Aire Comprimido, Manual FESTO

7/22/2019 Aire Comprimido, Manual FESTO

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HandlingMachiningAssemblyAir preparation

PneumaticsElectronicsMechanicsSensoricsSoftware

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Blue Digeston Automation

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Hesse

Aire comprimido,fuente de energa

M

M

M

Preparacin y distribucin


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Hesse

Aire comprimido, fuente de energa


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Aire comprimido,fuente de energaPreparacin y distribucin

Blue Digeston Automation

Air preparationPneumatics

Stefan Hesse


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Blue Digest on Automation

2002 by Festo AG & Co.Ruiter Strae 82D-73734 EsslingenTel. 0711 347-0Fax 0711 347-2144

Todos los textos, grficos, imgenes y dibujos contenidos en este publicacinson propiedad de Festo AG & Co. y, en consecuencia, estn sujetos a derechosde autor. Queda prohibida su reproduccin, tratamiento, traduccin, micro-

filmacin, memorizacin y procesamiento mediante sistemas electrnicos sinprevia autorizacin explcita de Festo AG & Co.


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Hay pocas fbricas en las que no se utilice aire comprimido. Los componentesneumticos se emplean para ejecutar movimientos y son indispensables parala automatizacin industrial. Una de las aplicaciones ms difundidas del airecomprimido es su utilizacin para el accionamiento de herramientas manuales,tales como martillos, clavadoras, pistolas o destornilladores mltiples.Pero tambin hay aplicaciones en las el aire comprimido tiene que cumplirdeterminadas condiciones especficas. As sucede, por ejemplo, en las secciones

de pintura, en las que el aire no debe contener lubricante; en ptica, por ejem-plo, al cortar con rayos lser tiene que utilizarse aire comprimido seco y limpiopara soplar la superficie.

Con frecuencia no se toma muy en serio el uso econmico del aire comprimido,ya que las fugas que se producen en la red no constituyen peligro alguno.Sin embargo, desperdiciar aire comprimido es desperdiciar dinero!

Por lo tanto, hay muchas razones por las que es recomendable ocuparseno solamente del uso de vlvulas, cilindros y unidades de manipulacin de

tecnologa avanzada, sino tambin de la preparacin del aire comprimidoutilizado en sistemas neumticos. La presente publicacin tiene la finalidadde ofrecer algunos conocimientos bsicos al respecto, ofreciendo informacionesque, con frecuencia, no se tienen en cuenta.

Agradezco la colaboracin del seor Frank Schnabel y del ingenieroDitmar Bruder (Festo) que con sus sugerencias y conocimientos tcnicoscontribuyeron a la redaccin del presente manual.

Stefan Hesse

Prlogo


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ndicePrlogo

1 El aire comprimido en la industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Fundamentos fsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.1 El flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2 La presin y sus unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3 La humedad del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3 La preparacin del aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.1 La calidad del aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2 Procedimientos de secado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.3 Filtracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4 Lubricacin del aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.5 Vlvulas reguladoras de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.6 Unidades de mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.7 Unidades intensificadoras de la presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4 La distribucin del aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.1 Componentes de la red de aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.2 Dimensiones de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644.3 Tuberas y conexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.4 Tubos flexibles y conexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864.4.1 Tipos y propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.4.2 Tipos de conexiones de tubos flexibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904.4.3 Acoplamientos de tubos flexibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954.4.4 Aseguramiento de tubos flexibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

4.4.5 Daos en tubos flexibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.5 Depsitos de aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.5.1 Tipos de depsitos y su utilizacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1014.5.2 Dimensiones de los depsitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.5.3 Normas de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044.6 Las roscas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

5 Fugas de aire comprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075.1 Fugas y cadas de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075.2 Localizacin de fugas y control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

6 Sugerencias para ahorrar y controlar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Normas y directivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

ndice de trminos tcnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122


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El aire comprimido es, junto con la corriente elctrica, la fuente de energa msimportante en plantas industriales, talleres y en otros sectores. Aunque en laEdad Antigua ya se saba que el aire permite transportar energa, las primerasmquinas neumticas tiles aparecieron slo en el siglo XIX. Hace unos cienaos se publicaron libros sobre La utilizacin de aire comprimido en los talleresamericanos (1904) y sobre El sistema de aire comprimido en el astilleroimperial de Kiel (1904). En esa poca se construyeron numerosos tipos de

martillos neumticos, en muchos casos con mbolo percutor con sistema decontrol propio. Diversos aparatos de carrera corta conseguan ejecutar entre10 000 y 15 000 movimientos por minuto. Para cincelar y escoplear se utilizabanherramientas que ejecutaban hasta 2 000 movimientos por minuto (fig. 1-1).

Pero la neumtica industrial, tal como la conocemos hoy, slo empez a desa-rrollarse despus de 1950, primero en los EE.UU. y posteriormente tambin enAlemania. La aceptacin generalizada que disfrutan las mquinas neumticasse explica por varias razones:

Posibilidad de generar aire comprimido en cualquier lugar y en cantidadesilimitadas

Gran eficiencia energtica, fluidez y transporte sencillo de la energa Posibilidad de almacenar el aire comprimido en depsitos que, adems,

pueden transportarse con facilidad El aire comprimido es incombustible y no es inflamable; no existe peligro

de explosin Por su naturaleza, los componentes neumticos estn protegidos

contra sobrecargas Mantenimiento y cuidados simples, diseo sencillo de proyectos

Posibilidad de utilizar varios niveles de presin en funcin del margen admitido

Esas ventajas son ms que convincentes. La mayora de las empresas industri-

ales disponen actualmente de una red de aire comprimido para utilizarnumerosas mquinas y diversos actuadores. El actuador ms difundido es elcilindro neumtico, empleado para ejecutar movimientos. Pero para que el aire

contenga energa, primero hay que transferirle energa. Para ello se utilizancompresores. Hay muchos tipos de compresores: helicoidales, de membrana,rotativos, tipo Roots, de espiral, de turbocompresin, lubricados o secos, coninyeccin de agua, con refrigeracin de aire o agua, etc.. Pero el compresor

no es ms que la primera estacin. El uso de presin y vaco tambin se puedeentender como un sistema de proceso continuo, tal como se muestra en la fig. 1- 2.

1 El aire comprimido en la industria 9

1El aire comprimidoen la industria

Fig. 1-1El martillo neumtico fuela herramienta neumticams utilizada hace un siglo

a b c

g e g

h m i

k

kf

bf

d


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1 El aire comprimido en la industria10

Fig. 1-2El aire comprimido, en calidadde fuente de energa, incluidoen un circuito de procesoindustrial continuo

En este manual nicamente se abordar el tema del aire comprimido,su preparacin y su distribucin. Estos son los puntos que merecen especialatencin, ya que en ellos se puede producir una prdida de energa que es

preferible evitar. Las redes de tuberas constituyen una fuente de prdidas siestn mal tendidas y si no se lleva a cabo un mantenimiento apropiado.Dichas prdidas pueden originar costos considerables. En ese contexto,debern tenerse en cuenta los siguientes factores de especial importancia: El estado de la red de tuberas. Las fugas, aunque sean pequeas,

pueden resultar muy costosas en el transcurso del tiempo. Las dimensiones de los tubos. Si los dimetros de los tubos son demasiado

pequeos, es posible que se produzca una cada de presin considerable. Las caractersticas cambiantes del consumo. Esos cambios exigen una

adaptacin de la red a las nuevas circunstancias.

La evacuacin del condensado y la preparacin del aire. Si los sistemasutilizados con ese fin estn anticuados, deben ser sustituidos por solucionesms modernas.

Para conseguir que la presin aumente un solo bar, el consumo de energaaumenta entre 6 y 10 por ciento. Una red en buen estado debera tenerun coeficiente de fugas de mximo 10 por ciento. Sin embargo, muchasinstalaciones en funcionamiento tienen un coeficiente de fugas entre20 y 25 por ciento.

Consumidorde vaco

Eyector Acumuladorde vaco

Consumidor deaire comprimido

Aire deescapeP = 0

Acumulador deaire comprimido

Aireatmos-frico

Preparacin delaire comprimido

Distribucin delaire comprimido

Airecomprimido

Distribucinde vaco

Aireevacuado

Preparacinde vaco

Energa

+P

P


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2 Fundamentos fsicos 11

2Fundamentos fsicos

2.1El flujo

Fig. 2-1Flujo sin friccin

a) Caudal por segundob) Caudal al cambiar

el dimetro del tubo

El aire comprimido es aire atmosfrico sometido a presin, compuesto en un78% de nitrgeno, un 21% de oxgeno y en un 1% de otros gases (especialmente

argn). La presin del aire atmosfrico depende de la altura geogrfica. Comomagnitudes de referencia para la presin y la temperatura del aire suelenutilizarse las siguientes:

po = 1,013 bar y to = 20 C o po = 1,013 bar y to = 0 C

El movimiento de los lquidos y de los gases se llama flujo. Estos dos fluidos sediferencia entre s en la medida en que los lquidos casi no se pueden comprimir,mientras que el volumen de los gases depende en buena parte de la presin.No obstante, los cambios de volumen tienen poca importancia si los gases fluy-en a una velocidad inferior que la velocidad del sonido de 340 m/s. Hasta esavelocidad se puede afirmar que el aire tiene un volumen constante. Adems, elaire se comporta casi como un gas ideal a temperaturas entre 0 C y 200 C ycon presiones de hasta 30 bar (sin considerar la friccin interna). Partiendo

de estas consideraciones, se pueden aplicar diversas ecuaciones bsicasrelacionadas con la mecnica de los fluidos. La presin (p), la temperatura (t)y el volumen especfico (Vesp) son magnitudes que estn proporcionalmenterelacionadas entre s. Por lo tanto, tiene validez la siguiente ecuacin general:

Cuando fluye aire comprimido a travs de un tubo, el caudal se expresa enunidades de volumen divididas por unidades de tiempo. Considerando las condi-

ciones de la fig. 2-1:

= A L en m3/s

A Dimetro interior del tubo en m2; A = (D2 )/4L Longitud del segmento de volumen que fluye en un segundo,

expresado en m/s

V

V

L

D

0 1 tA A

v v1

1

2

2a) b)

p VespT

= const.


