Leyes de los gases
Ley de Boyle-Mariotte
A temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a su presión absoluta. Si la presión aumenta, el volumen disminuye y viceversa.
Fórmula: P₁V₁ = P₂V₂
Ley de Gay-Lussac
A presión constante, el volumen de un gas varía proporcionalmente con la temperatura en Kelvin. Si la temperatura sube, el volumen aumenta.
Fórmula: V₁/T₁ = V₂/T₂
Ecuación general de los gases
Relaciona presión, volumen y temperatura en un solo principio.
Fórmula: (P₁V₁) / T₁ = (P₂V₂) / T₂
Problema Aire Comprimido
P g/m³ x C % x A m = Y g
Q g/m³ x E m = Z g
Y g – Z g = N g (agua condensada)
E m x P g/m³ = W g
Z g – W g = L g
L g + N g = RF g (total agua condensada)
Producción de aire comprimido
Compresores
Los compresores son dispositivos que aumentan la presión del aire atmosférico hasta el nivel necesario para su uso en sistemas neumáticos.
Tipos de Compresores
- Compresores volumétricos: Funcionan reduciendo el volumen del aire para aumentar su presión.
- Compresores dinámicos: Aumentan la presión del aire transformando su energía cinétrica en energía de presión.
Compresores volumétricos
✔ Compresor de pistón (émbolo oscilante)
- Aspira el aire a presión atmosférica mediante la válvula de admisión.
- Un émbolo se mueve dentro de un cilindro, comprimiendo el aire al reducir su volumen.
- La válvula de escape se abre y deja salir el aire comprimido hacia el sistema.
- Puede ser de una etapa (compresión en un solo cilindro) o de dos etapas (el aire pasa a un segundo cilindro más pequeño donde se vuelve a comprimir).
- La compresión genera calor, por lo que se enfría mediante aletas de refrigeración o un intercambiador de calor.
- Inconvenientes: es ruidoso y el aire comprimido contiene partículas de aceite del lubricante.
✔ Compresor de membrana
- Similar al de pistón, pero el émbolo está separado del aire comprimido mediante una membrana flexible.
- Evita que el aire entre en contacto con aceite, lo que lo hace ideal para aplicaciones en la industria farmacéutica, química y alimentaria.
- La aspiración y la compresión se realizan por el movimiento alternativo del émbolo que acciona la membrana.
✔ Compresor rotativo de paletas
- Tiene un rotor con paletas de grafito o metal que giran en un cilindro excéntrico.
- Al girar, las paletas deslizan y comprimen el aire.
- Es silencioso, compacto y genera un flujo de aire uniforme.
✔ Compresor de tornillo (helicoidal)
- Tiene dos rotores helicoidales (uno cóncavo y otro convexo) que giran y atrapan el aire, comprimiéndolo progresivamente.
- Puede generar altos caudales con menor desgaste mecánico que los compresores de pistón.
✔ Compresor Roots
- Dos lóbulos giran sincronizados, impulsando el aire sin cambiar su volumen interno.
- Se usa cuando se requiere grandes volúmenes de aire con baja presión.
Compresores dinámicos
✔ Compresor axial
- Usa álabes giratorios en una turbina para impulsar el aire a alta velocidad.
- Convierte la energía cinétrica del aire en presión.
- Se usa en motores a reacción y en sistemas de gran caudal con baja presión.
✔ Compresor radial
- El aire es impulsado hacia afuera por fuerza centrífuga a través de varias cámaras en etapas sucesivas.
- Cada etapa aumenta la presión gradualmente.
- Se usa en turbocompresores industriales.
Regulación de los compresores
✔ Regulación por escape a la atmósfera
- Una válvula libera aire cuando se alcanza la presión máxima en el acumulador.
- Se usa en instalaciones pequeñas.
✔ Regulación por aislamiento de la aspiración
- Se bloquea la entrada de aire al compresor cuando no se necesita más presión.
- Usado en compresores de pistón y rotativos.
✔ Regulación por apertura de aspiración
- Se mantiene la entrada de aire abierta, pero sin comprimirlo.
- Se usa en compresores de gran tamaño.
✔ Regulación de velocidad de rotación
- En motores de combustión interna, la velocidad se ajusta de forma manual o automátca.
- En motores eléctricos, se usa un variador de frecuencia.
✔ Regulación intermitente
- Un presostato detecta cuando la presión del depósito es máxima y detiene el compresor.
- Cuando la presión baja, el compresor se reactiva automáticamente.
Acumuladores
Una vez que el aire ha sido comprimido por el compresor, este se almacena en el acumulador.
Simbología
Los acumuladores son depósitos de reserva que, generalmente, tienen forma cilíndrica.
- Pequeños: Se colocan en posición horizontal.
- Grandes: Se instalan en posición vertical.
Funciones del acumulador
- En su interior se produce la condensación del agua y del aceite.
- La separación del agua y el aceite se realiza mediante purgas ubicadas en la parte inferior del acumulador.
- La capacidad de almacenamiento debe permitir acumular el aire comprimido generado en un minuto.
- Dispone de un manómetro para medir la presión.
- Incluye una válvula de seguridad para evitar sobrepresiones.
La salida del aire comprimido siempre se realiza por la parte superior del acumulador.
Pasos en Diseño/Operación Neumática (Ejemplo)
- Posición de reposo
- Creación de grupos
- Válvula auxiliar
- Utilización de la válvula auxiliar en los grupos
- Movimiento dentro del mismo grupo
- Cuando el aire cambia de grupo
- La presión de cada detector va al grupo correspondiente
MÁXIMAS VÁLVULAS MONOESTABLES
MÁXIMAS VÁLVULAS BIESTABLES
