NEUMATICA PARANINFO

a dotar de conocimientos en Tecnología Neumática, •

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[tüéClon, como en mantenimiento de líneas de fabricación . últimas innovaciones en este campo, los "'lCOntrar~ln en esta obra. una guía de ayuda para que permitan el trabajo automático, en favor de IIcionisliz:aciión en los procesos, así como una gran mejora IfIdlici4)mls laborales del personal implicado en la manipulación de i1clolltóxic:os, o de difícil manejo.

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ISBN: 978-84-28

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2" EDICiÓN

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Neumática © SMC España. S.A.

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1. Evolución histórica del aire comprimido .................... . Preimpresión :

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Impreso en España Printed in Spain ISBN: 978-84-283-2848-7 Depósito Legal : M-9.936 ·2009

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Reservados los derechos para todos los paises de lengua española. De conformidad con lo dispuesto en el articulo 270 del Códi· go Penal vigente, podrán ser castigados con penas de multa y privación de libertad quienes reprodu -

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2. Introducción a la neumática práctica ........................... .

3

2. L ¿Qué puede hacer la neumática? .................................. .... .... ...... ... . 2.2. Propiedades del aire comprimido ........................... .. ..................... .

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3. El sistema básico neumático ............................................. .

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3.1. Sistema de producción de aire ................................ ..................... .. . 3.2. Sistema de utilización .................................................................... .

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4. Teoría del aire comprimido ................................................. .

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4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

Unidades ........................................................................................ . Unidades no métricas ...................................................... ............. .. Presión ................ ..... ................ ..... .............................. ... ................ . Propiedades de los gases ............................................................... . 4.4. L Ley de Boile Mariotte ................................................. .......... 4.4.2. Ley de Gay Lussac ............................................................. .. 4.4.3. Ley de Charles .... ................................................................. . 4.4.4. Transformación adiabática ....................... ....... .... ...... .......... . 4.4.5. Volumen estándar ....... ..... ......... ... ......................................... 4.4.6. Gasto volumétrico (Caudal) ................................................. 4.4.7. Ecuación de Bernoulli ....... ................................................. .. 4.5. Humedad del aire .................................. ...................................... .. .

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4.5.1. Humedad relativa .......... ....................... ........... .........••.••.. ••... 4.5.2. Punto de roCÍo ............ .. .................................. ...................... . 4.6. Presión y caudal .............. .... .... .................... ... .... ...... ....•................. 4.6.1. Uso del diagrama ................................................................. . 4.6.2. Formulario ............................................................................ .

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5. Compresión y distribución del aire ............................... . 31 5.1. Compresores .................................................................................. . 31 5.1.1. Compresores alternativos ... ............... .................................. . 31 5.1.2. Compresores rotativos ......................................................... . 34 5.1.3. Capacidad normal del compresor ............................... ......... . 37 5.2. Rendimiento volumétrico .............................................................. . 38 5.2.1. Rendimiento ténnino y global ........... .................................. . 38 5.3. Accesorios del compresor ............. .................................... ............ . 39 5.3.1. Depósito de aire comprimido .................................. ............ . 39 5.3.1.1. Selección del tamaño de depósito de aire comprimido ....................... ............. ......................... . 40 5.3.2. Filtro de aspiración ...................... ........................................ . 41 5 A. Deshidratación del aire .................................................................. . 41 SA.1. Post-enfriadores ............................•....................................... 41 5.5. Cálculo de los post-enfriadores ..................................................... . 43 5.5.1 . Post-enfriador por aire ................... ..................................... .. 43 5.5.2. Post-enfriador por agua ....................................................... . 45 5.6. Secadores de aire .. .... .................. ... ................................................ . 46 5.6.1. Secado por absorción (Secado coalescente) ........................ . 46 5.6.2. Secado por adsorción (Desecante) .................................... .. 47 5.6.3. Secado por refrigeración .......... ................................. .......... . 49 5.6.4. Separador de condensados ...................................... ............. . 50 5.7. Filtro de línea principal ........... .. ........... ......................................... . 51 5.8. Distribución del aire .......................................... ..... ................... .... . 52 5.8.1. Final en línea muerta ........................................................... . 52 5.8.2. Conducto principal en anillo ............................................... . 53 5.9. Líneas secundarias. ......................................................................... 54 5.10. Purgas automáticas ................................... .................................. .. 55 5.11. Selección del tamaño de los conductos principales de aire ........ .. 56 5.12. Materiales para la tubería .... .. .. .. .......................................... .. ...... . 60 5.12.1. Tubería de gas estándar (SOP) ...... ....... ............................. . 60 5.12.2. Tuberías de acero inoxidable ...................... ...................... .. 61 5.12.3. Tubos de cobre ..................... .... .......................................... 61 S.12A. Tubos de goma .................................................................. . 61

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5.12.5. Tubos de PVC o de nylon ............ .. ..................................... 5.13 . Sistemas de conexión ................................................ ...................

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6. Tratamiento del aire .................................................................

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6.1. Filtraje ............................................................................................ 6.1.1. Filtro estándar.. ..................................................................... 6.1.2. Filtros micrónicos .................................. .. ........................... .. 6.1.3. Filtros sub-micrónicos .......................................................... 6.1.4. Selección del filtro ................................................................ 6.1.5. Calidad del aire ...................................... ............................... 6. I .5.1. Niveles de filtraje ........ .. ........................... ................ 6.2. Regulación de la presión .......... .. .................. ............................ ...... 6.2.1. Regulador estándar ............................................................... 6.2.2. Regulador pilotado internamente ......................................... 6.2.3. Filtro-regulador .................................................................... 6.2A. Selección del tamaño de un regulador de presión: características ....................................................................... 6.2.5. Regulador de presión con válvula antirretorno .................... 6.2.6. Regulador de presión para equilibrio de cargas ................... 6.3. Regulador proporcional de la presión ............................................ 6A. Válvula de arranque progresivo ....................... ...... ........................ 6.5. Multiplicación de la presión ............................................... ............ 6.6. Lubricación del aire comprimido .............. ..................................... 6.6.1. Lubricadores proporcionales ................................................ 6.6.2. Lubricación por inyección .................................................... 6.6.3. Lubricador de micro-niebla .................................................. 6.6.4. Sistemas de lubricación centralizada .................................... 6.7. Unidades de filtro-regulador-lubricador (ER.L.) ........................... 6.7.1. Selección del tamaño e instalación .................... ...................

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7. Actuadores .....................................................................................

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7.1. Actuadores lineales ...... ........ ...... ...... ................................ .............. 97 7.1.1. Cilindro de simple efecto ..................................................... 97 7.1.2. Cilindro de doble efecto ....................................................... 98 7.1.3. Características principales .................................................... 98 7 .IA. Construcción del cilindro ..................................................... 99 7.1.5. Estanqueidad ........................................................................ 99 7.2. Selección de los actuadores lineales ............................................... 10 I © SV'[; ESPAÑA, SA.

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7.2.1. Cálculo de la fuerza .............................................................. 7.2.2. Fuerza necesaria ................... ................................................ 7.2.3. Coficiente de carga .................................. ....... ... ................... 7.2.4. Verificación del pandeo ........................................................ 7.3. Amortiguación ............ ................................. ................................... 7.3.1. Capacidad de amortiguación ................................................ 7.3.2. Verificación de la velocidad máxima .. ................................. 7.3.3. Super amortiguación ....... ...... ...................... .......................... 7.3.3.1. Capacidad .......................................................... ....... 7.3.4. Amortiguadores hidráulicos ................................................. 7 .4. Verificació~ de las cargas radiales .............. ... ................................. 7.5. Caudal de aire y consumo .................... ......... .......... ........ ............... 7.6. Montaje del cilindro ............ ............................................ ............... 7.6.1. Juntas flotantes ................................................................ ..... 7.7. Actuadores especiales .. ....... ............ ...... ... .............. ........... ............. 7.7.1. Cilindro con unidad de bloqueo ........................................... 7.7.2. Cilindro de vástagos paralelos .................................. ....... ..... 7.7.3. Cilindro con vástago antigiro ............................................... 7.7.4. Cilindro plano ....................................................................... 7.7.5. Cilindro de doble vástago ......................... ............................ 7.7.6. Cilindro tándem .. .. .......... ................•....••.... ........................... 7.7 .7. Cilindro multiposicional ..................... ....... ........ ... ...... .......... 7.7.8. Unidades deslizantes ............................................................ 7.7.9. Mesa lineal de traslación ....... ............................................... 7.7.10. Cilindro de tope .. ........... .. .......... ......... ...... ......... ................. 7.7. 11. Cilindro compacto ............... ..... .......... ... ... ... ............ ...... ..... 7.7.12. Unidades hidroneumáticas ............. ............................. .. .... . 7.7.13. Cilindros sin vástago .......................................................... 7.7.13.1. Selección de los cilindros sin vástago ................ .. 7.8. Actuadores de giro ......................................................................... 7.8.1. Actuador de giro mediante piñon-cremallera ....................... 7.8.2. Actuadores de giro por paletas .......................................... ... 7.8.3. Dimensionado de los actuadores de giro .............................. 7.8.4. Nuevos actuadores de giro ................................................... 7.8.5. Actuadores rotolineales ........................................................ 7.9. Pinzas neumáticas .......................................................................... 7.9.1. Pinzas con apertura angular .................................................. 7.9.1.1. Pinzas angulares con gran esfuerzo prensil ............ 7.9.2. Pinzas con apertura paralela ................................................. 7.9.2.1. Pinzas de apertura paralela de precisión ................. 7.9.3. Pinzas autocentrantes ........................................................... VIII ! © ITP·Paranin!o

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102 104 106 108 112 113 113 115 116 117 117 119 122 123 123 123 124 124 125 126 126 127 128 129 130 131 132 134 135 142 142 142 143 148 149 150 151 151 152 152 153

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7.9.4. 7.9.5. 7.9.6. 7.9.7. 7.9.8.

Pinzas de tres dedos ................ ............................. .. ............... Pinzas con apertura a 1800 ..... ........... ................... ........ ........ Consideraciones sobre las pinzas ......................................... Selección de las pinzas ......................................................... Construcción de los dedos ....................................................

154 154 155 155 156

8. Vacío ................................................................................................... 159 8.1. Definición de vacío ....................................................................... . 8.1.1. Consideraciones entre vacío y sobrepresión ....................... . 8.1.2. Gasto de energía en los diferentes grados de vacío ............. . 8.1.3. Vacío centralizado o descentralizado .................................. . 8.1.4. Seguridad para cargas suspendidas ....... ............................. .. 8.2. Presión atmosférica ....................................................................... . 8.2.1. Variación de la presión con altura ..... .................................. . 8.2.2. Medición del vacío (Unidades) ......... ............. .................... .. 8.3. Generación del vacío ..................................................................... . 8.3.1. Bombas mecánicas ............................................................. .. 8.4. Eyectores ........................ ............................. .................................. . 8.4.1. Características de un eyector ............................................. .. . 8.4.2. Influencia entre flujo de aspiración/presión de vacío .......... . 8.4.3. Eyector con dos etapas ......................................... ............... . 8.4.4. Eyector multietapa ................................................. ....... ....... . 8.4.5. Selección de los eyectores .................................... .......... ..... . 8.4.6. Sistemas estancos ................................................................ . 8.4.7. Sistemas con fugas .............................................................. . 8.4.7.1. Fugas a través de secciones conocidas ......... .......... . 8.4.8. Determinación de las fugas en secciones desconocidas ...... . 8.4.9. Selección de eyector en sistema con fugas ............ .............. . 8.4.10. Cálculos para seleccionar el tamaño de eyector ......... ....... . 8.5. Cálculo del tiempo de respuesta de los sistemas ................... ........ . 8.5.1. Cálculo del volumen a evacuar ........................ ............... .... . 8.5.2. Cálculos para determinar el tiempo ..................................... . 8.5.3. Método gráfico para el cálculo del tiempo de respuesta ..... . 8.5.4. Rendimiento de un eyector ................................................... 8.6. Recomendaciones para el uso de los eyectores ........ :.................... . 8.6.1. Alimentación de presión ......................... :............................ . 8.6.2. Filtrado del aire ................................................. .................. . 8.6.3. Otras recomendaciones ........................................................ . 8.7. Ventosas ......................................................................................... . 8.7.1. Fuerza de elevación teórica ................................................. .

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8.7.2. Fuerza de elevación real ......... ... ........................................... 8.7.3. Cierre de las ventosas .......... ..... .. ... ......................... .............. 8.7.4. Selección de la ventosa ......... ...... .. ......................... .......... ..... 8.7.4.1. Según el material ..................................................... • NBR ....... .......................... ..................................... • Silicona ............................. .......... .... ................... ... • Vitón .... ........... .................... ... ............................... • Goma de conducción eléctrica...... ........................ 8.7.4.2. Según la forma geométrica ...................... ............. ... • Ventosa universal ........ ............................ .............. • Ventosa con fuelle... .............................. ..... ... ........ • Ventosa mutifuelle ............. ................................... • Ventosa profunda .............. .. ............................... .. . • Junta esférica .................... ...... ..................... ......... • Ventosa plana con refuerzo interior ....... ............. .. • Ventosa plana, interior con apoyo y válvula ...... ... • Ventosa con perfi 1 .... ........ ................ ... .................. • Ventosa con movimiento mínimo ......................... 8.7.5. Precauciones para el uso de ventosas ................................... 8.8. Regulación del vaCÍo ...................................................................... 8.8.1. Regulación de acción directa con accionamiento manual .... 8.8.2. Regulación proporcional de la presión ............................... .. 8.8.3. Regulación de la presión de alimentación de eyectores ....... 8.8.4. Regulación con grandes caudales .......................... ............... 8.9. Electroválvulas utilizadas para la distribución de accionamiento en vacío ................................ .......... ............................... ................. 8.9.1. Electroválvulas de acondicionamiento directo ... .. ................ 8.9.2. Electroválvulas servo-pilotado ............................................. 8.9.3 . Selección de las electroválvulas ........................................... 8.1 0. Vacuostatos ................................. .. ..... .... .. .. ................................... 8.11 . Tanques de reserva y conducciones .... ... .. ..................................... 8.11.1. Reserva de energía para la seguridad ................................. 8.11.2. Tanque de reserva - rapidez de respuesta ........................... 8.11.2.1 . Sistema con bomba directa .................................... 8.11.2.2. Sistema con bomba y depósito auxiliar ................. 8.11.3. Cálculo de tuberías ........... .................. ........... ..................... 8.12. Circuitos de regulación proporcional de vacío ............ ................. 8.12.1. Cálculo de la válvula proporcional ...... .. ..... ... ... .................. 8.12.2. Circuito economizador de energía .. .............. ....... ...... ......... 8.12.3. Elevación y transferencia de chapas ................................... 8.12.4. Spray .................. .................. .... ........................................... 8.12.5. Regulación de presión ................ ........................................ 8.12.6. Sistema de transporte neumático .... ............ ........................

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9. Válvulas de control direccional ........................................ . 241 9.1. Funciones de la válvula ....... .... .................... ............................ ... ... . 9.2. Monoestable y biestable ................. .... .................................. ........ .. 9.3. Tipos de válvula ............. ............................. ............... .. .... .... ......... . 9.3.1. Válvulas de asiento ................................................. ............ .. 9.3.2. Válvulas de corredera .......................................................... . 9.3.3. Válvulas rotativas .......................................................... ...... . 9.4. Accionamiento de las válvulas ................................... .................. .. 9.4.1. Accionamiento mecánico ........................................... .... ..... . 9.4.1.1. Precauciones al utilizar rodillos de palanca ............. . 9.4.2. Accionamiento manual ........ .. ........... ....................... ...... ...... . 9.4.3. Accionamiento por pilotaje neumático ................................ . 9.4.3.1. Accionamiento directo e indirecto ........................... . 9.4.4. Accionamiento eléctrico (por solenoide) ............................ . 9.5. Montaje de válvulas ...................................................................... . 9.5.1. Conexión directa .... ......... ........... .... .................... ... ........ ....... . 9.5.2. Bloques de válvulas ................... ....... ................................... . 9.5.3. Placas bases ..................................................... .................... . 9.5.4. Placas base múltiples ............................................... ........ .... . 9.5.5. Placas base acopladas .............................................. ,........... . 9.5.6. Bloques de electroválvulas Profibus ................................... . 9.6. Cálculo del tamaño de una válvula .............................................. .. 9.7. Válvulas auxiliares .. ....... ............................. ......... ......................... . 9.7.1. Válvulas anti-retorno .......................................................... .. 9.7.2. Reguladores de velocidad ................................................... .. 9.7.3. Válvula selectora de circuito ............................................... . 9.7.4. Válvula de escape rápido ............................ ........................ ..

242 242 243 243 244 247 248 248 248 248 249 251 252 252 252 253 254 254 254 255 257 262 262 263 263 263

10. Neumática proporcional..................................................... 265 10.1. Introducción ................................................................................. 10.2. Control de la presión .. ................................ ...... ............................ 10.2.1. Sistema fluídico tobera-paleta ...... .................... ...... ............ 10.2.2. Corredera de distribución metal-metal.......................... ..... 10.3. Control de flujo ................................................ .. .......................... 10.4. Tarjetas electrónicas de mando ...... ............................................... 10.5. Aplicaciones ................................................................................. 10.5.1. Regulación de la tensión por tracción ................................ 10.5.2. Control de pulverización de cola o pintura ........................

265 266 266 267 269 270 272 272 273

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10.5.3. Control de velocidad ................... .. ............ ............ .......... ... 274 10.5.4. Control de la posición ................ ........................................ . 274

11. Circuitos básicos ............................... .. ......................... . 277 11.1. Introducción .......................... ............ ................................ ........... . 11.2. Funciones elementales .................... ............................................. . 11.2. 1. Amplificación de caudal ..................................... ..... ........... 11 .2.2. Inversión de señal ................ .................... .......................... . 11.2.3. Selección .............................. .... .. .... ..... ... ... ......................... . 11 .2.4. Función de memoria ........... .... ............................. ........... ... . 11.3. Funciones de tiempo .................................................................... . 11.3.1 . Tempori zación a la conexión ........................................... ... 11 .3.2. Temporización a la desconex ión ..... ..... ............................. .. 11 .3.3. Impulso de presión a la conexión ...................................... . 11.3.4. Impulso a la desconexión de una válvu la .......................... . 11.4. Control de ci lindros ................................................ ...... ............... . 11.4.1. Control manual .................................................................. . 11.4.1.1. Ci lindro de simple efecto .................................... . 11.4.1.2. Cilindro de doble efecto ........ ... ...... ...................... . 11.5. Detección de la posición de los ci lindros ................... ................. . 11.5.1. Retorno automático ............... ... ...................... ..... .............. . 11.5.2. Carreras repetitivas ..... ...................... ................................. . 11 .6. Control de secuencias .................................................................. . 11 .6. 1. Cómo describir una secuencia ............ ... ........................... .. 11.6.2. Secuencia de dos cilindros .... .... .... ..................................... . 11.6.3. Ciclo único, ciclo continuo .................................... ... ......... . I 1. 7. Comandos opuestos ....................... ............................. ................. . 1l.7.1. Eliminación con una señal de corta duración .................... . 11 .7.2. Sistema de cascada ..... ... ...... .............. .......... ...................... . 11.8. Desarrollo de automatismos neumáticos ........ .. .. ... ................. ..... . 11.8.1. Planteamiento de un automatismo neumático .......... ......... . 11.8.2. Localización de señales permanentes .................. ... ........... . 11.8.3. Anulación de señales permanentes .................................... . 11.8.4. Métodos intuitivos de anulación ......... ... :.......................... .. 11.8.5. Métodos sistemáticos de anulación ........... .... .................... . 11.8.6. Elección del método de anulación ..................................... .

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El presente texto de Neumática, ha sido creado por e l Departamento Técnico Didáctico de SMC España, S.A. y la colaboración de D. Amadeo Rodríguez, Profesor de Sistemas de Regulación y Control Automático, del Centro I.E.S. FERMÍN BOUZA BREY en Vilagarcia de Arousa (Pontevedra).

Anexo. Simbología de componentes neumáticos ...... . 305

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I XIII

Evoluci n del aire com

En la antigüedad, los griegos, en su búsqueda de la verdad, fueron cautivados por cuatro elementos que se presentaban con relativa continuidad y abundancia, estos eran: el agua, el aire, el fuego y la tierra. De estos cuatro elementos, uno en particular, el aire, poseía por su naturaleza volátil y presencia transparente, la más fina expresión de la materia, que en otras "densidades" o "estados" constituía además los otros elementos. Era casi el alma. En griego, el vocablo que significa alma es PNEUMA y en consecuencia la técnica que utiliza el aire como vehículo para transmitir energía se llama NEUMÁTICA. A partir de los griegos, el aire se usó de muy diversas formas. En algunos casos, tal como se presenta en la naturaleza, o sea en movimiento. La navegación a vela, fue quizás la más antigua forma de aprovechamiento de la energía eólica. Más tarde, los molinos de viento la transformaron en energía mecánica, pennitiendo en algunos casos mover moliendas y en otros bombear caudales importantes de agua unos cuantos metros por encima del nivel del mar en el que estaban operando. El aire presenta connotaciones muy importantes desde el punto de vista de su utilización. Desde su necesidad para la vida (el ser humano, sin saberlo, llena en sus pulmones el compresor más antiguo de la historia, capaz de bombear 100 litros de aire por minuto con una presión entre 0,02 y 0,08 bar) hasta contener olas en el mar o impedir el congelamiento de agua por burbujeo. El conocimiento y la aplicación del aire comprimido tomó consistencia a partir de la segunda mitad del siglo XVII, cuando el estudio de los gases es objetivo de científicos como: Torricelli, Pascal, Mariotte, Boyle, Gay Lussac, etc. © SIVl: E~SA.