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2 Fundamentos fsicos12

Fig. 2-2Tipos de flujo

a) Flujo laminarb) Paso a flujo turbulento

detrs de un elementoperturbador

Suponiendo que el aire se encuentra en un circuito, tambin tiene que pasarpor la seccin de menor dimetro del tubo. En ese caso se aplica la ecuacinde continuidad (fig. 2-1b):

v Velocidad

Expresado en otros trminos, ello significa que las velocidades del caudalson inversamente proporcionales a los dimetros, siempre y cuando no varela cantidad del caudal.

En los sistemas neumticos, el caudal del aire representa el consumo de losactuadores o de los equipos conectados a la red neumtica. El caudal se sueleexpresar en litros por unidad de tiempo. En la tabla 2-1 constan los factores quedebern aplicarse al hacer las conversiones. El caudal se indica por lo generalen litros por minuto o en metros cbicos por unidad de tiempo. El caudal es

una referencia para el rendimiento o, para ser ms precisos, para el rendimientonecesario. Debern diferenciarse los siguientes caudales: El caudal de un compresor, medido en el lado de aspiracin o en el lado

de presin El caudal de la unidad consumidora, expresada en trminos absolutos

en funcin de la demanda o considerando los factores de equilibrio

Si el caudal se expresa en metros cbicos normalizados por hora (Nm3/h), siem-pre est relacionado con una presin p = 1,013 bar y una temperatura t = 0 C.

El flujo del aire es laminar si los tubos no tienen elementos perturbadores,aunque el flujo es ligeramente menor junto a la pared interior del tubo que enel centro (fig. 2-2). Cualquier desviacin o derivacin del tubo, la presencia devlvulas, accesorios o instrumentos de medicin provocan remolinos. El ndicede Reynolds (O. Reynolds; 1842-1912) indica el lmite entre caudal laminar ycaudal turbulento. Este ndice expresa la influencia que tienen las fuerzas defriccin ocasionadas por los elementos perturbadores del flujo.

A1 v1 = A2 v2 = V

V

a) b)


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2

Fundamentosfsicos

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M

Conversin Multiplicadores

a UK

de M l/s l/min l/h m3/s m3/min m3/h ft3/min ft3/hour gal/mi

l/s 1,0 60,0 3600,0 0,001 0,06 3,6 2,118882 127,133 13,198

l/min 0,016666 1,0 60,0 0,166104 0,001 0,06 0,0353147 2,118883 0,2199

l/h 0,278103 0,46105 1,0 0,2778106 0,166104 0,001 0,588103 0,035315 0,0036

m3/s 1000,0 60000,0 3600000 1,0 60,0 3600,0 2118,88 127133,0 13198

m3/min 16,6666 1000,0 60000,0 0,01667 1,0 60,0 35,31466 2118,8833 219,96

m3/h 0,277778 16,6666 1000,0 0,000278 0,01666 1,0 0,588578 35,3147 3,6661

ft3/min 0,471947 28,31682 1699,017 0,472103 0,0283169 1,699017 1,0 60,0 6,2288

ft3/hour 0,007866 0,471947 28,3168 0,78105 0,4719103 0,028317 0,016667 1,0 0,1038

UK gal/min 0,0757682 4,546092 272,766 0,758104 0,004548 0,272766 0,160544 9,63262 1,0

UK gal/hour 0,001263 0,075768 4,54609 0,12105 0,757104 0,004546 0,002676 0,160544 0,0166

US gal/min 0,063090 3,7854 227,125 0,631104 0,0037854 0,227125 0,133681 8,020832 0,8326

US gal/hour 0,0010515 0,06309 3,785411 0,1105 0,63104 0,003785 0,002228 0,133681 0,0138


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El tipo de flujo se define en funcin del ndice de Reynolds Re. Si Re es superiora 2 320, entonces el flujo es laminar. Si el ndice Re es superior a 2 320 e inferiora 3 000, el flujo puede ser laminar o turbulento. Si Re es superior a 3 000, elflujo es turbulento (arremolinado). En el caso del ser humano por ejemplo, lasangre fluye por las venas de modo laminar. Tratndose de redes neumticas,la velocidad media del flujo oscila entre 6 y 40 m/s, con lo que por lo generales turbulento. Las turbulencias oponen una resistencia al flujo, con lo que

se produce una prdida de presin en la red. Las turbulencias son aproxi-madamente proporcionales al cuadrado de la velocidad del flujo. Ello significaque la meta consiste en disponer de tubos con paredes interiores lo ms lisasposible y en configurar la red de tal modo que oponga la mnima resistenciaposible al flujo. Para calcular la velocidad media del flujo, debe aplicarsela frmula siguiente:

Flujo de la masa (kg/s)A Seccin del tubo (m2)vesp Volumen especfico (m3/kg)

La velocidad media del flujo vm tambin se incluye en el clculo del ndiceReynolds:

d Dimetro del tubo en m Viscosidad cinemtica en m2/s

El caudal por unidad de tiempo (m3/s) se obtiene multiplicando el dimetrodel tubo A (m2) por la velocidad media del flujo.

Qu influencia tiene la temperatura?

La interdependencia existente entre el volumen V (m3/kg), la presin p (N/m2)y la temperatura T (C) se expresa mediante la ecuacin general para el

estado de los gases. Esta ecuacin se obtiene combinando las leyes de Boyle(Boyle, R.; 1627-1691), de Mariotte (Mariotte, E.; 1620-1684) y de Gay-Lussac(Gay-Lussac, L.J.; 1778-1850). Suponiendo que p, V y T cambian al mismotiempo, son vlidas las siguientes ecuaciones:

mA

vm = vesp (m/s)

m

vm dRe =

V


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2.2La presiny sus unidades

Modificacin de la presin p1 a p2, sin cambiar la temperatura T1(segn Boyle y Mariotte)

Vx Volumen especfico en calidad de estado pasajero (segn la derivada)

Modificacin de la temperatura T1 a T2, sin cambiar la presin p2(segn Gay-Lussac)

Combinando estas ecuaciones, se obtiene el cambio general del estado:

La constante del aire es Ri = 287 J/kgK, siendo 1 J (Joule) = 1 Nm.

Ejemplo: Si se tienen 5 kg de aire, si la presin absoluta es de 1,2 bar y si latemperatura es de 20 C, cul es el volumen?

Para calcular el volumen V del aire, deber aplicarse la siguiente frmula:

T = (t + 273,15)K = (20 + 273,15)K = 293,15 K

p = 1,2 bar = 1,2 105 N/m2

Bajo presin se entiende la parte de una fuerza F que se aplica sobre unasuperficie determinada (A). En consecuencia, el cociente de la presin es elsiguiente:

Considerando la libre movilidad trmica de sus molculas, los gases tienenla propiedad de llenar cualquier espacio cerrado en el que se encuentran. Eseespacio cerrado puede ser un depsito. Las partculas oscilantes del gas chocancon la pared interior del depsito, con lo que aplican brevemente una fuerza

en dicha pared. La suma de estas fuerzas redunda en la aplicacin de unafuerza constante que se expresa como presin aplicada a la pared exterior del

= o V2 = =Vx T2

T1VxV2

T1T2

V1 p1 T2p2 T1

= = const. = Rip2 V2

T2p1 V1

T1

m Ri T

p

V = = = 3,5 m3m Ri T

p5 kg 287 Nm/kgK 293,15 K

1,2 105 N/m2

FA

p =

= o Vx=V1 p1

p2V1Vx

p2p1

V =


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Fig. 2-3Representacin grfica de losmrgenes de presin del aire

depsito. Siendo constante la temperatura, dicha fuerza es proporcional a lacantidad de molculas contenidas en el depsito. Puede diferenciarse entrediversos mrgenes de presin: Presin atmosfrica (presin baromtrica del aire) Presin absoluta (presin comparada con vaco absoluto en calidad

de valor cero) Presin diferencial (presin que expresa la diferencia existente entre

dos presiones absolutas) Sobrepresin (presin que es superior a la presin atmosfrica, considerando

que sta representa el valor cero) Vaco (presin que es inferior a la presin atmosfrica, considerando que sta

representa el valor cero) Presin de flujo (presin en la unidad consumidora en el momento de la toma

de aire comprimido) Presin dinmica (presin existente en una red de tuberas mientras

no se consume aire comprimido)

Los mrgenes de presin del aire estn representados en la grfica 2-3.

Al aprobarse el sistema internacional de unidades (sistema SI) en 1978,el Pascal (Pa) se acept como unidad oficial de la presin, siendo

1 Pa = 1 N/m2 = 1 kg/ms2

105 Pa = 0,1 MPa = 1 bar

Los factores de multiplicacin que constan en la tabla 2-2 pueden utilizarse paraefectuar las conversiones.

Presinbaromtrica

Presinabsoluta

S

obrepresin1

Vaco

S

obrepresin2

Presin

diferencial

100% vaco


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2

Fundamentosfsicos

17

M

Conversin Multiplicadores

a kp/cm2 mm Hg mm WS mbar bar MPa N/m2 kgf/cm2

de M (at) (Torr) (Pa)

kp/cm2 (at) 1,0 736 104 980,665 0,9807 9,807102 9,807104 1,03322

mm Hg (Torr) 1,36103 1,0 13,6 1,33322 1,333103 1,333104 133,3 0,0013591

mm WS 104 7,36102 1,0 0,09807 9,81105 9,81106 9,81 0,999104

mbar 1,02103 0,750062 10,197 1,0 0,001 104 100 0,0010197

bar 1,0197 750,06 1,02104 103 1,0 0,1 105 1,0197

MPa 1,02 7500 1,02105 104 10 1,0 106 10,1967

N/m2 (Pa) 1,02105 7,5103 0,102 102 105 106 1,0 1,019105

kgf/cm2 1,000278 735,559 10002,78 980,665 0,9807 9,807102 98066,5 1,0

in water 2,54103 1,868 25,4 2,49089 2,49103 2,49104 249 0,00254

in Hg 3,455102 25,4 345,4 33,8639 3,387102 3,387103 3387 0,034532

lbf/in2 (psi) 7,031102 51,71 703,1 68,9476 6,895102 6,895103 6895 0,070307


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En sistemas de aire comprimido se utilizan diversos tipos de compresores paragenerar aire comprimido. Puede diferenciarse entre los siguientes tiposde compresores: Compresores rotativos (helicoidal, de laminillas, de anillo lquido y tipo Roots) Compresores de mbolo (de mbolo de sumersin, de cruceta, de mbolo

libre, de mbolo lineal, de membrana) Turbocompresores (radiales y axiales)

Para obtener aire comprimido de baja presin (entre 6 y 15 bar), se utilizanprincipalmente compresores de mbolo de dos fases y lubricados y, tambin,compresores helicoidales de una fase con inyeccin de aceite.

