En esto compresores el aire comprimido en una etapa en enfriado antes de volverse a comprimir mas, los compresores de dos etapas alcanzan presiones de hasta 50 bar, los de tres y cuatro etapas alcanzan hasta 250 bar.
Figura 1. Compresor de émbolos
Neumática, Antonio Serrano En el compresor de membrana o diafragma no existe embolo o pistón, sino que es reemplazado por una corredera solidaria a la membrana elástica que produce la estanqueidad del gas a presión.
Figura 2. Compresor de membrana
Neumática, Antonio Serrano 1.2.2 Compresores rotativos En estos compresores la presión de aire se consigue por el giro de un rotor o de otro elemento que consigue aspirar el aire del exterior, comprimirlo y luego enviarlo al depósito.
Los compresores de paletas proporcionan presiones de hasta 4 bar en una etapa y 8 bar en dos etapas. Estos compresores constan de un rotor excéntrico que gira en el interior del cuerpo, en el rotor van alojadas unas paletas que ocasionan la estanqueidad del aire al girar.
Este compresor es menos ruidoso que los de embolo y proporciona un caudal mas uniforme.
Figura 3. Compresor de paletas
Neumática, Antonio Serrano Los compresores de tornillo aspiran el aire por un conducto, en el cual dos tornillos, uno de diente cóncavo y el otro de diente convexo, giran y comprimen el aire y lo impulsan hacia la salida.
Estos compresores son muy silenciosos y pueden llevar lubricación o no, además proporcionan los compresores exentos de lubricación proporcionan un aire seco y limpio, exento de todo tipo de impurezas. Las presiones alcanzadas van hasta los 13 bar.
Figura 4. Compresor de tornillo
Neumática, Antonio Serrano El compresor rotativo de uña, consta de dos rotores de perfil especial y sincronizados en el giro. En la figura 5 se observa el funcionamiento de este tipo de compresor, en la posición (a) los rotores aspiran el aire, en la posición (b) el mismo rotor obstruye la salida, en la posición (c) se realiza la compresión final y en la posición (d) se abre la lumbrera para que el aire escape.
Con este tipo de compresores se alcanzan presiones de 8 bar. Figura 5. Compresor de uña
Neumática, Antonio Serrano En neumática las fuentes de presión se simbolizan de la siguiente manera.
Figura 6. Fuente de presión.
Compresores de émbolos El compresor de émbolos es el utilizado más frecuentemente y puede emplearse como unidad fija o móvil.
La presión obtenida en un compresor de émbolos puede ser en una, dos o varias etapas.
En los compresores de una etapa la presión final es obtenida por un solo cilindro. En estos compresores el aire llega a una presión final de 6 a 8 bar.
En compresor con una relación de compresión mas elevada ya no es posible utilizar un solo cilindro. El proceso se realiza en dos o más etapas.
En esto compresores el aire comprimido en una etapa en enfriado antes de volverse a comprimir mas, los compresores de dos etapas alcanzan presiones de hasta 50 bar, los de tres y cuatro etapas alcanzan hasta 250 bar.
Compresores rotativos Los compresores rotativos pueden ser de paletas o tornillos. Los de paletas están constituidos por un rotor en el cual van colocadas las paletas, de eje excéntrico con el estator. Durante la rotación las cámaras entre las paletas y el cuerpo del rotor modifican su volumen, al aumentar producen aspiración y al disminuir producen presión. En los compresores de tornillo, dos rotores paralelos, uno hembra y otro macho giran en u cuerpo y comprimen el aire de forma continua.
Este tipo de compresores son silenciosos y los de una etapa suministran 4 bar, pudiendo alcanzar hasta 8 bar los de dos etapas Compresores centrífugos La compresión del aire se produce por un rápido rodete giratorio. La presión es ejercida al forzar las partículas del aire existentes en el rodete a alejarse del centro como resultado de la acción centrífuga.
La presión ejercida por un compresor de estos puede llegar hasta 6 bar.
Sus funciones en una instilación de aire comprimido son:
• Amortiguar las pulsaciones del caudal de la salida de los compresores.
• Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar de manera continua, sino intermitente.
• Hacer frente a las demandas punta del caudal sin que se provoquen caídas de presión.