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EVOLUCiÓN HISTÓRICA DEL AIRE COMPRIMIDO

Los sucesos más notables acaecidos en el avance del uso del aire comprimido pueden resumirse por orden cronológico como sigue: 1500 A.e. 1688 1762 1776 1857 1869 1888

Fuelle de mano y de pie Fundición no ferrosa Máquina de émbolos Papín Cilindro soplan te John Smeaton Prototipo compresor John Wilkinson Perforación túnel Mont Cenis Freno de aire para FFCC . Westinghouse Red de distribución de aire en París Distribución neumática de correspondencia en París

Las investigaciones en el campo de las aplicaciones del aire comprimido no han terminado todavía. Los robots, la manipulación, los autómatas programables y otras djversas prestaciones no han hecho perder ni un ápice el atractivo de la NEUMATICA en la nueva generación tecnológica. Actualmente, es posible realizar elevados ciclos de trabajo con una vida larguísima de estos componentes. Utilizando la electrónica como mando, se ofrecen soluciones inmejorables para muchos problemas de automatización industrial. Sectores industriales como: alimentación, ensamblaje y manipulación, sistemas robotizados o industrias de proceso continuo, son automatizados, en gran parte, neumáticamente por las ventajas que esta tecnología ofrece, tales corno: • Elasticidad, puesto que puede ser almacenada en recipientes una vez comprimido. • No posee características explosivas, aún habiendo sido comprimido. • La velocidad de los actuadores es elevada (1m/s.). • Los cambios de temperatura no alteran sus prestaciones. • Es una técnica limpia (desde el punto de vista macroscópico). • Su coste no es elevado. • Simplifica enormemente la mecánica. Por lo tanto, la NEUMÁTICA, es una tecnología imprescindible como interface de potencia entre la electrónica de mando y el trabajo a desarrollar.

Intro neumáti

Un sistema de potencia fluida es el que transmite y controla la energía por medio de la utilización de líquido o gas presurizado. En la neumática, esta potencia es aire que procede de la atmósfera y se reduce en volumen por compresión, aumentando así su presión. El aire comprimido se utiliza principalmente para trabajar actuando sobre un émbolo o paleta. Aunque esta energía se puede utilizar en muchas facetas de la industria, el campo de la neumática industrial es el que nos ocupa. La utilización correcta del control neumático requiere un conocimiento adecuado de los componentes neumáticos y de su función para asegurar su integración en un sistema de trabajo eficiente. Aunque normalmente se especifique el control electrónico usando un secuenciador programable u otro controlador lógico, sigue siendo necesario conocer la función de los componentes neumáticos en este tipo de sistema. Este libro trata de la tecnología de los componentes de sistemas de control, describe tipos y características de diseño de equipos de tratamiento de aire, actuadores y válvulas, métodos de interconexión y presenta los circuitos neumáticos fundamentales.

~ 2.1. ¿QUÉ PUEDE HACER LA NEUMÁTICA? Las aplicaciones del aire comprimido no tienen límites: desde la utilización, por parte del óptico, de aire a baja presión para comprobar la presión del fluido en el ojo humano, a la multiplicidad de movimientos lineales y rotativos en 2 / © ITP·Paraninfo

© ITP-Paraninfo I

3

INTRODUCCiÓN A LA NEUMÁTICA PRÁCTICA

INTRODUCCiÓN A LA NEUMÁTICA PRÁCTICA

máquinas con procesos robóticos, hasta las grandes fuerzas necesarias para las prensas neumáticas y martillos neumáticos que rompen el hormigón.

~ 2.2. PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO

La breve lista y los diagramas indicados más adelante sirven solamente para indicar la versatilidad y variedad del control neumático en funcionamiento en una industria en continua expansión.

Algunas razones importantes para la extensa utilización del aire comprimido en la industria son:

• Accionamiento de válvulas para aire, agua o productos químicos.

Disponibilidad

• Accionamiento de puertas pesadas o calientes. • Descarga de depósitos en la construcción, fabricación de acero, minería e industrias químicas.

Muchas fábricas e instalaciones industriales tienen un suministro de aire comprimido en las áreas de trabajo y compresores portátiles que pueden servir en posiciones más alejadas.

• Apisonamiento en la colocación de hormigón. • Elevación y movimiento en máquinas de moldeo. • Pulverización de la cosecha y accionamiento de otro equipamiento tractor. • Pintura por pulverización. • Sujeción y movimiento en el trabajo de la madera y la fabricación de muebles. • Montaje de plantillas y fijaciones en la maquinaria de ensamblado y máquinas herramientas. • Sujeción para encolar, pegar en caliente o soldar plásticos. • Sujeción para soldadura fuerte y normal.

Almacenamiento Si es necesario, se puede almacenar fácilmente en grandes cantidades, en el interior de depósitos o calderines, especialmente diseñados para ello.

Simplicidad de diseño y control Los componentes neumáticos son de configuración sencilla y se montan fácilmente para proporcionar sistemas automatizados extensos con un control relativamente sencillo.

• Operaciones de conformado para curvado, trazado y alisado. • Máquinas de soldadura eléctrica por puntos. • Ribeteado.

Elección del movimiento

• Máquinas de embotellado y envasado.

Se puede elegir entre un movimiento lineal o un movimiento de rotación angular con velocidades de funcionamiento fijas y continuamente variables, pudiéndose regular con facilidad dichas velocidades.

• Accionamiento y alimentación de maquinaria para trabajar la madera. • Plantillas de ensayo.

Economía

• Accionamiento de cuchillas de guillotina.

• Máquinas herramientas, mecanizado o alimentación de herramientas. • Transportadores de componentes y materiales. • Manipuladores neumáticos.

La instalación tiene un coste relativamente bajo debido al coste modesto de los componentes. El mantenimiento es también poco costoso debido a su larga duración sin apenas averías.

• Calibrado automático o verificación. • Extracción del aire y elevación por vacío de placas fina s. • Tomos de dentista. • y muchos más ...

4I©

ITP·Paraninfo

Fiabilidad Los componentes neumáticos tienen una larga duración que tiene como consecuencia la elevada fiabilidad del sistema. © ITP-Paraninfo /

5

INTRODUCCiÓN A LA NEUMÁTICA PRÁCTICA

Resistencia al entorno A este sistema no le afectan ambientes con temperaturas elevadas, polvo o atmósferas corrosivas en los que otros sistemas fallan.

Limpieza del entorno El aire es limpio y, con un adecuado tratamiento de aire en el escape, se puede Instalar según las normas de "sala limpia", (Clean Room).

neum

Seguridad No presenta peligro de incendio en áreas de riesgo elevado y el sistema no está afectado por la sobrecarga, puesto que los actuadores se detienen o se sueltan simplemente. Los actuadores neumáticos no producen calor.

Los cilindros neumáticos, los actuadores de giro y los motores de aire suministran la fuerza y el movimiento a la mayoría de los sistemas de control neumático para sujetar, mover, formar y procesar el material. Para accionar y controlar estos actuadores, se requieren otros componentes neumáticos, por ejemplo unidades de acondicionamiento de aire para preparar el aire comprimido y válvulas para controlar la presión, el caudal y el sentido del movimiento de los actuadores. Un sistema neumático básico, ilustrado en la figura 3.1, se compone de dos secciones principales: • El sistema de producción y distribución del aire • El sistema de consumo del aire o utilización

Producción

(!)

(!)

Utilización

Figura 3.1 . El Sistema Neumático Básico.

6 / © ITP-Paraninfo

© SVl: ESPAÑA. SA.

© ITP-Paraninfo /

7

El SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO El SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO

~ 3.1. SISTEMA DE PRODUCCiÓN DE AIRE Las partes componentes y sus funciones principales son:

8. Válvula de seguridad Expulsa el aire comprimido si la presión en el depósito sube por encima de la presión permitida.

1. Compresor El aire aspirado a presión atmosférica se comprime y entrega a presión más eleva~a al sistema neumático. Se transforma así la energía mecánica en energía

neumat¡ca.

9. Secador de aire refrigerado Enfría el aire comprimido hasta pocos grados por encima del punto de congelación y condensa la mayor parte de la humedad del aire, lo que evita tener agua en el resto del sistema.

2. Motor eléctrico Suministra la energía mecánica al compresor. Transforma la energía eléctrica en energía mecánica.

10. Filtro de línea

3. Presostato

Al encontrarse en la tubería principal, este filtro debe tener una caída de presión mínima y la capacidad de eliminar el aceite lubricante en suspensión. Sirve para mantener la línea libre de polvo, agua y aceite.

Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito. Se regula a la presión máxima a la que desconecta el motor y a la presión mínima a la que vuelve a arrancar el motor.

~ 3.2. SISTEMA DE UTILIZACiÓN

4. Válvula anti-retorno

1. Purga del aire

Deja pasar el aire comprimido del compresor al depósito e impide su retorno cuando el compresor está parado.

Para el consumo, el aire es tomado de la parte superior de la tubería principal para permitir que la condensación ocasional permanezca en la tubería principal; cuando alcanza un punto bajo, una salida de agua desde la parte inferior de la tubería irá a una purga automática eliminando así el condensado.

5. Depósito Almacena el aire comprimido. Su tamaño está definido por la capacidad del compresor. Cuanto más grande sea su volumen, más largos son los intervalos de funcionamiento del compresor.

6. Manómetro

2. Purga automática Cada tubo descendiente, debe tener una purga en su extremo inferior. El método más eficaz es una purga automática que impide que el agua se quede en el tubo en el caso en que se descuide la purga manual.

Indica la presión del depósito.

3. Unidad de acondicionamiento del aire

7. Purga automática Purga todo el agua que se condensa en el depósito sin necesitar supervisión.

Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a una presión óptima y ocasionalmente añade lubricante para alargar la duración de los componentes del sistema neumático que necesitan lubricación.

8 I © ITP-Paraninfo © lTP·Paraninfo /

9

l

EL SISTEMA NEUMÁTICO BÁSICO

4. Válvula direccional Proporciona presión y pone a escape alternativamente las dos conexiones del cilindro para controlar la dirección del movimiento.

5. Actuador Transforma la energía potencial del aire comprimido en trabajo mecánico. En la figura se ilustra un cilindro lineal, pero puede ser también un actuador de giro o una herramienta neumática, etc.

6. Controladores de velocidad Permiten una regulación fácil y continua de la velocidad de movimiento del actuador.

~

Estos componentes se ilustrarán con más detalle tras estudiar la teoría del aire comprimido. Es imprescindible para comprender qué pasa en un sistema neumático.

Para la aplicación práctica de los accesorios neumáticos, es necesario estudiar las leyes naturales relacionadas con el comportarrnento del aIre corno gas comprimido y las medidas físicas que se utilizan normalmente.

4.1 UNIDADES

El Sistema Internacional de Unidades está aceptado en todo el mundo desde 1960, pero EEUU, el Reino Unido y Japón siguen utilizando preferentemente el sistema legal de pesas y medidas.

UNIDADES BÁSICAS

UNIDADES COMPUESTAS

10 / © rTP-Paraninfo

©

SVC ESPAÑA. $A

© ITP-Paraninfo I

11

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO TEORíA DEL A IRE COMPRIMIDO

Magnitud

51mbolo

Unidad SI

Nombre

V80 I cidad

v

mis

metro por segundo

VelocIdad ang.

Ol

rad/s

radianes por segundo

AceJerloi611

a

m/s 2

metro/seg undo al cuadrado

J

m 2 Kg

F

N

Newton

G

N

Ace ler. Gravedad

W

J

Joule

E,W

J

Joule

.

Inercia

""

"

pelO

"

,':' ,

TrebejO

EnwgI. potencial Enarg/a clnéllo.

E,W

J

Joule

Potencl.

P

W

Vatio

~ 4.2 UNIDADES NO MÉTRICAS La tabla que viene a continuación ilustra una comparación entre el sistema métrico (ISO) y el sistema legal de pesas y medidas, Magnitud

Masa

LCl/lgitud

Temperatura

Magnrtud

Símbolo

Ar.....c.16n

Volumen

51St. Inglés

m

M

pie

m mm,

yarda

3,281 1,094 0,03937

0,3048 0,914 25,4

OC

°F

1,8 C + 32

(OF-32)/l,8

m' cm' m' cm'

pie cuadrado pu lgada cuad.

10,76 0,155

dm 3 (litro)

Pie cúbico

1.308 0,06 102 0,03531

0,0929 6.4516 0,7645 16,388 28,32

35,31 0,03531

0,02832 28,32

0,2248

4,4484

14,5

0,06895

pulgada

yarda cúbica pulgada cúb.

P

Pa

Pascal

Gasto volumétrico

m 3 jmin.

dm 3j min

scfm scfm

Yn

m'

Metro cúbico estándar

Fuerza

Newton (NI

Libra fuerza

Gaít" volumétrico

O

m 3 n S"

Metro cúbico por segundo

Presión

Bar

psi

en.rgl•• Trabajo POMt.¡.

E,W

J

Joule

P

W

Vatio

"

I c;)

0.4535 28,3527

Nombre

r·VoIdIROII " témiar

Factor

2,205 0,03527

Umdad SI

VP_ 16ft

Factor m q I

Libra Onza

Kg.

g.

í

UNIDADES RELACIONADAS CON EL AIRE COMPRIMIDO

51st Metrlco

Tabla 4.3. Unidades no métricas

Tabla 4.1. Unidades S.r. utilizadas en los sistemas neumáticos

~ 4. 3 PRESiÓN Para numerar las unidades por potencias de diez, más grandes o más pequeñas que las unidades arriba indicadas fue acordada una serie de pre~ fijos que se enumeran en la tabla 4.2,

Es necesario notar que la unidad ISO de presión es el Pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m 2 (Newton por metro cuadrado)

Esta unidad es extremadamente pequeña, así que para evitar trabajar con números grandes, existe un acuerdo para utilizar el bar como unidad de 100,000 Pa, puesto que esta medida es más práctica para utilización industrial. 100.000 Pa = 100 kPa = 1 bar

Tabla 4.2. Preposiciones para potencias de diez

Corresponde, con suficiente precisión para fines prácticos, a kgf/cm 2 y kp/cm 2 del sistema métrico.

12 I © ITP·Paraninfo © ITP·Paraninfo I

13

l TEOR íA DEL AIRE COMPRIMIDO

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

..

Físíca ---- _ - ~

! 500 KPa ¡ ! ! f", 400 KPa i

4 bar

!

2 bar

I

I

I ~I"

I ,

I~ ttt

300 KPa

f,'

3 bar e -o

.~ 1060 mbar ,9i

I ¡

200 KPa

1a..

:

100 KPa

I

~

t

I

!

ii

1L _ _______________ _____ ,o.

! ! f

l

! ! I

I I

: 1I

la..

o también de esta otra manera:

Meteorología Neumática Vacío ____ __._r_------------- ----_,-------- "Y""-,.... ..---,-..,. . .----_____ __-,

_

1 bar

Ob

___________

~ = P, V,

I

I

I

!:

!

I I

= Cte.

V,

PrMlon atmosférica estándar 101.325 Pa (absolu l )

I I

P

:

I i

I I

ar,

400 Torr. -533 mbar

Si la temp e ratura T e s constante.

Presión , atmosféríca .

_=__ -'' _____________ _____, 1

La s líneas qu e un e n lo s puntos que se hallan a la mi sma temperatura se llaman "isotermas" o "isotérmicas del gas", siendo su c urv a represe nt ativa l a hipérbola equil átera sobre el plano P V como la que aparece en la fi gura 4.5.

Vacío absoluto

Figura 4.4. Diferentes sistema s de indi cación de presión.

En el contexto de los accesorios neumáticos, una presión se considera como presión relativa, es decir por encima de la presión atmosférica , y se denomina comúnmente presión manométrica. La presión se puede expresar también como presi ón absoluta (ABS), es decir una presión relativa a un vacío total. En la tecnología del vacío, se utiliza una pres ión por debajo de la atmosférica, es decir bajo presión. Las diferentes maneras de indicar la presión se ilu stran en la figura 4.4 utilizando como referencia una presión atmosférica estándar de 1013 m.bar. Hay que notar que ésta no es 1 bar, aunque para cálculos neumáticos normales se puede ignorar la diferencia.

P.V= Cte.

L-__________________

~~v

Figura 4.5. Isoterma del ga s.

~ 4.4 PROPIEDADES DE LOS GASES 4.4.1. LEY DE BOYLE MARIOTTE A temperatura constante, el volumen ocupado por una masa gaseosa invariable está en razón inversa de su presión, es decir, que en tales circunstancias se verifica :

V=1 ; P=1

p . V = Cte.

También se puede escribir: P, . V, =P2 . v2

14 / ©

ITP-Paraninfo

P, . V,

=P, . V, =ete

=

P2 V 2

=

P3 ,V 3

Figura 4 .6. Ilustració n de la ley de Bayle.

© SV[;: ESPAÑA. SA.

© ITP· Paraninfo /

15

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

Si el volumen VI = 1 m3 a una presión absoluta de 100 kPa (1 bar ABS) se comprime a temperatura constante a un volumen V2 = 0,5 m3, entonces:

lo que permite calcular el volumen V ocupado por un gas de volumen inicial Vo cuando su temperatura se ha elevado tOK.

P,' V, = P,'V,

4.4.3. LEY DE CHARLES

Por lo tanto: P,

A volumen constante, la presión absoluta de una masa de gas determinada. es directamente proporcional a la temperatura, esto es:

_ p, 'V,

-

V, P, = P, = P, = Cle. T, T, T,

es decir, P _ 100 KPa ·1 m' 0,5 m3

2 -

Las curvas que unen los puntos que tienen el mismo volumen específico se

200 KPa (2 bares ABS)

Nuevamente. si el volumen VI a lOO kPa se comprime a V3 = 0,2 m3, entonces la presión resultante: P, = P, . V, = 100 KPa·1 m' V, 0.2 m'

denominan "isacaras" , "isosteras" o "isopléricas". En un gas perfecto, las isacaras son líneas rectas verticales sobre el plano P V.

Esta variación de presión viene dada por ~, que es impropiamente llamado coeficiente de dilatación a volumen constante. De este modo se puede obtener la presión del aire contenido en un depósito cuando la temperatura ambiente aumenta tO , despreciando el aumento del volumen del depósito para esa variación de temperatura, tendremos:

500 KPa (5 bares ABS)

P = Po (1 + B 1)

4.4.2. LEY DE GAY LUSSAC A presión constante. el volumen ocupado por una masa dada de gas, es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

El coeficiente de variación de presión a volumen constante (~), es de un valor similar al coeficiente de dilatación a presión constante (a), como él es igualmente independiente de :

V, = V, = V, = Cte T, T, T,

• La naturaleza del gas . • Su presión inicial. • Su temperatura.

Dichas transformaciones se denominan "isobaras" o "isobáricas del gas". siendo su línea representativa, sobre el plano P V una línea paralela a V.

Prácticamente se puede escribir:

Esto se comprende fácilmente , pues tanto más se comprime un gas más aumenta su temperatura. El coeficiente de dilatación de un gas viene dado por la fórmula:

1

a = B= 273 = 0.00366

En las expresiones superiores, se debe utilizar la escala de temperatura Kelvin, es decir oC + 273°C = 0K.

a = _V- _v0 Vo ' t

Las relaciones anteriores, se combinan para proporcionar la "ecuación general de los gases perfectos".

de donde:

P, . V, = P, . V, = P, . V, = Cle T, T, T,

V = Vo(1 + a · 1) 16 / ©

ITP-Paraninfo

©

SlVCESPAÑo>., $A.

©

svr::

ESPAÑA. $A.

© ITP-Paraninfo /

17

l

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

Esta ley proporciona una de las bases teóricas principales para el cálculo a la hora de diseñar o elegir un equipo neumático, cuando sea necesario tener en cuenta los cambios de temperatura.

.-,

~ T, V, V, ~r'J

2 ( _V V,

r T, =---1.

(::r =T, ~

O bien en definitiva:

(~: r=(::f =T,

4.4.4. TRANSFORMACiÓN ADIABÁTICA P P.V ·

Las leyes anteriores se referían siempre a cambios lentos, con solamente dos variables cambiando al mismo tiempo. En la práctica cuando, por ejemplo, el aire entra en un cilindro, no tiene lugar un cambio de estas características, sino un cambio adiabático. La Ley de Boyle conocida:

= Cte.

P.V= Cte.

~

~

____________________-.-V

P·V = Cte. se transforma según la siguiente expresión: p . v' = Cte.

Por otra parte, podemos escribir las ecuaciones en la forma en que se emplean usualmente:

~ (~J";:' T, P, =

,

V, = (~J¡¡

V,

P,

Todas ellas nos permiten relacionar los volúmenes o las presiones absolutas de la masa gaseosa con las temperaturas absolutas correspondientes.

4.4.5. VOLUMEN ESTÁNDAR Debido a las interrelaciones entre volumen, presión y temperatura, es necesario referir todos los datos de volumen de aire a una unidad estandarizada, el metro cúbico estándar, que es la cantidad de 1,293 Kg. de masa de aire a una temperatura de O°C y a una presión absoluta de 760 mm. de Hg (101.325 Palo

Figura 4.7. Transformación adiabática.

4.4.6. GASTO VOLUMÉTRICO (Caudal)

Esta ley viene expresada analíticamente por:

v, = ,íP, V,

La unidad básica para el gasto volumétrico "Q" es el metro cúbico normal por segundo (mJnls). En la neumática práctica, los volúmenes se expresan en términos de litros por minuto (l/min.) o decímetros cúbicos normales por minuto (dmJ/min). La unidad no métrica habitual para el gasto volumétrico es el "pie cúbico standard por minuto" (scfm).