En un depsito, la presin se propaga de modo homogneo en todaslas direcciones. Si se montan manmetros en diversas partes del depsito,se constatar que todos marcan la misma presin. Esa circunstancia se llama leyde la propagacin de la presin. En los flujos de aire puede diferenciarse entrela presin esttica pest y la presin dinmica pdin. La presin total es la suma de

ambas:

ptot = pest + pdin

La presin total acta en contra del flujo en el sentido del eje del tubo. Lapresin esttica pest es la que acta sobre la pared interior del tubo. La presindinmica pdin depende de la energa en funcin de la velocidad de flujo, ya quesiendo v = 0, nicamente existe presin esttica.

La suma de presin esttica y presin dinmica siempre es igual y corresponde

a la presin esttica del fluido inmvil.

La presin dinmica es la magnitud de referencia para todas las resistenciasexistentes en un flujo de aire. Esta presin se puede medir utilizando un tubode Prandtl (fig. 2-4). Se trata de un tubo de doble pared con apertura centralpara medir la presin dinmica pdin y una ranura anular para medir la presinesttica pest. La presin diferencial se puede medir utilizando, por ejemplo,un manmetro con tubo en U.

Partiendo de la presin dinmica (presin q en funcin de la velocidad) se puede

calcular la velocidad de un fluido en movimiento, ya que es vlida la siguienteecuacin:

q = en m/s

Densidad del aire en kg m3

v Velocidad del fluido en m s1

v2

2


20/125

Ejemplo: Cul es la velocidad v del aire si la diferencia de nivel h de la colum-na de agua en un manmetro conectado a un tubo de Prandtl es de 13,3 mmy si la temperatura del agua en el manmetro es de 20 C?

La altura h representa la presin dinmica, correspondiendo 1 mm de lacolumna de agua (CA) a una presin de 9,81 Pa (= 9,81 Nm2, = 9,81 kgm/s2).

La presin diferencial (presin dinmica) entre la presin total (ptot) y la presinen la pared (pest) se calcula aplicando la siguiente frmula:

Con la siguiente frmula se calcula la velocidad v del aire.

Cmo se mide la presin?

La presin se puede medir, entre otros, con un manmetro de Bourdon(manmetro de resorte elstico) (ver fig. 3-27/pagina 53). Sin embargo, si slose quiere controlar la presin, es suficiente utilizar un presostato o un conver-tidor de presin NE (convertidor neumtica-electricidad). En un convertidor NE,la seal de presin neumtica acta sobre un transmisor elctrico que funcionacomo contacto conmutador. Cambiando la superficie de la membrana es posiblecambiar la presin necesaria para la conmutacin. Si es posible ajustar el

margen de respuesta, se trata de un presostato (fig. 2-5).


Fig. 2-4Medicin de presionescon el tubo de Prandtl(Prandtl, L.; 1875-1953)

1 Tubo2 Tubo de Prandtl3 Manmetro de tubo en U

v

1

2

3

ptot

pdin p

est

13,3 mmCA = 130,4 N m29,81 N m2

mmCA

v = 2 1 q = = 14,7 m/s 2 130,4 Nm2

1,199 kgm3


21/125


Fig. 2-5Elementos de medicinde la presin

a) Convertidor NEb) Presostato

1 Contacto2 Tornillo de ajuste

3 Leva4 Muelle de compresin5 Membrana6 Microcontacto

x Toma de presin

Fig. 2-6Origen de sealesde conmutacin

a) Por debajo o por encimade un valor lmite

determinadob) Superacin de la presindiferencial

c) Por encima o por debajode un margen determinado

H HistresisS Punto de conmutacin

definido

Tambin hay instrumentos de medicin que incluyen el sensor y el contacto

conmutador en una sola unidad. Con este tipo de medidores es posible controlarlos lmites de presin de las redes neumticas industriales. En el caso mssencillo, nicamente se emite una seal de presencia o ausencia de presin(seal de S o de NO). Este caso se explica en la fig. 2-6a. Si se superadeterminado valor lmite, se emite una seal digital de salida. Si la presinnominal oscila alrededor del valor lmite, entonces se produce una vibracinde la seal de salida. Para evitarlo, puede definirse una histresis, con lo que laconmutacin slo se produce si se supera el lmite correspondiente. Si se quierecontrolar el estado del filtro, deber utilizarse un medidor de presin diferencial.En ese caso se mide la presin delante y detrs del filtro de aire para efectuar

la consecuente comparacin (fig. 2-6b). Cabe observar, sin embargo, que elresultado de la medicin es correcto nicamente si el caudal es constante.Si aumenta el caudal, aumenta la presin diferencial sin que ello signifiquenecesariamente que aument el grado de suciedad del filtro.

1

2

3

45

5

6

x x

x

a) b)

1

2 4

Seal

1

0

H

Presin diferencial pb)

Seal

1

0

H

S

Presin pa)

Seal

1

0

H

Presin pc)


22/125


2.3La humedad del aire

Para controlar la presin de funcionamiento en una red, se vigila la presinmnima y la presin mxima. Si la presin real no est dentro del margenestablecido por estas dos presiones (margen comparativo), reacciona el sensorde presin. Esta funcin (fig. 2-6c) puede aprovecharse tanto si se mide lapresin absoluta como la presin diferencial.

Ejemplo: La presin mnima se ajusta en 4 bar, mientras que para la presinmxima se define un valor de 7 bar. En el ejemplo que aqu se explica, si lapresin supera este margen, pueden producirse fallos en el sistema o, incluso,ponerse en peligro a los operarios. En consecuencia, la presin slo se mantienedentro de esos lmites. Si la presin es superior o inferior a los lmites mximoy mnimo respectivamente, se emite una seal que desconecta el sistema.

El aire hmedo es una mezcla entre aire seco y vapor de agua. El aire slo puedecontener vapor de agua en cantidades limitadas. La cantidad depende de loque indique el barmetro y, adems, de la temperatura. Si el aire se enfra (por

ejemplo, entrando en contacto con un cristal fro), el vapor de agua se depositaen el cristal en forma de pequeas gotas. Este efecto de condensacin que seproduce con el enfriamiento se conoce desde pocas ancestrales, tal como lodemuestran los pozos de aire. Se trata de grandes cpulas de piedra que conel fro de la noche extraen agua del aire hmedo. Los lmites de la condensacinestn determinados por el punto de roco y por el punto de condensacin bajopresin.

Punto de rocoEl punto de roco o, tambin, punto de condensacin, es la temperatura en la

que el aire est saturado de vapor de agua. Esta saturacin completa corres-ponde a una humedad de 100 por ciento. En el momento en que la temperaturadel aire es inferior a ese punto, empieza la condensacin del aire hmedo.Si las temperaturas son inferiores a cero grados centgrados, se forma hielo.Este fenmeno puede limitar considerablemente el caudal y el funcionamientode los componentes incluidos en una red neumtica. Cuanto menor es el puntode roco, tanto menor es la cantidad de agua que puede retener el aire. El puntode roco depende de la humedad relativa del aire, de la temperatura y de lapresin, aplicndose lo siguiente: Cuanto ms alta es la temperatura, ms vapor de agua es capaz

de retener el aire Cuanto ms alta es la presin, menos humedad contiene el aire

El punto de condensacin bajo presinEl punto de condensacin bajo presin es un criterio que se utiliza, por ejemplo,para comparar el rendimiento de diversos tipos de secadores de aire. El puntode condensacin bajo presin corresponde a la temperatura que se aplica paraobtener una determinada presin de funcionamiento. Si se reduce la presindel aire comprimido hasta alcanzar la presin atmosfrica, el aire aumenta devolumen. Por ello, el punto de roco del aire a presin atmosfrica es inferior

al punto de condensacin bajo presin, suponiendo que la temperatura semantiene constante. Si, por ejemplo, el aire tiene un punto de condensacin


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Fig. 2-7Diagrama simplificadode Mollier (segn M. Zindly T. Engelfried)

1 Aire hmedo no saturado2 Gotas de niebla3 Gotas de niebla helada

T Temperatura del medioX Contenido de agua

por kilogramo de aireG Curva lmite

bajo presin de +5 C, no puede condensar agua mientras que la temperaturaambiente sea superior a +5 C. En el momento en que el aire comprimido tieneuna temperatura inferior a esos +5 C, se produce condensado.

La humedad del aireLa humedad relativa del aire Wrel es la relacin entre el contenido real de vaporde agua y el contenido mximo posible de vapor de agua en el aire (estado de

saturacin).

Considrese que cualquier cambio de temperatura provoca una modificacin dela humedad relativa aunque se mantenga igual la humedad absoluta del aire.

Humedad mxima del aire (fmx en g/m3)La humedad mxima del aire corresponde a la cantidad mxima de vapor

de agua que contiene un metro cbico de aire (cantidad de saturacin) a unadeterminada temperatura.

Humedad absoluta del aire (f en g/m3)La humedad absoluta del aire corresponde a la cantidad de vapor de aguarealmente contenida en un metro cbico.

Cmo puede determinarse el punto de roco?

Para determinar el punto de roco se puede recurrir al diagrama de Mollier.

En la fig. 2-7 se muestra la forma bsica de este diagrama. La curva lmite Gsepara la zona de aire hmedo no saturado de la zona de lquido, hielo o niebla.Sin embargo, antes de utilizar el diagrama, es necesario conocer el contenidode agua del aire hmedo, expresado en gramos por kilogramo.

Wrel = 100 en por cientoHumedad absoluta del aire (f)Cantidad de saturacin (fmx)

Tempera

turaTenC

G

G

p = 6 bar

p = 1 bar1

2

3

Contenido de agua X en g/kg

20

0

20


24/125


Fig. 2-8Diagrama de Mollier(representacin parcial)

T Punto de condensacinp Presin total en bar

Para calcular el contenido de agua, puede utilizarse la siguiente frmula:

p Presin absoluta total en bar rel Humedad relativa ( = 0 hasta 1,0)ps Presin de saturacin con vapor en bar

La presin ps del vapor de agua contenido en el aire nicamente depende de latemperatura. Si se quiere expresar el agua que contiene el aire en g/m3, debermultiplicarse el resultado de la ecuacin anterior por la densidad del aire pN.Sin embargo, la densidad del aire no tiene un valor constante. Por ello, parasimplificar la operacin, se calcula con la densidad normalizada pN. Festo hadeterminado que esta densidad es de 1,292 kg/m3 (Info de Festo n 980010). Lanorma ISO establece que pN = 1,185 kg/m3. Despus de determinar finalmenteel contenido de agua, se puede utilizar el diagrama de Mollier (fig. 2-8).