Por lo general los depósitos son cilíndricos de chapa de acero. Los factores que influyen en el dimensionamiento de los depósitos son el caudal del compresor (mínimo debe tener 1/10 el volumen entregado en un minuto por el compresor, en hidráulica deben ser mínimo 3 veces mayor que el caudal), las variaciones de demanda, y la refrigeración
Los actuadotes son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.
A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadotes neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadotes hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.
Los actuadotes se dividen en 2 grande grupos:
• cilindros • motores.
1.4.1 CILINDROS El cilindro de aire comprimido es por regla general el electo productor de trabajo (órgano motor) en un equipo neumático. Su misión es la de generar un movimiento rectilíneo mediante la carrera de salida y entrada. Aunque el cilindro también puede realizar funciones de regulación y mando.
Figura 7. Definiciones de un cilindro neumático
Dispositivos neumáticos, W. Depert – K. Stoll Cilindros de simple efecto El cilindro de simple efecto es el que solo puede producir trabajo en una dirección. El retorno a su posición inicial se realiza por medio de un muelle recuperador que lleva el cilindro incorporado o por medio de fuerzas exteriores.
Los mas empleados son los de retorno por muelle, donde el aire comprimido obliga al embolo a desplazarse y comprimir el muelle, al desaparecer la presión el muelle hace que el cilindro regrese a su posición inicial. Según la disposición del muelle los cilindros de simple efecto pueden trabajar a compresión o a tracción.
Los cilindros se simple efecto de regreso por muelle tienen una carera limitada que por lo general no supera los 100 mm. Por razones prácticas son de diámetro pequeño y su única ventaja es el consumo limitado de aire, por lo que se aplican como elementos auxiliares en las automatizaciones.
Figura 8. Cilindro de simple efecto de retroceso por muelle
Cilindros de doble efecto Doble efecto significa que tanto el movimiento de entrada como el de salida son debidos al aire comprimido.
Al aplicar aire a presión en la cámara posterior y comunicar la cámara anterior con la atmósfera a través de una válvula, el cilindro realiza la carrera de avance.
La carrera de retroceso se efectúa introduciendo aire a presión en la cámara anterior y comunicando la cámara posterior con la atmósfera, igualmente a través de una válvula para la evacuación del aire.
Para una presión determinada en el circuito, el movimiento de retroceso de un cilindro de doble efecto desarrolla menos fuerza que el movimiento de avance, ya que la superficie del embolo se va ahora reducida por la sección transversal del vástago.
Los cilindros de doble efecto por lo general se fabrican a base de un tubo de acero estirado sin soldadura, en algunos casos puede ser de bronce, latón o aluminio. Para evitar una intensa abrasión entre el embolo y el tubo, a la superficie deslizante del tubo del cilindro se le da un acabado de precisión o un rectificado y para aplicaciones especiales recibe un cromado duro complementario.
Los cilindros de doble efecto pueden ser sin amortiguación o con amortiguación. Su empleo depende de la velocidad de desplazamiento y de la carga.
Las ventajas de los cilindros de doble efecto sobre los de simple efecto son:
– Posibilidad de realizar trabajo en los sentidos – No se pierde fuerza para comprimir el muelle El principal inconveniente es que consúmenle doble de aire que un cilindro de simple efecto.
Figura 9. Cilindro de doble efecto sin amortiguación
1.4.1.1 características técnicas de los cilindros Fuerza del cilindro La fuerza generada en el cilindro es función del diámetro del embolo, de la presión de trabajo y e la fuerza de rozamiento.
La fuerza de presión puede calcularse por la siguiente formula: F = A*p Para cilindros de simple efecto
Para cilindro de doble efecto
Símbolos empleados: D: diámetro del embolo, d: diámetro del vástago, A: área del embolo, f: fuerza del muelle, F: fuerza de presión, p: presión de trabajo.
Consumo de aire La energía de aire comprimido que alimenta a los cilindros se transforma en trabajo. El aire comprimido ya usado afluye a la atmósfera. Para calcular el consumo se necesita la relacion de compresión, el area del embolo y la carrera, la relacion de compresión se halla mediante la siguiente formula
Cuando se esta a nivel del mar. Para cilindros de simple efecto Q = s * n * q Para cilindros de doble efecto Q = 2 (s * n * q)
Donde Q es el consumo, q es el consumo de aire por centímetro de carrera, s es la carrera y n es el ciclo por minutos.
