Instalaciones neumáticas Salvador de las Heras Jiménez

Instalaciones neumáticas

Instalaciones neumáticas Salvador de las Heras Jiménez

La edición de esta obra ha contado con la colaboración de IMI Norgren S.A. Diseño del libro, de la portada y de la colección: Manel Andreu Primera edición: octubre 2003  Salvador de las Heras Jiménez, del texto  2003 Editorial UOC, de esta edición Aragó, 182, 08011 Barcelona www.editorialuoc.com

Material realizado por Eureca Media SL Impresión: Gráficas Rey, S.L. ISBN del producto: 84-9788-002-1 ISBN del libro: 84-9788-001-3 Depósito legal:

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Nota del editor

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Estimado lector: Para un mejor aprovechamiento de la obra que acaba usted de adquirir, le queremos informar de cuál ha sido nuestra pretensión al crearla y presentarla en un doble soporte: CD-ROM y libro en papel. •

La obra, en su totalidad, se halla completamente desarrollada en la versión CDROM, donde se hallan todos los textos, gráficos, animaciones, simulaciones, ilustraciones, etc. que conforman el conjunto de la misma.

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Para facilitar la comprensión sobre el conjunto de la obra y su rápida consulta en cualquier circunstancia, hemos preparado en forma de libro, que es lo que usted tiene en las manos en este instante, una versión resumida. En esta versión se han seleccionado parte de los textos y alguna ilustración de las que figuran en el formato digital. La versión en libro, por tanto, está pensada como una especie de “guía de lectura” de la obra completa que se halla en CD-ROM.

Esperamos que la obra le sea de utilidad.

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Índice

Índice

Capítulo 1. Introducción a la Neumática .......................................................... 11 Introducción ................................................................................................................ 11 1. Aplicaciones generales de la neumática industrial ............................................ 12 2. Transmisión de energía (STE) ............................................................................... 13 2.1. Características generales ................................................................................... 13 2.2. Etapas de un STE ............................................................................................... 13 2.3. Parámetros significativos de los accionamientos ............................................. 14 2.4. Características positivas y negativas ................................................................. 14 3. Propiedades del aire .............................................................................................. 15 3.1. Conceptos básicos ............................................................................................. 15 3.2. Magnitudes físicas de interés ............................................................................ 15 3.3. Leyes de los gases .............................................................................................. 19 4. Principios generales de conservación .................................................................. 23 4.1. Conservación de la masa .................................................................................. 23 4.2. Conservación de la cantidad de movimiento .................................................. 24 4.3. Conservación de la energía ............................................................................... 24 4.4. Ecuación de Bernouilli ...................................................................................... 25

Capítulo 2. Compresión del aire ........................................................................... 27 Introducción ................................................................................................................ 27 1. Compresores ............................................................................................................ 28 1.1. Generación de aire comprimido ....................................................................... 28 1.2. Tipos de compresores ........................................................................................ 1.3. Tabla resumen de las familias de compresores ................................................. 2. Elección de un compresor ..................................................................................... 2.1. Criterios de selección ........................................................................................

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2.2. Capacidad teórica, nominal y normal .............................................................. 2.3. Presiones de servicio y trabajo .......................................................................... 2.4. Potencia neumática .......................................................................................... 3. Instalación y mantenimiento ............................................................................... 3.1. Instalación típica de un compresor medio ....................................................... 3.2. Regulación de servicio de un compresor .......................................................... 3.3. Depósitos de aire comprimido ..........................................................................

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3.4. Sala de compresores .......................................................................................... 34 3.5. Mantenimiento del compresor ......................................................................... 35

Capítulo 3. Preparación y tratamiento del aire comprimido ...................... 37

Introducción ................................................................................................................ 37 1. Fuentes de contaminación ..................................................................................... 38 1.1. Fuentes internas y externas .............................................................................. 38 2. Calidad .................................................................................................................... 39 2.1. Norma estándar internacional .......................................................................... 39 3. Cuidado .................................................................................................................. 41 3.1. Preparación antes de su distribución ................................................................ 41 4. Unidades FRL ......................................................................................................... 42 4.1. Unidades modulares ......................................................................................... 42 4.2. Filtro, regulador y lubricador ............................................................................ 42

Capítulo 4. Distribución del aire comprimido ................................................. 45

Introducción ................................................................................................................ 45 1. Diseño de la red de distribución ........................................................................... 46 1.1. Consideraciones generales ................................................................................ 46 1.2. Otras consideraciones ....................................................................................... 46 2. Tipos básicos de trazado ....................................................................................... 47 2.1. Circuitos abiertos y cerrados ............................................................................. 47 2.2. Líneas secundarias ............................................................................................ 47 3. Dimensionamiento de la red ................................................................................ 48 3.1. Compromiso entre diseño y coste .................................................................... 48 3.2. Las pérdidas de presión ..................................................................................... 3.3. El diámetro adecuado de la instalación ............................................................ 3.4. El caudal máximo ............................................................................................. 4. Conectores .............................................................................................................. 4.1. Elementos de interconexión ............................................................................. 4.2. Racordaje ........................................................................................................... 4.3. Tipos de roscas .................................................................................................. 4.4. Conducciones ...................................................................................................

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Capítulo 5. Componentes de trabajo ................................................................... 57 Introducción ................................................................................................................ 57 1. Actuadores neumáticos .......................................................................................... 58 1.1. Actuadores lineales ........................................................................................... 58 1.2. Actuadores rotativos ......................................................................................... 59 2. Selección de los actuadores ................................................................................... 60 2.1. Selección de los actuadores lineales ................................................................. 60 2.2. Selección de los actuadores de giro .................................................................. 61 2.3. Selección de los motores neumáticos ............................................................... 62

Capítulo 6. Componentes de mando ................................................................... 65 Introducción ................................................................................................................ 65 1. Válvulas distribuidoras ........................................................................................... 66 1.1. Categorías generales de válvulas ....................................................................... 66 1.2. Válvulas auxiliares ............................................................................................ 68 1.3. Válvulas proporcionales .................................................................................... 69 2. Selección del tamaño de válvula .......................................................................... 2.1. Guía básica de selección ................................................................................... 2.2. Caudal másico en una válvula .......................................................................... 2.3. La norma ISO 6358 ........................................................................................... 2.4. Otros métodos de cálculo ................................................................................. 2.5. Otras consideraciones .......................................................................................

70 70 71 71 72 72

3. Acoplamiento válvula-cilindro ............................................................................ 74 3.1. Condicionantes del acoplamiento .................................................................... 74 3.2. Regulación de la velocidad ............................................................................... 74

Capítulo 7. Diseño de circuitos tipo .................................................................... 77 Introducción ................................................................................................................ 1. Circuitos básicos ..................................................................................................... 1.1. Circuitos básicos con cilindros de simple efecto .............................................. 1.2. Circuitos básicos con cilindros de doble efecto ................................................ 1.3. Otros circuitos convencionales .........................................................................

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Normas ISO para la hidráulica, la neumática y los compresores ................ 81

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Unidades de conversión ........................................................................................... 93 Símbolos estándar ..................................................................................................... 95 Glosario...................................................................................................................... 111 Bibliografía .............................................................................................................. 115

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Introducción a la Neumática

Capítulo 1. Introducción a la Neumática

Introducción La neumática es la tecnología que utiliza aire comprimido como medio transmisor de energía, y engloba el conjunto de técnicas para su transmisión, control y regulación. Cuando se habla de neumática nos estamos refiriendo a la tecnología que utiliza el aire comprimido como medio transmisor de energía. La energía, generada en un emplazamiento lejano, es transmitida a través de una línea y utilizada localmente por actuadores, motores y otros elementos de trabajo, para realizar una determinada función última o facilitar el desempeño de una función a otro ingenio mecánico. La neumática engloba el conjunto de técnicas para la transmisión de la energía, su control y regulación, tanto para el mando de fuerzas como el de movimientos, destinadas al gobierno de dispositivos mediante aire comprimido. Más adelante se verá que la neumática no es la única tecnología disponible para realizar las funciones descritas. Los sistemas de transmisión de energía pueden ser básicamente: mecánicos, hidráulicos, neumáticos y eléctricos. En la práctica, la elección de uno de estos sistemas radica en diversas consideraciones que atañen a factores técnicos, como la precisión, regularidad o repetitividad de un movimiento, por ejemplo; a factores energéticos, como el consumo de aire comprimido o el rendimiento de la instalación; pero también a factores funcionales, como las necesidades de mantenimiento, reposición de recambios o facilidad de uso e interpretación.

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1. Aplicaciones generales de la neumática industrial La automatización de los procesos productivos es, hoy día, una necesidad en las industrias modernas que pretenden ser competitivas. La neumática ayuda a estas empresas a aumentar su flexibilidad y el ritmo de producción gracias a las características del aire comprimido como medio transmisor y la adaptabilidad que permiten sus componentes. Los actuadores neumáticos se utilizan eficientemente en aplicaciones industriales donde es preciso el control continuo de una magnitud (posicionado de cargas u obturadores de válvulas, control de movimiento o trayectoria, etc.) así como en procesos discontinuos de manipulado y automatización (cadenas de montaje, embaladoras, máquinas de packaging, etc.). Los límites de utilización de un sistema de control o conducción con aire comprimido pueden cifrarse en términos de los parámetros significativos descritos en el apartado “Parámetros significativos”, entre los cuales se encuentran, por ejemplo, el nivel de esfuerzos a realizar, la precisión del posicionado, el tiempo de ciclo alcanzable o el control fino de la velocidad y la regularidad del movimiento. El control de la aceleración, de la velocidad de desplazamiento y de la frenada de un cilindro neumático puede hacerse hoy día mediante sistemas inteligentes de control implementados en PC o PLC de serie.

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2. Transmisión de energía (STE) Los sistemas de transmisión de la energía pueden ser mecánicos, hidráulicos, neumáticos y eléctricos.

La elección de la neumática como técnica de accionamiento para un proceso industrial depende de muchos factores y, evidentemente, la rentabilidad global es el factor fundamental.

En ocasiones, el coste del aire comprimido no es una variable fuerte del proceso de selección del tipo de sistema a utilizar al compararse con el rendimiento de la instalación o los costes de reparación, sustitución y mantenimiento. El coste de los componentes individuales determina en gran medida esta elección, pero tampoco es el único criterio. Siempre debe considerarse la facilidad de regulación del sistema, la seguridad de los componentes y los costes añadidos de mantenimiento y revisión periódica. Estas razones han hecho de la neumática una de las técnicas preferidas de la mayoría de los usuarios.

Además, el coste energético del conjunto de la instalación ha de contemplarse cada vez más en un entorno global, en el que las empresas tienen como objetivo la reducción de contaminantes por medio del mejor aprovechamiento de materiales y consumibles. El uso de materiales ecológicos, reciclados y el ahorro de energía pasan a ser técnicas habituales del marketing y del trabajo cotidiano de estas empresas.

2.1. Características generales Los sistemas de transmisión de energía pueden ser básicamente: mecánicos, hidráulicos, neumáticos y eléctricos, y se caracterizan por tener una entrada y una salida (o varias) de potencia (el trabajo absorbido y comunicado por unidad de tiempo), y una entrada y una salida (o varias) de señales de control o estado de proceso (útiles para la monitorización y gobierno a distancia).

2.2. Etapas de un STE Un sistema de transmisión de energía neumático se puede dividir en tres secciones: sección de entrada, sección de salida y sección de control.

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2.3. Parámetros significativos de los accionamientos

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

2.4. Características positivas y negativas

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

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3. Propiedades del aire El aire es un gas formado por moléculas de diferentes gases que se mueven libremente por el espacio. En la práctica usual puede considerarse como un gas ideal y, en consecuencia, se rige por las leyes generales de éstos.

3.1. Conceptos básicos El aire es un gas que está formado por moléculas que se mueven libremente por el espacio. Al moverse se producen colisiones y rebotes de modo que, si el gas está confinado en un contorno cerrado, el efecto macroscópico promediado puede suponerse representativo del estado global del conjunto de moléculas que componen el aire. El aire es una mezcla de gases simples que puede tratarse, a las presiones y temperaturas normales de funcionamiento, como un gas ideal. La composición volumétrica del aire es la indicada en la figura adjunta, y su peso molecular medio es M aire = 28,967 g/mol.

3.2. Magnitudes físicas de interés Para entender mejor los procesos tecnológicos asociados a la técnica neumática, es necesario tener unas nociones básicas de algunos fundamentos físicos, propiedades y leyes. Por ejemplo, es común referirse cuando se trabaja en neumática a términos físicos como presión, temperatura o caudal. A continuación se describen estas magnitudes.

3.2.1. Presión La presión se define en física como la fuerza que actúa normal, es decir, perpendicular, a una unidad de superficie. En sistema internacional de unidades se define en pascales [Pa], que representa una fuerza de un newton sobre un área de un metro cuadrado: 1N/m 2 . Son posibles otras unidades (podéis ver las tablas generales de esta obra que encontraréis desarrolladas en el CD).

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La presión está íntimamente ligada a otras magnitudes físicas como la fuerza, el volumen, etc., y lleva asociados muchos compañeros de viaje en forma de nombres distintos o “apellidos”. La presión puede ser atmosférica, absoluta, relativa, negativa, dinámica, etc. En ocasiones, también se describe en términos de la altura o profundidad de una columna de fluido. Esta controversia proviene de la estática de fluidos, donde se relaciona la presión con la altura (a menudo interpretada en la práctica como profundidad) de una columna de fluido. La altura es un término que tiene unidades de longitud [m], y que se acostumbra a describir como metros columna de fluido, mientras que la presión tiene unidades de fuerza por unidad de superficie [N/m2]. Se dice que la presión en la base de una columna de fluido equivale al peso de la columna por unidad de área. Cuando nos referimos a la presión atmosférica, nos referimos al peso de una columna de aire de altura igual a la atmósfera. La presión relativa hace referencia a la presión atmosférica local, definiendo un cambio de origen de presiones según: p ABS = patm + p REL En la práctica a veces se plantean dudas sobre cuál de estas presiones usar. Ha de quedar claro que la presión absoluta va asociada a la existencia de masa. Sin masa, en el vacío absoluto, la presión absoluta es cero. A presión relativa cero, la presión absoluta es la atmosférica y la presión atmosférica es la que nos envuelve estando por todo el entorno sin cambios locales significativos. Desde el punto de vista dinámico, y en entornos locales, es indiferente hacer servir una u otra, pues los objetos no se mueven sólo por la acción de la presión atmosférica no nula. Sí que se pueden mover, no obstante, por sus variaciones. Pero si bien no se observan efectos dinámicos importantes por estar rodeados de una presión atmosférica u otra, desde el punto de vista fisiológico los efectos pueden ser letales. A más presión el aire que respiramos es más denso y más pesado, y el organismo humano no está preparado para ello.