Ejemplo: Suponiendo que la humedad relativa del aire Wrel es de 0,5 (= 50%),la presin p es de 3 bar y la temperatura T es de 24 C, cul es la temperaturadel punto de condensacin?

X = 0,622 103 en g/kgrel ps

p rel ps

0 0,5 1,0 1,5 2,0 3,5 4,0 4,5 5 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,02,5

2018

16

14

12

10

8

6

4

20

2

4

6

8 10

12

14

16

18

20

10 7 6 54

3

2

1

T

p

X = 3,11 Contenido de agua X en g/kg

TemperaturadecondensacinenC

T = 13


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En primer lugar es necesario determinar la presin de saturacin ps (24 C)a 24 C. Para ello puede recurrirse a la siguiente tabla:

Temperatura ps Temperatura ps Temperatura psT en C en mbar T en C en mbar T en C en mbar

20 1,029 + 2 7,055 + 24 29,82

18 1,247 + 4 8,129 + 26 33,60 16 1,504 + 6 9,345 + 28 37,78 14 1,809 + 8 10,70 + 30 42,41 12 2,169 + 10 12,70 + 32 47,53 10 2,594 + 12 14,01 + 34 53,18

8 3,094 + 14 15,97 + 36 59,40 6 4,681 + 16 18,17 + 38 66,24 4 4,368 + 18 20,62 2 5,172 + 20 23,37

0 6,108 + 22 26,42

De esta manera resulta que ps (24 C) = 29,82 mbar = 0,02982 bar. Para calcularel contenido de agua X se aplica la siguiente frmula:

Ahora se puede leer la temperatura del punto de condensacin en el diagramade Mollier. Las lneas correspondientes a la saturacin con p = 3 bar y al

contenido de agua X = 3,11 se cruzan en los 13 C.

Aunque sera deseable disponer de aire seco, en la prctica slo se necesitaaire completamente seco en muy raras ocasiones. Por lo general es suficientedisponer de aire relativamente seco. El criterio de referencia es la temperaturadel punto de condensacin. Segn las normas internacionales de calidad, sedistinguen seis clases de humedad en el aire comprimido (consultar la tablade la calidad del aire en la pgina 31). Para mquinas herramienta, mquinasembaladoras y mquinas textiles por ejemplo, se necesita aire comprimidode la clase de calidad 3.

Despus de la compresin, cunta humedad retiene el aire comprimido?

Si, por ejemplo, se aspiran 7 m3 de aire atmosfrico para comprimirlo y obtener1 m3 de aire comprimido, se obtiene un excedente de seis partes de agua queforman condensado (suponiendo que las temperaturas del aire aspirado y delaire comprimido son iguales). Un metro cbico de aire comprimido no puedecontener ms humedad que un metro cbico de aire bajo presin atmosfrica.Sin embargo, la cantidad de humedad que realmente contiene el aire com-primido depende de la temperatura del aire y de la presin. En la fig. 2-9 se

puede leer la cantidad mxima de humedad. Si el aire se enfra al comprimirlo,su capacidad de retencin de vapor de agua es menor. En consecuencia, se

X = 0,622 103 = 3,11 g/kg0,5 0,02982

3 (0,5 0,02982


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Fig. 2-9Contenido de agua en airecomprimido en funcin de latemperatura y de la presin

produce condensado. La parte de agua que el aire sigue reteniendo, llega hastalos elementos funcionales de las unidades consumidoras. Por ello es recomen-dable instalar un filtro delante de las unidades consumidoras. Este filtro puedeser, por ejemplo, un filtro con efecto ciclnico. En este tipo de filtros, el aire esguiado por diversos deflectores para que ejecute un movimiento giratorio, con loque se enfra. El efecto centrfugo y el enfriamiento tienen como consecuenciala eliminacin de condensado.

Ejemplo de cada de temperatura del aire: Un metro cbico de aire contiene 7 gramos de agua siendo la presin

de 6 bar y la temperatura de 40 C. Si la temperatura baja a 10 C, el agua contiene nicamente 1,3 gramos

de agua. Ello significa que se eliminan 5,7 gramos de agua (7 1,3 = 5,7).

Los elementos de mando y de trabajo alimentados con aire comprimido suelentener una temperatura de aproximadamente 20 C si se utilizan en el recinto

Presin en bar

Vap

ordeaguaenairesaturadodehumedadeng/m3

Tempe

raturaenC

+ 110

+ 100

+ 90

+ 80

+ 70

+ 60

+ 50

+ 45

+ 40

+ 35

+ 30

+ 25

+ 20

+ 15 25

20

15

10

5

0

+ 5

+ 10

50

40

30

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20

0,6

0,8

1

1,5

2

3

4

5

7

10

15


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cerrado de una planta industrial. Si el aire que contiene 1,3 gramos de aguallega hasta ellos, ese contenido residual de agua no se elimina, sino que llegaa la atmsfera con el aire de escape. Si, por lo contrario, dichos elementos seutilizan en el exterior y si la temperatura ambiente es de tan slo 5 C, s seproduce ms condensado.

Cmo se puede determinar el punto de condensacin de los instrumentos

de medicin?

El punto de condensacin puede determinarse, por ejemplo, aplicando elmtodo del espejo. Este mtodo recurre a la relacin fsica existente entrela temperatura de condensacin del vapor de agua y el contenido de vapor deagua en una mezcla de gases. El mtodo consiste en bajar la temperatura deun espejo metlico aprovechando el efecto de Peltier hasta que se condenseel vapor de agua. Un circuito optoelectrnico se encarga de detectar el conden-sado mediante la reduccin de la intensidad de la luz que se refleja en la super-ficie del espejo. El sistema de regulacin electrnica se encarga de modular

la alimentacin de corriente en funcin de la formacin del condensado. Lasituacin de equilibrio entre la vaporizacin y la condensacin correspondeal punto de condensacin. La temperatura correspondiente se puede medirutilizando una resistencia de gran precisin (por ejemplo un sensor de platinocon resistencia de 100 ohmios a 0 C). En la fig. 2-10 se puede apreciar unarepresentacin esquemtica de un sensor del punto de condensacin.

Fig. 2-10Sensor del puntode condensacin

1 Regulacin LED2 Regulacin ptica

del rayo de referencia3 Espejo metlico4 Sensor de temperatura5 Elemento de refrigeracin6 Aire o mezcla de gases7 Alimentacin

1 2

3

4

5

6

7

Regulacin delelemento de refrige-racin termoelctrico

Temperatura de condensacin


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Actualmente se dispone de otros tipos de sensores para medir la humedad delaire. Estos sensores no recurren a sistemas pticos para detectar la refrigeracinde la superficie, sino que utilizan sistemas elctricos. En la fig. 2-11a se muestrael esquema de un sensor polmero que funciona de la siguiente manera:el agua gaseiforme penetra en un dielctrico, con lo que cambia su constantedielctrica. Si la humedad es pequea, el agua vuelve a separarse de la capadielctrica.

En el caso del sensor que se aprecia en la fig. 2-11b, se trata de un condensadorembebido en silicio. Aplicando una corriente alterna, se produce un campoelctrico cuyas lneas de flujo salen del silicio. El agua condensada modificala frecuencia del campo de dispersin. De esta manera se obtiene una sealcorrespondiente a la corriente de Peltier que permite medir la temperatura de lasuperficie. A diferencia de lo que sucede en el caso del sensor polmero, el aguano penetra en el material del sensor, sino que se queda adherida a la superficie.De esta manera se obtiene una curva caracterstica exenta de desviaciones ehistresis.

Fig. 2-11Sensores de humedad

a) Sensor polmerob) Sensor de condensacin

1 Agua gaseiforme2 Dielctrico3 Condensador4 Campo de dispersin5 Agua condensada

en la superficie del chip

6 Elemento de Peltier7 Chip de silicio

con condensador

1

a) b)

2 3 4

5

6

7


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3 La preparacin del aire comprimido28

La finalidad de la preparacin del aire consiste en conseguir que el airecomprimido tenga la calidad que exige la unidad consumidora. El procesode preparacin del aire puede clasificarse en tres fases. En primer lugar, laeliminacin de partculas gruesas, en segundo lugar el secado y, en tercer lugar,la preparacin fina del aire. Inmediatamente detrs del compresor se procedea la eliminacin de las partculas gruesas. En la fig. 3-1 se muestra un esquemasimplificado de una red neumtica.

El aire comprimido debe prepararse lo mnimo posible, aunque siempretanto como sea necesario. En otras palabras, el aire comprimido debe estarnicamente tan limpio como sea indispensable. Adems, deben tenerse encuenta los siguientes criterios:

Si se necesita aire comprimido de diversas calidades, puede prepararse el airede modo centralizado de tal manera que su calidad corresponda a la clasede calidad ms alta necesaria. Sin embargo, es ms econmico preparar elaire de mayor calidad por separado, junto a los consumidores que lo exigen(preparacin fina descentralizada).

Si se necesita aire comprimido con diversas presiones, es ms econmicoutilizar intensificadores de presin descentralizados, ya que as la presinpuede ser inferior en el resto de la red neumtica.

El aire aspirado por el compresor debe ser lo ms fro, seco y limpio posible.Si se aspira aire caliente y hmedo, se produce una mayor cantidad de

condensado. Si la red de aire comprimido sufre fuertes oscilaciones de presin,

es recomendable montar un pequeo depsito delante de la unidadde mantenimiento.

En la parte ms baja de la red de tuberas debera colocarse un equipo paraacumular y evacuar el condensado que se va formando en la red.

La necesidad de preparar el aire no se explica nicamente por las exigenciasque plantean los procesos de fabricacin, ya que tambin es recomendablepor razones de salud. El aire de escape que contiene aceite puede daar lasalud de los operarios y, adems, es daino para el medio ambiente.

