial, la secuencia deseada

debe ser A+B-A-B+.

Para obtener el movimiento automático de los haztes de los actuadores A y B obedeciendo la

secuencia A+B-A-B, es necesario mantener la válvulas direccionales 3/2 E3 palanca trava centro

cerrado ligada y también utilizar válvula 5/2 E4 palanca traba de centro abierto.

La válvula 5/2 E4 palanca-traba sirve para alimentar el sistema y obtener el retorno inmediato o de

emergencia de los haztes de los cilindros A y B, esto se consigue accionando esta válvula con lo

que cambiamos el sentido de alimentación, a consecuencia se despresuriza las válvulas 3/2 fin de

curso b1, b2, a1, a2, enviándose fluido para el retorno de los haztes de forma simultánea a través de

las válvulas E1 y E2 selectoras del circuito.

Funcionamiento. Para dar inicio al ciclo continuo “automático” de operación es necesario accionar

la válvula palanca-traba 3/2 E3 con lo que se envía fluido a presión a través de la válvula b1 3/2 de

centro abierto fin de curso a la línea de comando 10 lado izquierdo de la válvula direccional 5/2 ao

siendo esta accionada envía fluido a presión a la parte trasera del actuador A con lo que se inicia el

avance de su hazte hasta accionar a la válvula fin de curso a2, ésta al ser accionado da paso al

fluido a presión a la línea de pilotaje 12 de la válvula direccional 5/2 Vd. lado izquierdo, presión de

comando que liga esta válvula enviando fluido para el avance del hazte del actuador B, este avance

se da hasta accionar la válvula fin de curso b2, esta, a su vez envía fluido a través de la válvula E1

selectora de circuito a la válvula 5/2 ao lado derecho consecuentemente el retorno del hazte del

actuador A, este retorno se da hasta su posición inicial en la que acciona a la válvula 3/2 a1 fin de

A B

E1

a0

a1

a2

b1

10

5/2

5/2

5/2

b2

E2E3

E4



curso que al ser accionado envía fluido a presión a través de la válvula selectora de circuito E2 a la

línea de comando lado derecho de la válvula direccional 5/2bo, con lo que se tiene el retorno del

hazte del actuador cilíndrico B concluyendo el ciclo de operación e inmediatamente comenzando el

próximo.

17. Diseñar, un circuito neumático que signifique implementar en tornos automáticos, un

dispositivo que seleccione las primeras piezas y las últimas “defectuosas” de una barra que se está

mecanizando, se trata de separar los extremos de una barra que debe ser industrializado, por lo que,

se soluciona instalando válvulas 3/2 “fines de curso neumáticos”, al principio y al final del tubo que

soporta la barra a ser industrializado. Las piezas seleccionadas se hacen caer en recipientes

diferentes manipulados por el movimiento de traslación del hazte de un actuador de doble efecto.

El proceso de automatización se obtiene utilizando válvula direccional neumática 4/2 de doble

pilotaje que tiene la característica de establecer conexión o cortes con los actuadores neumáticos en

cualquier de sus posiciones manteniendo el hazte del actuador totalmente retraído o viceversa en

función de las necesidades, para dar inicio al ciclo continuo de operación debe ligarse la válvula

direccional 3/2 palanca-traba, dando lugar a que el aire pase a la parte trasera del actuador de doble

efecto y con ello se tiene el recorrido del hazte y el acomodado de la bandeja para recibir las piezas

malas hasta que la válvula 3/2 fin de curso sea accionado dando curso al pilotaje de la válvula 4/2

con ello cambiando el sentido de alimentación de esta válvula, el cambio de posición de la bandeja

para recibir las piezas buenas hasta que sea accionado la segunda válvula fin de curso 3/2

cambiando con ello el recorrido del cilindro, dando lugar a que la bandeja vuelva a recibir las partes

malas.

Proyecto de un sistema de Carga y Descarga

18.- Diseñar. Un circuito secuencial de comando electro-neumático automático continuo de un

sistema de carga y descarga de producto, siendo la secuencia preestablecida A + B +(A – B-), A

actuador en posición vertical B actuador en posición horizontal.

TORNO

SOPORTE DE LA BARRA

MALO BUENO

4/2



1.- El producto cae por gravedad a través de la rampa a la bandeja del actuador A.

2.- Para obtener el proceso automático, del ciclo, se utiliza válvula 3/2 direccional palanca-traba la

que nos asegura alimentación continua de aire comprimido, ligado ella mantiene los haztes de los

actuadores en posición de retraído.

3.-Para dar inicia al movimiento del hazte del actuador A, se acciona el interruptor de partida con el

que se envía una señal eléctrica al solenoide del lado izquierdo de la electro válvula 5/2 centro

abierto del actuador A haciendo que el hazte avance hasta su recorrido final en la que se encuentra

una llave fin de curso eléctrica F2, la misma que acciona al solenoide izquierdo 5/2 del actuador B

haciendo que su hazte avance y empuje el producto de la plataforma del actuador A, hasta accionar

la llave fin de curso que como efecto de ello envía señal eléctrica a los solenoides derecho de las

válvulas 5/2 de ambos actuadores cilíndricos, dandose el retorno simultáneo de los haztes.

El hazte del actuador A, en su carrera de retorno acciona la llave fin de curso dando reinicio

automático del ciclo de operación.

Ejemplos de Cálculo y Criterios aplicados para seleccionar los Actuadores Cilíndricos

Se toma en cuénta los siguientes criterios:

Fuerza real a ejercer por el actuador cilíndrico

Recorido del aste

Limitaciones por esfuerzos “pandeo del vástago”.