3.2.2. Fuerza, par La fuerza, F, puede definirse según la primera ley de Newton como el producto de la masa, m, y la aceleración, a, de ésta en un momento dado. F = ma

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La acción de una fuerza lleva siempre consigo la aparición de una reacción, local o a distancia, de modo que un objeto de masa m, sobre el que no se realice fuerza alguna, se mantendrá en movimiento a velocidad constante indefinidamente (segunda y tercera leyes de Newton). El par o momento de giro, M, es el producto de la fuerza aplicada y el brazo de palanca efectivo, R. Una extensión de la ley de Newton indica que la aplicación de un par no compensado sobre un cuerpo de inercia, J, cambiará su estado de movimiento giratorio adquiriendo la aceleración angular, , que resulte de la ecuación. FR = M = J

3.2.3. Velocidad lineal y angular La velocidad en un punto se define como el ritmo de cambio de su posición a lo largo del tiempo. Si el movimiento tiene lugar en línea recta, se dice que la velocidad es lineal y el movimiento, de traslación en línea recta. Para un conjunto de puntos materiales animados todos de la misma traslación, como por ejemplo el vástago de un cilindro en movimiento, son válidas las mismas leyes generales para la cinemática y la dinámica, entre ellas los principios de Newton vistos en el apartado anterior, que para una partícula aislada. Cuando el sistema de puntos constituye un cuerpo rígido que gira alrededor de un eje fijo en el espacio, las trayectorias de todos sus puntos son líneas circulares centradas en el eje y contenidas en planos normales.

3.2.4. Caudal El caudal se define como la cantidad de fluido, en este caso aire, que atraviesa una superficie dada por unidad de tiempo. La cantidad de aire puede describirse de diferentes formas y en diferentes condiciones. Por ejemplo, es común referirse a caudal volumétrico o másico, pero también a caudales normales o no. El caudal volumétrico, Q, y el gasto másico, G, se miden en [m3 /s] y [kg/s] respectivamente.

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Ambas formas de caudal están relacionadas entre sí y con la densidad del aire, , mediante la fórmula: G=Q El caudal se dice que es normal cuando el volumen de aire que atraviesa la superficie por unidad de tiempo se describe utilizando las condiciones normales de presión ( N = 1bar) y temperatura (T N = 20 C), para el mismo gasto másico transportado. El caudal normal se relaciona con el caudal volumétrico real gracias a la expresión: G =  Q = N QN donde N es la densidad normal (N = 1,185 kg/m 3). La superficie acostumbra a ser estacionaria, permeable y virtual, es decir, no se mueve, permite el paso del aire a su través y se imagina en una determinada posición a elección del calculista. Como lo normal es escoger la superficie, S, perpendicular al flujo de aire y a la entrada o salida de válvulas y conductos, cuando el aire la atraviesa en estas condiciones con una velocidad media V, el caudal volumétrico se calcula mediante la expresión: Q = VS Si el aire presenta una densidad , entonces el flujo másico correspondiente se evalúa con: G =  VS

3.2.5. Temperatura La temperatura es una medida de la energía calorífica o de agitación térmica que posee un determinado colectivo de moléculas. A bajas temperaturas, la agitación es menor que a altas temperaturas.

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3.3. Leyes de los gases La palabra gas procede del latín chaos, caos (palabra que fue inventada por el químico Van Helmont, en el siglo XVII). Si bien el comportamiento de las partículas del gas se describe bien con esta palabra, la verdad es que el gas en su conjunto se comporta según reglas más sencillas que los sólidos o los líquidos. Para una muestra de aire contenido en un recipiente se pueden determinar fácilmente su masa, su volumen, la presión que ejerce contra las paredes y su temperatura media; además de otras magnitudes como el ratio de intercambio térmico, la velocidad de difusión o la velocidad con la que escaparía por un orificio practicado en una de las paredes. ¡Y eso no es todo! También se puede predecir cuál será su estado macroscópico futuro ante cambios de cualquiera de las magnitudes anteriores. Todo gracias a la aplicación de las siguientes leyes de los gases.

3.3.1. Ley de Boyle La ley de Boyle describe la relación entre presión y volumen a temperatura y masa constantes. Su forma analítica es: p1 V 1 = p2 V2 La fórmula anterior indica que la relación de volúmenes y presiones entre dos estados está invertida. Es decir, al disminuir el volumen que contiene una cantidad constante de gas, su presión aumenta: V p1 ------ = -------2 p2 V1

3.3.2. Ley de Charles La ley de Charles describe la relación entre volumen y temperatura absoluta a presión y masa constantes. Su forma analítica es: V V -------1 = -------2 T1 T2

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La fórmula anterior indica que la relación de volúmenes y temperaturas entre dos estados es directa. Es decir, al disminuir la temperatura del aire, éste tendrá tendencia a ocupar menos volumen: V T ------2 = -------2 T1 V1

3.3.3. Ley de Gay-Lussac La ley de Gay-Lussac describe la relación entre presión y temperatura absoluta a volumen y masa constantes. Su forma analítica es: p3 p1 -----= -----T2 T2 La fórmula anterior indica que la relación de presiones y temperaturas entre dos estados es directa. Es decir, al disminuir la temperatura del aire, éste ejercerá menos presión contra las paredes que lo contienen: T2 p ------ = ------2 T1 p1

3.3.4. Ecuación de estado Las leyes de los apartados anteriores se pueden agrupar en una única ecuación que se conoce con el nombre de ley de los gases ideales. Es, pV = mRT donde p y T son la presión y temperatura absolutas, y V el volumen que ocupa la masa m de gas, de constante R. Para el aire atmosférico R = 287 J/kgK. Los gases reales se desvían del comportamiento ideal porque las moléculas no son puntos sin volumen ni forma, que además se atraen y chocan entre sí de forma inelástica. Sus ecuaciones de estado son más complicadas y sólo se usan en casos donde se requiera mucha precisión o las presiones superen los 25 bar. En neumática se trabaja con la ecuación de estado de los gases ideales.

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3.3.5. Ley de Dalton La ley de Dalton de las presiones parciales es de aplicación a una mezcla de gases, como lo es el aire, y dice que la presión total de la mezcla es la suma de las presiones parciales de sus componentes individuales. Es decir, cada componente se comporta como si fuera el único gas presente. Para una mezcla de 3 componentes: p TOT = p1 + p2 + p 3

3.3.6. Procesos termodinámicos Los estados descritos por las leyes anteriores eran de equilibrio. En este sentido, las ecuaciones anteriores relacionan la presión, temperatura y volumen de estados de reposo macroscópico. La ley de Boyle, por ejemplo, relacionaba la presión con el volumen entre dos estados de equilibrio, 1 y 2. Se sabe de la experiencia que cuando se comprime aire en un pistón, desde un volumen V1 a otro V2 , si bien la presión aumenta también lo hace la temperatura. Si al final del proceso de compresión se deja recuperar la temperatura inicial T1 , la presión en 2 será la descrita por la ley de Boyle. La perspicacia suscita la siguiente situación: si el movimiento del pistón es suficientemente lento, ¿la temperatura aumentará? Esta observación es correcta y permite introducir los conceptos de tiempo de proceso y transferencia de calor. Para procesos muy lentos, el aire contenido en el pistón tiene tiempo suficiente para transferir calor a su entorno. De esta manera, el calor generado en el proceso de compresión se evacua y la temperatura se mantiene constante. Si el proceso se hace más rápido no hay tiempo para intercambiar calor y la temperatura aumenta. El primero de los procesos se denomina isotérmico. El segundo, adiabático . Los procesos intermedios se denominan politrópicos. Para sistemas de masa constante: •

En un proceso isotérmico: p 1 V 1 = p 2 V 2

•

En un proceso adiabático: p 1 V 1 = p 2 V 2 , siendo  la relación de calores específicos





del gas ( = 1,4) •

n

n

En un proceso politrópico: p 1 V 1 = p 2 V 2 , siendo n el coeficiente politrópico.

Para sistemas de masa variable, se describen las anteriores en función de la densidad :

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•

p1 p En un proceso isotérmico: ------ = -----2- , 1 1

•

p1 p En un proceso adiabático: ------ = ------2 , 1 1

•

p1 p En un proceso politrópico: ------n = ------n2 . 1 2

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La realidad es pues más complicada. Muchos de los procesos que interesa conocer transcurren por caminos no definidos siquiera (las magnitudes termodinámicas sólo están definidas en equilibrio). En estos procesos, denominados irreversibles por reales, han de tenerse en cuenta efectos como las pérdidas de energía, y se han de aplicar los principios de conservación generales del apartado siguiente.

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4. Principios generales de conservación Los principios de conservación son herramientas que permiten relacionar magnitudes físicas como la presión, la velocidad o la temperatura entre sí. Son principios, es decir, se basan en la observación y carecen de demostración matemática. Su aplicación más ortodoxa requiere de cierta experiencia técnica, aunque la práctica cotidiana facilita su uso en la mayor parte de ocasiones. Son principios de conservación: el principio de conservación de la masa y el principio de conservación de la energía.

4.1. Conservación de la masa El principio de conservación de la masa enuncia que ésta ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. En un sistema por donde fluye aire en régimen permanente –a gasto, G, constante–, como el difusor visto anteriormente, se cumple que la masa que entra es la que sale del difusor. Entre las secciones de entrada y salida de la figura se verifica que: G =  E V E S E =  S V S SS Como el aire es compresible, no hay razón para imponer que ambas densidades hayan de ser iguales. Si fuera así, entonces también se verificaría que:

Q = VE S E = VS S S Si se analiza un proceso de carga o descarga, puede ocurrir que la masa del volumen cambie con el tiempo. En otras palabras, que se presente acumulación de masa. La diferencia entre la masa que entra y la que sale por unidad de tiempo del volumen que se estudia constituye el ratio de acumulación de masa (en terminología matemática se utiliza el  ). concepto “derivada temporal” de una magnitud : d -------dt Escrito en forma de ecuación, teniendo presente que M =  V: dm d dV G E – G S = --------- = V ------- +  -------dt dt dt

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Si el volumen es constante, entonces los cambios de masa van unidos a los cambios de densidad y:

d G E – G S = V ------dt

4.2. Conservación de la cantidad de movimiento En mecánica el concepto de cantidad de movimiento (producto de masa y velocidad, mV) se utiliza para describir el estado de movimiento de una partícula o sistema de partículas, y se relaciona con las fuerzas actuantes mediante la primera ley de Newton, generalizada para el caso de masa variable. Se dice que la fuerza resultante aplicada sobre la partícula o suma de partículas es igual a la variación de la cantidad de movimiento por unidad de tiempo. La forma unidireccional de la mecánica para este principio es la siguiente:

d (mV ) F = ----------------dt

Cuando se trabaja con fluidos, y con aire en particular, este principio adquiere una forma más complicada. Restringiendo el análisis al caso más sencillo de régimen permanente, el principio queda de la forma:

F = G S V S – GE V E

Los vectores V representan la velocidad del fluido en las secciones de salida y entrada del volumen que encierra el fluido. La anterior expresión justifica la propulsión que obtiene un globo de goma cuando deja escapar aire.

4.3. Conservación de la energía La ecuación de la energía relaciona el cambio de estado de la materia con la energía que se la ha comunicado. En palabras más técnicas, cuando un sistema de masa constante

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recibe una cantidad de calor, Q, éste la invierte en realizar un trabajo, W, y en incrementar su energía interna, U. El primer principio de la termodinámica para un sistema cerrado se escribe, para un gas ideal en el que U = mcVT, así: dT Q + W = mc V ------dt Cuando el sistema es abierto y el régimen permanente, es decir, existe tránsito de masa entre dos secciones pero en un punto cualquiera las magnitudes no dependen del tiempo (como son muchos de los sistemas que tratan con fluidos y aire comprimido) se adapta la expresión anterior a la forma:

p S V S2 p E V E2   Q + W = G  c V T S + ----- + ------- + gz S – cV T E – ------ – ------- – gz E  2  2   S E Si la densidad puede suponerse constante, entonces: p S – p E V S2 – V E2 Q + W = G  cV  T S – T E  + ----------------- + --------------------- + g  z S – zE     2

4.4. Ecuación de Bernouilli La ecuación de Bernouilli es una forma simplificada de la ecuación de la energía para una corriente de fluido. Si no se consideran las pérdidas por fricción (tratadas más adelante en esta obra), el fluido puede considerarse incompresible (líquidos en general o gases a baja velocidad sin cambios importantes de presión) y el régimen es permanente, la ecuaV2 ción de Bernouilli revela que la suma: p +  ------+ g z permanece constante en el flujo. 2

Si hubiera pérdidas de presión, como es común e inevitable en la práctica, éstas pueden incluirse “artificialmente” de la siguiente manera: V2 V2 p E +  -------E + gz E = p S +  -------S + gz S + pérdidas 2 2

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Compresión del aire

Capítulo 2. Compresión del aire

Introducción La neumática utiliza aire comprimido para realizar un trabajo. El aire comprimido es aire atmosférico sometido a presión y acondicionado. Generación de aire comprimido es el proceso de elevación de presión del aire atmosférico en la sección de entrada del sistema neumático.

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1. Compresores El compresor aumenta la presión del aire atmosférico hasta el nivel de servicio necesario, siendo el componente característico de la sección de entrada de un STE neumático. Los compresores se dividen en dos grandes familias: volumétricos y dinámicos. En un sistema de transmisión de energía neumático, el aire comprimido recorre las diferentes secciones de entrada, de control y de salida. El componente característico de la sección de entrada es el compresor.

1.1. Generación de aire comprimido Por generación de aire comprimido entendemos el proceso de elevación de presión del aire atmosférico en la sección de entrada del sistema neumático. El componente característico de la sección de entrada de un sistema de transmisión de energía (STE) neumático es el compresor. El objetivo de un compresor es aumentar la presión del aire atmosférico mediante la transformación de la energía proporcionada por una fuente exterior. El aumento de presión del aire atmosférico en el compresor depende del tipo de compresor y del servicio requerido; en los sistemas neumáticos convencionales este aumento es del orden de 5 a 10 bares. A este nivel de presión, el aire a su paso por el compresor, se puede considerar como un gas perfecto.

1.2. Tipos de compresores Según su principio de funcionamiento, los compresores se dividen en dos grandes familias: volumétricos y dinámicos. Dentro de ambas familias hay numerosas morfologías, que dan origen a la distinción de varios subtipos y subfamilias. A continuación describimos algunas.

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

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Compresión del aire

1.3. Tabla resumen de las familias de compresores

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

Las configuraciones representadas en esta tabla resumen son las típicas, pero no las únicas.

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2. Elección de un compresor La elección del compresor se realiza sobre la base del caudal a suministrar y la presión de trabajo. Normalmente se engloban por tamaños en diferentes categorías, pudiendo ser pequeños, medianos o grandes según el caudal.

2.1. Criterios de selección El rango de tamaños de los compresores empleados en neumática comprende desde compresores de caudal inferior a 1 l/s, con o sin equipo de tratamiento, hasta instalaciones múltiples en las cuales los compresores generan caudales de varias centenas de m 3 /h. Los tamaños de los compresores se engloban en las siguientes categorías: •

Pequeños: caudales de hasta 40 litros por segundo y potencia de entrada de no más de 15 kW.

•

Medianos: caudales de entre 40 y 300 litros por segundo y potencia de entrada de entre 15 y 100 kW.

•

Grandes: cualquiera por encima del límite anterior.