3La preparacindel aire comprimido

Fig. 3-1Esquemade una red neumtica

K CondensadoLF FiltroLOE Lubricador

(aceite nebulizado)LDF SecadorLR Vlvula reductora

de presinM Motor Me Instrumento de medicin,

manmetroPEV PresostatoQH Vlvula de cierreV CompresorWA Separador de agua

V M PEV

Acumulador

WA WA WA

Me

QH QH QH

LOELRLR

LF

LF

LDF QH

QH

Mquina

K K K K K

En caso deredes grandes

Inclinacinde 1 hasta 2%

l

Punto de sepa-racin en el diseo

de proyectos


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3 La preparacin del aire comprimido 29

Para que el aire atmosfrico se transforme en la fuente energtica aire com-primido, es necesario conseguir que el aire reduzca su volumen considerable-mente. Qu caractersticas tiene el aire en su calidad de materia prima?El aire tiene las siguientes propiedades fsicas:

Magnitud fsica Valor cuantitativo Unidades

Densidad a 0 C 1,293 kg/m3

a 15 C 1,223 kg/m3

a 20 C 1,199 kg/m3

Constante R de los gases perfectos 287 J/kg K

Capacidad trmicaa 0 C; p = constante cp = 1,005 kJ/kg Ka 0 C; V = constante cV = 0,716 kJ/kg K

Exponente adiabtico 1,4

Viscosidad dinmica(presin normalizada) a 20 C 18,13 106 Pa s

Viscosidad cinemtica(presin normalizada) a 20 C(= relacin viscosidad/densidad) 15,55 mm2/s

Segn la norma ISO 6358, la densidad normal del aire es de 1,185 kg/m3.

La compresin del aire implica determinados problemas, ya que al comprimirseel aire, tambin se comprimen todas las impurezas que contiene, tales comopolvo, holln, suciedad, hidrocarburos, grmenes y vapor de agua. A estasimpurezas se suman las partculas que provienen del propio compresor, talescomo polvo de abrasin por desgaste, aceites coquizados y aerosoles. Ellosignifica que al comprimir a 8 bar el aire atmosfrico, aumenta la concentracinde las impurezas multiplicndose por nueve. Pero ese no es el nico problema.Adems, la red de tuberas tambin contiene residuos y depsitos, tales como

xido, cascarilla, residuos de soldadura y de substancias hermetizantes quepueden producirse durante el montaje de la valvulera. En el cuadro general dela fig. 3-2 se aprecia el tipo y tamao de las partculas que puede contener elaire. En las grandes ciudades, el aire contiene aproximadamente 140 millonesde partculas de polvo por 1 m3. De esas partculas, el 80 por ciento tiene untamao inferior a 5 m. Para que el aire que respiramos pueda considerarselimpio, no debe contener partculas de tamao superior a 0,01 m.

3.1La calidaddel aire comprimido


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Ello significa que, en estado natural, el aire no es limpio. Las impurezas puedenocasionar fallos en las unidades consumidoras y daar la red neumtica. Las

impurezas incluso pueden tener una influencia recproca negativa. Las partculasde polvo, por ejemplo, crean partculas ms grandes si entran en contacto conagua o aceite. El aceite, por su parte, crea una emulsin si entra en contactocon agua.

Existen clases de calidad recomendadas para cada aplicacin neumtica. Estasclases corresponden a la calidad del aire que, como mnimo, necesita la unidadconsumidora correspondiente. En la siguiente tabla consta la calidad del airecomprimido en funcin de los tipos de impurezas. Las clases de calidad sedefinen en concordancia con la norma DIN ISO 8573-1.

Fig. 3-2Tipos y tamaos de lasimpurezas ms comunescontenidas en el aire(1 m = 0,001 mm)

Humo de tabaco

Brumade aceite

Nieblade aceite

Polvo atmosfrico

Niebla de pintura

Polvo de plantas metalrgicas

Polvo de cemento

Polvo callejeroHolln

Polvo de carbnNieblade azufre

Nieblade agua

Niebla de

industria pesada

Arena deplantassiderrgicas

Submicroscpico microscpico visible

Vapor, bruma, humo Polvo Niebla Spray Lluvia

Tamao de las partculas en mm

0,01 0,1 1,0 5 10 40 100 1000

Filtrosu

bmicrnico

Filtro

micrnico

Filtro

grueso


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Aplicaciones Cuerpos Punto de Contenido Clase deslidos condensacin mx. de aceite filtracin(m) del agua (0 C) (mg/m3) recomendada

Minera 40 25 40 mLavandera 40 +10 5 40 mMquinas soldadoras 40 +10 25 40 mMquinas herramienta 40 +3 25 40 m

Cilindros neumticos 40 +3 25 40 mVlvulas neumticas 40 o bien 50 +3 25 40 o bien 50 mMquinas de embalaje 40 +3 1 5 m 1 mReguladores finos

de presin 5 +3 1 5m 1 mAire de medicin 1 +3 1 5m 1 mAire en almacn 1 20 1 5m 1 mAire para aplicacin

de pintura 1 +3 0,1 5m 1 mTcnica de detectores 1 20 o bien40 0,1 5m 1 mAire puro para respirar 0,01 0.01 m

En esta norma tambin se clasifica el aire segn 7 clases de calidad.En la tabla siguiente, los datos indicados en metros cbicos se refieren al estadonormalizado segn ISO 554.

Clase Tamao mx. Densidad mxima Punto mx. de Contenido mx.de las partculas de las partculas condensacin bajo de aceite residualen m en mg/m3 presin en C en mg/m3

1 0,1 0,1 70 0,01

2 1 1 40 0,13 5 5 20 1,0

4 15 8 +3 5

5 40 10 +7 25

6 +10

7 sin definir

El aire, al comprimirse, se calienta, por lo que es necesario montar un equipo derefrigeracin del aire inmediatamente detrs del compresor. El calentamiento se

produce porque el aumento de la energa necesaria para incrementar la presinde p1 a p2 implica un aumento de la temperatura de T1 a T2. El calentamiento sepuede calcular aplicando la siguiente frmula:

pudiendo ser k desde 1,38 hasta 1,4.

3.2

Procedimientosde secado

T2 = T1

p2p1

(k 1)k


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El aire siempre contiene una cantidad mayor o menor de vapor de agua. Sinembargo, el aire slo puede contener una cantidad limitada de agua (hasta lacantidad de saturacin). Antes que el aire comprimido llegue a las unidadesconsumidoras, debe conseguirse que se condense la mayor cantidad posibledel vapor de agua. Si no se utiliza un compresor exento de aceite, se obtieneuna mezcla comprimida de aire y aceite. Ese aceite tiene que extraerse del airemediante un separador y, a continuacin, refrigerarse.

Para que los elementos de mando y los elementos funcionales neumticosno se transformen en elementos hidrulicos, es recomendable secar el airecomprimido. El secado es el proceso ms importante de la operacin de prepa-racin del aire. Secando bien el aire se evita la corrosin de los tubos y de loselementos neumticos. El criterio que se aplica para medir el secado del aire esla temperatura del punto de condensacin (consultar captulo 2.3). Cuanto msalta es la temperatura del aire comprimido, ms agua puede contener el aire(cantidad de saturacin). As lo demuestra la siguiente tabla:

Temperatura en C 20 10 0 5 10 15 20 30 50 70 90 100

Contenido mx.de vapor de agua 0,9 2,2 4,9 6,8 9,4 12,7 17,1 30,1 82,3 196,2 472 588en g/m3

Cmo se puede secar el aire?

El aire se puede secar de diversas formas. En la fig. 3-3 se muestra un desglosede los mtodos de secado.

Fig. 3-3Mtodos para secar el aire

Mtodos de secado

CondensacinAdsorcin/Absorcin Difusin

Secadopor fro

Sobre-compresin

Secador de adsorcin(agente slido)

Secador deabsorcin

Secador demembrana

Sin calorAgentecalentado

Calentamiento delaire regenerado

Agentelquido

Agentedelicuescente


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En muchos casos es suficiente recurrir al mtodo de secado por fro. En esecaso, la temperatura del aire disminuye por efecto de un agente refrigerante.As se forma condensado y disminuye el contenido de agua del aire. Tal comose puede apreciar en la fig. 3-4, el aire se refrigera al fluir en el sentido contrariode un agente refrigerante. Este proceso de refrigeracin suele realizarse envarias fases (refrigeracin previa aire-aire y refrigeracin principal aire-agenterefrigerante). El punto de condensacin es de aproximadamente +1,5 C. Si la

temperatura de la red no baja de 3 C, la red de aire comprimido ya no contieneagua. El proceso de secado por refrigeracin genera aproximadamente un 3%de los costos energticos totales correspondientes a la generacin de airecomprimido. Para conseguir un ahorro mayor, puede recurrirse a secadoresmodernos con compresor de agente refrigerante y con regulacin de lasrevoluciones. Este compresor adapta la cantidad del agente refrigerantecirculante a la cantidad de aire que en cada momento tiene que secarse.

La sobrecompresin (alta compresin) es otro de los mtodos utilizados parasecar el aire. En este caso, el aire se somete a una presin muy superior a laque es necesaria para el funcionamiento de la unidad consumidora. El aire serefrigera, con lo que se produce condensado que se elimina. A continuacin, sevuelve a bajar la presin hasta obtener el nivel necesario para el funcionamientode los actuadores. De esta manera es posible obtener puntos de condensacinque son inferiores a 60 C. Sin embargo, este mtodo es bastante costoso.

Si las aplicaciones exigen temperaturas extremadamente bajas (entre 0 Cy 70 C), tienen que aplicarse los mtodos de adsorcin o de secador de

membrana. Los equipos correspondientes llegan a alcanzar hasta un 20% delos costos energticos de la generacin de aire comprimido.

Fig. 3-4Principio de funcionamiento

del secador por fro

1 Toma de aire comprimidoa 25 C

2 Salida del agenterefrigerante

3 Intercambiador de calor4 Entrada del agente

refrigerante5 Salida de aire comprimido

con 15 C6 Separador de condensado7 Salida de agua8 Secador previo

15

2

63

4

7

8


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En el caso del secado por absorcin, una substancia qumica atrae la humedadque termina disolvindose en ella. La substancia qumica es una solucinsalina a base de NaCl. Se trata de un secador de construccin sencilla, tal comose puede apreciar en la fig. 3-5. Cabe observar, sin embargo, que la substanciaqumica se consume. 1 kg de sal es capaz de retener aproximadamente 13 kgde condensado. Ello significa que es necesario rellenar constantemente la subs-tancia salina. Con este sistema, el punto de condensacin puede ser de mximo

15 C. Tambin es posible utilizar otros agentes refrigerantes, tales comoglicerina, cido sulfrico, tiza deshidratada y sal de magnesio hiperacidificado.