Supongamos los esfuerzos que van a realizar los actuadores cilíndricos A y B sean 5 Kgf, el

esfuerzo que el actuador debe hacer empujando el material sea aproximadamente 3.5 Kgf,

asumiendo perdidas por fricción un valor de 10% la carga a empujar seria de 3.85 Kgf, por

seguridad de una falla tomamos un valor de 5 Kgf, por el actuado cilíndrico B tomamos igual 5 Kgf

de peso que debe levantar, considerado el paso del material mas el peso del actuador, asumiendo de

la misma forma perdida por fricción del 10%, la fuerza total a levantar debe ser 5.5 Kgf . Debido a

que lo esfuerzos que deben realizar los actuadores cilíndricos A, B y C son relativamente pequeños,

no tendremos en cuenta sus limitaciones por esfuerzos a pandeo del vástago.

De forma definitiva, la selección de los actuadores cilíndricos depende de:

Valor de la carga.

Dimensiones del vástago.

Material del vástago.

?

?

??

PLC

A

B



Longitud entre empotramiento.

La presión de trabajo que vamos a utilizar es de 6 bar.

Calculo para los Actuadores Cilíndricos

La fuerza teórica de avance viene dada por la expresión:

= P*S = P*

La fuerza real será:

F = * n

Donde n es la eficacia o rendimiento del cilindro (hasta D = 40 mm, n = 0.85). Para D superior n =

0.95 tenemos:

5.5 = * n

donde consideramos a n = 0.85 suponiendo que en principio el diámetro del actuador no sea mayor

de 40 mm, que salvo imprevisto se re calcularía con el otro valor.

Entonces tenemos:

5.5 = * 0.85

de donde obtenemos que:

= 5.88 [Kgf]

De la siguiente expresión podemos despejar D:

= P*

Despejando y sustituyendo valores obtenemos que D = 1.12 cm = 11.2 mm.

Hemos obtenido que el diámetro de nuestro actuador cilíndrico debe ser de 11

2 mm. Debido a que los diámetros están normalizados según ISO 3320, escogemos el inmediato

superior. Según la tabla en los manuales el actuador de 12 mm. Realiza un esfuerzo de salida de

6.79 Kgf que será suficiente para vencer nuestro esfuerzo teórico que es 5 Kgf. Con esto deducimos

que este actuador cilíndrico es apropiado para nuestros intereses.

Elegiremos dos actuadores cilíndricos serie C85 de diámetro de émbolo de 12 mm y el diámetro del

hazte es de 6 mm.

Calculando la presión de entrada tenemos que:

=

=

= 4062 [bar] 5[bar]

Consumo de Aire en los Actuadores Cilíndricos

Uno de los factores que necesariamente deben ser tomados en cuenta en este diseño neumático es el

consumo de aire que ejercen en los actuadores cilíndricos este consumo se puede determinar

mediante la siguiente expresión:

Q =

* (2 - ) * L *P * n



Donde:

Q = caudal consumido por el actuador cilindrico en l/min.

D = diámetro interior del cilindro en cm.

d = diámetro del hazte en cm.

L = carrera del hazte en cm.

P = presión de trabajo delo cilindro en bar.

n = número de ciclos por minuto.

Ahora para seguir el procedimiento del cálculo es necesario conocer el recorrido de cada un

o de los haztes:

Entonces con los recorridos de los actuadoresconocidos podemos seguir con los cálculo:

Actuador A

Calculo del consumo mediante la anterior exprexion:

Q =

* (2 - ) * L * P * n

Datos:

D = 1.2 cm.

d = 0.6 cm.

L = 16 cm.

P = 6 bar.

n = 10 carr/min.

Remplazar los datos en la expresión de consumo entonces tendremos:

Q =

* 2 * ( ) - ( ) * 16 * 6 * 10 => Q = 1.9 [litro/min.]

El consumo del actuador A es 1.9 [litro/min.]

Actuador B

Q =

* (2 - ) * L * P * n

Datos.-

D = 1.2 cm.

d = 0.6 cm.

L = 16 cm.

P = 6 bar.

n = 10 carr/min.

Remplazando los datos en la expresión de consumo entonces tendremos:



Q =

* 2 * ( ) - ( ) * 16 * 6 * 10 => Q = 1.9 [litro/min.]

El consumo del actuador B es 1.9 [litro/min.]

Actuador C

Q =

* (2 - ) * L * P * n

Datos.-

D = 1 cm.

d = 0.5 cm.

L = 0.25 cm.

P = 6 bar.

n = 10 carr/min.

Remplazando los datos en la expresión de consumo entonces tendremos:

Q =

* 2 * ( ) - ( ) * 0.25 * 6 * 10 => Q = 0.206 [litro/min.]

El consumo del actuador C es 0.206 [litro/min.]

Selección de Válvulas Distribuidoras

Coeficiente de Caudal

Habiendo observado los diagramas P-Q teniendo una presión, teniendo una presión de alimentación

de 6 bares.

Previo al cálculo de los caudales determinamos si la velocidad será Sónica o Subsónica, para lo que

adoptamos la expresión.

+ 1.01 ≤ 1.893 ( + 1.013) ……….. 1

De donde tenemos que:

= Es la presión de entrada a la válvula y esta es igual a 6 bar.

= Es la presión de salida de 5 bar.

Remplazando los valores en la ecuación 1

6 + 1.01 ≤ 1.893 (5.8 + 1.013)

7.013 ≤ 12.89……. esta velocidad es subsónica

la expresión que se usara al ser la velocidad subsónica será:

Q = 400 * * √ ( ) * √

donde:

Q = caudal (Nl/min.)

