Gases neumáticos
El aire comprimido debe ser filtrado, lubricado y, en muchos casos,
deshumidificado antes de su utilización en cilindros, válvulas,
motores neumáticos y dispositivos de precisión.
Todos los compresores aspiran aire atmosférico húmedo. Los filtros de aspiración
no pueden eliminar completamente la humedad ni todas las partículas presentes
en el aire ambiente.
Al aire comprimido que contiene partículas sólidas y vapor de agua se le suma
además el aceite de lubricación del compresor, el cual puede pasar a través de
los aros y mezclarse con el aire de salida. Parte de esta mezcla de agua y aceite,
de aspecto blanquecino y carácter ligeramente ácido, se deposita en el tanque y
debe ser drenada periódicamente. Sin embargo, una fracción significativa puede
ingresar a las líneas de distribución, provocando daños en los componentes del
sistema neumático.
Un gas limpio y seco es indispensable para una operación eficiente de los sistemas
neumáticos. En condiciones normales, el aire atmosférico contiene polvo,
contaminantes y una cantidad apreciable de humedad en forma de vapor.
Los sólidos, como polvo, óxido o desprendimientos de tuberías, provocan desgaste
prematuro y fallas en válvulas y cilindros. La humedad diluye y arrastra la
lubricación, favorece la corrosión y acelera el desgaste. Además, puede acumularse
en puntos bajos del sistema y congelarse a bajas temperaturas, causando obstrucciones
y rotura de líneas.
Un filtro ideal debería eliminar suciedad y humedad sin producir caída de presión.
En la práctica, esta condición solo puede aproximarse.
La unidad denominada equipo de protección está formada por un filtro,
un regulador de presión con manómetro y un lubricador (FRL).
El conjunto debe instalarse respetando el sentido de circulación del aire. El filtro
protege a los componentes siguientes, y el lubricador se coloca al final para evitar
que la niebla de aceite se deposite en el regulador.
Figura: Equipo de protección (filtro – regulador – lubricador).
El filtro llamado ciclónico combina dos acciones: el aire ingresa con movimiento rotativo,
lo que provoca que partículas grandes y gotas de líquido se depositen en las paredes del vaso
por fuerza centrífuga. Luego atraviesa el elemento filtrante (malla metálica, papel o metal
sinterizado), que retiene partículas del orden de 20 a 40 micrones.
Este proceso se denomina filtrado mecánico, ya que elimina contaminantes sólidos
pero no vapor de agua.
La remoción de sólidos del gas en sistemas neumáticos se realiza por filtrado, por fuerza centrífuga
o por una combinación de ambos. En algunos casos, la remoción de humedad se realiza conjuntamente con
la de sólidos.
Un filtro de aire que utiliza elementos mecánicos móviles se ilustra en la figura siguiente.
Figura: Filtro de aire con elementos rotativos.
A medida que el aire comprimido atraviesa el filtro, la fuerza del flujo hace girar rotores de
múltiples filos. La humedad y la suciedad se adhieren a los filos y son expulsadas por fuerza
centrífuga hacia las paredes interiores del bloque del filtro. Allí quedan fuera de la corriente
de aire y caen al fondo del vaso, donde deben drenarse periódicamente.
La eliminación de humedad es fundamental en los sistemas neumáticos. Al comprimirse, el aire eleva
su temperatura y, al enfriarse posteriormente, condensa parte del vapor de agua. Aunque intercoolers,
post-enfriadores y drenajes eliminan una fracción de esa humedad, muchos usos requieren aire aún más seco.
La humedad en las líneas de aire puede causar congelamiento en válvulas por estrangulación del flujo
(efecto Joule–Thomson), corrosión, arrastre de lubricantes y golpes por condensado. Por ello se utilizan
secadores de aire.
Secadores de aire
Secadores refrigerativos
En los secadores refrigerativos, el aire comprimido pasa por serpentines enfriados. Los vapores de aceite
y la humedad se condensan y se recolectan, eliminándose por drenaje en un punto bajo.
Secadores desecantes
Un desecante es un material con alta capacidad de absorber humedad. En equipos de doble torre, una torre
seca el aire mientras la otra se regenera (por ejemplo, con aire seco caliente en sentido inverso).
Otro tipo de secador químico se muestra en la figura siguiente. Esta unidad incluye carcasa, cartucho con
agente secante, filtro (por ejemplo, bronce sinterizado) y resorte. Para funcionar correctamente, el aire
debe circular en el sentido indicado en el cartucho (FLUJO / FLOW).
Figura: Secador químico.