En el proceso de secado por adsorcin, las molculas del gas o del vapor seenlazan debido a las fuerzas moleculares. El agente secante es un gel(por ejemplo, gel silcico) que tambin se consume, aunque es regenerable.Por ello se necesitan dos depsitos de secado (depsito con dos cmaras)para que los procesos de secado (A) y de regeneracin (B) se lleven a cabo

simultneamente. La regeneracin puede conseguirse en fro o caliente.Los secadores con regeneracin del agente en fro cuestan menos, pero sufuncionamiento es menos rentable. En la fig. 3-6 se aprecia un secador conregeneracin por calor. Los dos secadores se activan alternamente y segnel tipo de agente secador que se utilice, se alcanzan puntos de condensacinde hasta 70 C.

Tambin hay secadores por adsorcin que utilizan filtros moleculares (silicatosde metal y aluminio o zeolitas) en calidad de agentes de secado. Al igualque todas las substancias adsorbentes, estos filtros tienen una gran superficie

interior (capilaridad). Tambin en este caso es posible regenerar los filtroscargados de molculas de agua (desorcin).

Fig. 3-5Principio de funcionamientodel secador por adsorcin

1 Aire comprimido seco2 Contenedor3 Substancia salina4 Salida del condensado5 Aire (hmedo) proveniente

del compresor6 Depsito de condensado

1

2

3

4

56


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Los secadores de membrana estn compuestos por un haz de fibras huecaspermeables al vapor y que est circundado de aire seco que no est sometido apresin. El secado se produce a raz de la diferencia parcial de presin entre elaire hmedo en el interior de las fibras huecas y el flujo en sentido contrario delaire seco (fig. 3-7). El sistema procura crear un equilibrio entre la concentracin

de vapor de agua en ambos lados de la membrana.

Fig. 3-6Principio de funcionamientodel secador por adsorcin

1 Aire seco2 Torre de secado3 Calentador4 Ventilador5 Aire caliente

6 Aire hmedo7 Vlvula

Fig. 3-7Principio de funcionamientodel secador de membrana

1 Fibra hueca2 Aire de enjuague3 Entrada de aire hmedo4 Membrana

1

A B

2

3

4

5

7

6

1

2

34 1


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Las fibras huecas son de material exento de silicona y estn recubiertas deuna nfima capa que constituye la superficie de la membrana como tal. Lasmembranas pueden ser porosas o homogneas. Las membranas homogneasslo permiten el paso de determinadas molculas, como por ejemplo las devapor de agua. En ese caso, no cambia el contenido de oxgeno y de aceite.El aire seco de enjuague se obtiene derivando parte del aire que ya fue someti-do al proceso de secado. Este constante consumo de aire de enjuague reduce

la eficiencia del secador. Por ello se est intentando encontrar solucionesapropiadas para conseguir reducir el consumo de aire. Debido a su principiode funcionamiento, estos secadores se utilizan preferentemente en tramosparciales de la red o en sus puntos finales (fig. 3-8). Los secadores de membranano necesitan energa adicional para regular el aire de enjuague, por lo que sonmuy apropiados para el uso en zonas con peligro de explosin. Es recomendablemontar los secadores de membrana delante del regulador de presin de aire,ya que el efecto de secado es mayor si la presin es ms alta. Asimismo,es recomendable tambin montar delante del secador de membrana unacombinacin de unidad de prefiltracin y de microfiltro, ya que de esta manera

aumenta la duracin de las fibras huecas. Los secadores de membrana sediferencian de otros secadores principalmente por lo siguiente:

Los secadores de membrana reducen la humedad en un porcentaje determina-

do, mientras que los secadores por fro y por adsorcin lo hacen en funcin deun determinado punto de condensacin bajo presin.

Fig. 3-8Campos de aplicacin dediversos tipos de secadores(segn Hoerbiger-Origa)

1 Secador por adsorcin2 Secador de membrana3 Secador por fro hasta

1 000 m3/h

1

2

3

30

20

10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50 100 150 200

Caudal en m3/h

Temperaturadelpuntodecondensac

inenC


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Desde hace ms de 100 aos se utilizan filtros de aire, lo que significa que hanexperimentado una larga evolucin. Originalmente se empleaban tejidos parafiltrar. La eleccin del filtro apropiado es fundamental para la calidad del aire.Para obtener aire comprimido de alta calidad, es necesario prever varias fasesde filtracin. Un solo filtro fino no es suficiente para obtener aire de calidadsatisfactoria.Clasificacin de los filtros:

Filtro: Los filtros comunes son capaces de retener partculas de tamaossuperiores a 40 m o a 5 m, segn su grado de filtracin y el tipode cartucho filtrante.

Microfiltro: Estos filtros retienen partculas de tamaos superiores a 0,1 m. Filtro submicrnico: Estos filtros pueden retener partculas de tamaos

superiores a 0,01 m. Sin embargo, antes de pasar por estos filtros, el airetiene que haber pasado previamente por otro, capaz de retener partculasde hasta 5 m.

Filtros de carbn activo: Estos filtros son capaces de retener partculasa partir de 0,003 m, lo que significa que pueden retener substancias

aromatizantes u odorferas. Los filtros de carbn activo tambin se llamanfiltros submicrnicos.

Para conseguir aire de clases de mayor calidad, la filtracin de las substanciasslidas siempre deber hacerse por fases, para lo que puede montarse, porejemplo, un filtro submicrnico detrs de un filtro micrnico.

Qu principios funcionales se aprovechan en el proceso de filtracin?

Filtros ciclnicos

En estos filtros, el aire pasa por una chapa que lo obliga a ejecutar unmovimiento rotativo. De esta manera surten efecto las fuerzas centrfugas.En analoga con los ciclones que se producen en las zonas tropicales, estosfiltros tambin se llaman ciclnicos (fig. 3-9).

3.3Filtracin

Fig. 3-9Principio de funcionamientode un filtro ciclnico

1 Entrada de aire2 Salida de aire3 Junta trica4 Recipiente5 Deflector6 Separador7 Tornillo de fijacin8 Elemento filtrador9 Botn para purga

manual del condensado10 Condensado11 Purga del condensado

1 2

3

45

67

8

910

11


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La fuerza centrfuga proyecta las partculas slidas de mayor tamao y,especialmente, las partculas lquidas hacia la pared interior del depsitodel filtro, con lo que es posible retener hasta un 90 por ciento del condensado.A continuacin, el aire pasa por un filtro de material sinterizado altamenteporoso. El condensado y las partculas de suciedad se acumulan en el depsito.Para que el lquido acumulado pueda salir, hay que pulsar de vez en cuando elbotn de purga. El cartucho de filtracin debe sustituirse peridicamente.

Filtros de capa simpleEstos filtros estn compuestos de un tejido de metal y de material sinttico ysus poros pueden ser de 5 m o de 40 m. El tejido retiene todas las impurezasque tienen un tamao mayor que sus poros. Los filtros de capa simple suelenmontarse detrs de un filtro ciclnico (fig. 3-9).

Filtros de capas mltiplesEstos filtros de vellones de microfibra (tejidos de fibras de borosilicato) tienenporos de 1 m (filtro micrnico) o de 0,01 m (filtro submicrnico). La filtracin

se produce por retencin, absorcin, cribado, difusin, carga electrostticay ligacin por efecto de las fuerzas de Waals. En la fig. 3-10 se muestra laretencin de partculas de polvo. Las partculas slidas se quedan atascadasentre las fibras. Las partculas lquidas coalescen (se unen) para formar gotasde mayor tamao y que se acumulan en el depsito del filtro.

Los filtros de capas mltiples son capaces de retirar del aire partculas muy finasde aceite y de polvo. Si se utiliza un filtro de carbn activo, incluso es posibleevitar el paso de vapor de aceite y de substancias odorferas. Ello puede ser

necesario en el caso de procesos muy sensibles, por ejemplo en la industria

Fig. 3-10Retencin de partculasde polvo en un filtro textil

1 Filtro textil

2 Depsito de polvo3 Retencin de polvo4 Lado del gas antes

de la filtracin5 Lado del gas filtrado


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alimentaria o de productos farmacuticos. El grado de filtracin necesariodepende siempre de la aplicacin correspondiente. En el aire comprimido seadmite la presencia de las siguientes partculas: Partculas dese 40 m hasta 5 m en motores de mbolo rotativo con paletas,

cilindros neumticos, unidades de mando y herramientas percutoras Partculas inferiores a 5 m en reguladores, vlvulas, instrumentos

de medicin, pistolas de inyeccin

Partculas inferiores a 1 m en el caso de aplicaciones en la industriaalimentaria, farmacutica y electrotcnica.

Filtros de carbn activoEstos filtros contienen una unidad filtrante de carbn amorfo poroso. Elcarbn activo tiene una superficie especialmente grande que puede ser desde500 m2/g hasta 1 500 m2/g. Por ello, estos filtros son capaces de retenerpartculas muy finas. La adsorcin se produce en las partes especialmenteactivas de la superficie, es decir, en las puntas, esquinas, cantos y en lasimperfecciones reticulares de las estructuras de carbn.

Para aumentar la duracin del filtro de carbn activo, siempre deber montarsedelante un filtro micrnico y, delante de ste, una unidad de prefiltracin.Los elementos filtrantes de carbn activo suelen tener que cambiarse cada1 000 horas de funcionamiento o, en su defecto, si se percibe olor a aceite.En estos filtros, el contenido de aceite residual apenas es de 0,003 ppm(ppm = partes por milln; esta unidad, aunque no es oficial, es consideradavlida. La indicacin en mg/m3 es ms fcil de entender, es decir, en este caso0,003 mg/m3). Esta cantidad supone la existencia de un filtro antepuesto alfiltro de carbn activo. Estos filtros submicrnicos se utilizan especialmente en

la industria alimentaria, de bebidas, farmacutica y en la tcnica mdica.

Observacin: Los filtros siempre se montan delante de las vlvulas utilizadaspara reducir la presin, ya que la prdida de presin que se produce enlos filtros cambia segn el caudal.

En la fig. 3-11 se muestran los smbolos utilizados en esquemas de distribucin.