El mejor compresor se elige fundamentalmente a partir del caudal que deba suministrar y la presión de trabajo. Otros condicionantes son el rendimiento energético, el ruido de la instalación, los requisitos de mantenimiento y reposición y, claro está, el coste total.

2.2. Capacidad teórica, nominal y normal El caudal ue suministra un compresor se puede expresar de diferentes formas. Si se describe en kg/s, el caudal será másico o gasto másico, G; es decir, la cantidad de masa que por unidad de tiempo impulsa el compresor. El caudal volumétrico, Q, se relaciona con el caudal másico por la expresión G = Q. La capacidad nominal del compresor define el valor del caudal volumétrico que suministra el compresor, medido en las condiciones de la aspiración. Este caudal no se debe

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confundir con el caudal teórico que impulsaría un compresor volumétrico sin pérdidas ni fugas, ni tampoco con el caudal de servicio, aquél que se mediría en las condiciones de trabajo a presión. La capacidad del compresor se suele referir a la atmósfera normal de referencia (ANR), para el cual la densidad es constante. Las unidades del caudal normal o estándar se acompañan con una N mayúscula, con la palabra normal o con las siglas ANR. En la práctica, los caudales normal y nominal se confunden, puesto que la atmósfera ANR está muy próxima a las condiciones de aspiración. También se denominan caudal de aire libre.

2.3. Presiones de servicio y trabajo La presión que proporciona un compresor debe cumplir con los requisitos de presión en la aplicación. La primera es la denominada presión de servicio, que responde a las características técnicas del compresor y está garantizada por el fabricante. La segunda, la presión de trabajo, es la presión del aire comprimido necesaria en el lugar de utilización –en general, comprendida entre 3 y 8 bares. Más adelante veremos que estas presiones no coinciden en la práctica porque se producen pérdidas por el camino –normalmente asociadas al flujo del aire a través de los conductos y otros componentes– que revierten en el rendimiento de la instalación y en el sobredimensionado del compresor. No conviene que la presión de servicio sea mucho mayor que la de trabajo.

2.4. Potencia neumática En general, la potencia se define como la energía consumida, disipada, almacenada o producida por unidad de tiempo. La potencia neumática generada en un compresor se define como el producto del caudal y la presión de servicio. Es decir: N = pQ

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Mediante una transformación podemos referir la potencia producida al caudal normal del compresor (1). Si además empleamos la ecuación de los gases perfectos, es posible reescribir la ecuación de otra manera (2): N (1) N = pQ =  -------- Q N  pN ----------RT N   T Q =  ------------------- p N Q N (2) N = p ------------  + 1 T p+1 N N -----------RT Y dado que en la práctica las temperaturas absolutas no son muy diferentes, T N = T , se tiene que:  N =  -------------  p N Q N +1 La potencia neumática que el compresor genera ha de ser: a) Mayor que la potencia consumida por todos los útiles, actuadores y consumidores en general de la instalación. En este cálculo no sólo hay que tener en cuenta la potencia mecánica, o potencia útil, generada por los actuadores, sino también la pérdida de potencia ocasionada por la distribución del aire comprimido. Por ejemplo, si por una válvula neumática pasa un caudal de 60 l/min y la pérdida de presión a través de la válvula es de 2 bar, la potencia disipada o perdida en la válvula viene dada por la expresión siguiente: 5 Pa 1 m3 /s -----------------60 l/min -----------------------------------= 200 W. N = pQ = 2 bar 10 1 bar 60.000 l/min

Aunque el compresor producirá esta potencia, los actuadores nunca la utilizarán toda. b) Menor que la potencia del accionamiento del compresor. Por ejemplo, si el accionamiento es eléctrico, la potencia nominal del motor eléctrico empleado debe ser superior que la potencia neumática instalada.

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3. Instalación y mantenimiento La instalación del compresor se realiza en una sala, denominada de compresores, donde también se alojan otros componentes destinados al tratamiento y acondicionamiento del aire comprimido antes de su distribución.

3.1. Instalación típica de un compresor medio Los principales componentes que se observan en una instalación típica de un compresor de tamaño medio son los siguientes: La unidad compresora integrada, que incluye el filtro de entrada, el compresor con motor eléctrico y un refrigerador y separador posterior. El depósito compuesto de un manómetro y sendas válvulas de seguridad y purga. Los depósitos se utilizan para suavizar las demandas pulsantes y proporcionar un enfriado y purga de agua adicionales.

3.2. Regulación de servicio de un compresor El servicio de un compresor se puede regular para adaptar la generación de aire comprimido a la demanda. De este modo, el compresor no debe estar en marcha continuamente o no tiene que estarlo a plena carga. Ambas situaciones suponen un ahorro energético y prolongan la vida del compresor. Sea cual sea el compresor y el tipo de regulación, la variable que ha de controlar el sistema de regulación es la presión en el depósito.

3.3. Depósitos de aire comprimido La mayoría de las instalaciones neumáticas, incluidas las de menor tamaño y las portátiles, disponen de uno o varios depósitos acumuladores.

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El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

3.4. Sala de compresores Durante la compresión del aire se producen altas temperaturas que revierten en el calentamiento del local donde se halla el compresor. Por este motivo, conviene que el emplazamiento disponga de una refrigeración eficiente y que respete otras consideraciones, la mayoría regidas por el sentido común. A continuación se enumeran algunas:

•

La sala del compresor tiene que estar bien ventilada y debe ubicarse junto a un muro exterior orientado al norte.

•

Las tomas de aire del exterior, o respiraderos, se hallarán a suficiente altura como para evitar la entrada de polvo o arena del tránsito de vehículos.

•

El filtro de entrada aspirará sólo aire limpio y seco, lejos de humos del parque de vehículos a motor y de humos de disolvente de la planta de pintura o almacén.

•

Deberán evitarse ubicaciones donde el aire pueda tener unos niveles de humedad altos. Por ejemplo, al lado de estanques, ríos o canales.

•

Se evitarán ubicaciones donde el viento arrastre polvo, gravilla o suciedad.

•

La toma del techo de la planta debe estar protegida del clima y de emisiones de conductos y chimeneas.

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3.5. Mantenimiento del compresor Para mantener el compresor en buenas condiciones, se recomienda: • •

Comprobar con frecuencia la temperatura del aire descargado. Limpiar a menudo el filtro de aceite.

•

Confirmar que no haya vibraciones.

La periodicidad de mantenimiento dependerá de la instalación y su uso. En general, determinadas partes requieren un mantenimiento semanal y ciertas otras, un mantenimiento mensual.

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Capítulo 3. Preparación y tratamiento del aire comprimido

Introducción El aire comprimido está siempre contaminado en mayor o menor grado. Es necesario reducir la cantidad de impurezas que lo contaminan para alargar la vida útil de la instalación y bajar los costes de mantenimiento o sustitución de sus componentes.

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1. Fuentes de contaminación Los contaminantes del aire comprimido pueden tener origen interno o externo a la instalación. Su eliminación se realiza mediante filtros, separadores y secadores en función de la calidad del aire requerida.

1.1. Fuentes internas y externas

Las fuentes de contaminación del aire comprimido pueden ser internas y externas a la instalación. El aire atmosférico es una gran fuente de contaminación natural, con cantidades de partículas extrañas y polvo que se han de filtrar incluso antes de comprimir el aire. Durante la generación del aire comprimido se añaden impurezas como restos de aceites quemados, cenizas y gases; y también durante su distribución, ya que es difícil evitar que los conductos estén completamente libres de óxidos o cascarillas de pintura.

Los principales contaminantes son las gotas de agua y de aceite y las partículas sólidas. Cada tipo requiere elementos de depuración diferente.

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2. Calidad La contaminación del aire comprimido debe ser reducida a unos mínimos en función de la calidad del aire requerida, la cual se representa mediante un código de tres cifras.

2.1. Norma estándar internacional La Norma Internacional Estándar ISO 8573-1 define las características de calidad del aire comprimido para uso general. En su primera parte, “Clases de contaminantes y calidades”, marca los niveles de contaminación permitidos por cada clase de calidad. Los niveles de contaminación vienen dados según el tipo de contaminante: •

Partículas sólidas

•

Agua

•

Aceite

Una clase de calidad de aire viene definida por tres números, según la clave incluida en la siguiente tabla: Tabla 1 Sólidos

Agua

Aceite

Clase

Dimensión máxima de partícula [ m]

Concentración máxima de partícula [mg/m 3]

Temperatura del punto de rocío a presión [C]

Concentración [mg/mm 3 ]

1

0,1

0,1

–70

0,01

2

1

1

–40

0,1

3

5

5

–20

1

4

15

8

3

5

5

40

10

7

25

6

-

-

10

-

7

-

-

No especificado

-

Clave de designación de la calidad del aire

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Por ejemplo, 1.7.1 es la clase de filtración que corresponde a un filtro de máxima eficacia. Es importante entender que cada aplicación presenta un grado de calidad óptimo que verificará los requisitos funcionales con el menor coste. En función del grado de calidad se eligen los componentes de filtración, refrigeración y secado adecuados. En la tabla siguiente se muestran las características de calidad para varias aplicaciones: Tabla 2 Aplicación

Clase de calidad Sólidos

Agua

Aceite

1

3

1

Aire de instrumentación

1-2

2-1

2

Pulverización de pintura

1-3

3-2

1-3

Herramientas manuales

4

4

5

Aire general para talleres

4

3

5

Equipos de minería

4

5-2

5

Industria alimenticia

Características de calidad para varias aplicaciones

2.1.1. Temperaturas de punto de rocío Para obtener temperaturas de punto de rocío tan bajas como las que aparecen en la tabla de designación de la calidad del aire, vista en el punto anterior, se deben utilizar secadores de aire. La temperatura de punto de rocío es la temperatura de la mezcla vapor de agua-aire en la cual la humedad relativa es del 100%. La temperatura del punto de rocío a presión es aquella a la que el aire comprimido se debe enfriar para que el vapor de agua contenido lo sature y condense. La temperatura de rocío cambia con la presión a que se encuentra la mezcla. La temperatura de rocío a presión tiende a ser superior a la temperatura de rocío a presión atmosférica.

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3. Cuidado El aire atmosférico, una vez comprimido por el compresor, debe ser enfriado, filtrado y secado antes de su distribución, para eliminar la parte más importante de contaminantes posible.

3.1. Preparación antes de su distribución Al tratar las fuentes de contaminación se ha visto que el cuidado por el aire comprimido comienza incluso antes de su aspiración y también se han recomendado las ubicaciones más adecuadas para las tomas de aire de la sala de compresores o su orientación. A continuación se explican los componentes que preparan el aire comprimido antes de introducirse en la red de distribución.

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

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4. Unidades FRL El aire comprimido, una vez distribuido, debe ser tratado por unidades compuestas por un filtro, un regulador y/o un lubricador para adecuarlo a las condiciones de utilización.

4.1. Unidades modulares Cuando se alude a una unidad FRL se hace referencia a la combinación de un filtro, un regulador de presión y un lubricador. Una forma adecuada de combinar estos componentes es usar un sistema modular. La misión de una unidad FRL (filtro, regulador y lubrificador) es preparar el aire comprimido justo antes de entregarlo al equipo neumático o a la máquina. De este modo se garantiza que el suministro de aire sea limpio y seco, que la presión tenga el valor adecuado y que las finas partículas de aceite arrastradas por el aire lubriquen las partes pesadas de las válvulas, los cilindros y las herramientas. Las unidades modulares permiten conectar el filtro, el regulador y el lubricador de forma sencilla e intercambiable. Se montan sobre soportes para pared ensamblados a la pinza de sujeción rápida y adaptadores de conexión para fijar la tubería rígida. Las unidades pueden unirse y deslizarse por la tubería mediante las quikclamps, y es posible sacarlas rápida y fácilmente para su mantenimiento o sustitución y sin que sea necesario actuar sobre la tubería.

4.2. Filtro, regulador y lubricador 4.2.1. Filtro estándar La misión de un filtro es separar y acumular contaminantes. La separación del agua y de las partículas sólidas más grandes se consigue con unas paletas que hacen girar el aire cuando entra en el depósito. Estas partículas caen hacia el fondo del depósito, mientras que las más pequeñas son retenidas por el material filtrante del cartucho. La limpieza de los contaminantes a presión se puede realizar de forma manual. Si se da un cuarto de vuelta a la válvula situada en el fondo, la rosca del extremo final permite canalizar la purga al exterior.

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Estos filtros incorporan indicadores de colmatado que pueden ser eléctricos o visuales. De este modo, es posible sustituir el filtro antes de que el caudal disminuya o la pérdida de presión sea inadmisible.

4.2.2. Regulador de presión El regulador de presión reduce la presión de alimentación P 1 a una presión de trabajo P 2 adecuada. Es frecuente encontrar unidades que combinan filtro y regulador, pues suponen un ahorro considerable en comparación con el precio de dos unidades por separado.

4.2.3. Lubricación Los componentes neumáticos deben lubricarse para que funcionen mejor y sus juntas tengan una larga vida. Las válvulas, los actuadores y los accesorios de una aplicación típica pueden operar con diferentes proporciones y frecuencias, y requieren proporciones de aceite igualadas. Un lubricador en línea representa un método adecuado de satisfacer esta demanda. En un lubricador, las gotas de aceite se atomizan y forman una fina neblina en el aire que alimenta la aplicación. La cantidad de aceite suministrado se ajusta de forma automática cuando el caudal de aire cambia, de modo que el resultado es una lubricación de densidad constante. Hay dos tipos principales de lubricador: los de niebla, o oil fog, y los de microniebla, o micro fog. Ambos tipos se ajustan fácilmente para prerregular la densidad de lubricación.

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Distribución del aire comprimido

Capítulo 4. Distribución del aire comprimido

Introducción El aire comprimido se hace llegar a los puntos de utilización por una red de distribución. En este bloque se describen las características de dicha red en función de su morfología, su tamaño, el material y el diámetro de sus conducciones.

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1. Diseño de la red de distribución El diseño de la red se acomete teniendo en consideración cuestiones como el trazado idóneo, las pérdidas admisibles, la previsión de aumento de consumo y el hecho inevitable que el aire puede contaminarse en ella.

1.1. Consideraciones generales El ciclo del aire comprimido en una instalación se completa cuando los actuadores finales lo utilizan para efectuar un trabajo. Hasta ahora se ha visto cómo los compresores comprimen el aire, cómo los refrigeradores, filtros y secadores lo preparan antes de la distribución, y de qué modo las unidades FRL lo disponen antes de su utilización final. Una red de distribución de aire comprimido conduce el aire comprimido hacia la alimentación de las máquinas consumidoras. En esta sesión se describen algunos puntos generales que conviene tener en cuenta para llevar a cabo la distribución por red. Más adelante se expondrá cómo se dimensiona y cuáles son las propiedades de los materiales y elementos de conexión que se utilizan con más frecuencia.

1.2. Otras consideraciones Otras consideraciones a la hora de planear una red de aire comprimido son las siguientes: •

Diseñar la red principal sobredimensionada en previsión de futuras ampliaciones de la factoría y del consecuente aumento de consumo.

•

Facilitar las labores de mantenimiento y vigilancia. Por ejemplo, evitar los conductos ocultos o enterrados.