V"P,

de donde:

siendo VI Y V 2 los volúmenes correspondientes a dos estados de la masa evolucionante y PI Y P2 las presiones respectivas. De la Ley de POISSON y la ecuación de los gases perfectos, se deduce con facilidad, según los cálculos:

V,.p, =R·T, V, ' P, =R ·T,

18 I © ITP-Paraninfo

}

V, P, =~ V, .p,

4.4.7. ECUACiÓN DE BERNOULLI Bernoulli dice: "Si un líquido de peso específico P fluye horizontalmente por un tubo de diámetro variable, la energía total en los puntos 1 y 2 es la misma"

T,

© SVI:: ESP,w. SA.

© SVI: ESI'AÑA, SA.

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TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

150 100

.

50

. ~

.¡;¡ "O M

E (5

15 10

N

..

:c

Figura 4.8. Ecuación de Bernoulli.

"O

Esto se expresa en la fórmula general:

1,5

1 , 1 , P' + "2 Ii . V, = P' + "21i V,

1

de donde obtendremos: t.P = ~¡; 2

5

r:i>

0,5

(v,' - Vi )

Esta ecuación se aplica también a los gases si la velocidad del flujo no supera los 330 mis aproximadamente.

100 oC

Aplicaciones de esta ecuación son el tubo de Venturi y la compensación del flujo en los reguladores de presión.

Temperatura Figura 4.9. Puntos de condensación para temperaturas de -30°C a aooc.

~ 4.5. HUMEDAD DEL AIRE El aire de la atmósfera contiene siempre un porcentaje de vapor de agua. La cantidad de humedad presente, depende de la humedad atmosférica y de la temperatura. La cantidad real de agua que puede ser retenida, depende por completo de la temperatura; 1 m3 de aire comprimido es capaz de retener sólo la misma cantidad de vapor de agua como 1 m3 de aire a presión atmosférica. 20 / ©

ITP-Paraninfo

©

svr:

ESPAÑA.. SA.

La gráfica de la figura 4.9 nos permite conocer el número de gramos de agua por metro cúbico para una amplia gama de temperaturas, desde -30°C hasta +80°C. La línea fina indica la cantidad de agua por metro cúbico estándar. Todo consumo de aire se expresa normalmente en volumen estándar. lo que hace innecesario el cálculo. Para la gama de temperaturas de las aplicaciones neumáticas, la tabla de la figura 4.10 proporciona los valores exactos. La primera mitad se refiere a las temperaturas bajo cero, mientras que la parte inferior indica las temperaturas sobre cero. Las columna central muestra el contenido de un metro cúbico © M: ESPAÑA. AA.

© tTP-Paraninfo

121

TEORíA DEL AIRE COMPRIM IDO

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

estándar y la de la derecha el contenido en un volumen de un metro cúbico a la temperatura dada.

e

Cuando el aire se comprime, su capacidad para contener humedad en forma de vapor es sólo la de su "volumen reducido". Por lo tanto, a menos que la temperatura suba sustancialmente, el agua será expulsada mediante condensación.

9 / m 3 n (estándar)

9 / m 3 (atmosfénco)

- 40

0,15

0,18

- 35

0.25

0.29

- 30 -25

0,40

0,45

0,64

0,70

-20

1,00

1,08

·15

1,52

1,61

· 1.

2,28

2,37

·5

3,36

3,42

O

4,98

4,98

Al 65% de h.r., el aire contendrá 130,4 x 0,65= 84,9 g.

5

6,99

6,86

Se puede calcular el volumen reducido del aire comprimido a 6 bar de presión.

10

9,86

9,51

15

13,76

13,04

20

18,99

17,69

25

25,94

23,76

Temperatura

Q

30

35,12

31,64

35

47,19

41,83

40

63,03

54, 108

Figura 4.10. Saturación del aire por agua (Punto de condensación).

4.5.1. HUMEDAD RELATIVA A excepción de condiciones atmosféricas extremas, como una repentina caída de la temperatura, el aire atmosférico no se satura nunca. El coeficiente entre el contenido real de agua y el del punto de condensación se llama humedad relativa y se indica como porcentaje. Humedad relativa = contenido real de agua x 100 cantidad de saturación

Ejemplo 1.

Temperatura 25°C, h.r. 65%. ¿Qué cantidad de agua hay en 1m3 ? Punto de condensación 25°C=24g/m 3 24 x 0,65= 15,6 g/m 3

22 / © ITP~Paraninfo

Ejemplo 2.

10 m3 de aire atmosférico a 15° y 65% de humedad relativa se comprime a 6 bares de presión manométrica. Se modifica la temperatura hasta alcanzar los 25° ¿Qué cantidad de agua se condensará? En la tabla de la figura 4.10 observamos que a 15°C, lO m3 de aire pueden contener una máx. de: 13,04 g/m 3 x 10 = 130,4g;

P, . V, = P2 . V2 V _ 1,013x10 2 - 6 + 1,013

V2

_ p, ' V' P2

-

1,44 m'

De la tabla antes consultada, obtenemos que este volumen, a la nueva temperatura, puede retener un máximo de: 23 , 76 9 x 1,44 = 34,2 g.

La condensación es igual a la cantidad total de agua en el aire, menos el volumen que el aire comprimido puede absorber; así tendremos que: 84,9 - 34,2 = 50,6 9 de agua que se condensa.

Este agua de condensación debe eliminarse antes de que se distribuya el aire comprimido, para evitar efectos nocivos sobre los componentes del sistema neumático.

4.5.2. PUNTO DE Rocío Uno de los conceptos clásicos para señalar el grado de humedad de un aire comprimido o de un aire ambiente es el punto de rocío, que se distingue por las siglas PR. El punto de rocío determina una temperatura t, a la cual el aire llega al punto de saturación; esto es, el aire se convierte en aire saturado. No se produ© ITP-Paraninfo I

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l

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

cirán condensaciones si la temperatura del aire se mantiene por encima del punto de rocío. Si bien, un enfriamiento del aire por debajo de la temperatura del PR, el vapor contenido en el aire comienza a condensar en forma de agua líquida. Cuando un ambiente de aire atmosférico o de aire comprimido seco se somete a un proceso de enfriamiento, la humedad de saturación va disminuyendo. Como la humedad absoluta permanece constante, la humedad relativa aumentará hasta que la misma alcance el 100%. La temperatura t evidenciada en ese momento corresponderá con el valor del punto de rocío. La principal utilización del concepto del punto de rocío está en el campo del aire seco, en donde es el parámetro para indicar la mayor o menor sequedad del mismo. Puntos de rocío muy bajos reflejan aire muy seco y, por lo tanto, de gran calidad; puntos de rocío elevados suponen aires con altas humedades relativas. De donde se deduce que, para aire con humedad relativa: • Inferior al 100% (aire seco), el punto de rocío será siempre inferior a la temperatura real del ambiente considerado. • Igual al 100% (aire saturado), el punto de rocío coincidirá con el de la temperatura real del ambiente considerado. • Igual al 100%, pero conteniendo fase líquida en suspensión (nieblas), el punto de rocío será superior al de la temperatura real del ambiente con~i­ derado. El punto de rocío puede calcularse a partir de datos psicrométricos tales como: • Humedad relativa y temperatura ambiente. • Humedad relativa y humedad de saturación. • Humedad absoluta. Con ayuda de fórmulas, es posible calcular el punto de rocío a partir de la humedad relativa (hr) y de la temperatura ambiente (t). En primer lugar, se busca la humedad de saturación (hs) en función de la temperatura y de la presión del sistema:

hS=0,625~ P - P,

Luego se obtiene la humedad absoluta (hab) por medio de la ecuación: hab = hr.hs hab = hr· hs 100 100

24 / © ITP-Paraninfo

siendo que, en el punto de rocío, la humedad absoluta (hab) se convierte en humedad de saturación, hab = hs hallando Pa (presión de vapor) y finalmente con ayuda de la tabla de la figura 4.11 se buscará la temperatura corresp,ondiente al valor calculado para Pa. Dicha temperatura es el valor del punto de roCIO deseado. Temperatura oC

-100 - 98 - 96 - 94 - 92 - 90 - 88 - 86 - 84 - 82 - 80 - 78 - 76 -74 -72 - 70 - 68 - 66 - 64 - 62 - 60 - 59 - 58 - 57 - 56 - 55 - 54 - 53 - 52 - 51 - 50 - 49 - 48 -47 - 46 - 45 - 44 - 43 -42 - 41 - 40

Preso Vapor mm/Hg

Temperatura oC

0.0000099 0,000015 0,000022 0,000033 0,000048 0,000070 0,00010 0,00014 0,00020 0,00029 0,00040 0,00056 0,00077 0,00105 0,00143 0,00194 0,00261 0,00349 0,00464 0,00614 0,00808 0,00933 0,0106 0,0122 0,0138 0,0144 0,0178 0,0204 0,0230 0,0262 0,0295 0,0337 0,0378 0,0430 0,0481 0,0540 0,0609 0,0679 0,0768 0,0859 0,0966

-4 -3 -2 -1 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Preso Vapor Temperatura oC mm/Hg

3.280 3,590 3,880 4,225 4,579 4,926 5,294 5,685 6,101 6,543 7,013 7,513 8,045 8,609 9,209 9,844 10,518 11,231 11,987 12.788 13,634 14,530 15,477 16,477 17,535 18,650 19,827 21,068 22,377 23,756 25,209 26,209 28,739 30,043 31,824 33,695 35,663 37,729 39,898 42,175 44,563

72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112

Preso Vapor mm/ Hg

254,6 265.7 277,2 289,1 301,4 314,1 327,3 341,0 355,1 369.7 384,9 400,6 416,8 433,6 450,9 468.7 487,1 506,1 525,76 546,05 566,99 588,60 610,90 633,90 657,62 682,07 707,27 733,24 760,00 787,57 815,86 845,12 875,06 906,07 937,92 967,6 1004,42 1038,92 1074,56 1111,20 1148.74

Figura 4.11. Presiones de vapor de agua.

©

sw:; ESPAÑA, 51'.

© SIV[: ESPA.NA. SIl..

© lTP-Paraninfo /

25

TEORíA DEL A IRE COMPRIMIDO

TEORíA DEL AIRE COMPRIMIDO

Ejemplo de cálculo: Ü 50

Calcular el punto de rocío de un ambiente a 30°C y 60% de humedad relativa a la presión atmosférica.

"--

z {)

¡¡¡

w

n::

Siguiendo el orden de cálculo que hemos visto anteriormente, tendremos:

IL

o

40 30 20 10

TI O

o

w

o

o

1-

z

donde:

:J IL

= 31,824 mm Hg) = Presión atmosférica = 760 mm Hg

hs ~ O 625 31,824 , 760 _ 31,824

O ,027 Kg.

de vapor de agua por Kg. de aire seco. 100

00 K ' 162 g.

de vapor de agua por Kg. de aire seco con humedad relativa del 60%. La presión con estos valores, será: P ~ 0,0162x760 , 0,625 + 0,0162

19,2014 mm Hg.

Buscando en la tabla de la figura 4.11 hallaremos que la temperatura que proporciona una presión de vapor de 19,2014 está comprendida entre 21°C y 22°C. Cabe la posibilidad de realizar este experimento a presión atmosférica o bajo presión. Corno existe una variación de la humedad de saturación cuando aumenta la presión también hay una modificación del punto de rocío. La figura 4.12 nos da los valores según lo expuesto. 26 I © ITP-Paraninfo

t +

+ -50 -40 -30 -20 -10

(según tabla

hab ~ 60 x 0,027

tl

-20 -30 -40 -50

p. = Presión de vapor de agua a 30°C

P

i:

n:: -10

P P-Pa

hs ~ O 625 - - ' -

,

-+ -~ -+---

O

10

20

30 40

PUNTO DE Roclo ATMOSFÉRICO ('C) Figura 4.12. Conversión del punto de rocío bajo presión a punto de rocio a presión atmosférica.

~ 4.6. PRESiÓN Y CAUDAL La relación más importante que existe para los componentes neumáticos es la que existe entre presión y caudal. Si no existe circulación de aire, la presión en todos los puntos del sistema será la misma, pero si existe circulación desde un punto hasta otro, querrá decir que la presión en el primer punto es mayor que en el segundo, es decir, existe una diferencia de presión. Esta diferencia de presión depende de tres factores: • de la presión inicial. • del caudal de aire que circula. • de la resistencia al flujo exi stente entre ambas zonas. La resistencia a la circulación de aire es un concepto que no tiene unidades propias (como el ohmio en la electricidad) sino que en neumática se usa el concepto opuesto, es decir, conceptos que reflejan la facilidad o aptitud de un elemento para que el aire circule a través de él, el área de orificio equivalente "S" o el "Cv" o el "Kv".

La sección de orificio equivalente "S" se expresa en mm 2 y representa el área de un orificio sobre pared delgada que crea la misma relación entre presión y caudal que el elemento definido por él. © ITP-Paraninfo I

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Estas relaciones son, en cierta manera, similares a la electricidad, donde " Diferencia de potencial = Resistencia x Intensidad" . Esto, trasladado de alguna forma a la neumática, sería: " Caída de presión = Caudal x Área efectiva", sólo que, mientras que las unidades eléctricas son directamente proporcionales, esta relación para el aire es bastante más compleja y nunca será simplemente proporcional. En electricidad, una corriente de un amperio (1 A), crea sobre una resistencia de un ohmio (In) una tensión de un voltio (1 V). Esto se cumple bien sea desde 100 V. a 99 V. o desde 4 V a 3 V. En cambio, una caída de presión a través del mismo objeto y con el mismo caudal, puede variar con la presión ini cial y también con la temperatura. Razón, la compresibilidad del aire. Para definir uno de los cuatro datos interrelacionados que han sido mencionados, a partir de los otros tres, necesitamos el diagrama que se muestra a continuación:

El triángulo de la esquina inferior derecha marca el rango del flujo a velocidad "sónica", cuando el caudal de aire alcanza una velocidad próxima a la velocidad del sonido. En este caso, el caudal ya no se puede incrementar independientemente de la diferencia de presión que puede existir entre la entrada y la salida. Como puede verse, las curvas, en esta zona, caen verticalmente. Esto supone que el caudal no depende de la diferencia de presión sino de la presión de entrada.

4.6.1. USO DEL DIAGRAMA La escala de presión en la izquierda indica tanto la presión de entrada como la de salida. La primera línea vertical de la izquierda representa el caudal cero y, evidentemente, la presión en la entrada y la salida; las diferentes curvas para las presiones de entrada desde 1 hasta 10 bar, indican cómo varía la presión de salida con el incremento de caudal. Ejemplo 1:

8

I i .1

7

iI

9

6,3 bar

... :....:_. 6

Presión de entrada

,

1

,

5

--

..-

i

:--...

4

¡--....

3 2

I

1 .......

I

t-r-- r--

............

"'

i::---

'"W"! Iy

20

.......

p,.,...¡-..

:--..

i

r----... ~

"-

J"-...

~ \

V

50 NVmln 1

T' t11

I t

V

f\ ¡-,-_.

V

I

40

60

i' 55 NVmln

~

r----. 1"-

i't'-- '\ 1\

-LI'---1-i ¡s=1~m 2

.........

Seguimos la curva que parte de 6 hasta que corta la horizontal del nivel de 5 bar. Desde este punto, seguimos la línea a trazos que baja verticalmente hasta la escala de caudales, en la que obtenemos un valor de 55 l/min. Esta situación concreta, define lo que se ha llamado el "volumen de flujo estándar (Qn)", un valor encontrado en los catálogos para una rápida comparación de capacidad de caudal de otras válvulas.

1'---hL--l--+--.

I

'" r---h , 1\

-

i O

-

r-- t-:-

.-

-1-

• Presión de entrada = 6 bar. • Caída de presión = l bar (presión de salida =5 bar).

Flujo subsónico

P (bar) 10 Presión minima

~

t'--

1\

~

1'\1

\, \

V

V

'"

Ejemplo 2:

-

'

t----+

-,

8

El caudal obtenido en este diagrama es para un elemento (válvula, racor, tubería, etc.) con una sección equivalente "S" de 1 mm2 Si el elemento en cuestión tiene, según catálogo, un "S" de 4,5 mm2, el caudal será 4,5 veces mayor. En este caso: 4,5 x 55 = 245 Vmin.

1-'

V

'c '0

----t t---. .

..

-

,

o ¡¡:

'"

¡

I

f

80

I

i

100

120

Un caudal de 600 l/mino con una sección equivalente de 12 mm 2, corresponde un caudal de 50 Vmin. por cada mm2 de sección equivalente (necesitamos esta conversión para poder utilizar el diagrama de la figura 4 .13). Seguimos

Q (NI/min.)

Figura 4.13. Diagrama de relaciones entre Presión y Flujo para sección de 1 mm 2•

28 I © ITP· Paraninfo

©

svr::

Dado un elemento con una sección equivalente "S" de 12 mm 2, con una presión de alimentación de 7 bar y un consumo de aire de 600 l/mino ¿qué presión obtendremos en la salida?

ESPAÑA. SI\.

© ITP· Paraninfo I

29

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ahora la curva que comienza en 7 bar hasta que corta la línea vertical de 50 l/min de Qn. A partir de este punto, seguimos la línea horizontal hasta la escala de presiones y obtenemos un valor de 6,3 bar.

e

4.6.2. FORMULARIO

p distribución

Cuando se requiera un cálculo más exacto que el que pueda ser obtenido en este diagrama, el caudal puede ser calculado con alguna de las fórmulas siguientes. Un vistazo al diagrama de la figura 4.13 nos lo puede aclarar y, lógicamente, deben existir dos fórmulas diferentes para los rangos de "flujo sónico" y para los rangos de "flujo subsónico". La frontera entre el flujo sónico y el subsónico viene establecida por las siguientes expresiones: Flujo sónico P, +1,013 5 1,896 (P, +1.013) Flujo subsónico

P, +1.013

>

~

5.1. COMPRESORES

Un compresor convierte la energía mecánica de un motor eléctrico o de combustión, en energía potencial de aire comprímido.

1,896 (P, + 1,013)

Siendo PI Y P2 presiones de alimentación y salida de válvulas, respectivamente. El caudal Q vendría dado por las siguientes fórmulas:

Los compresores de aire se dividen en dos categorías principales: alternativos y rotativos. Los tipos principales de compresores incluidos en estas categorías se indican en la figura 5.1.

Flujo subsónico: Q = 22,2 S ~=(p'--,-+1 ",0CC"" "' 13"')--'(=-P,---= P--",)

Flujo sónico: Q = 11,1 · S·

COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO

(p, + 1,013) ROTATIVOS

Vea cómo un sistema neumático nunca funcionará de forma satisfactoria en condiciones de flujo sónico ya que, por ejemplo, de una presión de alimentación de 6 bar no quedarían nada más que 2,7 bar para trabajar. Ejemplo de cálculo:

Figura 5.1. Tipos principales de compresores utilizados en los sistemas neumáticos.

Repetiremos el cálculo del ejemplo 2 que acabamos de realizar con los mismos datos: Presión de trabajo 7 bar, una presión de salida de 6,3 bar y una sección equivalente de 12 mm 2 Q = 22.2 . S .

.,¡ (P, + 1,013)'(P,-P,)- 22.2x12x"¡ 8,013xO,7 -

630,93 I/min .

Este dato nos muestra que la precisión del diagrama es suficiente para el uso práctico en neumática.

30 / © ITP-Paraninfo

©

SVC ESPAÑA SA

5.1.1. COMPRESORES ALTERNATIVOS Compresor de émbolo de una etapa El aire aspirado a presión atmosférica, se comprime a la presión deseada con una sola compresión. © ITP-Paran info /31

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta el volumen para crear una presión más baja que la de la atmósfera, lo que hace entrar el aire en el cilindro por la válvula de admisión. Al final de la carrera, el émbolo se mueve hacia arriba, la válvula de admisión se cierra cuando el aire se comprime, obligando a la válvula de escape a abrirse para descargar el aire en el depósito de recogida. Este tipo de compresor, alternativo, se utiliza generalmente en sistemas que requieran aire en la gama de 3-7 bares.

Figura 5.3. Compresor de émbolo de dos etapas.

El aire recogido a presión atmosférica se comprime en dos etapas, hasta la presión final.

•

Si la presión final es de 7 bares, la primera etapa normalmente comprime el aire hasta aproximadamente 3 bares, tras lo cual se enfría. Se alimenta entonces el cilindro de la segunda etapa que comprime el aire hasta 7 bares.

I I

El aire comprimido entra en el cilindro de segunda etapa de compresión a una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejorando el rendimiento en comparación con una unidad de una sola compresión. La temperatura final puede estar alrededor de 120 oc. Figura 5.2. Compresor de émbolo de una sola etapa .

Compresor de diafragma Los compresores de diafragma suministran aire comprimido seco hasta 5 bares y totalmente libre de aceite. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en la industria alimenticia, farmacéutica y similares.

Compresor de émbolo de dos etapas En un compresor de una sola etapa, cuando se comprime el aire por encima de 6 bares, el calor excesivo que se crea, reduce en gran medida su eficacia. Debido a esto, los compresores de émbolo utilizados en los sistemas industriales de aire comprimido son generalmente de dos etapas.

El diafragma proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo que permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo y la compresión y el escape en la carrera hacia arriba.

32 / ©

© SIVC ESI'AÑA. SI'..

ITP-Paraninfo

©

SlVC E5PAÑA. 5A..

© ITP-Paraninfo

/ 33

l COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

Figura 5.5. Compresor de paletas.

Figura 5.4. Compresor de diafragma.

Compresor de tornillo

5.1.2. COMPRESORES ROTATIVOS Dos rotores helicoidales engranan girando en sentidos contrarios. El espacio libre entre ellos disminuye axialmente en volumen, lo que comprime el aire atrapado entre los rotores (figura 5.6).