= Presión de alimentación

= Presión de salida



= temperatura del fluido ºC

= factor

Válvula distribuidora 1 y 2 (Actuador 1 y 2)

Como vimos anteriormente el coeficiente de caudal para las válvulas era = 0.2 teniendo esto

solo nos queda sustituir en la expresión.

Q = ? ( l/min.)

= 5.8 bar.

= 0.8 bar.

= 20 – 25 ºC

= 0.2

Q = 400 * 0.2 * √ ( ) * √

Q = 85.55 [l/min.]

Calculo de las Tuberías de Alimentación

El diámetro de las tuberías de aire comprimido hasta el área de montaje, el cálculo lo realizamos

mediante una tabla lo cual mostraremos más adelante cuando se tenga que realizar sus cálculos

previamente a esto se deberá calcular cual es el consumo total de nuestro montaje, el cual consistirá

en el consumo total de los tres actuadores recordemos los valores calculados anteriormente:

Actuador Cilíndrico A: 1.9 L/min.

Actuador Cilíndrico B: 1.9 L/min.

Actuador Cilíndrico C: 0.206 L/min.

Consumo Total

El consumo total será la suma de los anteriores consumos pero este consumo podrá ser redondeado

Q = 7 L/min.

El siguiente paso es la conversión de litros de aire a presión a litros de aire libre, lo cual se lo llevará

acabo de la siguiente expresión:

Q = (

)

donde tendremos:

Q = ? (litros de aire libre)

Q = 7 L (litros de aire a presión)

P = 6 bar (presión de aire)

Siendo nuestro consumo total de 7 litros de aire comprimido por cada minuto y nuestra presión de 6

bar.

Sustituyendo en la ecuación anterior

Q = 7 (

) = 27.73 L/ min.

Q = 0.002773



Calculo de la Tubería de servicio

Las tuberías de serbio o bajantes son las que alimentan a los actuadores o herramientas neumáticas

estas mangueras llevan enchufes rápidos, la velocidad máxima en esta tubería es de 30 m/s.

ΔP = (

)

D = (

)

D = 3.54 mm

ELIJO D = ¼ Pulg.

Al margen de esto se utilizara consumo de 500 litros/min. con el objetivo de prever que un futuro se

montaran mas componentes a este proceso, entrando a tablas y con los datos anteriores calculados y

si consideramos que haya una pérdida de 0.2 kg/ por cada 10 m de tubería y una presión d

trabajo a 6 kg/ resultara que el diámetro nominal de la tubería que debemos elegir es 3/8” , el

material que emplearemos en la tubería es el cobre el cual su equivalente en milímetros es de 9.37

mm. con lo que se elegirá su superior que llegara a ser 10 mm esta tubería soporta una presión de

trabajo de 85 bar. la cual está por encima de la presión a utilizar, pero también cabe recalcar que

estamos previendo una fututa una instalación de 6 bar por lo cual concluimos, que nuestra tubería

seleccionada es la correcta.

El consumo de aire de nuestro actuador determinará la elección de nuestra válvula distribuidora,

este cálculo de consumo de aire lo realizaremos de dos maneras, mediante tablas y mediante

formulas. El cálculo mediante formulas lo realizaremos mediante la siguiente expresión:

Q =

* (2 ) * L * P * n

Para no extendernos demasiado, diremos que las distintas letras y las unidades en las se deben

utilizar, están detalladas en el apartado para su cálculo. Pero donde se ve un pequeño inconveniente

es en “n”, ya que la utilizaremos como 10 (carr/min.) y debemos explicar porque realizan porque

realizan los cilindros estas 10 carreras/min. Recordemos el diagrama espacio tiempo, donde se vio

la duración completa del ciclo secuencial que era de 6seg. ya que en este tiempo de donde

obtenemos este numero de ciclos completos y por lo tanto el número de carreras que realizan los

cilindros. Mediante una simple división comprobada como en un minuto se pueden realizar 10

ciclos.

El cálculo del consumo también lo podemos calcular mediante una tabla, pero solo podremos

calcular mediante tablas el consumo del actuador, cuando el actuador sea mayor o igual a 15 mm ya

que en tabla el diámetro mínimo que aparece es de 15 mm y nuestros actuadores son menores a este

diámetro. El diámetro del tubo que usaremos es de 6 mm, ya que se trata de una tubería de potencia.

Concentrándonos ahora en los diagrama de P-Q en los manuales de laboratorio, donde pudimos

comprobar que nuestras válvulas distribuidas cumplían los requisitos necesarios. Pudimos

comprobar cómo podían proporcionar el caudal necesario para los actuadores, así como pudimos

comprobar que con las presiones de alimentación y los cuales requeridos, permanecían en región

subsónica.

Veamos a continuación como realizamos el cálculo de los caudales mediante los coeficientes de

caudal. Lo primero que tuvimos que hacer fue comprobar numéricamente si nos encontrábamos en

la región subsónica o sónica. Para tal fin empleamos la siguiente expresión:



+ 1.01 ≤ 1.893 ( + 1.013)

donde es la presión de alimentación y es la presión de salida de la válvula distribuidora, la

cual consideramos como 5.8 bar, consideremos esta cifra debido a que, mediante los diagramas P-Q

vimos que las perdidas eran mínimas y establecimos que la perdida de presión fue de 0.2 bar , por lo

que la presión de salida es de 5.8 bar en la expresión anterior es ≥ , decimos que la velocidad es

sónica, y si es ≤ subsónica, el resultado encontrado al sustituir las dos presiones se encontró que era

subsónica.

Al comprobar que es subsónico, ya sabemos la expresión que debemos utilizar para cálculo de los

caudales mediante los coeficientes de caudal.