•

Evitar al máximo recorridos sinuosos o repletos de racores, codos y otros elementos de conexión. A veces, es preferible utilizar tramos más largos que generen menos pérdidas de presión.

•

No demorar las operaciones de mantenimiento rutinarias, prueba de fugas y funcionamiento de los purgadores automáticos o semiautomáticos.

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Distribución del aire comprimido

2. Tipos básicos de trazado Los tipos básicos de trazado son en anillo abierto y en anillo cerrado.

2.1. Circuitos abiertos y cerrados Hay dos tipos básicos de trazado de redes de aire comprimido: los circuitos en bucle abierto, o de final en línea muerta, y los circuitos cerrados, o líneas en anillo.

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

2.2. Líneas secundarias Es muy frecuente en las redes de aire comprimido disponer de líneas cerradas separadas de la red principal por válvulas de aislamiento y reguladas a un a presión inferior. De esta forma se pueden alimentar pistolas y otros dispositivos que no requieren de mucha presión reduciendo el consumo de aire comprimido.

Como ya se ha dicho anteriormente, se recomienda que las tomas de presión se realicen en forma de garrota desde la parte superior del conducto y que los puntos de purga se sitúen en la parte inferior para facilitar la captación y evacuación del agua.

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3. Dimensionamiento de la red El diámetro más adecuado para una instalación depende de cuál sea el caudal máximo transportable previsto y la pérdida de presión admisible desde el punto de vista económico.

3.1. Compromiso entre diseño y coste El coste de la red de distribución supone un porcentaje elevado del coste total de la instalación de aire comprimido. Por ello, antes de tomar alguna decisión equivocada, es importante buscar un compromiso entre la inversión inicial y los costes de explotación y mantenimiento. El objetivo final de cualquier diseño es adecuar el diámetro de los conductos y las pérdidas de modo que los costes de instalación y montaje puedan amortizarse en un periodo de tiempo razonable.

3.2. Las pérdidas de presión Las pérdidas de presión en una instalación son una manifestación de la pérdida de energía asociada al flujo de aire y deben reducirse en lo posible. Cuanto mayores resulten las pérdidas de presión, menor será el rendimiento de nuestra instalación y mayores sus gastos de explotación. Hay que tener presente que las pérdidas de presión son inevitables en cualquier instalación, por mucho que esté sobredimensionada. Básicamente hay dos fenomenologías de pérdidas: las pérdidas de presión en conductos lineales y las pérdidas de presión en elementos singulares.

3.3. El diámetro adecuado de la instalación En el dimensionamiento de una red de tuberías hay que tener en cuenta los parámetros siguientes: • •

La presión de trabajo. El caudal de aire comprimido.

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•

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Distribución del aire comprimido

La longitud de la tubería y el número de accesorios que deben incluirse en función del trazado elegido.

Como criterio de partida para el cálculo del diámetro más adecuado se toma la pérdida de presión total admisible en la instalación o la pérdida de presión específica admisible. Estos valores tienen que elegirse en función de condicionantes no sólo energéticos, ya que las instalaciones de menor diámetro son de menor coste, aunque provoquen más pérdidas de energía.

1. Un valor de compromiso para la pérdida de presión admisible ronda los 0,1 ó 0,3 bares. En función de este parámetro, y atendiendo a las fórmulas, es posible elegir el diámetro de la tubería.

2. Cuando se usa el criterio de la pérdida de presión específica constante, es posible reducir de forma progresiva el diámetro del conducto en función de los consumos parciales de la instalación. Un valor común de esta pérdida estaría comprendido entre los 1 ó 3 mbar/m.

3. Mantener constante la pérdida de presión específica conduce a diseños en los cuales la velocidad del aire puede tomar valores muy distintos. Por este motivo, a veces se calculan las ramificaciones de forma que la energía cinética del aire se mantenga invariable en todas las derivaciones.

Conviene comparar los cálculos de todos los procedimientos explicados para elegir un valor de compromiso entre los distintos resultados.

La tabla de diámetros de referencia que presentamos aquí representa un buen punto de partida a la hora de seleccionar el diámetro de un tramo de conducto. A partir de la tabla se obtiene el diámetro más adecuado para cada intervalo de caudal en función de la longitud del tramo. La presión de trabajo no aparece como variable y, en consecuencia, los resultados que se obtengan deben verificarse analíticamente. Se insiste en que la tabla debe actuar sólo como referencia en un primer tanteo inicial.

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Tabla 1 Caudal de aire libre [NL/min]

Diámetro de tubo recomendado

Hasta 500

3/8 " hasta los 10 m de conducto 1/2 " hasta los 20 m de conducto

Hasta 1.000

3/8 " hasta los 7 m de conducto 1/2 " hasta los 15 m de conducto

Hasta 1.250

3/8 " hasta los 3 m de conducto 1/2 " hasta los 12 m de conducto

Hasta 1.500

1/2 " hasta los 7 m de conducto 3/4 " hasta los 15 m de conducto

Hasta 1.750

1/2 " hasta los 3 m de conducto 3/4 " hasta los 12 m de conducto

Hasta 2.000

1/2 " hasta los 2 m de conducto 3/4 " hasta los 10 m de conducto

Hasta 2.250

3/4 " hasta los 12 m de conducto

Hasta 2.500

3/4 " hasta los 7 m de conducto 1 " hasta los 15 m de conducto

Hasta 3.000

3/4 " hasta los 5 m de conducto 1 " hasta los 12 m de conducto

Diámetros de referencia

3.4. El caudal máximo Hemos recomendado sobredimensionar la instalación con previsión de futuras ampliaciones o de un posible aumento del consumo. Los gráficos siguientes revelan hasta qué punto la instalación existente se mostrará operativa ante un eventual aumento del caudal. Gráfico 1

Gráfico 2

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4. Conectores Los racores y conectores facilitan la conexión de los diferentes elementos neumáticos entre sí, sean éstos conductos, válvulas o actuadores.

4.1. Elementos de interconexión Los elementos de interconexión se utilizan para conectar entre sí válvulas y tubos, y para el empalme, prolongación o derivación de conductos. Son accesorios necesarios para transportar el aire comprimido, y deben cumplir con unos mínimos requisitos: •

Tener dimensiones reducidas y mínima pérdida de presión.

•

Ser de conexión rápida y estanca.

•

Resistir las vibraciones y los esfuerzos mecánicos.

•

Ser químicamente estables y no agresivos con el entorno.

4.2. Racordaje Se conoce con el nombre racor el accesorio de conexionado que se utiliza en neumática. La práctica cotidiana ha extendido mucho su uso y ha generado diversidad de variantes constructivas que se han ido adaptando a las necesidades específicas de la industria. Entre las variantes con que pueden distinguirse racores distintos, hallamos las siguientes: •

El tipo de conexión

•

La rosca utilizada

•

El tamaño del tubo de conexión y el número de orificios o vías

•

El material

•

El ángulo de conexión

•

Una función específica

Es normal referirse a las diferentes familias por el tipo de conexión que utilizan. También hay familias enteras de racores dedicadas a un tipo de industria específico.

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Instalaciones neumáticas

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

4.2.1. Racores comunes y con funciones especiales

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

4.3. Tipos de roscas La mayoría de las aplicaciones neumáticas se sirven de los tipos de roscas estándar más difundidos en los ámbitos tecnológicos europeo y americano y extendidos después a sus áreas de influencia técnica o económica.

Las roscas pueden ser básicamente cónicas o paralelas. Hay distintas normas de aplicación para cada caso en función de la zona de influencia.

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Distribución del aire comprimido

4.3.1. Roscas estándar

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

4.3.2. Sellado de la conexión El sellado de la conexión se puede conseguir por dos procedimientos básicos, según se usen racores planos o cónicos.

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

4.4. Conducciones Las conducciones de aire comprimido quedan definidas por su diámetro interior (i/d –input diameter) o exterior (o/d –output diameter) y por el material de que están hechas, el cual les confiere las propiedades de resistencia mecánica y térmica, de maleabilidad y conformado necesarias.

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4.4.1. Diámetros Los tamaños de tubo suelen identificarse por su diámetro exterior (o/d). Así se facilita su identificación y el conexionado con los racores y las válvulas. •

En el ámbito métrico, los diámetros son: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 22, 28, etc., todos en milímetros o/d (mm o/d).

•

En el ámbito de pulgadas: 1/8, 5/32, 3/16, 1/4, 5/16, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, etc., en pulgadas o/d (" o/d)

En los cálculos de pérdidas de presión debe usarse el diámetro interno del tubo y no el externo.

4.4.2. Materiales La presión y la temperatura máximas de trabajo son los factores primordiales que debemos tener en cuenta para la selección del material de las conducciones de aire comprimido. No obstante, deben considerarse también otros condicionantes como la rapidez de instalación, la facilidad de uso, su vida útil o el coste global. Al elegir el material, deben contemplarse las cuestiones siguientes: 1. La presión máxima de servicio de la mayoría de los sistemas neumáticos está comprendida entre los 10 y 16 bares. Si se necesitan conductos para presiones superiores, hay que solicitar la recomendación del correspondiente servicio técnico. En lo que respecta al racordaje, la mayoría de los modelos son seguros a presiones superiores a la de trabajo, aunque seguiremos tomando las debidas precauciones cuando se elijan o instalen. 2. Por norma general, las tuberías de plástico están más limitadas en presión y temperatura que las metálicas. Para temperaturas extremas, es conveniente usar racores de compresión y conductos metálicos. 3. Se preferirán tuberías de plástico para la conexión de elementos neumáticos por su flexibilidad. Este material permite su corte a medida y la conexión rápida mediante enchufes y conductos metálicos.

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Distribución del aire comprimido

4. El cobre se usará donde se requieran propiedades especiales de resistencia a la corrosión y al calor. El sistema hecho de cobre es rígido, pero fácil de instalar. Son relativamente caros para diámetros superiores de 30 milímetros. 5. Se usa acero cuando son necesarios grandes diámetros.

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Componentes de trabajo

Capítulo 5. Componentes de trabajo

Introducción Los actuadores neumáticos son componentes capaces de proporcionar potencia y movimiento a sistemas automatizados, máquinas y procesos. Se clasifican en lineales y rotativos.

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Instalaciones neumáticas

1. Actuadores neumáticos El término actuadores neumáticos se utiliza en aquellos componentes mecánicos destinados a transformar la energía neumática de presión y caudal en trabajo mecánico en la etapa de salida de un sistema de transmisión de energía (STE) neumático. Los actuadores neumáticos son componentes capaces de proporcionar potencia y movimiento a sistemas automatizados, máquinas y procesos. Según la forma como se obtenga el trabajo, los actuadores neumáticos se clasifican en los tipos siguientes: •

Actuadores lineales. La potencia mecánica que desarrollan se define como el producto de la fuerza por la velocidad lineal. Los actuadores lineales más usados son los cilindros neumáticos, aunque en la práctica el desplazamiento lineal se puede conseguir por medio de otras configuraciones.

•

Actuadores rotativos. La potencia mecánica que desarrollan se define como el producto del par por la velocidad angular. Los actuadores rotativos pueden ser de giro, cuando el movimiento se restringe a ángulos inferiores a una vuelta del actuador, o motores, cuando el movimiento de rotación tiene lugar de forma continua, sin límite de vueltas.

En general, los actuadores neumáticos toleran condiciones adversas de trabajo, como alta humedad o ambientes polvorientos, y son de fácil limpieza y mantenimiento.

1.1. Actuadores lineales Un cilindro neumático es un componente sencillo, de bajo coste, fácil de instalar e ideal para producir movimientos lineales. La carrera del cilindro determina el movimiento máximo que éste puede producir. La presión máxima de trabajo depende del diseño del cilindro, aunque está limitada en la práctica por condicionantes energéticos. La velocidad que se puede conseguir con un cilindro tiene un amplio margen de ajuste: puede oscilar entre 0,1 m/s y 1 m/s, o más si se dispone de los elementos de amortiguación adecuados. En la práctica, se pueden conseguir velocidades inferiores al límite marcado mediante dispositivos de regulación de velocidad que eviten el movimiento descontrolado que causa el rozamiento. La fuerza que ejerce un cilindro se controla por medio de reguladores de presión y está limitada por el diámetro del cilindro y la presión de trabajo. A más diámetro o presión

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Componentes de trabajo

se consiguen fuerzas mayores, a expensas de un mayor consumo de aire comprimido. En un ámbito práctico, la fuerza máxima que es posible ejercer está limitada a unos 30.000 N (unas 3 toneladas) a 7 bares de presión. •

Cilindro de simple efecto

• •

Cilindro de doble efecto Cilindros especiales

•

Complementos de los actuadores lineales

1.2. Actuadores rotativos Los actuadores rotativos se dividen en actuadores de giro y motores. En los actuadores de giro, el movimiento se restringe a ángulos inferiores a una vuelta. En los motores neumáticos, el movimiento de rotación es continuo, sin límite de vueltas. • •

Actuadores de giro Motores neumáticos

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Instalaciones neumáticas

2. Selección de los actuadores La selección de los actuadores se realiza en función de la carrera y el esfuerzo a desarrollar, de la frecuencia de trabajo, los requisitos de amortiguación y el consumo de aire comprimido.

2.1. Selección de los actuadores lineales La selección de un actuador lineal debe considerar la fuerza y carrera necesarias, la frecuencia máxima del accionamiento, la exclusión del pandeo del vástago, el consumo de aire comprimido y los requisitos de amortiguación. Los parámetros fundamentales de un actuador lineal son los diámetros del émbolo y del vástago, y su carrera. La fuerza útil que puede ejercer un cilindro depende de estos diámetros, de la presión de trabajo y de la fuerza resistiva de rozamiento. La fuerza debida a la presión actuante sobre una superficie A se evalúa mediante la expresión siguiente: F = A ∙ p. Para un actuador de doble efecto como el de la figura, la fuerza de presión en movimiento a más, F +, y en movimiento a menos (o de rectroceso), F , respectivamente es (D y d se miden en milímetros, p en bar relativos y F en newtons): F

+

 = ------ D 2 p 40

 F  = ------  D 2 – d 2  p 40

Si es un cilindro sin vástago, d = 0. Si fuera de doble vástago, la fuerza de presión sería F para ambos sentidos de movimiento. La fuerza útil del actuador es la fuerza que queda disponible para desplazar, acelerar cargas o realizar cualquier tipo de trabajo. No toda la fuerza de presión se dedica a realizar un trabajo útil, debido a: •

La fuerza de rozamiento interna, de magnitud cercana al 10% y siempre resistiva.

•

En cilindros de simple efecto con muelle, la fuerza debida al muelle, cuyo sentido depende del movimiento.

•

En cilindros de doble efecto, la fuerza de contrapresión debida a la presión residual de la cámara que se está descargando.

•

En cilindros en disposición no horizontal, la componente proyectada de la fuerza peso.

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Componentes de trabajo

En general, las fuerzas mencionadas se tienen en cuenta mediante un coeficiente que reduce la fuerza de presión máxima alcanzable cuyo valor está comprendido entre 0,75 y 0,95. Curiosamente, en la práctica no conviene que este coeficiente sea superior a 0,8, en contra de lo que cabría esperar desde un punto de vista puramente energético. Esto se debe a que el funcionamiento del cilindro es más estable cuando la fuerza efectiva del cilindro se aleja de la fuerza máxima posible.