Fig. 3-11Smbolos de filtrosy unidades de lubricacin

1 Filtro(retencin de partculas)

2 Separador de aguade accionamiento manual

3 Separadorde agua automtico

4 Filtro con separadorde agua (manual)

5 Filtro con separadorde agua (automtico)

6 Secador de aire7 Unidad de lubricacin

8 Combinacin de filtros

1 2 3 4

5 6 7 8


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La utilizacin de equipos neumticos en determinados sectores industriales(por ejemplo, en la industria farmacutica o alimentaria o en cabinas de pintura)exige el uso de aire comprimido sin aceite. El problema consiste en el aceiteresidual contenido en el aire comprimido proveniente del compresor. Inclusoutilizando compresores exentos de aceite, el aire contiene aerosoles oleososque crean cierto grado de aceite residual. Este aceite puede taponar loselementos sensibles de los componentes de la red y, adems, enjuagar o daar

la lubricacin que dichos componentes tienen de fbrica. Segn la clasificacinPneurop (directiva 6611), se aplica la siguiente clasificacin:

Clase Contenido de aceite en mg/m3

1 0,012 0,13 1,04 5,05 25,0

El contenido de aceite en el aire comprimido se puede comentar en lossiguientes trminos: Aire comprimido con poco contenido de aceite

Este es el caso normal, despus de haber pasado el aire por un filtro capaz deretener partculas de mximo 1 hasta 20 m. Esta categora corresponde a lacalidad de aire utilizado para efectuar mediciones, respirar y trabajar, siemprey cuando cumpla con los requisitos especficos en cada caso.

Aire comprimido tcnicamente sin contenido de aceiteEn este caso, el contenido de aceite residual es de 0,3 hasta 0,01 mg/m3,

lo que significa que se trata de aire comprimido apropiado para cualquieraplicacin tcnica. Para conseguir aire de esta calidad tienen que utilizarsefiltros micrnicos.

Aire comprimido absolutamente exento de aceiteEn el proceso de preparacin del aire comprimido, el aire que entra en el com-presor ya est exento de aceite. El contenido de aceite del aire comprimido esinferior a 0,003 mg/m3. Esta calidad se obtiene nicamente mediante el usode filtros de carbn activo.

Para reducir el contenido de aceite en el aire comprimido existen tres

posibilidades: Compresor para la generacin de aire comprimido exento de aceite Secado por fro con separacin de aceite (en aproximadamente un 80%) Filtro de retencin de aceite

Se sobreentiende que es posible combinar varios de estos mtodos, as comotambin es posible conectar en serie varios filtros, por ejemplo dos filtros finos(siendo el segundo un filtro de carbn activo que acta como filtro de adsor-cin). De esta manera es posible evitar tambin el paso del olor del aceite ode otras substancias. Dicho sea de paso que la mayora de los componentes

neumticos de trabajo y de mando funcionan perfectamente con aire comprimi-do exento de aceite, ya que de fbrica estn dotados de una lubricacin de larga


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duracin. Si se utiliza aire que contiene aceite, deber tenerse en cuenta que,en ese caso, los componentes siempre debern funcionar con aire comprimidolubricado. Ya no hay vuelta atrs! Las opiniones difieren en que si es mejorgenerar aire comprimido exento de aceite utilizando compresores sin aceite o sies preferible eliminar posteriormente el aceite mediante filtros. Al respecto cabeanotar que los compresores lubricados con aceite son ms econmicos.

Al filtrar el aire comprimido tambin se obtiene agua que se acumula encalidad de condensado que hay que purgar regularmente. Si la cantidadde condensado que se obtiene en el filtro de aire comprimido es demasiadogrande, es recomendable utilizar un sistema con purga automtica del conden-sado. De esta manera es ms fcil controlar y vigilar los filtros. La purga auto-mtica del condensado se consigue de varias maneras: Colector de condensado con flotador

La purga se controla mediante el nivel del lquido. Un flotador abrela vlvula de purga (fig. 3-12), con lo que puede salir el condensado.

Colector de condensado con regulacin electrnica del nivel

Un detector capacitivo de nivel emite una seal si el condensado alcanzaun nivel mximo. Esta seal abre electrnicamente una vlvula de membrana.A continuacin, el lquido es vaciado por el conducto de salida.

Colector de condensado con purga temporizada y electrovlvulaPor experiencia se sabe con qu frecuencia es necesario purgar el conden-sado. Este tiempo se programa en un sistema de control que abre y vuelve acerrar la vlvula de purga peridicamente.

Fig. 3-12Colector de condensado

con flotador

1 Cuerpo2 Flotador3 Vlvula manual4 Vlvula de bloqueo

(de asiento cnico)5 Condensado6 Tubo de salida

1

2

3

4 5

6


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Dado que el condensado no solamente contiene agua, sino que tambin incluyesuciedad y aceite coquizado, es posible que la vlvula de salida se obture.Si eso sucede, el condensado no se puede evacuar correctamente y, adems,si dicha vlvula cierra de modo deficiente, se pierde aire innecesariamente.

Pero tambin las electrovlvulas pueden fallar. Adems, tambin se produceuna fuga de aire comprimido mientras estn abiertas. Estas prdidas se puedenevitar utilizando un colector de condensado con regulacin electrnica del nivel,ya que la membrana slo abre la salida de evacuacin mientras el depsito

contiene condensado.

En la fig. 3-14 se muestran algunas variantes de filtros, comentados en la tablasiguiente.

Fig. 3-13Diversos tipos de filtros

1 Unidad de refrigeracinposterior

2 Acumulador3 Filtro principal

con purga automtica4 Filtro estndar

5 Microfiltro6 Secador por fro7 Filtro submicrnico8 Filtro de carbn activo9 Secador por absorcin

Fig. 3-14Variantes de filtros

1 Unidad de refrigeracinposterior

2 Acumulador

3 Filtro del conductoprincipal con descargaautomtica

4 Filtro estndar5 Microfiltro6 Secador por fro7 Filtro submicrnico8 Filtro de carbn activo9 Secador por absorcin

1

2

4

5

3

6

1 2 3

4

5

55

6

77

7

98

5

A

B

C

D

E

FG


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Eleccin de los filtros segn el esquema de la fig. 3-14 y en funcinde la aplicacin (segn Hofmann/Stein)

Tipo de filtro Campo de aplicacin Funcin principal

A Se aceptan ligeras Accionamiento de mandos Eliminacin de impurezas;impurezas, humedad de mquinas, sistemas partculas de polvoy aceite de sujecin, martillos superiores a 5 m; aceite

percutores, chorros de lquido superior a 99%,aire, aire para taller humedad sobresaturada

inferior a 99%

B Eliminacin prioritaria Equipos industriales; Eliminacin de impurezas;de polvo y aceite, admi- actuadores neumticos; partculas de polvotindose una pequea juntas metlicas; superiores a 0,3 m;cantidad de humedad herramientas; motores niebla de aceite superior(que se explica por la dife- a 99,9%; humedad sobre-rencia de temperaturas) saturada superior a 99%

C Tiene prioridad la elimi- Aplicaciones similares a las Eliminacin de la hume-nacin de la humedad, de A, aunque situacin ms dad y de partculas de

aceptndose pequeas difcil debido a una mayor polvo superiores a 5 m;cantidades de aceite diferencia de temperaturas aceite superior a 99%;y de polvo en la red o en las unidades punto de condensacin

consumidoras; cabinas atmosfrico de 17 Cde pintura; aplicacionescon spray

D Eliminacin necesaria Tcnica de procesos, instru- Eliminacin de impurezasde humedad, polvo mentos de medicin; sistemas y humedad; partculasy aceite sofisticados de aplicacin de polvo superiores

de pintura; refrigeracin de a 0,3 m; niebla de aceitematerial fundido; mquinas superior a 99,9%;de inyeccin de plsticos punto de condensacin

atmosfrico de 17 C

E Necesidad de disponer de Instrumentos de medicin Eliminacin de impurezasaire limpio. Eliminacin neumticos; tcnica de y humedad; partculas decasi total de humedad, fluidos; pintura de polvo superiores a 0,01m;polvo y aceite aplicacin electrosttica; niebla de aceite superior a

secado y limpieza de 99,9999%; punto de con-componentes electrnicos densacin atmosfrico

de 17 C

F Necesidad de disponer Industria farmacutica y ali- Eliminacin de todas lasde aire extremadamente mentaria (embalaje, secado, impurezas y substanciaslimpio. Eliminacin casi transporte, preparacin de odorferas; partculas de

completa de humedad, alimentos); aplicaciones de polvo superiores a 0,01 m;polvo, aceite y olor tcnica mdica; trabajos niebla de aceite superior

de sellado y emplomado a 99,9999%; puntode condensacinatmosfrico de 17 C

G Necesidad prioritaria Procesos de secado Eliminacin de todas lasde un bajo punto de en electrnica impurezas, humedadcondensacin y aire almacenamiento de y vapores; partculas deprcticamente exento productos farmacuticos; polvo superiores a 0,01m;de polvo y aceite instrumentos de medicin niebla de aceite superior

de la marina; transporte a 99,9999%; punto de

de material en polvo condensacin atmos-frico inferior a 30 C


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Para elegir un filtro, es recomendable responder a las siguientes preguntasy proceder en concordancia con las respuestas: Qu grado de pureza debe tener el aire? Qu tamao tienen las conexiones? (En funcin de la presin y del caudal) Qu tipo de purga (manual o automtica) es recomendable?

Para determinar el grado de pureza que debe tener el aire comprimido, puede

recurrirse a la tabla de la pgina 31. El tamao de las conexiones debe elegirsede tal manera que la prdida de presin no sea superior al 3% de la presinabsoluta de entrada. Siendo la presin de trabajo de 6 bar, la prdida de presinadmisible sera de p = 0,21 bar (fig. 3-15). Claro est que tambin el mejorfiltro provoca una prdida de presin. Segn las experiencias acumuladas en laprctica, es recomendable elegir un filtro que permita que el caudal real (a unapresin de funcionamiento determinada) quede por debajo de la lnea recta queconsta en la grfica de la fig. 3-15.

Ejemplo: Siendo la presin de 6,3 bar y p = 0,2 bar, se obtiene un caudal

de 450 l/min.

Es importante respetar los lmites del caudal mnimo y mximo. Si el filtrofunciona mientras el caudal es inferior al mnimo admisible, las fuerzas devan der Waals suelen no ser suficientes para eliminar las partculas, con loque el aire comprimido sigue transportndolas. Si el filtro funciona siendo elcaudal superior al mximo admisible (cosa que sucede con frecuencia en laprctica), entonces aumenta considerablemente la presin diferencial. En esascondiciones, el sistema funciona con menos eficiencia y, por lo tanto, aumentanlos costos. Incluso puede llegarse a la situacin extrema en la que las partculas

que antes fueron retenidas por el filtro, vuelvan a desprenderse por la fuerzadel flujo. En esos casos, el usuario se sorprende y no entiende por qu el airecomprimido contiene una cantidad significativa de partculas a pesar de losfiltros.