Nuestra expresión es:

Q = 400 * * √ ( ) * √

Las distintas unidades que debemos introducir en la ecuación están detalladas en el apartado

destinado en ese fin, el cálculo de caudales por medio de los coeficientes de caudal. Solo se dirá

uno, el de la temperatura del fluido, el cual hemos utilizados como 20ºC, considerando el fluido en

condiciones normales.

Aplicando nuestros datos en la expresión según cada tipo de válvula distribuidora, obtuvimos

nuestros resultados.

Para finalizar el último apartado al que nos vamos a referir es del cálculo de la tubería de

alimentación. La tubería de alimentación es la que nos lleva presión desde el compresor hasta la

zona de instalación del automatismo neumático. Esta tabla la encontramos al final del tema uno de

los apuntes. Para poder entrar en tabla hace falta algunos datos: el caudal del aire en litros de aire

por minuto, la pérdida de presión por cada 10 m de tubería, y la presión de trabajo.

En nuestro caso la presión de trabajo fue de 6 bar , la perdida de presión por cada 10 m de tubería

queremos que sea de 0.2 bar por cada 10 m de tubería , lo único que nos queda por saber para poder

y utilizar la tabla es el consumo de litros por aire libre por minuto. El consumo total que tendremos

en nuestro automatismo será la suma de los consumos de los cilindros, pero este consumo es en

litros de aire libre. Esto se consigue mediante la siguiente expresión:

Q = (

)

En el correspondiente apartado, donde se realizo cambios oportunos para saber el caudal en litros de

aire libre por minuto. Para entrar en la tabla, recordemos que utilizamos 500 l/min, cuando lo que

nos hacía falta era tres veces menor. Esto se debe a que en el automatismo que se ha diseñado, se va

a instalar nuevos componentes que triplican su consumo.

El diámetro nominal que obtenemos es en pulgadas, la cual pasaremos a milímetros para poder

elegir el diámetro en las tablas que hay, para elegir las tuberías en función del material que están

hechas, donde están en mm.

Componentes Sistemas Neumáticos

A co0ntinuacion vamos a dar las especificaciones de cada uno de los distintos elementos que

hemos utilizado para montar este automatismo electro neumático.

Los elementos son:



Actuadores

Cilindro A

DSEU-12-160-P-A

Doble efecto

Serie DSEU

Diámetro del émbolo: 12 mm

Diámetro del hazte: 6 mm

Lubricación no necesaria, si se utiliza aceite, se recomienda ISOVG 32

Velocidad: 140 – 200 mm/seg

Detección por fin de curso

Amortiguación elástica

Carrera máxima: 160 mm


P (Detección sin posición sin contacto)

MA (culata delantera con brida roscada, culata trasera con toma de aire axial)

Actuador B DSEU-12-160-P-A

Esfuerzo a realizar: 5 kgf

Doble efecto

Serie DSEU







Detección por fin de curso




P (Detección sin posición sin contacto)


Actuador C

DSEU-10-25-P-A

Esfuerzo a realizar: 3.6 kgf

Doble efecto

Serie DSEU








P (amortiguación elástica en la posición final)

A (detección de posición sin contacto)


Fijaciones

2 * HBE – 12

HBE – 10

Válvulas Distribuidoras

Válvula distribuidora 1 (para el cilindro A)

CPE 14 – M1H – 5/3 – G1/4



5/3

Biestable

Montaje individual o en placa

Lubricación si se utiliza aceite se recomienda ISOVG32

Conexiones G1/4

Presión de trabajo: 1 – 10 bar.

Presión de pilotaje: 1 – 10 bar.

Válvula distribuidora 2 (para actuador B)

5/2

Monoestable

Conexiones: G1/4

Montaje individual o en placa múltiple (batería)

Electro válvula con bobina N2 y accionamiento manual auxiliar

Ancho 26 mm

D – 24 Vcc



Válvula distribuidora 3 (para el actuador C)

MN2H - 5/2 – D – 01 – FR

5/2

Monoestable

Conexiones: G1/4”


Electro válvula con bobina N2 y accionamiento manual auxiliar

Ancho 26 mm

D – 24 Vcc



Filtro Lubricador

LOE – ¼ - D – MINI

Pmax: 10 bar

Reguladora de Presión + manómetro



LR – ¼ - D – MINI

Pmax 1: 16 bar.

Pmax 2: 12 bar.

Válvula de Estrangulamiento y Anti retorno

5 * GRLA – ¼ - QS – 6 – RS – D

6 – Diámetro exterior del tubo flexible

Conexiones ¼

Silenciadores

6 * U – ¼

Conexiones G1/4”

Polímero

Caudal hasta 3400 l/min.

Nivel de ruido 77

Presión de alimentación máxima: 10 bar.

Compresor

Modelo LB50F

Desplazamiento 100 l/min.

Velocidad de rotación 2800 rpm.

Potencia 2.5 HP

Presión 115 Psi = 8 bar.



Peso 36 kg

Voltaje 220 V

Tanque 450 L

Tubería de Servicio

10 * PUN – 6 * 1 – BL

Color azul

Diámetro exterior 6 mm

Tubería Principal

3 * PUN – 10 – 1-.5 BL

Color azul

Diámetro exterior 10 mm

DISEÑO DE UN ENCAJONADO AUTOMATICO

Proyecto neumático para el encajonado de productos farmacéuticos

Antecedentes

La necesidad de automatizar el encajonado de productos farmacéuticos nos lleva a diseñar un

circuito neumático que realice el proceso. Así se evitara operaciones tediosas y ahorro en personal

de trabajo, además que el peso del producto será vencido con mayor facilidad. se ha escogido el

fluido de trabajo aire comprimido por que no es contaminante, inflamable y es exigencia de las

normas vigentes.