Velocidad del embolo Esta comprendida entre 0.1 y 1.5 m/s, en los cilindros especiales estas velocidades pueden ser mayores. Las velocidades también pueden ser afectadas por las válvulas.
Tabla 1. Tamaños normalizados de cilindros y sus carreras
Diámetro del émbolo | Fuerza a la presión de 6 2 kp/cm [kp] | Longitudes de carerra normalizadas | Longitudes de carera minimas/ máximas [mm] | |
6 | 1.2 | 10, 25, 40, 80 | 10 -80 | |
12 | 6 | 10, 25, 40, 80, 140, 200 | 10 -200 | |
16 | 12 | 10, 25, 40, 80, 140, 200, 300 | 10 -500 | |
25 | 24 | 25, 40, 80, 140, 200, 300 | 10-500 | |
35 | 52 | 70, 140, 200, 300 | 10-2000 | |
40 | 72 | 40, 80, 140, 200, 300 | 10-2000 | |
50 | 106 | 70, 140, 200, | 10-2000 | |
70 | 208 | 70, 140, 200, 300 | 10-2000 | |
100 | 424 | 70, 140, 200, 300 | 10-2000 | |
140 | 832 | 70, 140, 200, 300 | 10-2000 | |
200 | 1700 | 70, 140, 200, 300 | 10-1100 | |
250 | 2600 | 70, 140, 200, 300 | 10-1100 | |
(FESTO-Pneumatic, Berkheim)
1.4.2 MOTORES NEUMÁTICOS Los motores neumáticos realizan la función de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. El proceso se realiza de forma inversa al de la compresión. Sus características principales son:
– Ligeros y compactos – El arranque y paro es muy rápido, pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control complejo.
– Baja inercia.
Los principales tipos de motores son:
De paletas, son muy simples y su utilización muy extendida. Estos motores son de construcción análoga a la de los compresores de paletas. El rotor esta montado excéntricamente en el cuerpo del motor.
Los motores de paletas tienen potencias entre 0.1 y 20 CV y el numero de revoluciones se halla entre 1000 y 50000 rpm.
Figura 10. Motor de paletas
Neumática, Antonio Serrano De pistones, pueden ser de tipo radial o axial. Su comportamiento es similar a los compresores de pistones, caracterizándose los de pistones axiales por un par elevado y rápido arranque.
Su empleo se limita principalmente a maquinas de potencias elevadas, sus velocidades son inferiores al de paletas.
Figura 11. Motor de pistones radiales
Neumática, Antonio Serrano
Las válvulas son dispositivos usados para controlar o regular el arranque, parada, sentido, presión y flujo en un circuito neumático.
Dependiendo de la función que realicen las válvulas se clasifican en:
– válvulas distribuidoras o de vías – válvulas antiretorno o bloqueo – válvulas reguladoras de presión – válvulas reguladoras de flujo o velocidad.
1.5.1 TIPOS DE VÁLVULAS De acuerdo con su uso pueden ser de potencia o principales, que son las que suministran directamente aire a los actuadores y permiten el escape, o de fin de carrera, son las que abren o cierran los pasos al aire cuya función no será la de ir directamente al actuador, sino que accionan otras válvulas. Otro tipo de válvulas son las auxiliares, que en combinación con las de fin de carrera y de potencia se utilizan para dirigir adecuadamente las señales de presión de aire.
Las válvulas pueden ser de 2, 3, 4 o múltiples vías. Como vías se consideran: la conexión de entrada de aire comprimido, conexiones de alimentación para el consumidor y orificios de purga.
Al grupo de las válvulas de 2 vías pertenecen todas las llaves de paso, ya que estas poseen un orificio de entrada y uno de salida.
Las válvulas de 3 vías, tienen una vía para la alimentación, una vía par la conducción al consumidor y otra vía de escape.
El número de posiciones de una válvula es el de conexiones diferentes que se pueden hacer de manera estable entre las vías del distribuidor.
Las válvulas se designan así: 3/2, 5/2 etc. Donde el numerador quiere decir el número de vías y el denominador el número de posiciones.
Las vías según la norma DIN 24300 se indican así: P = alimentación de aire comprimido A,B,C = salidas de trabajo R,S,T = escape de aire X,Y,Z = conexiones de mano Según la norma CETOP:
1 = alimentación de aire comprimido 2 y 4 = salidas de trabajo
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