Compresor rotativo de paletas deslizantes Este compresor tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales . Al girar el rotor, la fuerza centrífuga mantiene las paletas en contacto con la pared del estator y el espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la entrada de aire hasta la salida, comprimiendo así el aire. La lubricación y la estanqueidad se obtienen inyectando aceite en la corriente de aire cerca de la entrada. El aceite actúa también como refrigerante para eliminar parte del calor generado por la compresión, para limitar la temperatura alrededor de 190 oc. 34/ © ITP-Paraninfo

© SVC EsPAAA. $A.

El aceite lubrifica y cierra herméticamente los dos tornillos rotativos. Los separadores de aceite, eliminan el mismo del aire de salida. Con estas máquinas se pueden obtener caudales unitarios continuos y elevados, de más de 400 m3/min, a presiones superiores a 10 bares. Este tipo de compresor, a diferencia del compresor de paletas, ofrece un suministro continuo libre de altibajos. El tipo industrial de compresor de aire más común, sigue siendo la máquina alternativa, aunque los tipos de tornillo y paletas se están usando cada vez más. ©

svr:

ESPAÑI\, SA

© rTP-Paraninfo /

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COMPRESiÓN V DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

COMPRESiÓN V DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

En general, este tipo de compresores permiten manejar grandes caudales a grandes presiones (220.000 m3/h y 300 bar, como máximo).

Figura 5.6. Principio del compresor de tornillo.

Turbo compresor radial Como su denominación indica, este compresor funciona de forma muy semejante a una turbina, sólo que aquí los álabes en lugar de producir trabajo, lo consumen. El recorrido del gas se realiza, entre etapa y etapa, siguiendo un camino radial. De ahí su nombre. El gas proyectado contra la carcasa transforma su energía cinética en energía de presión.

Figura 5.7. Turbo compresor radial.

5.1.3. CAPACIDAD NORMAL DEL COMPRESOR El caudal de salida de un compresor se indica como gasto volumétrico estándar, en Nm 3/s o Imin., Ndm 3/s o NVmin. El caudal puede describirse también como volumen desplazado o "volumen teórico de entrada", un concepto teórico. Para un compresor de émbolo, se basa en: Q (Vmin) = área del émbolo en dm 2 x longitud de carrera en dm x número de cilindros de primera etapa x r.p.m.

Tomado de la atmósfera, el aire va recorriendo todas las etapas de compresión. Puede advertirse que a medida que se van superando etapas, la presión acumulada aumenta con la consiguiente disminución de volumen por unidad de masa.

En el caso de un compresor de dos etapas, se considera sólo el cilindro de primera etapa.

Dependiendo del tipo de construcción, pueden conseguirse resultados muy aceptables desde el punto de vista de la energía consumida.

El suministro efectivo es siempre inferior, debido a las pérdidas volumétri· cas y térmicas.

La figura 5.7 nos presenta una construcción esquemática del eje común en la que todos los álabes son de igual diámetro y giran a la misma velocidad angular.

La pérdida volumétrica es inevitable, puesto que no es posible descargar la totalidad del aire comprimido del cilindro al final de la carrera de compresión: queda algo de espacio, el llamado "volumen muerto".

36 I © ITP-Paraninfo

© ITP·Paranin!o /

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COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

La pérdida térmica se produce debido al hecho de que durante la compresión el aire adquiere una temperatura muy elevada, por lo tanto su volumen aumenta y disminuye cuando se enfría a temperatura ambiente (ver la ley de Charles en el apartado 4.4.3).

~ 5.2. RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO Rendimiento volumétrico

= aire libre descargado desplazamiento

x

El diagrama de la figura 5.8 compara los rendimientos globales típicos de compresores de una y dos etapas, para varias presiones finales. Para presiones finales bajas, es mejor un compresor de una etapa, puesto que su rendimiento volumétrico es más elevado. Sin embargo, con una presión final en aumento, las pérdidas térmicas son cada vez más importantes y son preferibles los compresores de dos etapas, con un rendimiento térmico más elevado.

100 Una etapa

Dos etapas

r

El resultado de la fórmula anterior, expresado como porcentaje, se conoce como rendimiento volumétrico y varía según el tamaño, tipo y fabricación de la máquina, número de etapas y presión final. El rendimiento volumétrico de un compresor de dos etapas es inferior a la del compresor de una sola etapa, puesto que tanto los cilindros de la primera como los de la segunda etapa, tienen volúmenes muertos.

-~

'T

~ ~--~--+ 1---t-+-~

90% Rendimien- 80% "];=:;.~ ~ 4to global 70% - __L I +60% l_. J.. ____ ~ _

G

L

4

5

6

7

8

9

j

___

10 11

12

Presión (bar)

5.2.1. RENDIMIENTO TÉRMICO Y GLOBAL Figura 5.8. Diagrama del rendimiento global de compresores de 1 y 2 etapas.

I

I

Aparte de las pérdidas descritas anteriormente, existen también efectos térmicos que bajan el rendimiento de la compresión del aire. Estas pérdidas reducen aún más el rendimiento global dependiente del coeficiente de compresión y de la carga. Un compresor, que trabaja a capacidad casi total, acumula una gran cantidad de calor y pierde rendimiento. En un compresor de dos etapas, el coeficiente de compresión por etapa es inferior y el aire, comprimido parcialmente en el cilindro de primera etapa, se enfría en un refrigerador intermedio antes de ser comprimido a la presión final en el cilindro de segunda etapa. Ejemplo: Si se comprime el aire atmosférico absorbido por un cilindro de la primera etapa a un tercio de su volumen, la presión absoluta a la salida es de 3 bar. El calor desarrollado por esta compresión relativamente baja es consiguientemente bajo. El aire comprimido pasa al cilindro de segunda etapa, a través del refrigerador intermedio, y nuevamente su volumen se reduce a un tercio. La presión final es entonces de 9 bar abs. El calor desarrollado al comprimir el mismo volumen de aire en una sola compresión, directamente de la presión atmosférica a 9 bar abs, sería mucho más elevado y se reduciría considerablemente el rendimiento global. 38 / © ITP-Paraninfo

El consumo específico de energía es una medida del rendimiento global y se puede utilizar para estimar el coste de producción del aire comprimido. Como promedio, se puede estimar que se necesita un KW de energía eléctrica para producir 120-150 l/min (= 0,12 ... 0,15 Nm 3/minJKW) para una presión de trabajo de 7 bares. Las cifras exactas deben establecerse según el tipo y el tamaño del compresor.

~

5.3. ACCESORIOS DEL COMPRESOR

5.3.1. DEPÓSITO DE AIRE COMPRIMIDO Un depósito de aire comprimido es un acumulador a presión construido en chapa de acero soldada, montado horizontal o verticalmente, directamente después del refrigerador final para recibir el aire comprimido amortiguando así las oscilaciones en el caudal de aire, a medida que se consume. © ITP·Paraninfo /

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COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

Sus funciDnes principales SDn las de almacenar una cantidad suficiente de aire para satisfacer las demandas que superen la capacidad del cDmpresDr y minimizar la carga y descarga frecuentes del cDmpresDr; sin embargD, suministra también un enfriamientD adiciDnal para precipitar el aceite y la humedad que llegan del refrigerador, antes de que el aire se distribuya pDsteriDrmente. A este respectD, cDlDcar el depósitD del aire en un lugar frescD representa una ventaja. El depósitD debe estar provistD de válvula de seguridad, manómetrD, purga autDmática y tapas de inspección para la comprobación D limpieza del interior.

5.3.2. FILTRO DE ASPIRACiÓN 3 La atmósfera de una ciudad típica puede cDntener 40 partes por millón/m de partículas sólidas, es decir pDlvD, suciedad, pDlen, etc. Si se cDmprime este aire a 7 bares, la cDncentración sería de 320 partes pDr millón/m 3 Una cDndlción impDrtante para la fiabilidad y duración del cDmpresor debe ser la instalación de un filtro eficaz y adecuadD para impedir el desgaste exceSlVD de cllindrDs, anillDs del émbDID, etc., que es provDcadD principalmente pDr el efectD abrasivD de estas impurezas.

El filtrD nD debe ser demasiadD finD, puestD que el rendimientD del cDmpre-

5.3.1.1. Selección del tamaño del depósito de aire comprimido

SDr disminuye debidD a la elevada resistencia al pasD de aire y así las partículas de aire muy pequeñas (2-5 micras) nD se pueden eliminar.

El tamaño de los depósitDs del aire se selecciona según las salida del compresDr, el tamaño del sistema y el hechD de que la demanda sea relativamente constante o variable.

La entrada de aire debe estar situada de fDrma que, en la medida de lo pDsible, se aspire aire seCD limpiD, con cDnductDs de entrada de diámetro ID suficientemente grandes para evitar una caída de presión excesiva. Cuando se utl Iice un silenciador, es posible incluir el filtro de aire que se cDIDcará después ~e la PDSIción del silenciadDr, de fDrma que esté sujetD a efectDs de pulsaCión nummDS.

LDs compresores CDn acciDnamientD eléctrico en plantas industriales, las que suministran una red , normalmente se CDnectan y desconectan entre una presión mínima y máxima. Este control se llama "automático". Para ello, es necesario un vDlumen mínimo del depósito del aire para evitar que la cDnexión y desconexión sean demasiado frecuentes. LDS compresores móviles CDn un mDtDr de combustión no se paran cuando se alcanza una presión máxima, sino que se elevan las válvulas de aspiración de forma que el aire puede fluir libremente dentro y fuera del cilindro sin ser comprimido. La diferencia de presión entre la cDmpresión y la carrera en vacío es bastante pequeña. En este caso, se necesita sólD un pequeño depósitD. Para el cálculo de vDlumen puede emplearse la siguiente fórmula:

v, =( O,25Q,

Z(p,- p,)

). 10 3

~ 5.4. DESHIDRATACiÓN DEL AIRE 5.4.1. POST-ENFRIADORES Después de la cDmpresión final, el aire está caliente y, al enfria~se, el agua se depDsitará en cantidades cDnsiderables en el sistema de tubenas, ID cual deberá evitarse. La manera más efectiva de eliminar la mayor parte del agua de cDndensación es SDmeter el aire a la refrigeración pDsteriDr, inmediatamente después de la cDmpresión. LDs pDst-enfriadDres SDn intercambiadDres de calor que pueden ser unidades refrigeradas pDr aire D por agua.

Donde: • • • • •

PI = Presión máxima en el interior del tanque. P 2= Presión mínima en el interiDr del tanque. Qn= Caudal suministrado por el cDmpresor en m3/h. Z = Conexiones/desconexiDnes por hora del compresor. Vo= Volumen nominal del tanque con Po=I,013 bar.

40 I © ITP-Paraninfo

Refrigeración por aire CDnsiste en una serie de cDnductDs pDr IDs cuales fluye el aire cDmprimidD y sDbre IDs cuales se hace pasar una cDrriente forzada de aire fríD pDr mediD de un ventiladDr. Un ejemplD típicD se ilustra en la figura 5.9. © S'vI:: ESPAÑA. SA

©

sva:

EsPÑ

~ ,'!..• r

=>

'11_1111111111111111111111111111111II1II\

~

=:> =:>

~

=:> =:>

=> '1IIiAire

1111111111111111111111111111111" (

1111111111111111111111111111111II1II\ IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII"

C

1111111111111111111111111111111II1II\ 1111111111111111111111111111111"

=> H,O

=:> =:> =:> Purga automática

Figura 5.9. Principio de un post-enfriador refrigerado por aire.

Figura 5.10. Principio de un post-enfriador por agua.

Refrigeración por agua Se trata esencialmente de un revestimiento de acero que aloja unos conductos en los que el agua circula por un lado y el aire por el otro, normalmente de forma que el flujo de ambos fluidos sea en sentido contrario a través del refrigerador. Este principio se ilustra en la figura 5.10. Un post-enfriador de agua nos asegurará que el aire descargado estará aproximadamente 10 oC por encima de la temperatura de! agua de refrigeración.

~ 5.5. CÁLCULO DE LOS POST-ENFRIADORES 5.5.1. POST-ENFRIADOR POR AIRE El cálculo de un refrigerador de aire comprimido, al igual que el de cualquier intercambiador de calor, se basa en conseguir un ajuste óptimo entre una adecuada transmisión de calor y una aceptable pérdida de carga. Para el cálculo de la superficie de transmisión, nos valdremos de la fórmula:

Una purga automática acoplada, o integrada, en el post-enfriador elimina el condensado acumulado. Los post-enfriadores podrán estar equipados con una válvula de seguridad, un manómetro y se recomienda que se incluyan termómetros tanto para el aire como para el agua. 42 / © ITP-Paraninfo

s-

q

- U (ót)log

en la que: • S = Superficie de transmisión de calor © SVI: ESPAÑA. SI\.

© ITP-Paraninfo /

43

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

o

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

q = Potencia térmica del refrigerador, Kcal/h .

o

U = Coeficiente global de transmisión de calor,

o

(b.t)log = Salto térmico medio logarítmico, oc.

El salto térmico medio logarítmico (b.t) log, puede definirse por la expresión: Kcal/h.m 2

oc.

(~I)109 ~ (T, - I,) - (T, - 1, ) 2310 T, -_ I, . 9 T,

La potencia térmica q se determina a partir de la ecuación:

11

siendo: o o

en donde:

o o

q = Potencia térmica.

o

o

G = Caudal de aire en Nm 3/h.

o

b.1= Salto térmico medio logarítmico. TI = Temperatura del aire de entrada, oc. T 2= Temperatura del aire de salida, oc. ti = Temperatura del aire/agua de refrigeración de entrada, oc. = Temperatura del aire/agua de refrigeración de salida, oc.

tz

o Cp = Calor especifico volumétrico del aire, 0,31 Kcal/m 3 , oc. o

T I = Temperatura del aire de entrada del refrigerador, oc.

o

T2= Temperatura del aire se salida del refrigerador, oC.

o

K = Factor de corrección, superior al, para tener en cuenta la condensación de la humedad.

5.5.2. POST-ENFRIADOR POR AGUA

El coeficiente global de transmisión de calor, U, en función de los coeficientes de película exterior e interior en tubos, así como el coeficiente de incrustación, lo determinaremos por la expresión: U~

Las fórmulas utilizadas para los post-enfriadores de agua, son las mismas que en los refrigeradores por aire. Solamente hay que añadir el consumo de agua de refrigeración y la pérdida de carga originada a través del haz de tubos. El consumo de agua de refrigeración puede calcularse a partir de: Q ~ -q­

1

d

t2

1

-'-+-+F h, · di

h¡

-

t1

en donde:

d

Q= Caudal de agua de refrigeración, l/h. q= Potencia térmica calculada previamente, Kcal/h. o Temperatura de salida del agua de refrigeración, oc. A poder ser, no debe superar nunca los 40 oC para evitar la formación de incrustaciones sobre los tubos. o ti = Temperatura de entrada del agua de refrigeración, oc. o

siendo:

o

tz=

o U = Coeficiente global de transmisión de calor. o

de= Diámetro exterior de tubo, mm.

o

d¡= Diámetro interior de tubo, mm.

o h¡= Coeficiente de película interior, Kcal/h.m 2 oC. o o

he = Coeficiente de película exterior,

Kcal/h.m 2

Es normal que t2-t l se considere igual a 20 oC siempre que t2 no supere los 40 oc.

oc.

Kcal/h.m 2

F d= Factor de incrustación, °C; es costumbre hacerlo igual a 0,0004 para una calidad media de agua de refrigeración.

Los coeficientes de película son función de los números de Reynolds y Prandtl, según las expresiones clásicas utilizadas en convección de calor. 44/ ©

ITP-Paraninfo

© SfV[: ESPANA.. SA

La pérdida de carga, en la que intervienen diversos factores relacionados con el material de los tubos, velocidad, etc., puede averiguarse mediante: c ~p ~ pL

© ~ ESI'AÑ"., SA

(G)" s © ITP-Paraninfo ;45

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

siendo: • L'lp= Pérdida de carga. • c = Constante. Es función de cada modelo de refrigeración y puede determinarse a partir de la ecuación de Fanning. • P = Presión absoluta del aire. • G = Caudal de aire en condiciones normales (presión y temperatura ambiente). • s = Sección total del haz tubular por donde pasa el aire. • n = 1,8 aproximadamente. • L = Longitud de cada tubo .

~

ruro de calcio, el cual reacciona con la humedad para formar una solución que es drenada desde el fondo del depósito. El agente secante debe ser regenerado a intervalos regulares ya que el punto de roCÍo se eleva en función del consumo de sales durante el funcionamiento. De todas formas, a presiones de 7 bar. son posibles puntos de rocío de 5 oc. Las principales ventajas de este método son su bajo coste inicial y de funcionamiento. Por contra, la temperatura de entrada no debe exceder de 30 oc. Los productos químicos implicados son altamente corrosivos, necesitando un filtrado cuidadosamente comprobado para asegurar que ninguna fina partícula corrosiva sea arrastrada al sistema neumático.

5.6. SECADORES DE AIRE

Los post-enfriadores enfrían el aire hasta unos 10 o 15 oC por encima del medio refrigerante. El control y operación de los elementos de un sistema neumático serán normalmente a temperatura ambiente (aprox. 20 OC). Esto nos puede hacer pensar que no se precipitará ningún condensado más y que la humedad remanente es expulsada con el aire de salida de vuelta a la atmósfera. A menudo, la temperatura del aire o la salida del post-enfriador puede ser más alta que la temperatura circundante con la cual pasa por las líneas de tuberías, por ejemplo durante la noche. Esta situación enfría el aire comprimido todavía más, por lo que habrá todavía vapor que se condensará como agua. La medida empleada en el secado de aire es la bajada del punto de rocío, el cual se define como la temperatura a la cual el aire está completamente saturado de humedad (100% h.r.). Cuanto más bajo sea el punto de rocío, menos humedad queda en el aire. Existen tres tipos principales de secadores de aire disponibles que operan por procesos de absorción, adsorción o refrigeración. Figura. 5.11. Princ ipio del secador de aire por absorción .

5.6.1. SECADO POR ABSORCiÓN (SECADO COALESCENTE)

5.6.2. SECADO POR ADSORCiÓN (DESECANTE)

El aire comprimido es forzado a través de un agente secante, yeso deshidratado o cloruro de magnesio que contiene en forma sólida cloruro de litio o c10-

En una cámara vertical, está contenido un producto químico tal como el sílicagel o la alúmina activada en forma granular, para que, por métodos físicos, absor-

46 / © ITP-Paraninfo

©

svr::

ESf'IIÑA, SA.

© ITP-Paraninfo

/ 47

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

ba la humedad del aire comprimido que pasa a través de él. Cuando el agente secante se satura, es regenerado mediante secado por calentamientos o, como en la figura 5.12. por la pérdida de calor de un flujo de aire secado previamente. El aire comprimido húmedo, entra a través de una válvula de control direccional y pasa atravesando la columna desecante. El aire seco, fluye hacia la vía de salida. Entre un \0% y un 20% del aire seco pasa a través de la columna desecante que no se está utilizando, para reabsorber su humedad con el fin de regenerarla. El flujo de aire de refrigeración va entonces hacia el escape.

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

Con este método, son posibles puntos de rocío extremadamente bajos, por ejemplo de - 30 oc. Un indicador de color puede ser incorporado al desecante para comprobar el grado de saturación. El microfiltrado es esencial a la salida del secador para prevenir el arrastre de partículas absorbentes. El coste inicial y de funcionamiento es comparativamente alto, pero los costes de mantenimiento tienden a ser bajos.

5.6.3. SECADO POR REFRIGERACiÓN Es una unidad mecánica que incorpora uñ circuito de refrigeración con dos intercambiadores de calor. El aire húmedo a alta temperatura es pre-enfriado en el primer intercambiador de calor (1) transfiriendo parte de su calor al aire frío de salida.

Figura. 5.12. Principio del secador de aire por adsorción, regenerado por pérdida de calor.

La válvula de control direccional es accionada periódicamente por un temporizador para conseguir alternativamente el suministro de aire a una columna y la regeneración de la otra, para proporcionar aire seco continuo. 48 / © ITP·Paraninfo

=

Figura. 5.13. Principio del secador de aire por refrigeración.

© ITP·Paraninfo /

49

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

COMPRESiÓN Y DISTRIBUCiÓN DEL AIRE

Entonces, en el intercambiador de calor (2), el aire es enfriado gracias al principio refrigerador de extracción de calor como resu ltado de la evaporación de gas freón en su propio circuito de refrigeración. En ese momento la humedad y las partículas de aceite se condensan y son automáticamente drenadas.

l' ETAPA p V

2'ETAPA

_ 1 bar (aOO.)

P

e lO bar (abs.)

'" 10m'

V T

",'18m3 '" 80°C

MO

>

"Y

¡.... l'

V

-----

, 5

67811100

3

~

5678110000

3.

ss

, ,

1100000

FUERZA (N)

Figura 7.12. Distintos tipos de sujeción de cilindros.

Volviendo a la idea central de verificar si la elección del cilindro y si su carrera está comprometida o no con el pandeo, debemos definir cuál habría de ser su forma de montaje. Con todos estos datos, podemos trabajar de dos formas: una analítica y otra gráfica. Elegimos el camino más simple, por medio del gráfico de la figura 7.13. Este diagrama, está construido considerando el caso más desfavorable (empo110 / ©

ITP·Paraninfo

Figura 7.13. Verificación de esfuerzo de pandeo.