Nombre Producto Dimensiones a encajonar Peso (Kgr) Cloranfenicol en barras 250x250x200(mm) 5 Proteico herbalife contra

obesidad 250x300x300 (mm) 6



SISTEMA SIMPLIFICADO

ETAPA CILINDRO

1 A+ Elevación de la pieza 2 C- Posicionamiento de la caja 3 B+ Abastecimiento al cajón 4 A- Retorno del vástago de elevación

5 C+ Retorno del hazte de carga

6 B-

DIAGRAMA ESPACIO-FASE SEÑALES DE MANDO

LAS ORDENES SON LAS SIGUIENTES

1. A+ : levantado de la pieza

2. C- : levantado del cajón

3. B+ : alimentación o colocado de las piezas

4. A- : retroceso vástago del levantador

5. C + B- : retroceso de la caja y retroceso del hazte del alimentador o colocador



ESQUEMA NEUMATICO

0.00 Bar

0.00 Bar



CRITERIOS APLICADOS PARA SELECCIONAR LOS ACTUADORES

Ahora vamos a pasar a determinar los distintos actuadores que tenemos que elegir, teniendo en

cuenta que los principales criterios para seleccionar los actuadores en los que vamos a centrar son:

Fuerza real a ejercer por el actuador

Limitaciones por esfuerzos a pandeo del hazte

Los esfuerzos que van a realizar los actuadores so de 5 Kgf para los actuadores A (empuja al cajón

hacia al soporte de caja) y C (levanta el cajón vació para el llenado posterior con el producto) y B

(empuja el producto hacia al cajón); debido a los esfuerzos a realizar por los actuadores A; B y C

son relativamente pequeños, no tendremos en cuenta sus limitaciones por esfuerzo a pandeo. Pero el

actuador C realiza un mayor esfuerzo debido a que tendrá que vencer el peso del cajón con el

producto y la guía metálica.

En nuestro caso obviaremos las limitaciones por esfuerzos a pandeo del vástago en actuadores que

trabajan a compresión y depende de:

Del valor de la carga

De las dimensiones del hazte

Del material del hazte

Longitud entre empotramientos

La presión de trabajo que vamos a utilizar va a ser de 6 bar.

Pasemos a calcular el tipo de actuador que tendremos que escoger. Recordemos a los actuadores A;

B y C : 5 Kgf todos ellos trabajan con una presión de 6 bar. Pero antes vamos a ver las expresiones

con las que vamos a trabajar.

La fuerza teórica de avance ( TSF ) viene dada por la expresión

4

***

2DPSPFTS

La fuerza real

*TSfF

Donde es la eficacia o rendimiento interno del cilindro (hasta D = 40 mm, =0.85; para D

superiores = 0.95)

Actuador A

Como hemos dicho anteriormente, la presión de trabajo es de 6 bar. y el esfuerzo a realizar de 5

Kgf. Como 5 Kgf. Es la fuerza real que debe ejercer el actuador tenemos que

*5 TSf



Donde consideramos a =0.85, suponiendo que, en principio el diámetro del actuador cilíndrico

mayor de 40 mm que salvo imprevisto, se re calcularía con el otro valor.

Entonces tenemos que

85.0*5 TSf de donde obtenemos TSf = 5.88 Kgf

De la siguiente expresión podemos despejar D:

*

*4;

4

**

2

P

fD

DPf TS

TS

Sustituyendo obtenemos que:

mmcmP

fD TS 2.1112.1

*6

88.5*4

*

*4

Hemos obtenido que el diámetro de nuestro actuador debe ser de 11.2 mm. Debido a que los

diámetros están normalizados según ISO 3320, escogeremos el inmediato superior. En nuestro caso

debemos escoger un actuador de 12 mm de diámetro. Según el catalogo o manuales del actuador de

12 mm realiza un esfuerzo de salida de 6.79 Kgf, que será suficiente para vencer nuestro esfuerzo

teórico: 5.88 Kgf.

Con esto deducimos que este actuador es apropiado para nuestros intereses.

Elegiremos un actuador cilíndrico de serie C85de diámetro 12 mm.

Calculamos la presión de entrada tenemos que:

barbarcm

Kg

s

wPentrada 5424.4

13.1

52

El tipo de fijación que hemos elegido para este actuador es por brida posterior ya que este actuador

va colocado en posición vertical.



Vemos que la carrera máxima permitida en este actuador cilíndrico para que no se produzca efecto

de trabajo también es la misma, 6 bar. Podemos decir que obtendremos los mismos valores para

actuador cilíndrico y para otro comprobamos

*5 TSf ; 85.0*5 TSf ; KgffTS 88.5

Y con las pertinentes operaciones llegamos a:

mmcmP

fD TS 2.1112.1

*6

88.5*4

*

*4

Efectivamente, los valores para los actuadores cilíndricos A, B y C son los mismos, por lo que

podemos decir que los actuadores cilíndricos B; C también serán actuadores cilíndricos de serie

C85 de 12 Mm. de diámetro. Se utilizaran los mismos actuadores cilíndricos para hacer llegar el

producto a la caja.

COMPONENTES SISTEMA NEUMATICO

A continuación vamos a dar las especificaciones de cada uno de los distintos elementos que hemos

utilizado para montar este automatismo neumático. Los elementos son:

ACTUADORES



Actuador A

Esfuerzo a realizar: 5 Kgf

Doble efecto

Serie C85

Diámetro del embolo: 12 mm

Diámetro del vástago 6 mm

Coxecciones M5

Lubricación no necesaria, si se utiliza aceite, se recomienda ISOVG32

Velocidad: 50-1500mm/seg.