2.2. Selección de los actuadores de giro La selección de un actuador de giro tiene que considerar el par necesario y la frecuencia máxima del accionamiento, el consumo de aire comprimido y los requisitos de amortiguación. Los parámetros fundamentales de un actuador de giro son los propios de su funcionamiento angular: el par motor, M, en Nm, y el ángulo de giro, , en grados. El volumen de aire que desplaza por vuelta se utiliza para cálculos de consumo y es mayor cuanto mayor es el actuador. La frecuencia del accionamiento y la velocidad angular máxima de impacto son variables que influyen también en su selección. La estimación del par motor de un actuador de giro es una cuestión que requiere mucha experiencia y cuyo cálculo preciso queda fuera del alcance de esta obra. Son muchas las configuraciones diferentes en las cuales un motor puede interactuar con la carga rotativa y sería imposible explicarlas todas. Cuando los efectos dinámicos de la carga son importantes, como ocurre en las aplicaciones típicas donde se usan actuadores de giro, la expresión que define el par inercial es: M = J. En esta expresión, J representa la inercia (medido en kg ∙ m2 ) del elemento sobre el que se actúa y al cual se comunica la aceleración angular, , en rad/s2. La aceleración angular que debe elegirse para el cálculo tiene que ser la más desfavorable en todos los casos. Un análisis sencillo que ofrece buenos resultados consiste en adoptar como aceleración angular la correspondiente a un movimiento angular uniformemente acelerado. Según estos movimientos, la aceleración angular que se alcanza al haber girado un ángulo  (medido en grados) durante un tiempo T, que es el semiperiodo del movimiento cíclico del actuador (medido en segundos):   = 0,035 -----T2

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2.3. Selección de los motores neumáticos Los motores entregan en su eje de salida un par y unas revoluciones que dependen de la carga aplicada y de la presión y caudal neumáticos. Las magnitudes fundamentales de trabajo de un motor neumático son el par entregado M, en Nm; las revoluciones del eje de salida n, en rpm; la potencia mecánica entregada N, en W; la presión de trabajo relativa p, en bar; y el caudal consumido Q, en L/min, y su caudal normal asociado QN , en NL/min. Todas estas magnitudes se relacionan entre sí mediante la ecuación de la potencia entregada y del rendimiento del motor. Con las anteriores unidades, estas ecuaciones toman la forma siguiente: N = 0,063  --------------------------Mn  = 0,6 ------pQ  p   ------------ Q N  p + 1 La relación funcional entre estas magnitudes se presenta comercialmente mediante gráficos o ábacos que conviene conocer para efectuar la selección más adecuada. Podemos utilizar como ejemplo el gráfico siguiente, donde se representan el par del motor, la potencia entregada y el caudal consumido en función de las revoluciones del eje.

Gráfico 1

Observad cómo la potencia presenta un máximo hacia la zona media del gráfico. Este punto es conocido como el punto de funcionamiento nominal del motor –subíndice

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Componentes de trabajo

N, que no hay que confundir con la condición de “normal”–, y el esfuerzo de la carga para este punto representa M N newton por metro de par. Para otras revoluciones cualesquiera, el funcionamiento del motor no será óptimo aunque pueda proporcionar mucho más par. M A es el par máximo de arranque del motor, es decir, el par contra el cual el motor es capaz de ponerse en marcha. Si el motor trabajara sin carga, giraría a n 0, que son sus revoluciones de vacío. El funcionamiento de un motor debe mantenerse cercano a la posición de funcionamiento nominal, y preferiblemente, a revoluciones inferiores. Las prestaciones de un motor neumático vienen establecidas mediante gráficos.

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Componentes de mando

Capítulo 6. Componentes de mando

Introducción En neumática industrial se usa un amplio rango de válvulas neumáticas cuya misión principal reside en garantizar el control del caudal o de la presión.

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Instalaciones neumáticas

1. Válvulas distribuidoras Las válvulas distribuidoras son los elementos que permiten dirigir el aire comprimido a diferentes vías, conexiones o conductos, en función de la señal de mando recibida y de acuerdo con un programa establecido.

1.1. Categorías generales de válvulas Las válvulas neumáticas se han dividido en este tema en distribuidoras, auxiliares y proporcionales. Otras válvulas, como por ejemplo las válvulas de presión o las válvulas de proceso, no se expondrán aquí. Las válvulas reductoras de presión, o simplemente reguladores, ya se han tratado. Las válvulas distribuidoras se catalogan según diferentes categorías, que incluyen el tipo, el principio de diseño, el tipo de mando, la función, el tamaño y la aplicación.

1.1.1. Tipo El tipo hace referencia al montaje de la válvula. Por ejemplo, una válvula puede conectarse aislada, en subbase, en bloque modular, en línea o en isla de válvulas. El montaje afecta al diseño. •

Conexión directa.

•

Súbase.

•

Bloque Manifold. Subbase modular.

•

Isla de válvulas.

•

Bus de campo.

1.1.2. Principio de diseño El principio de diseño hace referencia al principio de operación bajo el cual se ha diseñado la válvula. Por ejemplo, las válvulas pueden ser de corredera, de asiento plano, de asiento giratorio, etc.

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Componentes de mando

Las figuras que se muestran en el CD sirven de referencia de tipo. El diseño de cada modelo de válvula puede incluir otras posiciones y número de vías aparte de los indicados. •

Válvula de corredera

•

Válvula de asiento

•

Válvulas sensibles

•

Válvulas de asiento giratorio

1.1.3. Tipo de mando El mando es el mecanismo que acciona la válvula y causa el cambio de estado del sistema. Los mandos se clasifican en manuales, mecánicos y eléctricos. •

Pulsador

•

Pulsador seta

•

Botón giratorio

•

Pulsador de emergencia

•

Retorno por llave

•

Leva

•

Rodillos, normal y escamoteable

•

Pilotaje neumático

•

Pilotaje eléctrico

1.1.4. Función La función es la variedad de posiciones o estados en los que la válvula puede trabajar. Por ejemplo, pueden ser 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 3/3, 4/3, 5/3, etc. El primer número es el número de vías (puertos) principales: entradas, salidas y descargas, sin incluir las líneas dedicadas a señales de pilotaje. El segundo valor es el número de posiciones (estados). Una válvula 3/2 tiene tres vías y dos posiciones: en reposo y actuada. Se dice que la función de una válvula es monoestable cuando tiene una sola posición de reposo estable. En cambio, se dice que es biestable si no tiene una posición de reposo

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preferencial, de modo que permanece en cualquier posición hasta que se acciona algún mando. Normalmente, la función monoestable se consigue mediante muelles de retorno. •

2/2

•

3/2

•

4/2

•

5/2

•

3/3

•

4/3

•

5/3

1.1.5. Tamaño El tamaño de la conexión aumenta con el tamaño de la válvula y con el caudal máximo que puede trasegar. Los puertos pueden ser M5, R1/8, R1/4, R3/8, R1/2, R3/4, R1, etc., siguiendo la misma progresión que los racores.

1.1.6. Aplicación La válvula, según su función y la del circuito en que esté, tendrá una u otra aplicación. Las aplicaciones de las válvulas neumáticas son múltiples, y van desde la más sencilla, consistente en dar aire o cortar un único camino, hasta el control proporcional preciso de presión y caudal. Una válvula estándar puede tener diferentes aplicaciones, dependiendo de la función para la que ha sido seleccionada en un sistema. Podemos hablar de válvulas de potencia, válvulas con funciones lógicas, de control o de parada de emergencia. También hay válvulas con funciones específicas, como la válvula de escape rápido, la de arranque progresivo/descarga y la de monitorización.

1.2. Válvulas auxiliares Las válvulas auxiliares tienen otras funciones que las descritas en la unidad anterior, pero son muy utilizadas en los circuitos neumáticos para efectuar misiones especiales.

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Componentes de mando

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

1.3. Válvulas proporcionales Durante los últimos años, la utilización de la neumática proporcional ha adquirido un interés creciente debido a la incorporación de la electrónica en la cadena de mando. Los elementos neumáticos proporcionales, ya sean válvulas de presión o de caudal, garantizan que la señal neumática regulada –la presión o el caudal– es proporcional a una señal eléctrica débil que se utiliza para el gobierno de la válvula en cuestión. Son numerosas las aplicaciones donde la técnica proporcional se puede aplicar con buenos resultados. Las aplicaciones de la neumática proporcional incluyen el control continuo de la presión, o de la fuerza, y el control del caudal, o del volumen y/o posición. Desde el momento en que la señal de salida del componente responde siguiendo una señal de entrada electrónica, se abren infinitas posibilidades para la mejora del control de los sistemas electroneumáticos. La regulación de los sistemas puede efectuarse mediante técnicas en lazo abierto o en lazo cerrado. En estos últimos, la señal de mando se modifica en función del estado del sistema, de forma que se aumenta su precisión y flexibilidad. De igual modo, el comportamiento interno de la válvula puede ser en lazo abierto o en lazo cerrado. En las primeras la linealidad de la válvula es responsabilidad exclusiva del solenoide proporcional, mientras que en las segundas se usan sensores internos de presión o desplazamiento para garantizar el comportamiento proporcional. En estas últimas, el uso de sensores cierra el lazo de realimentación y hace que la válvula sea estable ante la existencia de perturbaciones externas o cambios en el sistema. En cambio, las válvulas con tecnología proporcional en lazo abierto son más económicas que aquellas con lazo interno de realimentación y, como contrapartida, pueden resultar adecuadas en numerosas aplicaciones donde las de lazo cerrado supondrían un coste prohibitivo.

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2. Selección del tamaño de válvula El tamaño de una válvula neumática se establece en función del caudal que ha de pasar a su través y de su facilidad de montaje.

2.1. Guía básica de selección Para la selección del tamaño más adecuado de una válvula distribuidora, se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: •

La presión de alimentación.

•

La carga aplicada sobre el actuador que gobierna la válvula.

•

El acoplamiento entre el actuador y la válvula, y el tipo de regulación de velocidad usado.

En neumática se sabe que una misma válvula conducirá un caudal diferente en función del sistema a que esté conectada. La longitud y diámetro de los tubos de conexión, así como el número de racores usados, afectan mucho al valor del caudal efectivo. Por este motivo, es necesario el acoplamiento entre el sistema –básicamente, la cámara del cilindro a una carrera dada– y la válvula, regulador, etc. para definir el flujo de masa circulante. El gráfico siguiente sirve de guía para relacionar el caudal con el paso de rosca más adecuado. Los valores de caudal indicados deben servir sólo como referencia o punto de partida en la selección de la válvula. Gráfico 1

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2.2. Caudal másico en una válvula El caudal que atraviesa una válvula no sólo depende de su tamaño, sino también de las presiones a la entrada, p1 , y a la salida, p 2. Cuando se representa el caudal en función de la presión de salida, se obtienen curvas como las siguientes, donde se observa que el caudal crece cuando aumenta p1 para una misma p2 , y que para una misma p 1 el caudal alcanza un valor máximo para un determinado p 2 mínimo –línea continua a la izquierda del gráfico. Gráfico 2

2.3. La norma ISO 6358 La norma ISO 6358 presenta un método de aplicación a todo tipo de componentes neumáticos destinado a regular, medir, dirigir o conducir el flujo de aire en circuitos neumáticos. El método utiliza dos coeficientes, C y b, que deben determinarse experimentalmente para cada válvula. Para una presión absoluta de entrada a la válvula p 1 : • •

El gasto másico es: G  C ∙ p 1 ∙ T ∙ N ∙  El caudal normal es: Q N  C ∙ p 1 ∙  T ∙ .

En estas expresiones: •

ω  1 en el caso sónico (es decir, cuando p2 /p 1  b); y en el caso subsónico:

 =

 r – b2 1 –  -----------  1 – b

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κT es el factor de corrección de la temperatura de remanso (T  1). r es la relación entre la presión a la salida de la válvula y a la entrada p 2/p1 . y b es la relación de presiones crítica. La relación entre el caudal volumétrico máximo en condiciones normales de ensayo y la presión de entrada a la válvula recibe el nombre de conductividad o conductancia del elemento neumático, C. Una consecuencia inmediata del empleo de la conductancia es que el caudal máximo a través de una válvula crece linealmente con la presión p1 . Cuando p2 /p 1 < b se dice que la válvula está obstruida o bloqueada, pues el caudal no puede hacerse mayor aunque se disminuya p 2 . En condiciones sónicas sí que aumenta el caudal cuando lo hace p 1.

2.4. Otros métodos de cálculo La conductancia C se puede relacionar con otros coeficientes que también se emplean en el cálculo del caudal mediante válvulas. Uno de estos coeficientes es el  v, según el cual el caudal que pasa a través de una válvula se define como:

Q N = 28,6   v p 2  p 1 – p 2   T En esta expresión medimos Q N en Nm 3/h, las presiones en bar absolutos y el v en m 3 /h/(kg/L/bar) 1/2 . El coeficiente  T continúa siendo cercano a la unidad en la mayoría de los casos. En condición sónica, el caudal a través de una válvula se define en función del v como sigue: Q N = 14,3 ∙  v ∙ p 1

2.5. Otras consideraciones Son varias las condiciones de trabajo en presión y temperatura en función de la aplicación. También se requieren distintos puntos de filtración y lubricación.

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El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

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Instalaciones neumáticas

3. Acoplamiento válvula-cilindro El acoplamiento válvula-cilindro afecta al comportamiento de sistema neumático pues viene condicionado por los racores y conductos de conexión. Se distinguen dos tipos básicos de control de velocidad: por estrangulación a la entrada y por estrangulación a la salida.

3.1. Condicionantes del acoplamiento El acoplamiento válvula-cilindro viene condicionado por los siguientes aspectos:

•

Las características de flujo de la válvula o válvulas conectadas.

• •

Las características de flujo y/o pérdidas de presión de los conductos y racores utilizados. Las dimensiones básicas del actuador, diámetros, áreas y carrera total.

•

Las condiciones de operación y trabajo del actuador.

El funcionamiento de un actuador neumático se puede determinar en una primera aproximación con un análisis en régimen permanente basado en las características del sistema equivalente válvula-conductos-actuador. Sin embargo, el movimiento de un cilindro no es a velocidad constante durante toda la carrera, sino que se observan tres fases: aceleración, régimen a velocidad constante y deceleración. En la práctica ocurre que se trabaja a más presión de la mecánicamente necesaria con el objetivo de reducir en lo posible el tiempo de ciclo efectivo del proceso, con tramos de aceleración que abarcan la práctica totalidad de la carrera del cilindro. En estos casos, el análisis en régimen permanente no resulta útil y se hace necesario plantear el estudio desde un punto de vista dinámico, normalmente con ordenador. De este modo, los sistemas neumáticos suelen estar sobredimensionados en presión para el nivel de esfuerzos que hay que realizar. Esta circunstancia implica ineludiblemente un mayor consumo de aire comprimido para el mismo volumen desplazado.