Localizaremos en primer lugar, en la parte inferior del gráfico, la fuerza. A continuación levantaremos una perpendicular hasta encontrar la línea correspondiente al diámetro del vástago. Desde el punto que acabamos de obtener, trazaremos una línea horizontal hacia la izquierda para localizar el dato de la carrera máxima que puede realizar el cilindro de nuestro ejemplo. En nuestro caso, 700 mm. © ITP·Paraninfo /

111

ACTUADDRES

ACTUADORES

~ 7.3. AMORTIGUACiÓN

7.3.1. CAPACIDAD DE AMORTIGUACiÓN

Los cilindros neumáticos pueden tener una velocidad muy elevada y se pue· dan desarrollar fuerzas de choque considerables al final de la carrera. Los cilindros más pequeños tienen una amortiguación fija, por ejemplo amortiguadores elásticos de goma, para absorber el choque e impedir que el cilindro se dañe internamente. En los cilindros más grandes, el efecto del impacto puede ser una amortiguación neumática que decelera el émbolo en la parte terminal de la carrera. El amortiguador se apropia de parte del aire de escape cerca del punto de final de carrera y lo evacua más lentamente a través de una restricción regulable (figura 7.14).

La amortiguación neumática no está diseñada para absorber valores altos de energía cinética, como pueden hacerlo los amortiguadores hidráulicos. Si la amortiguación neumática resulta insuficiente, rápidamente se producirán daños en las culatas y el émbolo del cilindro. Por tanto hay que verificar la velocidad máxima del actuador que puede desarrollar en función de la masa a trasladar.

7.3.2. VERIFICACiÓN DE LA VELOCIDAD MÁXIMA La amortiguación del cilindro seleccionado debe ser capaz de absorber la energía cinética desarrollada por la masa en movimiento. Por lo tanto, hay que contar con la información siguiente: • Valor de la carga externa . • Valor de las piezas del cilindro aceleradas. - Émbolo K - Vástago St La tabla de la figura 7.15, nos da información sobre el peso de las piezas en cilindros de diámetros comprendidos entre 32 y 160 mm. Según ISO 4393 e ISO 497RlO.

Figura 7.14. Principio de amortiguación por aire.

El escape normal del aire al orificio de salida, se cierra en cuanto el casquillo de amortiguación 1 entra en la junta de amortiguación 2, de forma que el aire puede escaparse sólo a través del orificio de restricción regulable 3. El aire atrapado se comprime a una presión relativamente elevada que absorbe la inercia del émbolo.

I

Cuando el cilindro inicia la carrera contraria, la junta de amortiguación actúa como una válvula anti-retorno para permitir el paso de aire al émbolo. De cualquier forma, restringe el flujo de aire y retrasa la aceleración del émbolo, la zona de amortiguación deberá ser entonces tan corta como sea posible.

l2J 32 40 50 63 80 100 125 140 160

K (Kg)

Ez (J)

St (Kg/O.lm)

1,56

0,110

0,176

2.45 -_._-

0.244

0.166

4,40

0,465

7,85 11 .80 - 20,60

- ~-,~

_.

44,60

0,260

0.260

0.938

o;¡¡¡¡¡--

__ 1,49~

0 ,560

!

32.30 58.80

I

0,534

¡-

3,540 0,800 4,040 -:-o~86o~ ~ 5,070

I

1.000

Figura 7.15. Peso de componentes de cilindros.

Para decelerar grandes cargas o altas velocidades del cilindro, se necesita un amortiguador externo. Si la velocidad del émbolo supera los 500 mm/s , será necesario un tope mecánico externo, también en los casos en que tenga amortiguación incorporada.

Por tanto, la energía cinética desarrollada por la masa y las piezas que componen el cilindro en movimiento, será:

112 / © ITP· Paran info

©

©

svt: ESPAÑA. SA

SIVI:: ESPAÑA.

Si\,

© ITP·Paraninfo /

113

ACTUADORES

ACTUADORES

Ejemplo de aplicación:

EK = L(m + K + St) . v 2 2

Dada una masa de 140 Kg. que alcanza una velocidad de 350 mrnIs. con una carrera de 400 mm. ¿Qué diámetro de cilindro será necesario para soportar la correspondiente energía?

donde: • m = Masa a trasladar, Kg. • K = Masa del émbolo, Kg.

EK =

~ x 140 X 0,35'

= 8,57 Nm ó Julios

• St= Masa del vástago por cada 100 mm. de carrera. Por tanto, según la tabla de la figura 7_15 el cilindro adecuado será el de diámetro 80 mm. ya que, tendremos:

• V = Velocidad de trabajo, mis. E K no puede ser mayor que Ez (en la tabla 7.15).

Ez = 11,80 > 8,57

La velocidad máxima permisible, será: V~

=

2·E

Z

m + K + St

Si el cilindro instalado fuese de diámetro 63 mm_ la velocidad máxima permisible para trasladar la misma masa, sería de:

,mis. Vm~ =

En el gráfico de la figura 7.16 es posible verificar, de forma rápida y cómoda, lo expuesto analíticamente. En él, se nos muestran los valores límite de velocidad con cargas de diferentes valores de masa, para cilindros de diámetro entre 32 y 160 mm. Es posible que una vez verificada la velocidad máxima y si, en consecuencia, no cumple los requerimientos exigidos, el diámetro del cilindro haya que elegirlo en función de la capacidad de amortiguación aumentando su tamaño o utilizando amortiguadores externos, como los hidráulicos.

Diagrama

m/v

13 del cilindro (mm)

3000

-l

2000

1~ ! 500

o;

160 140 125 100

300

~

200 10

""

I I

~

El valor hallado no podrá superar al de la tabla 7.20 para el diámetro del cilindro cuya verificación se esté realizando.

32 40 50 63 80 100 125 160

l1 (mm)

32 37 39 43 52 56 91 103

l2 (mm)

52+carrera 58+carrera 68+carrera 71 +carrera 79+carrera 85+carrera 118+carrera 149+carrera

Carga máx . FB

40 65 100 155 250 395 615 1.005

Figura 7.20. Tabla de cargas máximas para cilindros de 32 a 160 mm. de diámetro.

118 1 ©

JTP·Paraninfo

100 mm.

20N.

admisible.

7.5 CAUDAL DE AIRE Y CONSUMO

Existen dos formas para expresar el consumo de aire de un cilindro o un sistema neumático. Uno es el consumo medio por hora: esta cifra se utiliza para calcular el coste de la energía como parte del precio de coste total del producto. El segundo aspecto es el consumo máximo de un cilindro, que se usa para calcular el tamaño correcto de la válvula o, en el caso de un sistema neumático, para calcular correctamente el tamaño de la unidad filtro-regulador-lubricador.

Figura 1.19. Diagrama de cargas en cilindros.

Diámetro

63 mm.

© SVCE~SA.

El consumo, en el caso del cilindro, se define como: Consumo = superficie del émbolo x longitud de carrera x N° de carreras por minuto x presión absoluta. Cuando el émbolo se encuentra en uno de los puntos finales, el volumen es cero. Cuando el cilindro realiza una carrera, entra en él una cantidad de aire capaz de llenar su cámara hasta alcanzar la presión relativa de trabajo con lo cual, necesitaremos el volumen de la cámara multiplicado por el valor de la presión absoluta. Según esto, el consumo de aire de un cilindro, en una sola carrera es: ".0 2 Q = - - ·L ·P 4 ,'" © JTP·Paraninfo 1119

ACTUADORES

ACTUADORES

siendo:

Q. = 1,41

"

• Q = Consumo de aire del cilindro. • D = Diámetro del cilindro, cm.

(Ir'

D' . v · (p + 1,013) SO 4 ·10'

• Qn= Caudal máximo.

• Pahs = Presión absoluta, bar.

• D = Diámetro del cilindro, mm.

El resultado se nos dará en cm 3/carrera.

• v = Velocidad, mm/s.

El consumo para un ciclo será el doble (carreras de ida y vuelta) ya que para niveles prácticos resulta despreciable el volumen del vástago en la carrera de retroceso y, en todo caso, dicho volumen compensa el de la tubería del circuito de alimentación al cilindro. Para que el resultado sea expresado en NlJcarrera, tendremos que dividir el valor obtenido por l.000.

eil.

3

NI / min.

en donde:

• L = Longitud de carrera, cm.

Diámetro 20 25 32 40 50 63 80 100

J

Presión de Trabajo bar) 4 5 6

En esta expresión, para no dejar de lado las pérdidas de energía debidas a fenómenos térmicos, se ha tenido presente lo referente a los cambios adiabáticos, es decir, procesos sin intercambios de calor, procesos que vienen definidos por la fórmula: P.VK=Cte., donde el exponente K es 1,41 en el caso del aire. La tabla de la figura 7.22 muestra las cifras reales que se obtienen de la tabla 7.21 pero ya corregidas.

Presión de Trabajo bar) 4 5 6

7

0 ,124

0,155

0 ,194

0,243

0,291

0,319

0,39a

0,498

0.622

0,777

0 ,971

1,165

1,359

0.993 1, 553

1,235

1,542

1,850

2,158

2,465

1,993

2,487

2,983

3,47-9-

3,111

3886

4,661

5,436

. - __ I--~~B~ __

• P = Presión de trabajo, bar.

0,217

0,248

0,38a

0 ,477

0,340 0,557

0,746

0,870

0.636 __

~75 --

6,211

Diámetro eil. 20 25 32 40 50 63 80 100

3

0,217 _._--- r-------;;0,260 - _ ..

0,174

0,272-

0 ,340 -

0,408

---

7

O,3~~ ~-~~~~0,476 0,543 0,779 0,890

0,446

0,557

0,697

0,870

1,044

1,208

1 , 391 ~_

1,088

1,360

1,631

1,903

2,174

2,590 --4,176

3,021

3,451

4 ,870

5,565

6525

7,611

8 ,696

1,729

2 ,159 -¡--~~-

2,790 4,355

I

,I

3,482 5,440

0,668

¡--

Figura 7.21. Consumo teórico en cilindros de doble efecto (litros estánda r por 100 mm. de carrera) . Figura 7.22. Consumo real de aire en cilindros de doble efecto (N1/100 mm. de carrera),

Deberemos tener en cuenta que:

Ejemplo de cálculo:

• El consumo que figura en la tabla anterior, no incluye los volúmenes muertos en cada extremo de la carrera, ni tampoco el volumen de las tuberías de conexión.

En un cilindro de 63 mm. de diámetro, 500 mm. de carrera, trabajando a 6 bar. ¿Cual será el consumo real de aire a 15 ciclos por minuto?

• La energía neumática no sufre pérdidas.

Resolveremos la cuestión de forma analítica y mediante la tabla 7.22, para contrastar ambos resultados:

Para seleccionar el tamaño de la válvula de un cilindro, es necesaria otra cifra: el caudal máximo o el caudal de pico. Este caudal se determina por la velocidad máxima del cilindro.

120 / © ITP-Paraninfo

Q = 14x 3,14xS3' x500x15x2x(S+1,013) = 45885

,

© SV[; esf'AÑ.rAÑA. $A

SVC ESPAÑA.

$A

© ITP· Paraninfo /

165

DEFINICiÓN DE

VAcio

DEFINICiÓN DE

VAcio

donde:

LA PRESiÓN ATMOSF¡;RICA SE REDUCE HACIA CERO EN FUNCiÓN DE LA ALTURA

H = Z, -Zo = K logn(Po

IP,)

y haciendo K = RT = 29,3(273 + O'G)

Pasando de logaritmos naturales a decimales, tendremos: H = K . 2,302585 Log(Po I p,) H = 18.418 Log(Po IP,)

2.500

t

5,4. 10 ·15 TORR

50

40 Figura 8.10. Relación entre presión y altitud.

~ 30

z

w ~ 20

8.2.1. VARIACiÓN DE LA PRESiÓN CON LA ALTURA

\

\

r\.

"~

::J

Como se ha visto anterionnente, la presión atmosférica genera una fuerza motriz; si ésta varía, en consecuencia, varía también la presión. Esto se debe tener en cuenta y considerarlo en función de la altura que se encuentre el lugar de trabajo. Hasta 2.000 metros de altitud la presión se reduce cerca del I % cada 100 metros. Esto significa que una aplicación de vacío calculada para elevar 100 Kg. a nivel del mar, verá reducida su capacidad de elevación a 89 Kg. en una altura de 1.000 metros. La fónnula para calcular la presión en función de la altura viene dada por:

~

«

10

75

~

5

110

~

50 ...........

100

100

200

300

400

PRESiÓN

o

r-...... t-.....

500

600

-

750 mmHg .

Figura 8.11. Parámetros atmosféricos en función de la altura. Z,

P,

lo

Po

JdZ = -RT JdP I P

166 / ©

ITP·Paraninfo

© SIVC ESPAÑA, Si\.

© ITP·Paraninfo /

167

DEFINICiÓN DE

VAcio

DEFINICiÓN DE

8.2.2. MEDICiÓN DE VAcío (Unidades)

VAcio

Valores de ores"10 n baio la oresión atmosfér"c I a kPa

mbar

Torr

-kPa

mmHg

inHg

% Vacío

101,3

1013

760

O

O

O

O

Nivel del

Existen varias formas de expresar un determinado nivel de vacío:

mar

100

• Como una presión absoluta

Valor numérico positivo menor que la presión atmosférica.

1000

90

900 ·

80

800

50

500

40

400

• En porcentaje

Vacío absoluto

De forma que cuando nos referimos a un vacío del 90% estamos diciendo que en el sistema, tanque, ventosa, etc. queda solamente el 10% del aire que tendría si estuviese a presión atmosférica. Es decir, expresa el % de vacío conseguido respecto al vacío absoluto.

O

-200

1-

i-

300

-50

·70 200

i-

·80 -90

O

O

-101,3

20 t30

·10

-300

1-

-400

1-

-1 5

·500

1-

·20

1-

40 t-

·60

!--

100

10 1·5

-40

200 ~

1-

-30

100 10

-100

500

300

20

Valor numérico positivo, mayor cuanto menor es la presión absoluta.

!--

-20

400

30

• Como presión de vacío

-10

600

60

Valor numérico negativo para indicar presiones inferiores a la presión atmosférica.

!--

600

700

70

• Como una depresión

700

50 t60 ¡70 t-

-600

-700

1-

·25

!--

-760

80 t90

-30

i-

100

Figura 8.13. Comparativo de los distintos modos de expresión de vacío.

~ 8.3 GENERACiÓN DEL VAcío Los dos sistemas más comunes para la generación del vaCÍo en aplicaciones industriales, ambos muy extendidos en la actualidad, son las bombas mecánicas accionadas por un motor eléctrico y los eyectores fluídicos basados en el principio VENTUR!.

Presión en bar Nivel de la presión de utilización

8.3.1. BOMBAS MECÁNICAS P. abs.

P. rel.

Fundamentalmente el principio de funcionamiento es común a todas las bombas mecánicas, en definitiva, consiste en el hecho de cambiar de un modo u otro un cierto volumen de aire que fluye de la zona de aspiración, (por ejemplo: un tanque), a la zona de escape, atmósfera. Creando de esta forma una depresión en el interior del tanque, con respecto al valor de la presión atmosférica que reina en el exterior del mismo. Existen varios modelos de bombas mecánicas, pero como ejemplo citaremos solamente las más importantes:

Presión atmosférica P. atm .

o

! P - Relativa +

P, Absol uta

Vaclo absoluto Figura 8.12. Diferentes expresiones del vacío .

168 / © ITP-Pa raninfo

• VENTILADOR CENTRÍFUGO ©

sw::: ESPAÑA,

Sil..

© ITP-Paran info /

169

DEFINICiÓN DE

• • • • •

DEFINICiÓN DE

VAcio

Teóricamente y sin entrar en detalles referente a la construcción de estos modelos, podemos decir que una bomba de vacío es un compresor conectado al revés. No obstante, la tabla de la figura 8.14 nos proporciona una idea de sus ventajas e inconvenientes que nos puede ser bastante útil para establecer un criterio inicial de selección de las mismas.

VENTILADOR CON CANALES LATERALES BOMBA DE PISTÓN BOMBA DE PALETAS BOMBA DE MEMBRANA BOMBA DE ÁLAVES

Ventilador centrífugo

~ Ventajas:

Vontilador con canales laterales

8.4 EYECTORES

Ventajas:

- Pocas partes en movimiento. - Gran caudal. - Robustez.

- Pocas partes en mer vimienlo. - Gran caudal. - Reducido consumo

VAcio

deenergla.

Inconvenientes:

Inconvenientes:

- Nivel de vacio bajo. - Marcha y paro lentos. - Ruido elevado.

- Nivel de vaclo bajo. - Marcha y paro lenlos. - Ruido elevado.

Los eyectores son componentes que utilizan la energía cinética de un fluido para producir una depresión. El funcionamiento de estos componentes se basa en el principio de BERNOULLI referente a la Ley de conservación de la energía, cuyo enunciado podemos expresar según la siguiente ecuación: 1 2 1 2 P1 +-o·V = P2 +-O·V 2 1 2 2

Siendo: 1_ _ B_o_m _ b_a_d_e-,p,-i_s-,to_'n_---1

Ventajas :

Bomba de membrana

P = Presión del fluido

Ventajas:

- Pocas partes en movimiento. - Oimensiones reducidas. - Precio relativamente bajo.

- Precio rela\Ívamente bajo.

Inconvenientes:

Inconvenientes:

- Elevada emisión de calor. Elevado manteni-

- Caudal reducid o.

/) = Densidad V = Velocidad

o

miento.

ESCAPE I--_B _o'--m - -'b.:.a_d:.e'--"p"a"le"ta:.s=----I

Ventajas:

1_--=B"o.:.m .:.b : .a::...::d:.:e"á::l=av.:.e:.s=-----i

Ventajas:

- Alto vacio y gran caudal. - Ruido relativamente bajo.

- Gran caudal. - Poco mantenimiento.

Inconvenientes:

Inconvenientes:

- Riesgo de contaminación del fluido. - Precio allo. - Alta frecuencia de mantenimiento. - Elevado calor.

- Elevado precio. - Elevada emisIÓn de calor. - Ruido elevado.

Figura 8.15. Principio de funcionamiento del eyector.

Figura 8.14. Características de las bombas mecánicas.

170 I

© ITP-Paraninfo

©

svr: ESPm\ SI\.

© ITP.Paraninfo

/171

DEFINICiÓN DE

VAcio

DEFINICiÓN DE

VAcio

Si la velocidad, la densidad y la presión del aire son constantes en la alimentación y hacemos pasar este fluido a través de una tobera (Fig. 8. J5) con un orificio de pequeño diámetro, a la salida de esta tobera la corriente de fluido circulará con una velocidad muy alta y la presión en esa zona decrecerá (zona del difusor). La gran velocidad del fluido en esta zona arrastra el aire cercano a ella haciendo que entre en el difusor y forme parte de la misma corriente. La relación de la sección del difusor con respecto a la tobera, viene a ser aproximadamente el doble. Si aislamos un cierto volumen (una ventosa o un tanque) en contacto con la salida de la tobera y hacemos pasar la corriente aire de alimentación por la tobera y el difusor, conseguiremos extraer el aire contenido en dicho volumen generando, evidentemente, un vacío. Esto es generalmente conocido como efecto VENTUR!.

El flujo que un eyector puede aspirar, tiene su valor máximo al inicio (Fig. 8.1 6) cuando el volumen a evacuar se encuentra a presión atmosférica, va disminuyendo este a medida que aumenta el nivel de vacío. Esto es totalmente lógico, porque cada vez la diferencia entre la presión del volumen que se está extrayendo y la presión existente en las cercanías de la tobera, es menor.

8.4.1. CARACTERíSTICAS DE UN EYECTOR

8.4.2. INFLUENCIA ENTRE FLUJO DE ASPIRACiÓN Y PRESiÓN DE VAcío

Las características principales de un eyector vienen determinadas por la forma y dimensiones de la tobera y el difusor, puesto que de estos elementos depende: • EL FLUJO MÁXIMO DE ASPIRACIÓN

El flujo máximo de aspiración, es el caudal de aire máximo que el eyector es capaz de aspirar en la unidad de tiempo. Siendo expresado este valor, en NL/min.

La presión máxima de vacío, indica el nivel máximo de vacío que podemos lograr mediante el eyector seleccionado.

En los gráficos de la figura 8.17 se observan las diferencias siguientes: Con una tobera y un difusor de menor tamaño, se obtiene un flujo de aspiración menor, pero se puede alcanzar un nivel de vacío mayor que con un eyector que disponga de una tobera y un difusor de mayor diámetro (Fig. 8.17) .

• LA PRESIÓN MÁXIMA DE VACÍO Pv

p PRESiÓN DE VAclo

Pv ~ TOBERA 2

Qmax

mm

Qmax

Figura 8.17. Relación PV I Qmax.

Q o~--------------~~~~ PRESiÓN ATMOSF~RICA

Figura 8.16. Relación P/Q.

172 / ©

ITP-Paraninfo

Estas dos particularidades hay que tenerlas muy en cuenta, porque según las materias que se vayan a manipular por vacío, nos encontraremos con sistemas más o menos estancos es decir, con o sin fugas . Y, en el caso de aplicaciones con fugas, probablemente, será mas adecuado trabajar con presiones de vacío relativamente bajas y sin embargo utilizar eyectores con gran capacidad de caudal en la aspiración para poder compensar las fugas del sistema. © ITP·Paraninfo /

173

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

8.4.3. EYECTOR CON DOS ETAPAS Si nos basarnos en las conclusiones anteriores, los eyectores con dos etapas de aspiración, reúnen en un solo componente la ventaja de tener un gran caudal de succión y, además, un alto nivel de vacío. La primera etapa de este eyector se compone de una tobera de pequeño diámetro que proporciona un alto nivel de vacío. El difusor de esta primera etapa, que tiene una sección doble que la de su tobera, actúa a su vez corno tobera para la segunda etapa, la cual está diseñada exclusivamente para obtener un alto caudal de succión al inicio, quedando luego anulada por un antirretomo cuando se alcanza el nivel de vacío máximo correspondiente a esta etapa. La figura 8.18 y el esquema 8.19, reflejan lo expuesto anteriormente.