Detección magnética



Actuador B

Esfuerzo a realizar: 60gf

Doble efecto

Vástago simple

Serie C92


Diámetro del vástago 16mm

Coxecciones: G1/4”

Velocidad máxima: 500mm/seg

Amortiguación neumática regulable

Capacidad de la amortiguación: 25 Kgf/cm

Actuador C

Esfuerzo a realizar: 5 Kgf

Doble efecto

Serie C85


Diámetro del vástago 6 mm

Coxecciones M5



Detección magnética



VALVULAS DISTRIBUIDORAS DIRECIONALES O DE INVERSION DE MANDO

Válvula distribuidora 1(para el actuador A):

Serie VZA 3200-MS

5/2 vías

Biestable

Caudal: 197(NL/min)


2.0VC




Coxecciones M5

Presión de trabajo 1-7 bar

Presión de pilotaje 1-7 bar

Válvula distribuida 2 (para el actuador B):

Serie EVFA 3130-02F

5/2 vías

Biestable

Coxecciones: G1/4”

Caudal: 984(NL/min)


1VC




Válvula distribuida 3 (para el actuador C):

Serie VZA 3200-MS

5/2 vías

Biestable

Caudal: 197(NL/min)


2.0VC


Conexiones M5



VALVULAS DE PULSADOR

Serie EVM100

3/2 vias

14.0VC

Conexiones G1/8”

Pulsador saliente tipo seta

Sección efectiva 2.5mm 2

FINALES DE CARRERA

Serie EVM800

3/2 vías

Rodillo

Conexión g1/8”

Sección efectiva .6mm 2

33.0VC



FOLTRO Y REGULADOR DE PRESION (UNIDAD DE ACONDICIONAMIENTO)

Serie 1301- EIW

Conexión G1/4”

Presión de alimentación máxima 10 bar

ELEMENTOS ADICIONALES

Una células o válvulas “Y” para la seguridad del sistema

CONSUMO DE AIRE EN LOS ACTUADORES CILINDRICOS

Son factor importante a tener en cuenta en este automatismo neumático es el consumo de aire que

realizan los actuadores, el cual también se puede determinar mediante una expresión:

nPLdDQ ***24000

22

donde:

Q = caudal consumido por el actuador en l/mim.

D = diámetro interior del actuador cilíndrico en cm.

d = diámetro del hazte en cm.

L = carrera del hazte en cm.

P = presión de trabajo del actuador en bar.

n = numero de ciclos por minuto.



El cálculo del consumo también lo realizaremos mediante el siguiente monograma:



Pasemos a realizar los cálculos para cada uno de los actuadores

Se tiene los recorridos de los haztes:

Actuador A

Vamos a calcular el consumo mediante la anterior expresión:

D = 1.2 cm.

d = 0.6 cm.

L = 30 cm.

P = 6 bar.

n = 3 carr/min.

Sustituyendo:

El consumo del actuador A es de 1.068 l/min.

El consumo del actuador A por medio del monograma lo podemos realizar debido a que el

diámetro mínimo que aparece en la tabla es de 15.

Actuador B:

Sustituyendo en la expresión:



El consumo realizado por el cilíndrico B calculado empíricamente es de 1.040 litros por minuto.

Ahora vamos a realizar el cálculo del consumo del actuador B mediante el monograma mostrado

anteriormente; para lo cual necesitamos los siguientes datos:

Los pasos son los siguientes pero el cálculo no se lo realiza porque el menor diámetro al que llega la

tabla es de 15mm. Pero estamos suponiendo algunas curvas para realizar el cálculo aproximado.

- Calculamos el recorrido total del embolo

- Entrando en el monograma determinamos el caudal

- El recorrido total del aire en la tubería

- Entrada ahora en el monograma por la parte de la izquierda obtenemos el valor del caudal

debido a las tuberías.

- El consumo global de aire medio por minuto será

- El consuno real será.

- Mediante el monograma el consumo del actuador B nos da ha resultado ser de 3.125 l/min.

Este cálculo está hecho con una curva hipotética.

Actuador C

Los datos a sustituir en la expresión son:



Sustituyendo los datos en la expresión:

El consumo del actuador C empíricamente ha resultado ser de 1.025 litros/minuto.

Al igual que ocurría con el actuador A no podemos calcular el consumo del actuador bebido a que

en la monografía el diámetro más pequeño que aparece es de 15mm y nuestro diámetro es de

12mm.

CRITERIOS PARA SELECCIONAR VALVULAS DISTRIBUIDAS O DIRECCIONALES

En el listado vimos que los componentes que para los actuadores A y B elegimos unas válvulas

distribuidoras 1 y 3, 5/2 vías ; serie VZA 3200-MS, con un caudal de 197 l/min.

Y Cv = 0.2

Recordemos que para el actuador C escogemos una válvula 5/2 vías, serie EVFA 3230-02F, con un

caudal de 984 Nl/mib. y un Cv = 1.

Vemos que en ambos el caudal que pueden proporcionar a nuestros cilindros es mucho mayor del

que necesitan; por lo que nos damos cuenta de que son actas para necesidades.

COEFICIENTE DE CAUDAL

Habiendo observado los diagramas P-Q y como hemos comentado en el aparato anterior y las

perdidas mínimas. Vamos a considerar que, teniendo una presión de alimentación de 6 bares.

Antes de calcular los caudales, veamos si la velocidad es sónica o subsónica para saber la expresión

que tendremos que usar ya que esta no es la misma según sea la velocidad sónica o subsónica

Siendo P 1 la presión de alimentación, 6 bar. y 2P la presión de salida, 5.8 bar.