3.2. Regulación de la velocidad De entre los diferentes procedimientos de control de la velocidad en los sistemas neumáticos destacan la regulación por estrangulación a la entrada y a la salida. La experiencia

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Componentes de mando

enseña que la regulación a la entrada presenta problemas de regularidad a bajas presiones o con pequeñas inercias como consecuencia del rozamiento que tiene lugar en los cilindros. Estos problemas son molestos y han hecho que siempre se recomiende regular a la salida. Aun así, en la práctica está más extendida la regulación a la salida para ambos sentidos del movimiento, que se realiza con válvulas reguladoras de la velocidad.

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Diseño de circuitos tipo

Capítulo 7. Diseño de circuitos tipo

Introducción En este capítulo se muestran algunos de los circuitos más representativos de la tecnología neumática aplicada. Es evidente que resulta imposible incluir todos los circuitos posibles, por razones obvias de espacio y porque son realmente incontables. La inventiva y la capacidad de análisis humanas resuelven a diario un sinfín de situaciones problemáticas mediante la combinación óptima de los componentes vistos en los capítulos anteriores.

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Instalaciones neumáticas

1. Circuitos básicos En este apartado se pretende ofrecer una síntesis panorámica de las alternativas combinatorias de la neumática. Los circuitos que se presentan son un ínfimo ejemplo de la vasta cantidad de posibilidades existentes en las industrias que se sirven de la neumática para ejecutar un trabajo.

1.1. Circuitos básicos con cilindros de simple efecto

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

1.2. Circuitos básicos con cilindros de doble efecto

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

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1.3. Otros circuitos convencionales

El desarrollo completo de la tabla precedente puede verse en el CD de la obra.

Diseño de circuitos tipo

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Normas ISO para la hidráulica, ...

Normas ISO para la hidráulica, la neumática y los compresores

Transmisiones hidráulicas y neumáticas en general ISO 1219-1 1991 40 p. (R) Transmisiones hidráulicas y neumáticas – Símbolos gráficos y esquemas de circuitos. Parte 1: Símbolos gráficos. Edición bilingüe. ISO 1219-2 1995 21 p. (L) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Símbolos gráficos y esquemas de circuitos. Parte 2: Esquemas de circuitos. Edición bilingüe. ISO 29441974 1 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Gama de presiones nominales. ISO 3938 1986 7 p. (D) Transmisiones hidráulicas – Análisis de la contaminación Método de presentación de los resultados del análisis. ISO 4021 1992 6 p. (C) Transmisiones hidráulicas – Análisis de la contaminación por partículas – Extracción de muestras de fluido en los circuitos en funcionamiento. ISO 4402 1991 6 p. (C) Transmisiones hidráulicas - Calibración de los contadores automáticos de partículas en suspensión en los líquidos - Método que utiliza un fino polvo de ensayo (ACFTD). ISO 44051991 4 p. (6) Transmisiones hidráulicas - Contaminación de los fluidos - Determinación de la contaminación por partículas mediante el método gravimétrico. ISO 4406 1987 4 p. (6) Transmisiones hidráulicas - Fluidos - Método de codificación del nivel de contaminación por partículas sólidas. ISO 4407 1991 6 p. (C) Transmisiones hidráulicas -Contaminación de los fluidos - Determinación de la contaminación por partículas sólidas - Método de cómputo en el microscopio. ISO 4413 1979 17 p. (J) Transmisiones hidráulicas – Reglas generales para la instalación y la utilización de equipo en los sistemas de transmisión y control. ISO 4414 1982 25 p. (M) Transmisiones neumáticas - Reglas generales para la instalación y la utilización de equipos en los sistemas de transmisión y control. ISO 5598 1985 90 p. (X) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Vocabulario. Edición bilingüe.

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Instalaciones neumáticas

ISO 5784-1 1988 21 p. (L) Transmisiones hidráulicas y neumáticas – Lógica de fluidos. Parte 1: Símbolos para funciones lógicas binarias y conexas. ISO 5784-2 1989 5 p. (C) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Lógica de fluidos. Parte 2: Símbolos para alimentación y escape y reglas de utilización de los símbolos de las funciones lógicas. ISO 5784-3 1989 10 p. (E) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Lógica de fluidos. Parte 3: Símbolos de operadores secuenciales y funciones conexas. ISO 6072 1986 14 p. (G) Transmisiones hidráulicas – Compatibilidad de los fluidos con los cauchos. ISO 6358 1989 14 p. (G) Transmisiones neumáticas - Elementos atravesados por un fluido compresible – Determinación de las características del caudal. ISO 8778 1990 1 p. (A) Transmisiones neumáticas - Atmósfera normal de referencia. ISO 9110-1 1990 4 p. (8) Transmisiones hidráulicas - Técnicas de medición. Parte 1: Principios generales de medición. ISO 9110-2 1990 6 p. (C) Transmisiones hidráulicas - Técnicas de medición. Parte 2: Medición de la presión media en un conducto cerrado en régimen permanente. ISO/TR 10949 1996 7 p. (D) Transmisiones hidráulicas - Métodos de limpieza y de evaluación del nivel de limpieza de los componentes. ISO 11500 19979 p. (E) Transmisiones hidráulicas - Determinación de la contaminación por partículas por cómputo automático de absorción de luz.

Bombas y motores ISO 3019-1 1975 8 p. (0) Transmisiones hidráulicas - Bombas volumétricas y motores - Dimensiones y código de identificación de las bridas de montaje y de los extremos de árbol. Parte 1: Conversión a unidades métricas de la serie en pulgadas. ISO 3019-2 1986 13 p. (G) Transmisiones hidráulicas - Bombas volumétricas y motores - Dimensiones y código de identificación de las bridas de montaje y de los extremos de árbol. Parte 2: Bridas de dos y cuatro orificios y extremos de árbol – Serie métrica. ISO 3019-3 1988 5 p. (C) Transmisiones hidráulicas - Bombas volumétricas y motores - Dimensiones y código de identificación de las bridas de montaje y de los extremos de árbol. Parte 3: Bridas poligonales (incluidas las bridas circulares).

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Normas ISO para la hidráulica, ...

ISO 3662 1976 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Bombas y motores – Cilindradas geométricas. ISO 4391 1983 10 p. (E) Transmisiones hidráulicas - Bombas, motores y variadores – Definiciones de las magnitudes y letras utilizadas como símbolos. ISO 4392-1 1989 7 p. (D) Transmisiones hidráulicas - Determinación de las características de los motores. Parte 1: Ensayo a presión constante y velocidad baja constante. ISO 4392-2 1989 10 p. (E) Transmisiones hidráulicas - Determinación de las características de los motores. Parte 2: Ensayo de arranque. ISO 4392.3199310 p. (E) Transmisiones hidráulicas - Determinación de las características de los motores. Parte 3: Ensayo con caudal constante y par constante. ISO 4409 1986 15 p. (H) Transmisiones hidráulicas - Bombas, motores y variadores volumétricos - Determinación del funcionamiento en régimen permanente. ISO 4412-1 1991 20 p. (K) Transmisiones hidráulicas - Código de ensayo para la determinación del nivel de ruido por aire. Parte 1: Bombas. ISO 4412-21991 20 p. (K) Transmisiones hidráulicas - Código de ensayo para la determinación del nivel de ruido por aire. Parte 2: Motores. ISO 4412-3 1991 9 p. (E) Transmisiones hidráulicas - Código de ensayo para la determinación del nivel de ruido por aire. Parte 3: Bombas - Método que emplea una disposición de micrófonos en forma de paralelepípedo. ISO 8426 1988 9 p. (E) Transmisiones hidráulicas. Bombas y motores volumétricos Determinación de la cilindrada medida. ISO 9632 1992 8 p. (D) Transmisiones hidráulicas - Bombas de cilindrada fija – Degradación de la corriente debida a la contaminación por ACFTD. ISO 10767.1 1996 22 p. (L) Transmisiones hidráulicas - Determinación de los niveles de onda de presión engendrados en los circuitos y componentes. Parte 1: Método de precisión para las bombas.

Cilindros ISO 3320 1987 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Mandrilados de los cilindros y diámetros de los vástagos de pistón. Serie métrica.

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ISO 3321 1975 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Mandrilados de los cilindros y diámetros de los vástagos de pistón. Serie en pulgadas. ISO 3322 1985 1 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Cilindros - Presiones nominales. ISO 4393 1978 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Cilindros. Serie de base de carreras de pistón. ISO 4394-1 1980 9 p. (E) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Tubos para cilindros. Parte 1: Características de los tubos de acero mandrilados de acabado especial. ISO 4395 1978 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Cilindros - Dimensiones y tipos de rosca de los vástagos del pistón. ISO 559719879 p. (E) Transmisiones hidráulicas - Cilindros. Ubicaciones de las juntas de estanqueidad para pistones y vástagos de pistón - Dimensiones y tolerancias. ISO 6020-1 1981 8 p. (D) Transmisiones hidráulicas - Cilindros de 160 bar (16.000 kPa) de vástago simple - Dimensiones de intercambiabilidad. Parte 1: Serie media. ISO 6020-2 1991 16 p. (H) Transmisiones hidráulicas - Dimensiones de intercambiabilidad de los cilindros 16 MPa (160 bar) de vástago simple. Parte 2: Serie compacta. ISO 6020-31994 12 p. (F) Transmisiones hidráulicas - Dimensiones de intercambiabilidad de los cilindros 16 MPa (160 bar) de vástago simple. Parte 3: Serie compacta, mandrilados de 250 a 500 mm. ISO 6022 1981 5 p. (C) Transmisiones hidráulicas - Cilindros de 250 bar (25.000 kPa) de vástago simple - Dimensiones de intercambiabilidad. ISO 6099 1985 45 p. (5) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Cilindros - Código de identificación de las dimensiones de montaje y de los modos de fijación. ISO 6195 1986 6 p. (C) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Cilindros. Ubicaciones de juntas rascadoras para vástagos de pistón de movimiento lineal - Dimensiones y tolerancias. ISO 6430 1992 16 p. (H) Transmisiones neumáticas. Cilindros de 1.000 kPa (10 bar) de vástago simple, con fijaciones integradas, de diámetros de mandrilado de 32 a 250 mm - Dimensiones de intercambiabilidad. ISO 6432 1992 11 p. (F) Transmisiones neumáticas – Cilindros de 1.000 kPa (10 bar) de vástago simple, con fijaciones desmontables, de diámetros de mandrilado de 32 a 320 mm – Dimensiones de intercambiabilidad.

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Normas ISO para la hidráulica, ...

ISO 6432 1985 5 p. (C) Transmisiones neumáticas - Cilindros de vástago simple – Serie de 10 bar (1.000 kPa) - Mandrilados de 8 a 25 mm - Dimensiones de montaje. ISO 6537 1982 6 p. (C) Transmisiones neumáticas - Tubos para cilindros - Características de los tubos en metales no férreos. ISO 6547 1981 3 p. (8) Transmisiones hidráulicas - Cilindros - Ubicaciones de juntas de estanqueidad a ba\Jues de guía para pistones - Dimensiones y tolerancias. ISO 698119924 p. (8) Transmisiones hidráulicas - Cilindros – Pernos simples de extremidad de vástago de pistón - Dimensiones de intercambiabilidad. ISO 6982 1992 4 p. (8) Transmisiones hidráulicas - Cilindros - Pernos de rótula de extremidad de vástago de pistón - Dimensiones de intercambiabilidad. ISO 7180 1986 2 p. (A) Transmisiones neumáticas - Cilindros - Dimensiones de mandrilado y de rosca de los orificios. ISO 7181 1991 3 p. (8) Transmisiones hidráulicas - Cilindros – Relaciones entre superficies de mandrilado y de vástago. ISO 7425-1 1988 5 p. (C) Transmisiones hidráulicas - Ubicaciones para juntas de elastómero reforzado por materias plásticas. Parte 1: Ubicaciones de juntas de pistón. ISO 7425-2 1989 3 p. (8) Transmisiones hidráulicas - Ubicaciones para juntas de elastómero reforzado por materias plásticas - Dimensiones y tolerancias. Parte 2: Ubicaciones de juntas de vástago. ISO 8131 1992 4 p. (8) Transmisiones hidráulicas - Cilindros de 16 MPa (160 bar) de vástago simple, serie compacta - Tolerancias. ISO 8132 1986 8 p. (D) Transmisiones hidráulicas - Cilindros de 160 bar (16 MPa) serie media y de 250 bar (25 MPa), de vástago simple - Dimensiones de intercambiabilidad de los accesorios. ISO 8133 1991 12 p. (F) Transmisiones hidráulicas - Cilindros 16 MPa (160 bar) de vástago simple, serie compacta - Dimensiones de intercambiabilidad de los accesorios. ISO 8135 1986 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Cilindros de 160 bar (16 MPa) serie media y 250 bar (25 MPa), de vástago simple - Tolerancias. ISO 8136 1986 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas – Cilindros de 160 bar (16 MPa) serie media de vástago simple - Dimensiones de los orificios. ISO 8137 1986 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Cilindros de 250 bar (25 MPa) de vástago simple - Dimensiones de los orificios.

 Editorial UOC

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Instalaciones neumáticas

ISO 8138 1986 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Cilindros de 160 bar (16 MPa) serie compacta de vástago simple - Dimensiones de los orificios. ISO 8139 1991 4 p. (8) Transmisiones neumáticas - Cilindros de 1.000 kPa (10 bar) - Pernos de rótula de extremidad de vástago de pistón - Dimensiones de intercambiabilidad. ISO 8140 1991 4 p. (8) Transmisiones neumáticas - Cilindros de 1.000 kPa (10 bar) Capas de extremidad de vástago de pistón - Dimensiones de intercambiabilidad. ISO 10099 1990 3 p. (8) Transmisiones neumáticas - Cilindros - Ensayos de recepción. ISO 10100 1990 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Cilindros - Ensayos de recepción. ISO 10762 1997 16 p. (H) Transmisiones hidráulicas - Dimensiones de intercambiabilidad de los cilindros - Serie 10 MPa (100 bar). ISO 10766 1996 7 p. (D) Transmisiones hidráulicas – Cilindros - Dimensiones de ubicaciones de dispositivos guía de sección rectangular para pistones y vástagos de pistón.

Tuberías, conexiones, válvulas y filtros ISO 1436 1991 7 p. (B) Tubos flexibles de caucho –Tipo hidráulico de armadura de hilos metálicos. Especificaciones. ISO 2941 1974 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Elementos filtrantes – Verificación de la resistencia al aplastamiento o al reventamiento. ISO 2942 1994 4 p. (B) Transmisiones hidráulicas - Elementos filtrantes – Verificación de la conformidad de fabricación y determinación del punto de primera burbuja. ISO 2943 1974 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Elementos filtrantes – Verificación de la compatibilidad de los materiales con los fluidos. ISO 3723 1976 1 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Elementos filtrantes - Método de determinación de la resistencia a la deformación axial. ISO 3724 1976 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Elementos filtrantes - Verificación de las características de un filtro por un ensayo de fatiga debida al caudal. ISO 3862 1991 6 p. (G) Tubos flexibles de caucho – Tipo hidráulico con revestimiento de caucho y armadura en espiral de hilo metálico - Especificaciones. ISO 3949 1991 4 p. (B) Tubos flexibles de plástico - Tipo hidráulico de termoplásticos de armadura textil - Especificaciones.