Alta presión de vacio

2" Etapa

1" Etapa

~

ALlMENTAC

Gran caudal de succión

1 1

A

B

/1

/

T"

"'-1 ,r.,

~

CAPE

ANTIRRETORNO

VAcío Figura 8.19. Esquema del eyector de dos etapas.

8.4.4. EYECTOR MULTIETAPA La teoría expuesta en el apartado anterior, trae corno consecuencia el eyector multietapa. Al aumentar una etapa (Fig. 8.20) se reduce el consumo de energía y se aumenta el caudal de aspiración. El eyector consta de una tobera de 1,2 mm. de 0 para alto nivel de vacío y de dos difusores/tobera para el gran caudal de aspiración (Q2 y Q3).

Tobera A

~

L---.:\-----=:::~o\_--+ (ncremento del 250% en el caudal de succión

Caudal de aspiración

Figura 8.20. Principio del eyector multietapa.

Relación "Nivel de vacío - Caudal aspirado" L-_~

Qmáx _ _~.L..

Figura 8.18. Eyector de dos etapas.

174/ ©

ITP·Paraninfo

La curva de la figura 8.21 muestra la forma en que varía el caudal aspirado por un eyector dependiendo del nivel de vacío que existe en cada momento. © ITP·Paraninfo /175

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

a,

Presión de alimentación 4 bar -O. 'í:'

-0.8

.2

-0.6

"

-0.5

e'" g>

Q)

'O

~

Z

-0.7

,,~,"¡

=1-

f\ t~-J--

--

!-. 1--

_..

1 - - ' . - ._¡-- -

-DA

-"

-03 1--

f-

"

-02 . -01

c--I-

,

"

-1-t--

.

.

-l. .. J~ ...~p~

r--

-+ __ .r -

' - ¡--!:--,¡-+--

,....

,- -

r-

- ¡--'-

--E

i=-

Q,

Antirretornos

--1-1--

.. - ¡---

--t- 1.-

l-

:a1 ., '" " ( "I/minso (ANR)'" ) '" "Caudal" aspiración 20

-

a,

o

90

120130

Figura 8.22. Esquema del eyector multietapa.

Figura 8.21. Relación Nivel de vacio· Caudal aspirado.

• Zona estanca: Si la zona en que se desea obtener el vacío está perfectamente sellada, sin fugas , llegaremos a un punto en el que obtendremos el nivel máximo de vacío (Pmáx.). En este momento, el caudal que estemos aspirando será nulo. • Zona con fugas localizadas: Cuando la estanqueidad no sea perfecta en la zona en que estamos aspirando, no podremos alcanzar el valor máximo de vacío, porque tendremos una entrada de aire del exterior que dependerá de la sección por la que se originen esas pérclidas y de la diferencia de presiones existentes (nivel de vacío). El eyector nos llevará a un estado de equilibrio en el cual el caudal aspirado QI coincidirá con las pérdidas a un nivel de vacío deternúnado PI' Según el gráfico 8.21: Q¡ =30Nl/m.

Valor de las fugas.

PI = -0,2 bar

Presión de vacío máxima alcanzada.

• Zona con grandes fugas: Si el sellado en la zona a aspirar es nulo o se trata de manipular elementos muy porosos, las pérdidas de presión son tales que el eyector (a pesar de estar aspirando el caudal máximo Qmáx.) puede no ser capaz de restituir estas fugas y, entonces, crear un insignificante nivel de vacío. Dispone el eyector de dos antirretornos para aislar las etapas entre sí, en función del valor del vacío alcanzado en cada una de ellas (figura 8.22). 176 / ©

ITP·Paraninfo

Eyector multietapa con economizador de energía. El eyector de la figura 8.23, es un eyector multietapa con electroválvulas de alimentación de aire y expulsión de pieza, vacuostato y filtros; todo ello montado en una unidad. Este eyector está pensado para los sistemas de manipulación, en los cuales, es importante mantener un bajo consumo de energía. Según el símbolo de la figura 8.24 al sistema descrito en el apartado anterior, se le ha añadido una tercera válvula antirretorno con objeto de retener la presión de vacío sin necesidad de consumir aire comprinúdo en la alimentación. Por lo tanto, se consigue AHORRO DE ENERGÍA.

Figura 8.23. Eyector multietapa.

El eyector está funcionando hasta conseguir una depresión establecida en el vacuos tato, cuando esta depresión es alcanzada, la electroválvula se desconecta y la presión de vacío es retenida por la válvula R¡. © ITP·Paraninfo /

177

DEFINICiÓN DE

VAcio

DEFINICiÓN DE

VAcio

Unidades combinadas

EV1(Eleetroválvula alimentación)

Son unidades que integran un eyector de dos etapas, electroválvulas para el control de vacío y soplado, ajuste del caudal de soplado, filtro de succión, silenciador de escape y vacuostato (Fig. 8.26). EV2 (Eleetrov. expulsión)

Vacuostato

ectrov vu a allmentaclón

v

Silenciador

Figura 8.24. Esquema del eyector multietapa.

,,

.. _--_

El aparato vuelve a ponerse en funcionamiento cuando el valor de la presión de vacío desciende hasta el umbral establecido en el vacuostato con nivel mínimo admisible. De este modo y según la comparación de los gráficos de la figura 8.25, existe una clara diferencia, entre un sistema tradicional y otro sistema con economizador. En la parte superior del gráfico el eyector debe ser alimentado constantemente para mantener la presión de vacío, sin embargo, en la parte inferior la alimentación es intermitente, estando el tiempo de intervalo (T) entre conexiones condicionado al grado de estanqueidad de la superficie del producto a transportar.

, ,

1/

/'

Control positivo

de pieza Consumo de aire

, ,

- 0,75 ba - 0,70ba - 0,50 ba

'1/

ALIMENTACiÓN CONTINUA

U

Consumo de aire

L,.,

n _ NTERVALO

ALlMENTACI ÓN INTERMITENTE

Figura 8.25. Diagrama comparativo de eyectores con y sin economiz~dor.

ITP·Paranin!o

Filtro

'----.,¡ ---1-' : >t-----------3F--t ........... ,_____ ___, Electroválvula expulsión

g Vacuostato

Figura 8.26. Esquema de una unidad combinada.

Cuando la presión de vacío en la línea del filtro es mayor que la que podemos conseguir en la 2' etapa del eyector, la lengüeta de goma (antirretomo) se cierra provocando que el aire de la conexión de vacío sea sólo aspirado a través de la primera etapa del eyector (etapa de alta presiól) de vacío). Cuando en una instalación de vacío son necesarias varias ventosas, los eyectores pueden ser montados de forma modular en bloques con alimentación y escapes comunes, a través de placas finales.

/

Control posijivo de pie~a

178 / ©

Antlrretorno

El cambio desde la fase de alto flujo de aspiración a la fase de alta presión de vacío se realiza espontáneamente a través de una lengüeta de goma que hace las funciones de antirretomo y que está situada entre el filtro de succión y la cámara de la segunda etapa del eyector.

Vacío Mbim (-0,86 b~ ,)

- O,SO ba

,,

.._-,

El número máximo de unidades que se puede colocar en un bloque depende del tamaño del eyector que lo compone y de si el escape se realiza por uno o por los dos lados. En la figura 8.28 vemos un conjunto de unidades modulares montadas en bloque, dispuesto para comandar un número de ventosas. © ITP·Paraninfo / 179

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

De las consideraciones anteriores, las tres primeras están interrelacionadas con la última. Por este motivo hay que estudiar, en primer lugar, el objeto que queremos manipular, su forma geométrica, su porosidad, su calidad superficial y todo aquello que pueda entorpecer el cierre estanco entre la ventosa y el objeto a manipular, o la estanqueidad de la conducción hasta el eyector. Y por tanto, se pueden prefijar, inicialmente, dos tipos de sistemas: • SISTEMAS ESTANCOS • SISTEMAS CON FUGAS En cada caso, el cálculo y el criterio usado en la selección del eyector es diferente y, por tanto, es conveniente estudiarlos por separado.

8.4.6. SISTEMAS ESTANCOS Figura 8.27 . Aspecto de una unidad combinada .

Para sistemas de vacío cuyos valores de fuga son muy bajos o casi nulos, como por ejemplo: conducciones estancas o ventosas que realizan buen contacto con la superficie del objeto a elevar y que a su vez el objeto es compacto y sin porosidad apreciable, el nivel de vacío alcanzado, en estos casos, se puede considerar el máximo que es capaz de proporcionar el eyector. y por tanto, la capacidad de flujo del eyector estará condicionada solamente al volumen de aire a evacuar y al tiempo de respuesta que exijamos al sistema. Por todo ello, para la selección del eyector se pueden realizar los cálculos mediante el empleo de las siguientes fórmulas :

Figura 8.28. Unidades combinada s montadas en bloque.

Q,

=V [~~ )

T, = 3 T,

8.4.5. SELECCiÓN DE LOS EYECTORES

V=

Para seleccionar el tamaño del eyector de forma adecuada, hay que considerar los parámetros siguientes: • Caudal de succión necesario.

(s)

,, · D'· L 4·100,0

(litros)

Donde:

• Presión final de vaCÍo que se desea alcanzar. • Tiempo de respuesta del sistema. • Fugas del objeto a manipular por: forma geométrica, porosidad, ondulación, etc. 180 / © ITP·Paraninfo

(NI/min)

©

Q¡ Caudal medio requerido

Nl/min.

TI Tiempo de respuesta para e163% de Pv

s

T 2 Tiempo de respuesta para el 95% de Pv

s

sva: EWÑA. 5A.

© ITP·Paraninfo /

181

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

V Volumen a evacuar

I

0,2 0,18

D Diámetro del interior del tubo

mm.

L Longitud del tubo

V

0,16

~

m.

~

y la máxima capacidad de flujo necesaria en el eyector será, entre 2 y 3 veces el caudal medio:

..,ñi "'"

0 ,14 0,12

/

0.1

/

.....-

/ Seecj6 1 mm 2'

/ I

0,08

(.)

0,06 0.04 0,02

o

o

20

40

60

80

100

DEPRESIÓN (·KPa) Figura 8.30. Pérdidas a través de un orificio.

8.4.7. SISTEMA CON FUGAS Para los sistemas de manipulación por vacío donde existen fugas, por ejemplo: manipulación de materiales porosos o superficie rugosa (figura 8.29) la situación para el cálculo es totalmente diferente a la anterior. En este caso, para mantener el nivel de vacío deseado, en primer lugar hay que localizar y evaluar las fugas del sistema, con el fin de poder compensarlas con un eyector, el cual tenga una capacidad de flujo de succión mayor que la necesaria para un sistema estanco.

k Ir t

/\.....

Ventosa

I Objeto

Material poroso

V

8.4.8. DETERMINACiÓN DE LAS FUGAS EN SECCIONES DESCONOCIDAS Si se desconoce el valor de la sección expuesta a fugas, un método sencillo para determinarlas, es posible según el ejemplo siguiente: EZH

Ventosa P = 4,5 bar

~Objeto

'- Vacuómetro Ventosa

Material rugoso

Figura 8.29. Succión en materiales porosos o rugosos.

Material poroso Figura 8.31. Determinación de fugas.

8.4.7.1. Fugas a través de secciones conocidas Cuando es conocido el valor de la sección que origina la pérdida de presión, con la ayuda del gráfico 8.30, es fácil hallar el caudal de fuga. Los valores del gráfico, son para un orificio de lmm2 de sección. Para obtener la pérdida total, basta multiplicar el valor obtenido en el gráfico, por la sección total localizada. 182 / ©

ITP·Paraninlo

© SVC ESPAÑA. SA.

Un sistema de vacío para manipular un material poroso, según el esquema de la figura 8.31. El circuito de vacío está compuesto por una ventosa y un eyector alimentado a 4,5 bar. Cuando la presión de vacío se estabiliza, el vacuómetro indica un valor de -400 mmHg. Para hallar el valor del caudal de fugas se procede de la siguiente forma: © ITP·Paraninlo /

183

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

Alimentando el eyector a 4,5 bar, en el gráfico (a) de la figura 8.32 pueden leerse los siguientes valores:

----+----

-700

o; -500 I

0-600

• Presión de vacío = -650 mmHg.

..s -400 -

:F-soo E

• Caudal máximo = 12 NI/min.

i

l o~ -300

; :~~~ :-y_

6 --

Sin embargo la lectura por orden 1 - 2 - 3 del gráfico (b) nos indica:

,,-100

~ ~

• PI = -400 mmHg. (presión en el vacuómetro) • QL = 5 NI/min. (caudal de fugas)

....

-"- ____1-

0-350

-S-400

Que es el resultado de un eyector trabajando en un sistema sin fugas.

-.;..,-f---l----'--·H

E

:._~---: O:

I

.~.

:0

t

-300 @l -250

T

I

u

g!

.g

"

80

i

,

.2 -200

00

05 203040 60

-

.~

Q.

Caudal de succión (NI/min)

-100

l

~

a 05203040

60

80 100

Caudal de succión (NI/min)

Figura 8.33. Comparación de valores para dos eyectores distintos.

Gráficos presión de vacío I Caudal de succión -700

.~ ~+-~+

.-1_

~.

~~t

-700

c; -600 I

¡..

\;

~ -500

\

~

~..

-; -400 0 - 6 .!;l I > ¡ al

-300 ~200

-o

.J-~

.. -

"__ -

Presión de alimentación (bar)

.

I -

-

I

'00

I!! a.

-~-

-_.

.~

.g

f

-1-- -- -- - f

8.4.10. CÁLCULOS PARA SELECCIONAR EL TAMAÑO DEL EYECTOR Una vez conocido el valor de las fugas , para calcular el Qmáx. del eyector, (cuyo valor nos indica el tamaño y el diámetro de la tobera), se procede según el siguiente cálculo, teniendo en cuenta que para hallar el tamaño del eyector, es necesario sumar el valor de las fugas (QL) al caudal medio requerido (Q,) .

--L-

-100 @l

o

5

1

10

15

20

Caudal de succión (NI/min)

O, =V ( ~~ } OL T, =3 -T,

(NI / min)

(s)

Figura 8.32. Gráficos presión de vacío I caudal de succión.

V

8_4.9. CONSIDERACIONES PARA LA SELECCiÓN DEL EYECTOR EN UN SISTEMA CON FUGAS. ¿ALTA PRESiÓN O GRAN CAUDAL DE SUCCiÓN? No se puede establecer una regla fija que nos decante por una u otra elección. En todo caso, según el resultado obtenido de la comparación de los datos técnicos del fabricante, se debe seleccionar el eyector más adecuado en cada caso, de forma que sea capaz de compensar las fugas del sistema, y mantener la presión de vacío requerida. 184 / © ITP-Paraninfo

¡¡ -D' L 4·1000

(litros)

O~ = (2 = 3)·0 ,

(NI/min)

Donde: QL Caudal de fugas

NI/min.

Q 1 Caudal medio requerido

NI/min.

TI Tiempo de respuesta para el 63% de Pv

s

T2 Tiempo de respuesta para el 95 % de Pv

s © ITP-Paraninfo

/ 185

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

V Volumen a evacuar

Tiempo de respuesta

D Diámetro del interior del tubo

mm.

L Longitud del tubo

m.

Conexión ElectroNeumát.

-, O;

Para obtener los resultados con mayor rapidez, el cálculo puede realizarse utilizando los gráficos 8.37 y 8.38. Fijando el volumen (V) y el tiempo de respuesta TI Ó T 2 , obtendremos el caudal máximo (Qmáx)' y para seleccionar el tamaño del eyector tendremos que sumarle a este caudal (Q max. . ) hallado en el .grafico, tres veces el valor de las fugas, quedando finalmente:

J:

E

,S .2

">

'"

"e

'tl

Caudal del eyector = Qm" + (3· Ql)

ON OFF

(NI / min)

[

'0 .¡¡;

1

a.

~

L~.

1Vagio

Pv PV . 95%

Pv . 63%

V

~ T,

l

2T,

fiAb'l1

I

3T,

Tiempo de respuesta (s) Figura 8.35. Gráfico de tiempo de respuesta.

~ 8.5. CÁLCULO DEL TIEMPO DE RESPUESTA DE LOS SISTEMAS Desde la apertura de la electroválvula para alimentación del eyector (figura 8.34) hasta conseguir el vacío final en la ventosa, existe un tiempo de ciclo. Este tiempo puede representarse como una entrada en escalón (figura 8.35) y está condicionado a la capacidad de succión del eyector y al volumen de aire que hay que evacuar en el sistema de conducción, ventosa, y finalmente, al nivel de vacío que se quiera conseguir.

El gráfico, antes mencionado, relaciona el tiempo TI necesario para alcanzar el 63 % de la presión de vacío final, y el tiempo T 2 empleado en alcanzar el 95 % dePv.

8.5.1. CÁLCULO DEL VOLÚMEN A EVACUAR El volumen de la conducción relaciona el área y la longitud del tubo entre el eyector y el sistema: ventosa, tanque, etc. en que se quiere crear vacío. Para el cálculo de la sección efectiva de paso en las tuberías de conducción hay que tener en cuenta los siguientes factores: • RESISTENCIA AL FLUJO (PÉRDIDA DE CARGA)

Electroválvula alimentación

• REDUCCIÓN AL MÍNIMO DE LOS VOLÚMENES A EVACUAR Evidentemente, estos dos factores representan una gran desavenencia, pues una conducción amplia proporciona menor resistencia al flujo pero, sin embargo, aumenta el volumen a evacuar y, como consecuencia, el tiempo de respuesta o el tamaño del eyector.

Figura 8.34. Esquema de montaje de vacío.

186 / © ITP-Paraninfo

En resumen, hay que diseñar las conducciones con la sección efectiva adecuada para obtener resistencias al flujo admisibles y la longitud menor posible para disminuir el volumen que hay que evacuar. La figura 8.36 nos proporciona un valor efectivo entre longitud y diámetro interior del tubo. ©

srvr:

EsPAÑA SA.

© ITP-Paraninfo /

187

DEFINICiÓN DE

VAcio

DEFINICiÓN DE

Gráfico sección efectiva Diámetro Intenor det tubo (mm)

60

r - - - _9

.s~ U .!!1 '" e 'o

NI/min.

T¡

Tiempo de respuesta para el 63% de Pv

s

s

T2

Tiempo de respuesta para el 95% de Pv

V

Volumen a evacuar

40

D

Diámetro interior del tubo

mm.

30

L

Longitud del tubo

20

S

Sección efectiva del tubo

m. mm 2

I r----.;.......§.6__-.:._

'8

Máxima capacidad de flujo del eyector

50 -

N

E

Qmáx.

VAcio

10

~

0,t:::;;;::;;:I;;:~;:;;~~~~~~~ 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 ~ 5 10 Longitud del tubo (m)

8.5.3. MÉTODO GRÁFICO PARA EL CÁLCULO DEL TIEMPO DE RESPUESTA

Figura 8.36. Gráfico de sección efectiva.

8,5.2. CÁLCULOS PARA DETERMINAR EL TIEMPO Una vez determinado el caudal de succión y el volumen de la conducción y ventosa o sistema, el tiempo de respuesta, viene determinado por las siguientes fórmulas:

T,= V(~)

T,= 3T, V=

(s)

(s)

1t · O'· L 41000

O1 = (~ 2

(titros)

= ~). 3 O

O,= S·11,1

·

mal:

(NI / min)

8:888~

(NI/min)

"--: - I

",-: .,-__

0,1

.L

0,2 0,3

0,5 0,7 1

2

3

5

7 10

Longitud tubería (m) Figura 8.37. Cálculo del volumen.

Donde:

Q¡

Ó

Q2 (elegir el menor)

Caudal medio requerido

Nl/min.

Máxima capacidad de flujo de la conducción NI/min. 188 / ©

I

0,001

ITP·Paraninfo

Con los gráficos que se muestran a continuación, es posible hallar el tiempo de respuesta de un sistema de forma cómoda y rápida. En el gráfico de la figura 8.37 se relacionan: el diámetro de la conducción y la longitud. La figura 8.38 © ITP·Paraninfo

/ 189

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

nos proporciona el tiempo de respuesta en función del volumen anteriormente hallado, y el caudal (Qmá) del eyector elegido. Con el gráfico anterior es posible hallar directamente el volumen a evacuar en la tubería de conducción:

Con este nuevo gráfico se determina el tiempo de respuesta TI o T2 necesario para evacuar un volumen de aire o el paso efectivo S (mm 2 ) de la válvula y tubería.

Ejemplo:

Ejemplo: Hallar el volumen de una tubería de 5 mm., de diámetro interior y 1 m. de longitud.

Hallar el tiempo TI de respuesta para evacuar el volumen calculado en el ejemplo anterior de 0,02 litros con una presión de vacío final del 63% de Pv, utilizando un eyector cuyo caudal de succión máximo es de 12 Nl/min.

Solución: Interpolando la longitud de la tubería de 1 m. verticalmente con su diámetro interior de 5 mm. obtendremos el resultado de:

Solución: Interpolando, en el gráfico, el caudal (Qmáx) del eyector de 12 Nl/min. con la línea inclinada del volumen a evacuar (V = 0,02 litros) obtendremos el resultado de:

V = 0,02 litros

TI =0,3s T 2 = 0,9 s

8.5.4. RENDIMIENTO DE UN EYECTOR El rendimiento es un criterio aplicado para realizar una comparación objetiva entre la eficacia de las toberas de aspiración (de una o de varias) y podemos expresarlo mediante la siguiente fórmula: r¡(pv)

1 + t(pv)· Q V

0,1

0,2 0,3

0,5 0,7

1

2

f)

T1,

, 0.3

0,6 0,9 1,5 2,1 0,1

3 -~ 5 7

6

i,"Q

20 30

50 70 100

(sec) = 63 % de Pv

S 152130

T2 (sec)

10

60 90

150

t(pv)

Tiempo de evacuación en segundos de un volumen (V) en litros con una presión de vacío Pv.