Fig. 3-15Prdida de presin en el filtroen funcin del caudal

a Caudal mximorecomendado

b Presin de funcionamientoen bar

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

Prdidadepresine

nbar

0 200 400 600 800 1000 1200

Caudal en l/min.

3,2 6,3 10

b

a


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Comentarios adicionales sobre el condensado: El condensado es una mezclade partculas slidas, agua y aceite. El condensado tiene propiedades agresivas.Por ello es importante eliminarlo. Los equipos qumicos-trmicos de preparacindel aire comprimido son capaces de transformar el condensado en agua potabley el aire filtrado en aire puro, apropiado para la respiracin. Estos sistemas defiltros son respetuosos con el medio ambiente y no exigen un vertido especialal desecharlos.

En determinadas aplicaciones es necesario disponer de aire comprimidolubricado. As sucede si el aire no solamente es agente energtico, sino tambinlubricante de las partes mviles de los elementos de trabajo. Los lubricadoresse encargan automticamente de dosificar la niebla de aceite necesaria. El aireenriquecido con niebla de aceite evita que se produzca una friccin seca en laspartes mviles de los actuadores y las unidades consumidoras y, adems, contri-buye a evitar su desgaste prematuro. Sin embargo, sera incorrecto creer queel aceite proveniente del compresor es apropiado para cumplir estas funciones.

Buena parte de la estructura molecular de este aceite se destruye por la presiny el calor durante la operacin de compresin, con lo que se convierte en unmedio cido muy agresivo. Ello significa que este aceite es completamenteinapropiado para la lubricacin de los componentes de la red.

El cabezal del lubricador estndartiene una tobera Venturi por la que pasael aire comprimido. A raz de la forma convergente de la tobera, se produceun vaco en el lado de aspiracin, mediante el cual se aspira el aceite desdeel depsito a travs de un tubo ascendente (fig. 3-16). A continuacin, el aceitegotea y, al hacerlo, se nebuliza. Con una vlvula reguladora es posible dosificar

la cantidad de gotas que deben caer en la corriente de aire comprimido.

3.4Lubricadoresde aire comprimido

Fig. 3-16Lubricadorde aire comprimido

1 Cabezal del lubricador2 Tobera de aspiracin3 Tubo ascendente4 Depsito5 Boquilla cuentagotas6 Tuerca de vaciado

2

3

4

5

1

6


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En la fig. 3-17 se muestra el funcionamiento del principio Venturi. A razde la convergencia se produce una diferencia de presin p que permite aspirarel aceite contenido en el depsito.

El lubricador de microniebla se diferencia del lubricador estndar por conseguiruna nebulizacin ms fina de las gotas (> 2 m) de aceite mediante un deflector.Con este tipo de lubricadores, slo aproximadamente un 5% hasta 10% de lasgotas de aceite pasan al aire comprimido. Se recomienda el uso de aceitesligeros para mquinas, as como tambin aceites hidrulicos especiales. Laviscosidad debera ser desde 17 hasta 25 mm2/s a una temperatura de 20 C.La caracterstica del caudal es el criterio decisivo a la hora de seleccionar ellubricador ms apropiado (fig. 3-18). La prdida de presin p no deberasuperar un valor comprendido entre 0,15 y 0,35 bar. El consumo de aceite

depende de las exigencias que plantea cada aplicacin concreta, por lo queno es posible indicar una cantidad que tenga validez general.

Por lo general se dosifican 2 hasta 5 gotas por m3. La menor cantidad esapropiada si el caudal es continuo, mientras que la mayor cantidad de gotas seaplica en presencia de caudales intermitentes. Utilizando lubricadores de micro-

niebla, es necesario multiplicar por 10 hasta 20 la cantidad de gotas necesarias.Para los motores neumticos son suficientes entre 4 y 6 gotas por 1 000 litros

Fig. 3-17Principio Venturi

Fig. 3-18Aportacin de aceiteal aire comprimido

1 Lubricador estndar2 Lubricador proporcional

(microniebla de aceite)

p

1

2

Flujo de aire

Aceite/Flujodeaire


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de aire (una gota corresponde a 15 mm3 de aceite). La cantidad de gotas seregula girando un tornillo. Si el sistema funciona de modo continuo duranteun minuto como mnimo, el aceite puede dosificarse mediante un lubricador deniebla de aceite. Si, por lo contrario, el sistema funciona de modo intermitente(durante menos de un minuto), es recomendable inyectar el aceite cerca delmotor para evitar una lubricacin deficiente a raz de la prdida de aceite enla red de tuberas neumticas. Dicho sea de paso que no debera utilizarse airecomprimido lubricado si los cilindros tienen juntas termorresistentes, ya que lagrasa lubricante que contienen podra enjuagarse por el aceite contenido en elaire comprimido. Los lubricadores de niebla de aceite (fig. 3-19) deben montarseobligatoriamente de tal modo que la entrada est dirigida hacia el lado de laproveniencia del aire comprimido.

En el esquema de la fig. 3-20 se muestran diversas formas de montaje delubricadores. En la tabla en pgina 48 siguiente se incluyen diversos criteriospara facilitar la eleccin entre las variantes A hasta E.

Fig. 3-19Lubricador de niebla de aceite

1 Tornillo de regulacin2 Direccin del flujo

3 Dosificador de gotas4 Cuerpo5 Funda protectora

Fig. 3-20Tipos y aplicacionesde lubricadores

1 Unidad de refrigeracin2 Acumulador3 Lubricador

de presin diferencial4 Lubricador estndar5 Lubricador mltiple6 Lubricador por impulsos7 Microlubricador

5

4

3

2

1

Mando

1 2

3 4

5

67

A

B

C

D

E


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Aplicacin Campos de aplicacin Funcin principal(Ejemplos)

A Necesidad de disponer Herramientas Alimentacin de una grande modo continuo de neumticas en lneas cantidad de unidades consu-una niebla de aceite. de montaje; controles midoras a grandes distancias,Tuberas de 150 m neumticos; lneas niebla de aceite superior a 2 m;o ms. de transporte de piezas, buenas caractersticas de

Lubricacin de una gran soldadura, prensas; transporte en tuberas de 150 mcantidad de unidades grupos de mquinas o ms; se recomienda la insta-consumidoras, sin lacin por encima de las uni-sobrelubricacin dades consumidoras; las deriva-

ciones no ocasionan problemas;

transporte continuo del aceiteen cantidades entre7 hasta 12 mg/m3

B Para todas las Herramientas, Alimentacin de aireaplicaciones estndar actuadores neumticos, comprimido lubricado enque no exigen la unidades de mando unidades individuales. Nieblaoservacin de requisitos de aceite entre 4 y 10 m.especiales. En principio, Transporte satisfactoriopara lubricacin de hasta 6 m; instalacinunidades individuales; obligatoria encima de lasdistancias reducidas unidades consumidoras;

transporte del aceite encantidades entre15 hasta 25 mm3/gota

C Para aplicaciones con Herramientas con bajo Margen de respuestazonas de gran caudal, consumo de aire; pequeo, gran caudal: nieblarespuesta muy sensible control de cilindros de aceite superior a 10 m,de las unidades consu- neumticos; unidades transporte satisfactorio

midoras; alimentacin de de control para hasta 6 m; instalacinaire sin lubricar delante obtencin de aire sin obligatoria encima de lasdel lubricador lubricacin unidades consumidoras;

transporte del aceiteen cantidades entre15 hasta 25 mm3/gota

D Utilizacin poco frecuen- Cilindros de carrera Poca lubricacin; entrete de una unidad consu- corta; pequeas herra- 1 y 30 gotas por mm3; lasmidora, con pausas mientas neumticas; propiedades de transporte noprolongadas, grandes herramientas cortantes tienen relevancia; instalacindistancias entre el lubri- junto a la unidad consumidora;cador y las unidades transporte del aceite deconsumidoras, 1 hasta 30 mm3/carreracaudales pequeos del mbolo

E Siempre que se necesite Rodamientos de altas Transporte de niebla finauna niebla de aceite revoluciones; husillos para lubricar y refrigerar;fina y homognea en portamuelas; mquinas niebla inferior a 2 m;pocas cantidades bien para tejidos de punto y transporte satisfactoriodosificadas tricotadoras, engranajes hasta 30 m; montaje

recomendado encima dela unidad consumidora

Variantes de aplicaciones A-E


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3.5Vlvulas reguladorasde presin

Fig. 3-21Funcionamientode reguladores de presin

a) Regulador con taladro

de escapeb) Regulador sin taladro

de escape

1 Cuerpo2 Asiento de la vlvula3 Plato de la vlvula4 Membrana con taladro5 Membrana unida fijamente

al mbolo de la vlvula6 Taladro de escape7 Muelle de compresin8 Pomo roscado para ajustar

la fuerza del muelle9 Manmetro

Los reguladores de presin tienen la funcin de mantener constante el nivelde la presin secundaria (que lleva hacia las unidades consumidoras), indepen-dientemente de las oscilaciones que se producen en el circuito principal (presinprimaria). Si vara la presin secundaria, el funcionamiento de los elementosde mando y de los actuadores vara de modo inaceptable. Si la presin de fucio-namiento es demasiado alta, aumenta el desgaste y el consumo de energa esmenos eficiente. Si la presin de funcionamiento es demasiado baja, el rendi-

miento disminuye y, con frecuencia, las unidades consumidoras no funcionancorrectamente. En trminos generales, la parte de trabajo de la red debe teneruna presin de 6 bar, mientras que la parte de los mandos necesita 4 bar.En la fig. 3-21 se muestra la construccin de dos tipos de reguladores de presinde aire comprimido.

Funcionamiento: La presin primaria p1 levanta el plato de la vlvula (3),separndola del asiento de la vlvula (2) en contra de la fuerza del muelle (7).De esta manera se obtiene en la salida la presin p2. Esta presin acta sobrela membrana (4 y 5, respectivamente) a travs de un taladro. En el caso delregulador con taladro de escape (fig. 3-21a), el taladro de la membrana queda

libre a partir de una determinada presin, de modo que el aire comprimidopuede salir a travs de la membrana (4) y del taladro de escape propiamentedicho (6) (consumo propio del regulador). Cambiando constantemente la super-ficie en el asiento de la vlvula (seccin anular) y quedando abierto el taladro dela membrana, la presin del lado secundario se adapta al caudal (por ejemplo,al cambiar la carga en un cilindro de trabajo). De esta manera se mantiene casiconstante la presin secundaria.

En el regulador sin taladro de escape (fig. 3-21b), el plato de la vlvulay la membrana (5) funcio

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Aire Comprimido, Manual FESTO