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Normas ISO para la hidráulica, ...

ISO 3968 1981 7 p. (D) Transmisiones hidráulicas - Filtros – Evaluación de la pérdida de carga en función del caudal. ISO 4079 1991 4 p. (B) Tubos flexibles de caucho. Tipo hidráulico de armadura textil - Especificaciones. ISO 4397 1993 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas - Conexiones y elementos asociados – Diámetros exteriores nominales de los tubos y diámetros interiores nominales de tubos flexibles. ISO 4399 1995 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Conexiones y componentes asociados. Presiones nominales. ISO 4401 1994 18 p. (J) Transmisiones hidráulicas – Distribuidores de cuatro orificios - Plano de colocación. ISO 4411 1986 11 p. (F) Transmisiones hidráulicas. Aparatos de distribución - Determinación de las características de presión diferencial/caudal. ISO 4572 1981 28 p. (N) Transmisiones hidráulicas - Filtros – Evaluación del rendimiento por el método de filtración en circuito cerrado. ISO 5599.1 1989 0 p. (D) Transmisiones neumáticas. Distribuidores de cinco orificios principales. Parte 1: Plano de colocación sin conector eléctrico. ISO 5599-2199012 p. (F) Transmisiones neumáticas. Distribuidores de cinco orificios principales. Parte 2: Plano de colocación con conector eléctrico optativo. ISO 5599-3 19909 p. (E) Transmisiones neumáticas. Distribuidores de cinco orificios principales. Parte 3: Codificación de la información sobre las funciones de los distribuidores. ISO 5781 1987 17 p. (J) Transmisiones hidráulicas – Reductores de presión (excepto los limitadores de presión), válvulas de secuencia, válvulas de descarga, válvulas de estrangulamiento, lengüetas de no retorno - Plano de colocación. ISO 5782-1 1997 7 p. (C) Transmisiones neumáticas. Filtros para aire comprimido. Parte 1: Características principales para incluir en la documentación de los proveedores y exigencias de marcado del producto. ISO 5782-21 1997 5 p. (C) Transmisiones neumáticas. Filtros para aire comprimido. Parte 2: Métodos de ensayo para determinar las características principales que deben incluirse en la documentación de los proveedores. ISO 5783 1995 4 p. (B) Transmisiones hidráulicas – Código para la identificación de los planos de colocación y de las ubicaciones de cartucho.

 Editorial UOC

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Instalaciones neumáticas

ISO 6149-1 1993 6 p. (C) Conexiones para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales – Orificios y elementos machos de rosca ISO 261 y junta tórica. Parte 1: Orificios de junta tórica en una ubicación de tronco cónico. ISO 6149-2 1993 10 p. (E) Conexiones para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales – Orificios y elementos machos de rosca ISO 261 y junta tórica. Parte 2: Elementos machos de serie pesada (serie S) -Dimensiones, diseño, métodos de ensayo y prescripciones. ISO 6149-3 1993 10 p. (E) Conexiones para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales – Orificios y elementos machos de rosca ISO 261 y junta tórica. Parte 3: Elementos machos de serie ligera (serie L) - Dimensiones, diseño, métodos de ensayo y prescripciones. ISO 6150 1988 13 p. (G) Transmisiones neumáticas -Conexiones rápidas cilíndricas para presiones máximas de utilización de 10 bar, 16 bar y 25 bar (1 MPa, 1,6 MPa y 2,5 MPa) - Dimensiones de conexión de la parte macho, especificaciones, consejos de utilización y ensayos. ISO 6162 1994 13 p. (G) Transmisiones hidráulicas. Bridas de conexión divisa de cuatro tornillos para presiones de utilización de 2,5 a 40 MPa (25 a 400 bar) - Tipo 1 serie métrica y tipo 2 serie en pulgadas. ISO 6164 1994 11 p. (F) Transmisiones hidráulicas – Bridas de conexión cuadradas monobloque de cuatro tornillos para presiones de utilización de 25 MPa y 40 MPa (250 y 400 bar). ISO 6263 1987 17 p. (J) Transmisiones hidráulicas - Reguladores de caudal - Plano de colocación. ISO 6264 1987 25 p. (M) Transmisiones hidráulicas - Limitadores de presión - Plano de colocación. ISO 6403 1988 53 p. (U) Transmisiones hidráulicas - Reguladores de caudal y de presión - Métodos de ensayo. ISO 6404 1985 23 p. (L) Transmisiones hidráulicas - Servodistribuidores - Métodos de ensayo. ISO 6605 1986 6 p. (C) Transmisiones hidráulicas – Manguitos de conexión - Método de ensayo. ISO 7241-1 1987 5 p. (C) Transmisiones hidráulicas - Conexiones rápidas. Parte 1: Dimensiones y especificaciones.

 Editorial UOC

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Normas ISO para la hidráulica, ...

ISO 7241-2 1986 15 p. (H) Transmisiones hidráulicas - Conexiones rápidas. Parte 2: Métodos de ensayo. ISO 7368 1989 17 p. (J) Transmisiones hidráulicas - Distribuidores de cartucho, de brida, de dos orificios. Ubicaciones. ISO 7744 1986 5 p. (G) Transmisiones hidráulicas. Filtros. Especificación de las condiciones de empleo. ISO 7790 1986 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas. Aparatos apilables y distribuidores de cuatro orificios, de tallas 03 y 05 - Dimensiones de montaje. ISO 8434-1 1994 28 p. (N) Conexiones de tubos metálicos para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales. Parte 1: Conexiones de compresión a 24 grados. ISO 8434-2 1994 28 p. (N) Conexiones de tubos metálicos para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales. Parte 2: Conexiones de forma acampanada a 37 grados. ISO 8434-3 1995 29 p. (N) Conexiones de tubos metálicos para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales. Parte 3: Conexiones de juntas tóricas. ISO 8434-4 1995 25 p. (M) Conexiones de tubos metálicos para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales. Parte 4: Conexiones cónicas de 24 grados, con boquilla de soldar de junta tórica. ISO 8434-5 1995 7 p. (0) Conexiones de tubos metálicos para transmisiones hidráulicas y neumáticas y aplicaciones generales. Parte 5: Métodos de ensayo para conexiones roscadas para transmisiones hidráulicas. ISO 9974-1 1996 4 p. (B) Conexiones de tubos metálicos para transmisiones hidráulicas y neumáticas. Orificios y elementos machos de rosca ISO 261 y junta de elastómero o estanqueidad metal sobre metal. Parte 1: Orificios roscados. ISO 9974-2 19968 p. (0) Conexiones para aplicaciones generales y transmisiones hidráulicas y neumáticas – Orificios y elementos machos de rosca ISO 261 y junta de elastómero o estanqueidad metal sobre metal. Parte 2: Elementos machos con junta de elastómero (tipo E). ISO 9974-3 19967 p. (0) Conexiones para aplicaciones generales y transmisiones hidráulicas y neumáticas - Orificios y elementos machos de rosca ISO 261 y junta de elastómero o estanqueidad metal sobre metal. Parte 3: Elementos machos con estanqueidad de metal sobre metal (tipo B). ISO 1037 2 1992 7 p. (0) Transmisiones hidráulicas - Servodistribuidores de cuatro y cinco orificios - Plano de colocación.

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Instalaciones neumáticas

ISO 10763 1994 3 p. (B) Transmisiones hidráulicas – Tubos de precisión de acero, soldados o no, de extremidades lisas. Dimensiones y presiones nominales de trabajo. ISO 11170 1995 4 p. (B) Transmisiones hidráulicas - Elementos filtrantes – Procedimiento de homologación. ISOITA 11340 1994 2 p. (B) Caucho y productos de caucho - Manguitos hidráulicos Clasificación de las fugas externas de las instalaciones hidráulicas. ISO 11926-1 1995 4 p. (B) Conexiones para aplicaciones generales y transmisiones hidráulicas y neumáticas – Orificios y elementos machos de rosca ISO 725 y junta tórica. Parte 1: Orificios de junta tórica en una ubicación de tronco cónico. ISO 11926-2 1995 11 p. (F) Conexiones para aplicaciones generales y transmisiones hidráulicas y neumáticas – Orificios y elementos machos de rosca ISO 725 y junta tórica. Parte 2: Elementos machos de serie pesada (serie S). ISO 11926-3 1995 11 p. (F) Conexiones para aplicaciones generales y transmisiones hidráulicas y neumáticas – Orificios y elementos machos de rosca ISO 725 y junta tórica. Parte 3: Elementos machos de serie ligera (serie L).

Otros elementos para transmisiones hidráulicas y neumáticas ISO 3601-1 1988 4 p. (B) Sistemas de fluidos - Juntas de estanqueidad - Juntas tóricas. Parte 1: Diámetros interiores, secciones, tolerancias y código de identificación dimensional. ISO 3601-3 1987 7 p. (0) Sistemas de fluidos - Juntas de estanqueidad - Juntas tóricas. Parte 3: Criterios de calidad. ISO 3722 1976 2 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Frascos de extracción – Homologación y control de los métodos de limpieza. ISO 3939 1977 4 p. (B) Transmisiones hidráulicas y neumáticas – Armaduras de labios múltiples - Métodos de medición de las alturas de apilamiento. ISO 4400 1994 4 p. (B) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Conectores eléctricos de tres patas con contacto de seguridad. Características y exigencias. ISO 5596 1982 4 p. (B) Transmisiones hidráulicas. Acumuladores hidroneumáticos con separador. Gamas de presiones y de volúmenes, magnitudes, características e identificación. ISO 6194-1 1982 7 p. (0) Anillos de estanqueidad con labios para árboles giratorios. Parte 1: Dimensiones nominales y tolerancias.

 Editorial UOC

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Normas ISO para la hidráulica, ...

ISO 6194-2 1991 18 p. (J) Anillos de estanqueidad con labios para árboles giratorios. Parte 2: Vocabulario. Edición bilingüe. ISO 6194-3 1988 7 p. (0) Anillos de estanqueidad con labios para árboles giratorios. Parte 3: Almacenamiento, manipulación y montaje. ISO 6194-4 1988 3 p. (B) Anillos de estanqueidad con labios para árboles giratorios. Parte 4: Métodos de ensayo de rendimiento. ISO 6194-5 1990 7 p. (0) Anillos de estanqueidad con labios para árboles giratorios. Parte 5: Identificación de las imperfecciones visuales. ISO 6301-1 1989 5 p. (C) Transmisiones neumáticas – Lubrificantes para aire comprimido. Parte 1: Características principales para incluir en la documentación comercial y en las exigencias particulares. ISO 6301-2 1997 6 p. (C) Transmisiones neumáticas - Lubrificadores para aire comprimido. Parte 2: Métodos de ensayo para determinar las características principales para incluir en la documentación del proveedor. ISO 6952 1994 5 p. (C) Transmisiones hidráulicas y neumáticas. Conectores eléctricos con dos patas con contacto de seguridad - Características y exigencias. ISO 6953-1 19905 p. (C) Transmisiones neumáticas – Reductores de presión para aire comprimido. Parte 1: Características principales para incluir en la documentación comercial y en las exigencias particulares. ISO 7986 1997 20 p. (K) Transmisiones hidráulicas – Dispositivos de estanqueidad. Métodos de ensayo normalizados de evaluación de los rendimientos de las juntas utilizadas en aplicaciones alternativas al aceite hidráulico. ISO 9461 1992 3 p. (8) Transmisiones hidráulicas – Identificación de los orificios de los aparatos, placas, órganos de control y solenoides. ISO 10945 19942 p. (A) Transmisiones hidráulicas - Acumuladores hidroneumáticos. Dimensiones de los orificios de gas.

Compresores y máquinas neumáticas ISO 1217 1996 58 p. (U) Compresores volumétricos - Ensayos de recepción. ISO 2151 1972 7 p. (0) Medición del ruido por aire emitido por grupos moto - Compresores destinados a ser utilizados en el exterior (será sustituida por la futura ISO 3989 del TC 43).

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Instalaciones neumáticas

ISO 3857-1 1977 6 p. (C) Compresores, utensilios y máquinas neumáticas - Vocabulario. Parte 1: Generalidades. Edición bilingüe. ISO 3857-2 1977 4 p. (8) Compresores, utensilios y máquinas neumáticas - Vocabulario. Parte 2: Compresores. Edición bilingüe. ISO 3857-3 1989 7 p. (0) Compresores, utensilios y máquinas neumáticas - Vocabulario. Parte 3: Utensilios y máquinas neumáticas. Edición bilingüe. ISO 5388 1981 20 p. (K) Compresores de aire fijos – Normas de seguridad y código de explotación. ISO 5389 1992 172 p. (XC) Turbocompresores - Código de ensayos de los resultados. ISO 5390 1977 6 p. (C) Compresores. Clasificación. Edición bilingüe. ISO 5391 1988 13 p. (G) Máquinas portátiles neumáticas y máquinas neumáticas - Vocabulario. Edición bilingüe. ISO 5941 1979 2 p. (A) Compresores, utensilios y máquinas neumáticas - Presiones preferenciales. ISO 7183 1986 13 p. (G) Secadores de aire comprimido. Especificaciones y ensayos. ISO 7183-2 1996 6 p. (C) Secadores de aire comprimido. Parte 2: Características nominales de funcionamiento. ISO 8010 1988 56 p. (U) Compresores para la industria de procesamiento - Tipos de tornillo y conexos - Especificaciones y hojas de datos para su diseño y construcción. ISO 8011 1988 100 p. (X) Compresores para la industria de procesamiento - Turbocompresores - Especificaciones y hojas de datos para su diseño y construcción. ISO 8012 1988 70 p. (V) Compresores para la industria de procesamiento - Tipos alternativos – Especificaciones y hojas de datos para su diseño y construcción. ISO 8573-1 1991 8 p. (0) Aire comprimido para uso general. Parte 1: Contaminantes y clases de calidad. ISO 8573-2 1996 23 p. (L) Aire comprimido para uso general. Parte 2: Métodos de ensayo para medir los aerosoles de aceite. ISO 11123 1994 8 p. (0) Máquinas portátiles neumáticas y máquinas neumáticas - Interfaces electrónicas.