Q

Consumo de aire de la tobera (Nl/min.)

V

Volumen que debe ser evacuado (L)

300

=95 % de Pv

Figura 8.38. Tiempo de respuesta.

190 1© ITP·Paranin!o

Donde:

© SV[; ESPAÑA $A.

© S\II:: ESPAÑA SI\.

© ITP·Paranin!o 1191

DEFINICiÓN DE

~

VAcío

DEFINICiÓN DE

VAcío

En el caso de alimentación común de varios eyectores hay que calcular la tubería lo suficientemente amplia para evitar las fluctuaciones de presión. Estas variaciones en la presión de alimentación influyen en las curvas características, como se ha visto anteriormente, sobre la presión de vaCÍo y por tanto pueden también producir un funcionamiento anómalo de los vacuostatos.

8.6. RECOMENDACIONES PARA EL USO DE LOS EYECTORES

8.6.1. ALIMENTACiÓN DE PRESiÓN El diagrama de la figura 8.40 presenta rasgos comunes para todos los eyectores del tipo de alta presión de vacío. El máximo nivel se alcanza con una presión de alimentación entre 4~4,5 bar. Incrementando la presión por encima de estos valores solamente conseguiremos consumir más aire comprimido y un mayor nivel de ruido en el escape, posibilidades que deben ser siempre evitadas. El flujo máximo de succión se obtiene también con los mismos valores de alimentación, incluso, como se puede observar en el gráfico, con una alimentación a mayor presión el caudal de succión decrece. Por otra parte, el consumo de aire está representado por una proporción lineal en relación con la presión de alimentación. Hay que procurar que la alimentación del eyector sea segura y constante en su valor. Una caída de presión por debajo de los 4 bar provoca una importante disminución de la presión de vaCÍo. Se debe prestar especial atención a las conexiones y tubos de alimentación, sobre todo cuando se utiliza una tubería de alimentación común para varios eyectores.

8.6.2. FILTRADO DEL AIRE Es conveniente prever un filtro en la alimentación no mayor de 5 micras y otro en la succión para evitar que en el eyector y, sobre todo, en la tobera, que se introduzcan partículas y polvo del ambiente. Se recomienda utilizar en suc~ ción filtros con una porosidad de 30 micras, porque filtros de menor porosidad pueden originar caídas de presión importantes.

8.6.3, OTRAS RECOMENDACIONES Zona de alimentación ideal

T

Escapes

-'---'~',

En los modelos tipo caja, se debe tener cuidado de dejar un lateral libre, sin obstrucción, pues el escape lo realiza por una ranura situada a cada lado.

~ el

-798

E

-665

L-o;-:-i ~-i 50 ~

'é: -532

e.

I

~

e

E

'¡¡ ~ -399

-300

(J)

'O

-200

I

En los modelos con conexión de tubo en escape, la longitud del mismo no excederá de 0,5 m.

~ .¡¡;

I

(J)

25 'O

Circuito de vacío

O

E :;¡

-100

La longitud del tubo entre eyector y ventosa debe mantenerse lo más corta posible para evitar pérdidas innecesarias en el nivel de vaCÍo. También debe tenerse cuidado de no estrangular el tubo al fijarlo a la ventosa.

UJ

e

O

~_~~L!-' O Ü

O 6 Presión de alimentación (Kg/cm 2 )

La figura 8.41 muestra algunos eyectores existentes con sus características, ventajas e inconvenientes.

Figura 8.40. Zona de alimentación ideal en los eyectores.

192 / ©

ITP-Paraninfo

©

SI\IC ESPA~ SA

© ITP-Paraninfo /

193

DEFINICiÓN DE

VAcío

DEFINICiÓN DE

I-_E__y_e c_I_O_' _s_im - "p_le'---_--1

Ventajas:

VAcío

8.7.1. FUERZA DE ELEVACiÓN TEÓRICA ¡--_E-'y'--e'--c'--Io:c'__m .:c.::u'--II'--ie:::ta=-::p=a-----j

- Precio bajo - Ausencia de emisión de calor. - Reducidas dimensiones.

Ventajas:

- Extremado silencio - Ausencia de emisión de calor. - Consumo de energía relativamente bajo

-

1----- --1

Inconvenientes:

Inconvenientes:

- Elevado ruido - Bajo caudal de aire

- Mayor coste respeclo al eyector simple.

aspirado con alto

vacío o viceversa. - Elevado consumo de aire

Eyeclo, "slol"

I---"----'--'--'--'----~

Vo·t.j·•• ·

"

.

Eyector multicaraterísticas

- Compacto.

- Ausencia de calor.

Ventajas: . Elevado rendimiento. - Elevado caudal de aire aspirado y vacio

Pv

- Rápido y con poco

consumo de aire.

Inconvenientes :

Inconvenientes:

- Sensible a la conta-

- Mayor coste respeclo al eyector simple.

minación.

Figura 8.41. Formas constructivas de eyectores.

Figura 8.42. Principio de funcionamiento de una ventosa.

La fuerza de sujeción teórica que realiza una ventosa, viene determinada por la diferencia de presión entre la atmósfera y el interior de la ventosa, multiplicada por el área efectiva de la misma. Cuanto mayor es la depresión en el interior de la ventosa, mayor es la fuerza ejercida en el exterior debido a la presión que la rodea. F

T

~

=(p

•

1t

D'

- P ). _ . - · 981 v 4.100 '

(N)

8.7 VENTOSAS Donde:

La ventosa es el elemento final utilizado en la manipulación por vaCÍo. Constituye un sistema eficaz. simple y económico para el movimiento de los materiales más variados y es. por tanto, una alternativa a métodos de manipulación más complicados y costosos. La ventosa puede elevar, trasladar y coger objetos de peso variable, desde pocos gramos, hasta varios Kg. Su selección debe realizarse según los parámetros siguientes: • La fuerza a elevar.

Presión atmosférica

Kgf/cm2 absoluta

Presión en el interior de la ventosa

Kgf/cm2 absoluta

Diámetro de la ventosa

mm.

Fuerza teórica

N

o también:

• La posición del objeto (horizontal o vertical). • La forma geométrica.

2 n·0 F _ _Pv_ . _ _ 1013981 T - 760 4 .100' ,

(N)

• La compatibilidad del material. • La velocidad lineal o angular de traslación y el frenado. 194 / ©

ITP-Paraninfo

Presión de vacío en mm.Hg. © ITP-Paraninfo

/ 195

DEFINICiÓN DE

VAcío

DEFINICiÓN DE

FUERZA DE ELEVACiÓN TEÓRICA (N)

_.

lO Ventosa

...... • ..., '" ~ ..... r ..,.

A : Area de la ventosa (cm2)

¡--~

mbarltnm >19)

,

,

'"

~--4~ ' -

..., t= 53>

--

, • ,

10

13

0,031 0,125 0,283 O.78!:i

1.33

" " " "

2,01

3.14

4,91

.

t = coeficiente de seguridad

" " "

100

'25

8.04 12.60 19,60 31,15 50,24 78,SO 122,65

0,27

1.09

2,45

6,80 11,70 17,40 27.20 42,50 69,70 109,2 169.8 270.1 435,4 680, 3 1062.9

0,25

0,98

2 ,26

6.30 10,80 16.10 25.10 39,30 64,30 100.8 156,7 249.2 401 .9 62 7,9 981,2

0,23

0.92

2,07

5,80

S."

0,21

O...

1,89

5,20

9.90 13,40 20,90 32.10 53.60

".0 130,6 207,7 333,9 52U 817,6

0,19

0,76

1.70

4 ,70

8,10 12,10 18,60 29,50 48,2 0

75,6 117,6 186,9 301,4 471.1

735,9

0.17

0,67

1.51

4,20

7,20 10,70 16.70 26.20 42,90

67,2 104.5 166,1

654.1

0,14

0,59

1,32

3,70

6,30

9,40 14,60 22,90 37,SO

58.8

91.5 145,4 234,4

0.50

1,13

".3

572,4

0,12

3.14

5,40

8.00 12.60 19,60 32.1 0

50,4

78,4 124.6 200,9 313,9

490,6

14.70 23.00 36,00 58,90

VAcío

92,4 143,7 228,4 368.4 575.6

267,9 418,6

899,4

Figura 8.43. Tabla de fuerzas teóricas de ventosas.

Elevación horizontal: ~

• Dinámico • Estático

4 ~ 2

Elevación vertical: • Dinámico • Estático

~8 ~4

y la fuerza real de elevación será:

8.7.2. FUERZA DE ELEVACiÓN REAL Para el cálculo de la fuerza real de elevación hay que tener en cuenta los parámetros siguientes: • ORIENTACIÓN DE LA VENTOSA

Donde:

• VELOCIDAD LINEAL O ANGULAR DE TRASLACIÓN • FRENADO DE LA MASA Si combinamos los resultados teóricos con los experimentales, se pueden fijar coeficientes de seguridad que nos permitan calcular con garantía la fuerza real de elevación.

Fuerza real

N

Fuerza teórica

N

Coeficiente de seguridad Si empleamos la siguiente fórmula, podremos calcular directamente el diámetro de la o las ventosas necesarias en cada aplicación:

Ventosa

t

D=

4 7t

760 . W t . 100 Pv ·1,013 n

(m.m)

Donde:

w Elevación Horizontal

Elevación Vertical

n

Número de ventosas

w

Peso de la pieza Coeficiente de seguridad Presión de vacío

Figura 8.44. Formas de elevación con ventosas.

196 / ©

ITP-Paraninfo

Kgf.

© Svt:: ESPAÑA. $A.

mm.Hg © ITP·Paran info /

197

DEFINICiÓN DE DEFINICiÓN DE

VAcio

VAclo

8.7.3. CONSIDERACIONES SOBRE EL CIERRE DE LAS VENTOSAS En el cálculo de la fuerza real se puede observar que incluso aplicando factores de seguridad, como los indicados, se pueden manipular masas considerables. No obstante, también hay que tener en cuenta dos condiciones fundamentales referentes a las ventosas: • LA VENTOSA DEBE MANTENER SU TAMAÑO INICIAL • HAY QUE ASEGURAR QUE LA PRESIÓN DE VACÍO ALCANCE SU VALOR DE CÁLCULO

La primera de estas condiciones depende casi exclusivamente del material y calidad de la ventosa, y de la forma geométrica que hayamos elegido. Si esta forma geométrica es inadecuada o el material resulta demasiado débil, la ventosa puede deformarse y ello puede hacer que el área de contacto efectiva disminuya. (figura 8.45).

En este caso la circulación de aire se produce desde la zona de presión atmosférica hacia el interior de la ventosa a través del espacio existente en el borde que es lo que representa la restricción fija. El nivel real d: vacío depende de la relación entre la capacidad del eyector (flUJO de aSplTaClón) y el volum~n de las pérdidas (aire que penetra desde la atmósfera). Ejemplo: Supongamos una ventosa de diámetro 200 mm. que realiza un cierre en una placa dejando una restricción en el borde de 0,01 mm .

Luego el área de restricción será: S =D . !t . 0,01

=200 x 3,14 xO,01 =6,28 mm'

Si disponemos de un eyector cuya capacidad de flujo sea de 68 NI/min. por cada mm2 de sección efectiva será: 68/6,28 = 10,82 NI/min.

Tamaño original

Tamaño deformado Punto de presión mínima de trabajo

D>d

;].

10 9 8

« I/l

7

e

w

6

z

-o ¡¡;

5

w et:

4

:::;

d

D

« e Figura 8.45 . Cambio de área de contacto.

Si esto ocurre, se generarán pérdidas en el nivel de vacío debido a que penetra aire procedente del exterior, este fenómeno se puede considerar similar a un flujo continuo a través de una restricción.

Il.

/

.L 1

I

7-

S

Pv

------------~,~,----

..

Figura 8.46. Cierre defectuoso del borde.

198 1 ©

I~'" 1----- 6

--- ~A 1---..

3

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I

I ~ ..,..., ~:d::: di

1

_

-----

:--:-.

~ ~~ N ,---. D

4 :

!!:.. 2

Pat = -1,013 bar

2 S::. 1mm ~~. (P~'I PRESiÓNDE ENTRAIilA

(P 1+1 .013),(1.89)(P,+1.013)

,/

f-.¡.--

j-

- -- --

-

: I

o

20

40

5~

60

Qn= 54,44

80

100

120

Q = Nl/min Figura 8.47. Gráfico PID. © ITP·Paraninfo 1199

ITP·Paraninfo

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

Con este valor y la ayuda del diagrama P/Q de la figura 8.47, para I mm 2 de sección efectiva puede observarse que con este caudal de pérdidas la caída de presión es del orden de 0,12 bar; con lo cual la presión de vacío P V dentro de la ventosa es por supuesto 0,12 bar menos que en el exterior. Esta pérdida reducirá la fuerza de elevación de la ventosa hasta un valor teórico de 37 Kg. aproximadamente. Si mantenemos las mismas condiciones pero con un flujo de aspiración mayor (\20 NI/min.) se consigue, según el diagrama, una diferencia de presión de 0,5 bar. Por otra parte, si logramos reducir el hueco a 0,00 I mm. la sección equivalente de este nuevo sistema será de 0,628 mm2 y el aire que penetra en el interior de la ventosa tomará características de flujo sónico limitándose entonces el caudal a 14 NI/min. por cada mm 2 de sección efectiva y, la pérdida de presión de vacío será entonces solamente del 6%. Este ejemplo sirve como caso práctico para comprender que gran parte de la eficacia de un sistema de vacío depende de la calidad del cierre que realicemos entre la ventosa y el objeto a manipular. La fuerza de cierre se realiza aplicando una fuerza mayor sobre la ventosa. ¿Cómo obtendremos esta fuerza? Esta fuerza la obtendremos del incremento en la diferencia de presión entre el interior y el exterior de la ventosa; también hemos visto como esta caída de presión es consecuencia directa del flujo de aspiración y no de la presión de vacío máxima del eyector, puesto que dicha presión no se puede obtener sino después de haber conseguido el cierre adecuado sobre la pieza.

SIL/CONA • Es un material de color blanco lechoso, semitransparente y más flexible que el NBR. Resiste temperaturas muy bajas y muy altas. Apta para uso alimenticio.

VITÓN • Se utiliza cuando las ventosas hayan de aguantar temperaturas extremadamente altas.

GOMA DE CONDUCCIÓN ELÉCTRICA • Para la manipulación de componentes electrónicos que puedan ser dañados por la electricidad estática.

8.7.4.2. Según la forma geométrica Para que el cierre de la ventosa sea lo más hermético posible, hay que estudiar el objeto que se quiere manipular y adaptarse ~ la ventosa con la forma geométrica más adecuada. Se muestran a contlUuaClOn algunos tIpOS de ventosas útiles para realizar diferentes tipos de trabaJO .

Ventosa universal Es el modelo más simple de ventosa, apto para la manipulación de objetos planos o ligeramente curvos.

Todo esto indica que la característica más importante, inicialmente, en un eyector es la de aspiración y no la presión máxima.

Figura 8.48. Ventosa universal.

8.7.4. SELECCiÓN DE LA VENTOSA

Ventosa con fuelle

8.7.4.1. Según el material

Se utiliza cuando existe la necesidad de compensar diferencias de nivel. Usando la ventosa con fuelle, con un so lo sistema se puede manipular objetos con altura y forma diversa. Esta ventosa tolera también pequeños desplazamientos, útil para ligeros movimientos de separación. Poco recomendable para elevaciones verticales .

El material con que se realizan las ventosas ha sido estudiado para cada situación en función de varios requerimientos:

NBR • Útil para aplicaciones normales, prácticamente el 90 % de ellas . Este material tiene buena resistencia al aceite y una modesta resistencia al envejecimiento.

200 / © ITP·Paraninfo

© SIVC ESPAÑA. SA.

Figura 8.49. Ventosa con fuell e.

© ITP·Paraninfo / 201

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

Ventosa multifuelle

Ventosa plana con refuerzo interior Son ventosas dotadas de un particular refuerzo interior que asegura una excelente estabilidad para la elevación y el movimiento en superficies lisas, también de grandes dimensiones como hojas de cartón, láminas de metal y de material poroso. Los refuerzos (apoyos interiores) impiden que el material se deforme por efecto de la presión hacia el interior de la ventosa y permite también aplicaciones con fuerza paralela a la superficie de apoyo de la ventosa.

Se utiliza para las mismas aplicaciones que la vista anteriormente, tolerando sin embargo, mayores diferencias de nivel, dando un movimiento de manipulación muy importante. No son idóneas para altos niveles de vacío. Se puede aumentar su rigidez mediante anillos. Figura 8.50. Ventosa multifuelle.

Figura 8.53. Ventosa con refuerzo interior.

Ventosa profunda Ventosa plana, interior con apoyo y válvula Se emplea sobre superficies curvas e irregulares, también en aquellas aplicaciones en que la ventosa debe sujetar en ángulo. No es conveniente su uso en superficies planas. Particularmente adaptada para la elevación.

En un montaje con varias de estas ventosas se ha evitado el riesgo de succión atmosférica por alguna, pues sólo abrirá el vacío cuando exista contacto con la superficie de apoyo. Por consiguiente, se puede garantizar mayor seguridad, menor consumo de aire y una toma de contacto muchísimo más rápida.

Figura 8.51. Ventosa profunda .

Figura 8.54. Ventosa con apoyo y válvula.

Junta esférica

Ventosa con perfil Cuando se deben mover objetos pesados, la ventosa puede encontrarse sometida a esfuerzos de flexión. A fin de evitar esto, la ventosa puede conectarse a una junta esférica (rótula). Las rótulas montadas en cada una de las ventosas que conforman el sistema de elevación pueden soportar elevadas cargas y adaptarse a la forma del objeto a manipular.

Figura 8.52. Junta esférica.

202

I © ITP-Paraninfo

¿

(

li

Estudiada para superficies irregulares y abrasivas, como bloques de piedra, de cemento y hojas de chapa granulada. Se emplea en superficies delicadas sin dejar marca. Esta ventosa se puede realizar en formas y dimensiones diferentes, en función del objeto a manipular. Para compensar eventuales inclinaciones de los objetos, puede dotarse con juntas esféricas_

Figura 8.55. Ventosa con perfil.

© SIW: ESPAÑA $A

© ITP-Paraninfo I

203

DEFINICiÓN DE VAciD

DEFINICiÓN DE

Ventosa con movimiento minimo

VAcio

puesta a punto de la ventosa

Particularmente adaptada para la manipulación de materiales delgados como papel y película plástica. Incorpora internamente una pletina regulable en altura que admitirá elevar, totalmente plano, sin riego de deformaciones.

Se recomienda que la ventosa tome contacto con la pieza sin demasiada presión y sin ser golpeada, dentro del rango de deformación del material de la ventosa. Un contacto suave es suficiente para una manipulación correcta. Especialmente en el caso de ventosas de pequeño diámetro, es importante precisar bien la posición.

Figura 8.56. Ventosa con movimiento mínimo.

8.7.5. PRECAUCIONES PARA EL USO DE VENTOSAS Las precauciones de carácter general que se han de observar para el uso de ventosas son: • Limpiar la tubería antes de hacer las conexiones, para evitar que el polvo u otras partículas entren en la instalación. • El vástago debe estar sometido siempre a cargas en su dirección axial. La carga en dirección transversal puede dañarlo. • Tener cuidado de no dañar el vástago, pues esto puede perjudicar a las juntas de cierre y producirse fugas.

Figura 8.58 . Puesta a punto de la ventosa.

En la figura se muestra la distancia (A) necesaria para que no haya lugar un choque innecesario contra la pieza.

En otros órdenes también deberemos considerar determinados aspectos que ahora se enumeran:

Posicionamiento y distribución

Montaje

Hay que poner atención en que el área de absorción de la ventosa sea menor que su superficie, de lo contrario se producirá una fuga.

La forma correcta es horizontalmente. El montaje inclinado o vertical debe evitarse a menos que sea absolutamente necesario. Sin embargo, si es inevitable, es importante asegurarse de que la sujeción ofrece suficientes garantías.

Cuando se transporta una gran superficie con varias ventosas, lo más importante es el posicionamiento equilibrado de las mismas y ha de prevenirse que no sobresalgan de la placa. En la figura 8.59 se ilustran estos conceptos.

Ventosa

t

r--'}v~ Ventosa Bien

Elevación HorilOntal

Ele\lación Vertical

Figura 8.57. Montaje de ventosas.

204 I © ITP· Paraninfo

:=f\Mal """M':""a"-I.J

Figura 8.59. Posicionamiento y distribución de ventosas.

© ITP·Paraninfo I

205

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

Fuerza de elevación, momento, fuerza horizontal Ventosa ~,

Cuando se eleva verticalmente una carga, no sólo influye el peso, sino también la aceleración y la depresión creada. (fig. 8.60a).

,

Se debe tratar de conseguir que el momento con que trabaja la ventosa sea el menor posible, tomando la carga por su centro de gravedad. (fig. 8.60b). En el caso de un movimiento horizontal con elevación vertical, la ventosa puede estar sometida a una gran fuerza dependiendo de la aceleración. En general, la fuerza horizontal dependerá del rozamiento entre la ventosa y la superficie. De todos modos, cuando el rozamiento entre la ventosa y la superficie sea bajo, la aceleración o deceleración en los movimientos horizontales tendrá que ser tan bajo como sea posible. (fig. 8.60c).