7.013 12.89; la velocidad es subsónica

Al ser la velocidad subsónica, la expresión que utilizaremos es:

Donde:



Válvulas distribuidoras o direccionales para los tres actuadores (actuadores A; B y C)

Como vimos anteriormente, el coeficiente de caudal para estas válvulas era Cv = 0.2 de este modo

solo queda sustituir en la expresión:

CALCULO DE LA TUBERIA DE ALIMENTACION

Ahora vamos a realizar el cálculo del diámetro de la tubería de alimentación que es la que nos

llevara el aire comprimido desde el compresor, hasta el lugar de montaje.

Antes tenemos que calcular cual es el consumo total de nuestro montaje, que será el consumo total

realizado por los tres actuadores cilíndricos. Recordemos el consumo de cada uno de ellos:

Actuador A: 1.068 l/min.

Actuador B: 21.25 l/min.

Actuador C: 1.425 l/min.

El consumo total será la suma de los anteriores consumos

Consumo total = 1,068 + 21,25 + 1,425 = 23,74 l/min.

El resultado lo redondeamos:

Consumo total = 24 l/min.

El siguiente paso es la conversión a litros de aire a presión a litros de aire libre: la cual se lleva a

cabo a través de la siguiente expresión:

013.1

013.11

pQQ

Donde:

Siendo nuestro consumo total de 24 litros de aire comprimido por cada minuto y nuestra presión de

6 bares, sustituimos en la expresión anterior:

Q = 166.15 l/min (aire libre)



Pero utilizaremos un consumo de 500 litros de aire comprimido por minuto para entrar en tablas;

pensando que en un futuro se montaran más componentes en automatismo que harán que ese sea su

consumo. Entrando en la tabla con los datos anteriores y considerando que deseamos que solo haya

una pérdida de carga de 0.2 Kg/cm2 por cada diez metros de tubería, y una presión de trabajo de 6

Kg/cm2, resulta que el diámetro nominal de la tubería de alimentación que debemos elegir resulta

ser de 3/8” el material que empleamos en la tubería de alimentación es el cobre.

En la tabla, el diámetro que debemos elegir en mm. Es de 10 mm. El cual soporta una presión de

trabajo de 85 bar. Muy por encima de la presión a utilizar por nuestra instalación de 6 bar. con lo

que nos damos cuenta de que el tubo que hemos seleccionado nos sirve.

Actuadores:

Válvulas distribuidoras:

Finales de carrera:

Válvulas de pulsador con enclavamiento (1):



Válvulas de pulsador con enclavamiento (2):

Unidad de acondicionamiento:

Debemos comentar que las tuberías utilizadas son:

Pasaremos a comentar los criterios aplicados para la selección de los actuadores cilíndricos. Los

principales criterios para la seleccionar los actuadores cilíndricos en los que nos vamos a centrar

son:

Los actuadores cilíndricos A; B; y C deben realizar unos esfuerzos relativamente pequeños, que no

suponen riego alguno de que el hazte pandee.

Las limitaciones por esfuerzos a pandeo del vástago en actuadores cilíndricos que trabajan a

compresión depende de:

Vamos a ver las expresiones con las que vamos a trabajar para realizar el cálculo de los diámetros:



Donde μ es la eficacia o rendimiento interno del cilindro (hasta D = 40 mm. μ = 0.85; para D

superiores μ= 0.95)

Para calcular los diámetros de los cilindros solo iremos sustituyendo los datos de cada cilindro en

las pertinentes expresiones, y mediante sencillos cálculos, despejaremos D que será el diámetro

apropiado recordemos que la presión con la que trabajaremos a lo largo de todo el proceso es de 6

bar.

Ahora vamos a pasar a comentar el consumo de aire de nuestros cilindros. Dependiendo del

consumo de los cilindros sabremos que válvulas distribuidores ponerles así como para calcular el

diámetro de la tubería de alimentación. El cálculo del consumo de aire lo realizaremos de dos

formas, mediante tablas y formulas. El cálculo mediante formulas lo realizamos mediante la

siguiente expresión:

Para no extenderlo demasiado diremos que las distintas letras y unidades en las que se deben

utilizar, están detalladas en el aparato para su cálculo. Pero por donde tenemos que detenernos es en

la n, ya que utilizaremos como 3 (carr/min.) y debemos explicar porque.

Para no extenderlo demasiado, diremos que las distintas letras y las unidades en las que se debe de

utilizar, están detalladas en el apartado para su calculo. Pero donde tenemos que detenernos es en la

n, ya que la utilizaremos como 3 (carr/min.) y debemos explicar porque realizan los cilindros esas 3

carreras por minuto. Recordemos el diagrama espacio-tiempo; donde vimos que la duración

completa del ciclo secuencial era de 17 seg. Pues es de este tiempo de donde obtenemos el numero

de ciclos completos y por lo tanto, el número de carreras que realizan los cilindros. Mediante una

simple división comprobamos como en un minuto se pueden realizar 3.52 ciclos; pero como hemos

dicho antes, sólo contaremos el numero de ciclos completos; de ahí que utilicemos 3 carreras por

minuto en los cálculos.

El cálculo del consumo también lo podemos realizar mediante una tabla, la cual podemos observar

en la página 13, pero solo podremos calcular mediante tablas el consumo del cilindro, cuando el

diámetro sea mayor o igual a 15 mm; ya que en la tabla el diámetro mínimo que aparece es de 15

mm y nuestros otros 2 cilindros son de 12 mm de diámetro. El diámetro del tubo que usaremos, es,

como dijimos antes, de 8 mm, ya que se trata de una tubería de potencia, y no de pilotaje, para la

que usaremos tuberías de 4 mm.