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Unidades de conversión

Unidades de conversión

Longitud

1 ft = 12 in = 0,3048 m = 30,48 cm 1 mi = 5.280 ft = 1.609,344 m 1 milla náutica (nmi) = 6.076 ft = 1.852 m 1 yarda = 3 ft

Velocidad

1 ft/s = 0,3048 m/s 1 mi/h = 1,4666 ft/s = 0,44704 m/s 1 nudo = 1 nmi/h = 1,6878 ft/s = 0,5144 m/s

Volumen

1 ft3 = 0,02832 m3 1 U.S. gal = 231 in3 = 0,003785 m3 1 l = 0,001 m3 = 0,03531 ft3 1 in3 = 16,39 cm3 = 0,01639 l

Caudal

1 gal/min = 0,002228 ft3/s = 0,06309 l/s = 3,7854 l/min 106 gal/día = 1,5472 ft3 /s 1 m3 /s = 60.000 l/min

Temperatura

1 °F = 9/5 °C + 32 1 °C = 5/9 (°F - 32) 1 °R = °F + 459,69 1 K = °C + 273,16

Fuerza

1 lbf = 4,44822 N 1 kgf = 2,2046 lbf = 9,80665 N

Potencia

1 W = 1 J/s = 0,239 cal/s = 0,0009478 Btu/s 1 hp = 550 (ft ∙ lbf)/s = 745,7 W 1 (ft ∙ lbf)/s = 1,3558 W

Densidad

1 g/cm3 = 1.000 kg/cm3 = 0,03613 lbm/in3 = 62,43 lbm/ft3 1 slug/ft3 = 515,38 kg/m3

Presión

1 lbf/ft2 = 47,88 Pa 1 lbf/in2 = 144 lbf/ft2 = 6.895 Pa 1 atm = 2.116,2 lbf/ft2 = 14,696 lbf/in2 = 101.325 Pa = 1,01325 bar 1 kgf/cm2 = 14,22 psi = 14,22 lbf/in2 = 0,98066 bar = 735,56 mm Hg 1 bar = 14,5037 psi =105 Pa

Masa

1 slug  32,174 lb  14,594 kg

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Símbolos estándar

Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación

Significado

Accionamiento

Por palpador

Accionamiento combinado

Por electroimán y presión

Por electroimán o presión

Por electroimán o accionamiento manual Accionamiento eléctrico

Por electroimán con 1 bobina

Por electroimán con 2 bobinas opuestas

Por electroimán de efecto del mismo sentido Por motor con giro continuo

Accionamiento mecánico

General

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

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Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación Accionamiento mecánico

Significado Por muelle

Por rodillo

Por rodillo escamoteable

Accionamiento muscular

Pulsador rasante

Pulsador de hongo

Por hongo tractor

Por hongo pulsador tractor

Por palanca

Por pedal

Por pedal basculante

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

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Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación Accionamiento neumático

Significado Directo por presión

Directo por depresión

Diferencial

Centrado por presión

Centrado por muelles

Indirecto por presión. Servopilotaje positivo

Indirecto por presión. Servopilotaje negativo

Por amplificador de precisión de pilotaje

Por amplificador de presión de pilotaje a baja presión Mando divisor binario

Accionamientos rápidos

Unión sin válvula antirretorno que abre mecánicamente.

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

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Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación Acoplamiento rápido

Significado Unión con válvula antirretorno que abre mecánicamente. Desacoplado con final abierto

Desacoplado con conducto abierto

Desacoplado, fin cerrado mediante válvula antirretorno sin muelle Amortiguación hidráulica

Regulación en un sentido

Amplificadores

Amplificador

Amplificador de caudal

Válvula 3/2 vías con amplificador

Cilindro con accionamiento constante

Cilindro neumático en el que una vez conectado el el aire y alcanzada la posición final del émbolo, el movimiento de éste se invierte automáticamente hasta que se cierre el aire

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

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Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación Cilindro con amortiguación

Significado Simple no regulable. Efecto solo en un sentido En ambos lados no regulable. Efecto en ambos lados Simple regulable

En ambos lados regulable

Cilindro de doble efecto

La presión tiene efecto en ambos sentidos. Con un solo vástago

Con doble vástago.

Cilindro de simple efecto

La presión tiene efecto en un solo sentido. Retroceso por una fuerza no determinada Retroceso por muelle

Cilindro diferencial

La relación entre la sección del cilindro y la sección anular del émbolo lado vástago, es la mitad

Cilindro sin vástago

De cable

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

100

Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación Cilindro sin vástago

Significado Magnético

Cremallera Cilindro telescópico

De simple efecto con retorno por fuerzas exteriores

De doble efecto

Compresor

Con volumen de desplazamiento constante. Con un sentido de flujo

Conducción eléctrica

Para transmisión de energía eléctrica

Conducto de escape

Conducción para escape de aire

Conducto de pilotaje

Conducción para transmisión de la energía de mando

Conducto de trabajo

Conducción para transmisión de energía

Contadores

Contador de impulsos con reposición neumática o mecánica Contador por sustracción

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

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Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación Contadores

Significado Contador por diferencia

Contador por adición

Convertidor

Aparato que transforma una presión neumática en otra igual hidráulica

Convertidores de señales

Eléctrico-neumático

Neumático-eléctrico

Neumático-eléctrico

Elementos de medida

Manómetro

Manómetro diferencial

Indicación de presión

Termómetro

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

102

Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación Elementos de medida

Significado Medidor de caudal

Medidor de volumen

Filtro

Aparato para separar partículas de suciedad

Filtro con separador de agua

Este aparato es una combinación de filtro y separador de agua

Con purga automática

Freno hidráulico

Regulación en un sentido

Regulación en ambos sentidos

Indicación óptica

Indicador de presión mediante calor

Lubricador

Aparato en el que se enriquece el aire con un pequeño flujo de aceite para la lubricación de los elementos de trabajo

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

103

Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación

Significado

Motor giratorio

Motor neumático con giro limitado

Motor neumático

Con volumen de desplazamiento constante. Con un sentido de flujo Con dos sentidos de flujo

Con volumen de desplazamiento variable. Con un sentido de flujo Con dos sentidos de flujo

Multiplicación de presión

Amplificador

Para aire líquido

Orificio de salida

Sin dispositivo para conexión

Con rosca para conexión

Purga de aire

Lugar de escape de aire

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

104

Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación

Significado

Recipiente

Depósito de aire comprimido

Refrigerador

Enfría el aire

Regulador de presión diferencial

La presión de salida se reduce a un valor fijo que depende de la presión de entrada

Regulador unidireccional

Regulador con paso de aire en un sentido y estrangulación constante en el otro sentido

Separador de agua

Purga manual

Purga automática

Separador de aire

Aparato en el que se seca el aire

Silenciador

Evita el ruido

Símbolos especiales para detectores de proximidad

Presostato

DIN/ISO

CETOP

 Editorial UOC

105

Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación Símbolos especiales para detectores de proximidad

Significado Detector reflex

Emisor del detector de paso

Receptor del detector de paso

Detector por obturación de fuga

Detector de paso en forma de horquilla

Detector neumático de proximidad accionado por imán permanente Detector eléctrico de proximidad accionado por imán permanente

Toma de energía

Con tapón de cierre

Con conducción de conexión Transmisión de energía

Fuente de presión

Fuente de presión, no normalizada

DIN/ISO

CETOP

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Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación

Significado

Unidad de avance oleohidráulico

Unidad que consta de cilindro neumático y freno hidráulico con regulación de velocidad en dos sentidos.

Unidad de mantenimiento

Consiste de filtro, regulador de presión, manómetro y lubricación

Unión de conducción flexible

Para unir piezas móviles

Unión de giro

Unión de conducción que permite giro en ángulo durante el funcionamiento. 1 paso 3 pasos

Unión entre conducciones

Uniones fijas

Cruce de conducciones

Válvula de aislamiento o cierre

Efectúa el cierre de la válvula

Válvula de escape rápido

Cuando la entrada está sin aplicación de presión, la salida está a libre escape a la atmósfera

DIN/ISO

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Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación

Significado

Válvula de estrangulación

Con estrangulación regulable.

Válvula de secuencia

Cuando la presión en la entrada sobrepasa un cierto límite, se abre su paso hacia la salida Con escape, regulable, con válvula 3/2 vías adosada no normalizada

Con escape, regulable, función 3 vías, representación simplificada no normalizada Válvula de simultaneidad

La salida solamente conduce aire a presión cuando las dos entradas se hallan a presión

Válvula limitadora

Válvula limitadora de presión regulable

Válvula reguladora

Regulador de presión sin orificio de escape

Regulador de presión con orificio de escape

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Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación Válvula reguladora de presión

Significado Mantiene constante la presión de salida. Sin escape; no se compensan los regímenes excesivos Con escape; se compensan los regímenes excesivos

Válvula selectora

Cualquiera de las dos entradas conecta con la salida mientras la otra queda cerrada

Válvulas de bloqueo o antirretorno

Sin muelle, abre cuando la presión de entrada es mayor que la de salida Con muelle, abre cuando la presión de entrada es mayor que la de salida, sobre la fuerza de apriete del muelle Válvula antirretorno pilotada por aire

Válvulas de caudal

Válvula de estrangulación constante Válvula de diafragma constante

Válvulas de estrangulación

Regulable

DIN/ISO

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Símbolos estándar

Símbolos estándar Denominación Válvulas de estrangulación

Significado Regulable con accionamiento manual

Regulable, accionamiento mecánico, retorno por muelle Válvulas distribuidoras de vías

Válvula 2/2 vías cerrado en reposo

Válvula 2/2 vías abierto en reposo

3/2 vías

Cerrado en reposo

Abierto en reposo

3/3 vías

Cerrado en posición central

4/2 vías

Con dos posiciones de conexión

Válvula distribuidora en representación simplificada

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Instalaciones neumáticas

Símbolos estándar Denominación 4/3 vías

Significado Con posición central a depósito y dos posiciones de distribución Posición central con salidas a escape y dos posiciones de distribución

5/2 vías

Con dos posiciones de distribución

5/3 vías

Con posición central cerrada y dos posiciones de distribución

5/4 vías

Con posición central cerrada y tres posiciones de distribución

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Glosario

Glosario

aceleración f Relación entre la evolución de la velocidad y el tiempo. En ocasiones interesa que la puesta en movimiento se realice en tramos de aceleración constante para evitar el movimiento descontrolado de la carga. actuador m Componente mecánico (sea lineal o rotativo) capaz de transformar la energía hidráulica o neumática en mecánica, lineal o rotativa. antirretorno m Válvula (o en general cualquier dispositivo) con la habilidad de impedir el flujo de caudal (u otra propiedad) en un sentido de circulación. arranque en carga m Capacidad de puesta en movimiento desde el reposo venciendo el par o la fuerza nominales. automatización f Modo de incorporar equipos a procesos industriales, o en general a cualquier otra forma que garantice el correcto desempeño del proceso, ya sea en su totalidad o en cualquiera de sus partes integrantes. bar m Unidad de presión equivalente a 10.000 pascales. La presión atmosférica es aproximadamente de 1 bar. capacidad de freno f En reposo y a velocidad nominal, describe la capacidad del sistema de retener o detener una carga sin la acción de medios externos de frenado. En neumática puede conseguirse mediante válvulas. carrera f Limitación dimensional del accionamiento que representa su alcance físico. En los motores la carrera es ilimitada porque pueden girar en continuo. La posición del accionamiento se encuentra siempre entre los límites marcados por la carrera. caudal m Flujo que por unidad de superficie atraviesa una superficie de control. compresor m Máquina compleja cuya misión es aumentar la presión del fluido que pasa a su través. conductancia f Inverso de una resistencia. Propiedad de las válvulas neumáticas de conducir un determinado caudal bajo unas condiciones de presión del aire a la entrada y a la salida. conducto m Tramo de tubería de sección recta normalmente circular.

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controlabilidad f Capacidad de controlar una magnitud mediante un dispositivo de regulación automático. Puede definirse de posición, velocidad, aceleración, fuerza, etc. disponibilidad f En caso de necesitar sustitución o ampliación. estabilidad f Exigencia que implica que el sistema sea capaz de trabajar fielmente aunque cambien en extremo las condiciones de operación o aparezcan perturbaciones externas. Tanto la uniformidad, la repetitividad, precisión y la estabilidad dependen del sistema de control, que puede ser en anillo abierto o cerrado. filtro m Dispositivo destinado a filtrar reduciendo la cantidad de elementos contaminantes en el aire y aumentado su calidad a la salida. fuerza f Esfuerzo lineal aplicado sobre el accionamiento en la dirección de su desplazamiento. fuerza estática f Fuerza de arranque necesaria para poner en movimiento el accionamiento desde el reposo. mantenimiento en posición m Capacidad del sistema de mantener la posición ante perturbaciones de origen externo y sin la ayuda de frenos. neumática f Tecnología que utiliza el aire comprimido como medio transmisor de la energía. par m Esfuerzo rotativo aplicado sobre el accionamiento en la dirección de su desplazamiento. potencia f Magnitud física que representa la energía desarrollada o consumida por unidad de tiempo. Es exigida por la carga y se evalúa como el producto de un esfuerzo (fuerza/par) y un flujo (velocidad lineal/rotativa). precisión f Exactitud con la que el sistema alcanza el valor consignado. presión f Magnitud física que representa el esfuerzo que por unidad de superficie se realiza por un medio generalmente fluido. racor m Elemento pasivo de conexión entre cilindros, válvulas y conductos, de distintos materiales y normalmente enroscados en alguna de sus vías. refrigerador m Dispositivo destinado a enfriar el aire. regulador m Instrumento con la capacidad de regular. Los reguladores de velocidad son válvulas ajustables que permiten regular la velocidad de un cilindro. Si son de presión, regulan la presión en un punto de una instalación.

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Glosario

rendimiento m Relación energética que se define como el cociente entre la potencia útil suministrada por el accionamiento y la absorbida de la fuente en la sección de entrada. repetitividad f Característica por la cual el accionamiento aplica la misma salida para la misma entrada en situaciones de trabajo diferentes. Válida para cualquier magnitud, sea posición, velocidad, fuerza, etc. requisitos de mantenimiento m pl Requerimientos que definen la frecuencia de las tareas de mantenimiento recomendadas. secador m Dispositivo destinado a la extracción del agua, contenido en el aire comprimido mediante diversos procedimientos, físicos, químicos o termodinámicos. seguridad f Calidad de seguro. Condición por la que el mecanismo está protegido ante riesgos asociados a su función sin salvaguarda adicional, es decir, sólo con aquella integrada en el accionamiento. sincronismo m Condición por la que varios accionamientos progresan al unísono, sin que ninguno de ellos se adelante o retrase por la acción de la carga. uniformidad f Virtud del accionamiento por la que es capaz de mantener una magnitud dentro del intervalo descrito. Por ejemplo, en controles de velocidad, capacidad de mantener la velocidad próxima al valor de consigna vacío m Condición de aquel fluido que se encuentra a una presión inferior a la atmosférica de su entorno. válvula f Dispositivo mecánico con distintas partes móviles capaz de conducir un caudal, distribuir un flujo o regular una presión mediante la modulación de la energía de entrada. velocidad f Relación entre la evolución de la posición lineal o angular y el tiempo. En algunos accionamientos está restringida a un intervalo de valores por razones constructivas o funcionales.

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Bibliografía

Bibliografía

Hyde, J.; Regué, J.; Cuspineda, A. (1997). Control electroneumático y electrónico. Norgren-Marcombo Boixareu Editores. Millán, S. (1998). Cálculo y diseño de circuitos en aplicaciones neumáticas. Norgren-Marcombo Boixareu Editores. Millán, S. (1995). Automatización neumática y electroneumática. Norgren-Marcombo Boixareu Editores. Peláez, J.; García, E. (2002). Neumática industrial. Diseño, selección y estudio de elementos neumáticos. (1.ª ed.). Cia. Inversiones Editoriales Dossat 2000, S.L. Roldán, J. (1997). Neumática, hidráulica y electricidad aplicada (5.ª ed.). Paraninfo. Serrano, A. (2000). Neumática (5.ª ed.). Paraninfo.

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Instalaciones neumáticas