Ventosa

Figura 8.61 . Empleo de ventosa telescópica.

Superficies porosas Vento,a

~

I Ventosa

I

En el caso de manipulación de papel u otras piezas de superficie porosa, se debe seleccionar el diámetro de ventosa más pequeño posible, ya que muchas fugas de aire reducen la fuerza de succión, y por lo tanto necesitaríamos un incremento de la fuerza del eyector o de la bomba de vacío. Deberá tenerse en cuenta la selección de una mayor sección efectiva de la línea de conducción u otra apropiada.

a

• ••

veolo,a

~

b

\ Mar

-

Mal

Ventosa

e

Figura 8 ,60. Elevación, momento, fuerza horizontal.

Figura 8.62. Piezas porosas.

Manipulación a diferentes alturas Cuando la posición de la ventosa y la pieza entraña dificultades, como en el caso de la succión de piezas de diferentes alturas, se recomienda utilizar una ventosa de tipo telescópico, de tal modo que, dicho mecanismo sea el encargado de absorber la diferencia de alturas de trabajo. 206 / © ITP-Paraninfo

©

svr::: ESPANA. SA.

Piezas de material blando Cuando se manipula una pieza de material blando, como el vinilo, papel o materiales delgados, debido a la depresión, pueden aparecer ondulaciones o © ITP-Paraninfo /

207

DEFINICiÓN DE VAcío DEFINICiÓN DE VAcío

deformaciones. En estos casos, es recomendable el uso de una ventosa . - o con nervIOS, . y re d UClr " la Intensidad del vacío. mas pequena

Ventosa

Vinilo

Figura 8.65. Superficies inclinadas.

a el etc.

Figura 8.63. Piezas de material blando.

Láminas planas

~ 8.8 REGULACiÓN DEL VAcío

. Cuando se eleva una pieza de superficie grande, como por ejemplo una lamina de vldno, puede darse una gran fuerza con tendencia al desprendimiento. En estos casos deberá prestarse especial atención a la localización y tamaño de las ventosas.

Como se ha podido deducir en capítulos anteriores, la regulación de la presión de vacío tenderá a disminuir la presión diferencial entre la atmósfera y el nivel de vacío conseguido, siendo los valores más bajos de presión de vacío próximos al valor de la presión atmosférica, y los más alejados, los valores más altos. Con esta consideración se puede establecer que introduciendo la presión atmosférica o sobrepresiones superiores en un espacio sometido a vacío, el valor de la presión varía a medida y en función de la cantidad de aire que se introduce en su interior. También se han de tener en cuenta las siguientes circunstancias:

: ... :::::,::: ::.,:

Plancha de vidrio

• Dirección del flujo. • Rango de regulación con valores muy bajos.

Figura 8.64. Láminas planas.

Superficies inclinadas

8.8.1. REGULACiÓN DE ACCiÓN DIRECTA CON ACCIONAMIENTO MANUAL

~uando se eleva una pieza con superficie inclinada, no se debe sobrepasar un angulo a = 5°. Las ventosas adecuadas para esta aplicación toleran también pequeños desplazamientos, útiles para ligeros movimientos de separación. Sin embargo, no son recomendables para elevaciones verticales. 208 ! © ITP-Paranin!o

Los elementos que realizan esta función son reguladores de accionamiento manual instalados en la línea de presión de vacío y funcionan bajo los criterios comentados en el apartado anterior. Estos reguladores son de pasos variables y con rangos de regulación entre 10=75 0 TORR. © ITP-Paranin!o !

209

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

8.8.2. REGULACiÓN PROPORCIONAL DE LA PRESiÓN

Funcionamiento

A veces es necesario trabajar con di fe rentes presiones en un mismo proceso. Por ejemplo: cambio de gramaje del papel en la alimentación de máquinas en la industria de artes gráficas. En este caso es indispensable contar con elementos que sean capaces de regular esta presión de forma automática, es decir, que el valor de la presión obedezca a una señal eléctrica de consigna y además sea proporcional al valor de la misma. Los transductores de presión, como el que se muestra en la figura 8.66, cumplen con este cometido.

Cuando se incrementa la señal de mando, el piezoeléctrico de la aleta 1, produce una flexión sobre ésta y cierra la tobera 2. Ésta hace aumentar la presión en la cámara de la tobera 3, la cual, actúa sobre la superficie superior del diafragma 4, que fuerza la válvula 5 a bajar. Al descender, ella misma se cierra contra la válvula principal 6, que es presionada hacia abajo, abriendo la entrada 7. La alimentación de vacío pasará a través de la válvula principal dando lugar a una presión de vacío regulada en la salida. Este nivel de vacío es captado y convertido en señal eléctrica por el sensor de presión 8, el cual, realiza una realimentación al circuito controlador 9. El controlador realizará un balance entre la señal de mando y la presión de salida, asegurando que esta última permanezca proporcional a la señal de mando.

Estos componentes funcionan según un principio fluídico de tobera/paleta. Requieren una alimentación externa en sobrepresión para realizar el accionamiento de la válvula principal y regular, evidentemente, la vena fluida procedente de la zona de presión más alta (atmósfera) por mediación de un sensor, trabajando en anillo cerrado con un control eléctrico que establece un balance entre la señal de mando y la presión de vacío regulada.

linealidad: EIT209-303 F o

G 3/8"

{!. (760)

; ; -150 I (610) E -300 E (460)

~

-450

ro

(310)

'"

-600

Q)

(160) -750 .~ (10) '0!--':2- -': :--:: 6-

"O

.g a.

' 8I -' 1*0'"

Señal de mando (VCC)

Figura 8.67. Señal eléctrica

I Presión regulada .

sel\al (le mando (vcc, mAce)

Alimentaci6n

de waefo (VAC)

IN

EIT 209

Bomba de vaelo Eyector

Figura 8.66. Regulador proporcional.

210 I© ITP-Paraninfo

TANQUE OUT \lacio relll,llado

Figura 8.68. Detalle de instalación.

© ITP-Paraninfo 1211

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

El gráfico de la figura 8.67, muestra la proporcionalidad existente entre la señal eléctrica y la presión de salida regulada. La figura 8.68 muestra los detalles de instalación de este componente.

8.8.3. REGULACiÓN DE LA PRESiÓN, REGULANDO LA PRESiÓN DE ALIMENTACiÓN DE LOS EYECTORES

Un circuito típico de regulación de presión de alimentación del eyector para regular la presión de vacío, es el de la figura 8.70. La electroválvula 1 tiene la función de alimentación del transductor y de soplado para expulsión de la pieza. El transductor 2, regula la presión de alimentación del eyector 3, en función de una señal eléctrica de consigna. El vacuostato 4, controla la señal de nivel de vacío y realimenta a un PLC para establecer la confirmación y comparación con la señal de consigna. El funcionamiento del sistema completo, se muestra en el diagrama de bloques de la figura 8.7 L

Según el gráfico de la figura 8.69, es fácil deducir que, la presión de vacío está interrelacionada con la presión de alimentación, por lo tanto, regulando esta última, mediante el empleo de reguladores estándar o proporcionales, también lograremos regular la presión de vacío.

2 bar

-300 mmHg

4,5 bar

-660 mmHg

I~-------~' --~-- -- - - - - - "

- '-'- --

Características de aspiración

~ el

mmHg

-931

-700 ~----~-------r--~ -:: _ t. ________ jt....¡::~-~

-798

-600

E -665

-500 -

__ l

E

~

-400

~ -399

-300 - - .¡... - -

"O

-266

ID

.2= Z -133

-200

: Caudal -100

¡ . ~e.. ~. ~' . . ' ~~ • • ,

",v..'

50

I"" 1I ~ I

¡

25 -{!lo

d~ succión

LREG~LACION...!

Figura 8.70. ~ircuito típico de regulación .

~I

"

.'1', .'

4 (Vacuostato)

I

• I I

'(3

ID

I I I I r

0?-~"

o -532

2 (Transductor) 3 (Eyeclor)

mbar

I

- '.--,

1

I 0-10 v

§ I

~o I

~~__~ . __~==~ I ~__~~ O Ü

0123456 Presión de alimentación (Kg/cm 2 )

- [ TRANSDUCTOR

I

,

EYECTOR

I

mmHg/bar

I

.J D.

0-660 mmHg

1-5 V

[ VACUOSTATO

[

Figura 8.71. Diagrama de bloques.

Figura 8.69. Características de aspi ración.

ITP·Paranin!o

barN

U

_ _ _ ._ _ _ _ _..J

212 / ©

i

© SIVC ESf>ANA SA.

© SIVC ESPAÑA. SA.

© ITP-Paranin!o /

213

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

8.8.4. REGULACiÓN PROPORCIONAL DE LA PRESiÓN DE VAcío CON GRANDES CAUDALES. Un sistema de regulación de la presión, fundamentado en el comentario inicial de este apartado, es el reflejado en la figura 8.72. Se trata, según el esquema, de regular la presión de vacío de un sistema, cuyo volumen a evacuar es importante y, por lo tanto, la succión se realiza con una bomba de gran caudal (Qb = 500 Nl/min.). Otra particularidad del sistema importante, es la banda de regulación exigida, entre -300 mmHg y -500 mmHg, así como el tiempo disponible para su regulación (lO s.).

El diagrama de la figura 8.73 muestra la solución para esta aplicación: Una válvula proporcional reguladora de caudal alimentada con una presión de 4 bar, trabajando en anillo cerrado con la tarjeta de amplificación y un vacuos tato analógico. Variando la señal de consigna, obtendremos diferentes valores de regulación.

~ 8.9. ELECTROVÁLVULAS UTILIZADAS PARA LA DISTRIBUCiÓN EN VAcío Cuando se necesitan, por razones de proceso, grandes caudales de succión y un alto nivel de vacío en la alimentación de sistemas con varios puntos separados entre sí por grandes longitudes, se utilizan bombas de vacío. La distribución de los caudales de succión a estos puntos se realiza, generalmente, mediante electroválvulas. Estas electroválvulas deben tener unas características y han de cumplir una serie de condiciones como:

4 bar

VEF

00------1 . -____--IVEA>------lL~~~~~J

• Poder distribuir flujos con sentido inverso de circulación. BOMBA

• Permitir el paso de grandes caudales con diferenciales de presión muy pequeños.

SISTEMA

• Actuar con bajas presiones. • Ofrecer poca resistencia al flujo. Según la forma de ser accionadas, pueden dividirse en dos grupos:

Figura 8.72. Regulación proporcional de la presión de vacío con grandes caudales.

• Accionamiento directo. Amplificador VEA

Válvula proporcional

• Accionamiento servopilotado (pilotaje por presión externa).

VEF

BOMBA SISTEMA

'-------1

Estas válvulas son accionadas por un electroimán directamente. En estado de reposo, el clapet 1, es empujado hacia arriba por la acción del resorte 2, la vía P se cierra en esta posición y se une la vía A con el escape R. Al activar la bobina 3, la armadura móvil 4 se retrae, y la varilla de presión empuja hacia abajo el clapet, cerrando la vía R, y uniendo la vía P con la utilización A. Este funcionamiento se muestra en la figura 8.74.

TANQUE

VACUOSTATO

Figura 8.73. Diagrama de bloques.

214 / © ITP·Paranin!o

8.9.1. ELECTROVÁLVULAS DE ACCIONAMIENTO DIRECTO

© 9VI: ESPANA. SA.

©

sw:: ESPAÑA.

SA.

© ITP·Paranin!o /

215

DEFINICiÓN DE

VAcío

DEFINICiÓN DE

VAcío

Figura 8.74. Electroválvula de accionamiento directo. Figura 8.75. Electroválvula de accionamiento servo-pilotado.

Se deduce de lo expuesto, que el electroimán debe ser capaz, para accionar la válvula, de vencer la fuerza del resorte 2, la originada por la presión sobre el área de cierre del clapet, y también las originadas por la circulación del flujo en la distribución. Por lo tanto, el uso de estas válvulas está previsto que sea para caudales de succión pequeños, para evitar que el tamaño y consumo de los electroimanes sea desproporcionado. Por otra parte, estas válvulas ofrecen la posibilidad de ser conexionadas a la fuente de vacío por cualquiera de sus vías, sin tener en cuenta la dirección del flujo inverso.

8.9.2. ELECTROVÁLVULAS DE ACCIONAMIENTO SERVO-PILOTADO En este caso, el accionamiento de la válvula es indirecto, es decir: por la acción de un pilotaje externo de presión. La electroválvula, situada en la parte superior del cuerpo principal, es de un tamaño reducido. Esta electroválvula es alimentada con una presión externa por el orificio adicional. Cuando se activa la bobina, el caudal de paso es solamente el necesario para pilotar neumáticamente el clapet de distribución de la válvula principal: por lo tanto, con una electroválvula piloto de dimensiones reducidas y consumo de potencia bajo, se pueden distribuir grandes caudales de succión. Al ser pilotada externamente por presión, tampoco importa, en este caso, la dirección de circulación del flujo. 216/ © ITP·Paraninfo

© SVl: ESPAÑA.. $A.

8.9.3. SELECCiÓN DE LAS ELECTROVÁLVULAS Para seleccionar la electroválvulas, a parte de tener en cuenta parámetros como tensión de alimentación, vías de distribución y posición de las mismas, si han de ser normalmente abiertas o cerradas, es necesario conocer a la perfección una característica fundamental: La capacidad de paso que ha de tener la válvula. Una válvula con el área efectiva menor de la necesaria, creará problemas de pérdidas de carga y, no hay que olvidar que trabajando en técnicas de vacío, se trabaja siempre con presiones inferiores a la atmosférica y, por lo tanto, en esta situación, hemos de tener en cuenta la resistencia al flujo que ofrece la válvula. Con los cálculos siguientes, es posible calcular los casos más habituales que se dan en la distribución dentro de la técnica del vacío. 1.- Aplicaciones en régimen subsónico: Si, P2 + 1,013

©

sva: ESPAÑA. $A.

,;

P, + 1,013

,;

1,89(P2 + 1,013)

© ITP-Paraninfo

/217

DEFINICiÓN DE

VAcío DEFINICiÓN DE

Utilizando "S":

Ejemplo 1 (Caudal a través de la válvula):

Q=22,2S)/lP(P + 1,013)

/273 Vm+e P1

I ___________~:-~~~P~2~=~-O~.9~b~a~'--~

o bar r-

Utilizando "Cv":

Bomba de vacio

Q = 400 ,CV.~/lP(P2+1,013). /273

Vm+e

Cv= 10,3

Pilotaje externo

2.- Aplicaciones en régimen sónico: Si, P, + 1,013 ;o, 1,89(P2 + 1,013)

Hallar el caudal máximo que puede pasar a través de una electroválvula dentro de las condiciones siguientes: PI = O bar relativos

Utilizando "S": Q = 11,1· S· (p, +1,013)

VAcío

Pz = -0,9 bar

/273 Vm+e

Cv= 10,3

e = 20 oC En nuestro caso, tendremos que:

Utilizando "Cv": Q = 200·Cv.(p, +1,013).

P,+1,013

/273 Vm+e

;o,

1,89(P2 + 1,013)

=>

0+1,013;0,1,89(- 0,9+1,013)

1,013 0,2135

Por lo tanto el flujo es sónico. En las anteriores expresiones, tendremos: Q = Caudal (NI/min.) PI

Aplicando la fórmula correspondiente:

= Presión atmosférica (O bar relativos)

~

Q=200x10,3x1,013x

273 = 2.014 NI/min. 273+20

P1 = Presión de vacío generada por la bomba (bar) ilP=PI-Pz S = Sección equivalente (mm 2 )

73 273+6

Q = 200 ·Cv· (p, +1,013)·

e = Temperatura de fluido (0 C) Para una válvula con un coeficiente Cv = 10,3, el caudal máximo admisible será de Q = 2.014 NI/min.

Cv = Factor Cv.

218/ ©

ITP-Pa,anin!o

© SVCE~SA

© ITP-Pa,anin!o /219

DEFINICiÓN DE VAclo

DEFINICiÓN DE VAcío

Por la fórmula del factor "Cv":

Ejemplo 2 (Cálculos de selección en función de M> permitido):

400CV~dP{P, +1,0 13) í273 Vm+e 300 = 400· Cv· ~0,03. (- 0,7 + 1,013). í273 Vm+e

0 =

Q

0

• P2

P3

300 = Cv . 36,8

Bomba de

Cv necesario = 8,1

vado

Ejemplo 3 (Cálculos de selección para baja presión):

P1

A veces, existen sistemas donde hay que calcular la válvula en función del L\.P establecido. Este L\.P, viene determinado por la presión de vacío que es capaz de conseguir la bomba y las necesidades de presión que el sistema requiere; considerando la diferencia como pérdida de presión admisible en la válvula. Analicemos el siguiente supuesto:

Qn

PA

Condiciones:

-_ ...... _-_ .. __ .. _-_ ....... __ ...... __ .... .

• PI = 0,67 bar

Presión final de vacío

• P2 =0,7 bar

Presión de vacío generado por la bomba

Este no es propiamente un cálculo usado en la selección de válvulas para vacío, pero sí es interesante como comprobación de los anteriores, para establecer la diferencia entre sobrepresión y vacío. En el ejemplo siguiente, cambian la dirección del flujo, el régimen de circulación, etc.

. e=20°C Luego:

Analicemos el siguiente caso, en el que tenemos que realizar un soplado continuo (por ejemplo, para fluidificación de alúmina en una fundición) manteniendo una presión P2 en la tobera de soplado.

L\.P = P2 - PI = - 0,03 bar (L\.P máx permitido en la válvula) Qn = 300 NI/min (caudal de succión)

Condiciones:

En nuestro caso, tendremos que:

• PI = 0,65 bar P,+1,013

<

1,89(P,+1,013)

=>

- 0,67+1,013 0,59

• Qn = 2.000 NI/min (necesario para soplado) • e = 20°C

Por tanto, el flujo es subsónico. 220 / © ITP·Paraninfo

©

SIVC ESPAÑA. $A.

©

svr::

ESPANII. $A

© ITP·Paraninfo /

221

DEFINICiÓN DE

VAcío

DEFINICiÓN DE

¿Cuál debe ser el factor de caudal, o la sección efectiva de la electroválvula? En nuestro caso, tendremos que: P, + 1.013

<

1.89(P, + 1.013)

VAcio

ma con función de autodiagnosis y detección de errores, así como la medición seleccionable entre varios sistemas de unidades. Así mismo disponen, además de una salida de contacto, de una sal ida analógica entre l y 5 V c.c. Pueden trabajar en modo de histéresis o bien en modo de ventana de comparación, según el gráfico de la figura 8.77. El vacuostato de la figura 8.76, es de estos últimos.

1.663 < 1.89 x 1,513

Por tanto, el flujo es subsónico.

Por la fórmula del factor "Cv": 0,

;400 ·CV.~6P.(P,+1.013). {273

Figura 8.76. Vacuostato .

vm+ii

2.000; 400 ·Cv· ~0.15· (0.5+ 1.013). ~273 293 2.000 ; Cv ·183.94

Modo de trabajo

Vacuostato

Cv necesario; 10.8 Presión

atmosférica

Por la fórmula del área efectiva: O, ;

""

Salida positiva: P1 lay de""~ VAC IO

--------

267 = 11,1 . 5 . (p, + 1.013) .i_ .:c2",7.:.3273+20

•

Oa 267 NVmin

.

_

.

_

de caudal

.

_

.

_

.

~

.

_

.

_

y~!

-

_

.

_

.

_

Conve rtidor

""""

p~" t.;¡r

""

---------:

f273

V273+9

EVEF2 121)-3..Q2

Bomba de vaclo

267 NI/min Pv - .(l.8S bar

"-

-06a-03baf DEPÓSITO

f- 1,89 (O + 1,013) 6,013 > 1,91

234 f © ITP·Paranin!o

© SVC ESPAÑA SA.

El circuito ha sido diseñado con el objetivo de economizar energía. Este circuito actúa en un manipulador empleado para transferir componentes en la industria del automóvil. El ciclo de transferencia es rápido, pero luego hay un tiempo muerto en el sistema. En la transferencia actúan todos los eyectores y en el tiempo muerto se desconectan 6 de ellos, dejando solamente 2 para el mantenimiento de la presión y restitución de fugas. ©

9Vl: ESI'Ñ>II;. SA.

© ITP·Paranin!o f

235

DEFINICiÓN DE VAcío

DEFINICiÓN DE VAcío

Electroválvula mantenimiento

P :: 3 5 bar

de 'lacio

0,- 100 N~min

ZL_112

ZSE4B~1-25

PI ::: 600 mmHg P2 :: 400 mmHg

legris 78800613

?'

'50

-

.().7 bar

.,..

a ", 120 NI/min ,

,

~ ---_ . -

,

'"

.().1 bar

-'

12 VENTOSAS POR UNf.' VENTOSAS 0 50 - 0 15

'"

'().1 bar

a ::: 360 Nlfmin es, .() 7 bar

'--'

...:

Sujección Pieza: EVl, EV2 conectadas

012-10

0 - 300 NVmin

Pieza Sujeta:

:___ -/r __0_~ __ :

EVl conectada

a - 300 NI/m'"

EVP542

EV2 desconectada : EVP542

EAS1OOO-F02

,.,,,.

."

600 NVmln P ""6bar L~.~'4::c..l.j:::~__L-_____L-~~¡,,"::'¡::"---

Eyector de vacío.

EZH ...

Ventosa.

ZPT

Ventosa tipo telescópica .

ZPTK

Vacuostato.

ZSE1, ZSE4B

Cilindro para manipulación por vacío.

ZCDUKC

€E>

~dl:

314 I ©

REFERENCIA SMC

ITP-Paranin!o

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