En el correspondiente aparato es donde se realizan los cálculos oportunos para saber el caudal en

litros de aire libre por minuto. Para entrar en la tabla recordemos que utilizamos 500 litros por

minuto cuando lo que nos hacia falta era tres veces menor. Esto se debe a que el automatismo que

debemos diseñar o diseñado se instalaran nuevos componentes que triplicaran su consumo.

El diámetro nominal que obtenemos es en pulgadas la cual pasaremos a mm. para poder elegir

diámetro en tablas que hay para elegir las tuberías en función del material del que están hechas;

donde están en mm.

Conclusión:

El proyecto que se realizo presenta los cálculos y selección de componentes de manera que

cumplen los requisitos para desarrollar su trabajo sin ningún inconveniente.

Este es fiable y los componentes homologados.

CONFORMADO DE PLACAS DELGADAS

OBTENCION DE DATOS:

Propiedades del material:



Propiedades físicas:

Dp

Db

MEMORIA DE CALCULOS:

CALCULO DE FUERZA REQUERIDA PARA EL CONFORMADO

Utilizando la formula la fuerza requerida será:

CRITERIOS APLICADOS PARA LA SELECCIONAR ACTUADORES CILINDRICOS:



Las limitaciones por esfuerzo a pandeo del vástago en cilindros que trabajan a comprensión

dependen de:

DETERMINACION DE LA PREION DEL SISTEMA:

La presión a la cual se trabaja en los distintos actuadores es la sgte.

DETERMINACION DE LAS FUERZAS DE LOS 3 ACTUADORES

Las fuerzas que deben realizar los actuadores cilíndricos son los sgte.



CALCULO DE DIAMETRO DE LOS ACTUADORES CILINDRICO

ACTUADOR CILINDRO A:

Entonces tenemos que:

ACTUADOR CILINDRO B:



ACTUADOR CILINDRO C:




Esfuerzo a realizar: 553 Kgf.

Doble efecto

Serie C85

Diámetro del embolo: 185mm

Diámetro de hazte: 60mm

Conexiones M5

Lubricación no necesaria, si se utiliza

aceite, se recomienda ISOVG32.

Velocidad:50-150mm/seg.

Detección magnética.

Amortiguación elástica.

Carrera máxima: 250mm.


Esfuerzo a realizar: 503Kgf.

Doble efecto.

Serie C85.

Diámetro del émbolo: 190mm

Diámetro del hazte: 65mm.

Conexiones M5.

Lubricación no necesaria, si se utiliza

aceite, se recomienda ISOVG32.


Detección magnética.

Amortiguación elástica.

Carrera máxima: 250mm.

CONSUMO DEL AIRE EN LOS CILINDROS

Otro factor importante a tener en cuenta en este automatismo neumático es el consumo de aire que

realizan los cilindros; el cual se puede determinar mediante una expresión:

( )

Donde:

Q=caudal consumido por el cilindro en l/min.

D=diámetro interior del cilindro en cm.

D=diámetro del hazte en cm.

L=carrera del hazte en cm.



P=presión de trabajo del cilindro en bar.

N=número de ciclos por minuto.

ACTUADOR CILINDRICO A

ACTUADOR CILINDRICO B



ACTUADOR CILINDRICO C

COSUMO DE TOTAL DEL AIRE DE LOS TRES CILINDROS

PERDIDA DE CARGA EN EL SISTEMA

PERDIDAS LOCALIZADAS EN LAS TUBERIAS DEL SISTEMA

PERDIDAS PRINCIPALES EN LA TUBERIA:



PERDIDAS EN LAS TUBERIAS SECUNDARIAS:

PERDIDAS EN LA TUBERIAS DE DESVIACION:

ANALISIS DE LAS TUBERIAS EN EL SISTEMA:

CALCULO DE LOS DIAMETROS DE LAS TUBERIAS

El cálculo del diámetro está en función del caudal y de la longitud de las tuberías, se asumirán

valores en cuanto respecta a la longitud de la tubería al cual se le sumara los valores de pérdida de

carga analizados en el punto 6,7, para así poder calcular el diámetro de las diferentes tuberías.

El diámetro se hallara en los tres casos de la siguiente fórmula:

DIAMETRO DE LA TUBERIA PRINCIPAL

Q=0.248568 m3/min.



L = 20.(long.) + 1.35 (perd.)

L = 21.35.

Reemplazando estos valores en la formula:

D = 9.79 m.

Debido a que los diámetros están normalizados asumiremos un D = 10 mm.

DIAMETRO DE LA TUBERIA SECUNDARIA

Q=0.248568 m3/min.

L = 70.(long.) + 3.26 (perd.)

L = 73.26 m.


D = 12.58 m.


DIAMETRO DE LA TUBERIA DE DERIVACION

Q=0.248568 m3/min.

L = 40.(long.) + 15.72 (perd.)

L = 55.72 m.


D = 11.65 m.


CRITERIOS PARA LA SELECCIONAR LAS VAVULAS DORECCIONALES



ESPECIFICACIONES DE LAS VALVULAS SELECCIONADAS



SELECCIÓN DE FINALES DE CARRERA

FILTRO Y REGULADOR DE PRESION (conjunto de preparación de aire comprimido)



SELECCIÓN DEL COMPRESOR PARA EL SISTEMA

SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS MEDIANTE SOFWARE FESTO



CONCLUCIONES:

BIBLIOGRAFIA:

VISTA DEL CICUITO ARMADO EN AUTOMATION STUDIO SIMULADO

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