Regulador de presión
El regulador (válvula reductora/reguladora) es indispensable en circuitos neumáticos para establecer una
presión segura para ciertos componentes o para fijar un valor de empuje en un cilindro. Su función es
mantener constante la presión de trabajo, pese a variaciones de la línea de alimentación.
El regulador tiene sentido de circulación y debe instalarse respetándolo (Fig. 2-3).
Figura: Regulador de presión (sentido de circulación).
Lubricador
El lubricador aporta niebla de aceite al aire. En el Venturi se produce una pequeña caída de presión
(típicamente del orden de 1 psi), suficiente para elevar el aceite y atomizarlo en la corriente.
Los lubricadores no deberían instalarse a más de 3 metros del equipo a lubricar.
Figura: Lubricador neumático.
En la figura 2-4 se observa un lubricador de gota: el Venturi crea una presión diferencial que empuja el
aceite hacia una válvula de aguja. El goteo se ajusta y se observa en la mirilla; la corriente de aire
atomiza el aceite y lo transporta por la línea.
Figura: Conjunto de protección (FRL) en corte.
Términos destacados :
| English |
Español |
| compressed air |
(aire comprimido). Aire atmosférico sometido a una presión superior a la atmosférica para su uso como medio de transmisión de energía en sistemas neumáticos. |
| air filter |
(filtro de aire). Dispositivo destinado a remover partículas sólidas, gotas de agua y contaminantes del aire comprimido. |
| cyclonic filter |
(filtro ciclónico). Filtro que separa partículas sólidas y líquidos mediante la acción de la fuerza centrífuga generada por el flujo rotativo del aire. |
| air dryer |
(secador de aire). Equipo utilizado para reducir el contenido de humedad del aire comprimido y evitar corrosión, congelamiento y fallas del sistema. |
| refrigerated air dryer |
(secador de aire refrigerado). Secador que elimina la humedad enfriando el aire comprimido para condensar y drenar el vapor de agua. |
| desiccant air dryer |
(secador de aire por desecante). Secador que emplea materiales higroscópicos para absorber la humedad del aire comprimido. |
| pressure regulator |
(regulador de presión). Válvula que mantiene constante la presión de salida independientemente de las variaciones de presión en la alimentación. |
| pressure relief regulator |
(regulador de presión con alivio). Regulador que permite liberar aire a la atmósfera cuando la presión ajustada se reduce. |
| air lubricator |
(lubricador neumático). Dispositivo que genera una niebla de aceite en el aire comprimido para lubricar cilindros y válvulas. |
| FRL unit |
(unidad de protección FRL). Conjunto formado por filtro, regulador y lubricador destinado al acondicionamiento del aire comprimido. |
| service piping |
(cañerías de servicio). Tuberías que alimentan equipos, dispositivos y herramientas neumáticas desde la red principal. |
| interconnection piping |
(cañerías de interconexión). Tramos de tubería cortos que conectan distintos elementos neumáticos y admiten mayores velocidades de circulación. |
| pressure drop |
(caída de presión). Disminución de la presión del fluido producida durante su circulación a través de tuberías o componentes. |
| flow velocity |
(velocidad de circulación). Velocidad a la que se desplaza el fluido dentro de una tubería neumática. |
| pressure loss |
(pérdida de presión). Energía de presión disipada por fricción, restricciones o válvulas en un sistema neumático. |
| pneumatic valve |
(válvula neumática). Dispositivo que controla el paso, la dirección o la presión del aire comprimido en un circuito. |
| hydraulic valve |
(válvula hidráulica). Válvula diseñada para controlar el flujo de fluidos hidráulicos, con velocidades estándar de circulación. |
| pressure switch |
(presostato). Dispositivo que conmuta una señal eléctrica cuando la presión alcanza un valor predeterminado. |
| automatic circuit |
(circuito automático). Sistema de control que ejecuta una secuencia de operaciones sin intervención manual continua. |
| compressed air system |
(sistema de aire comprimido). Conjunto de componentes que generan, distribuyen y controlan aire a presión para usos neumáticos. |
Temas relacionados :
Cañerías de servicio
Estas cañerías o “bajadas” constituyen las alimentaciones a los equipos, dispositivos y
herramientas neumáticas. En sus extremos se disponen acoplamientos rápidos y equipos de
protección integrados por filtros, válvula reguladora de presión y lubricador neumático.
Su dimensión debe realizarse de forma tal que en ellas no se supere la velocidad de 15 m/s.
Cañerías de interconexión
El dimensionado de estas tuberías no siempre se tiene en cuenta y esto ocasiona serios
inconvenientes en los equipos, dispositivos y herramientas neumáticas alimentados por estas
líneas. Teniendo en cuenta que estos tramos de tubería son cortos, podemos dimensionarlos
para velocidades de circulación mayores, del orden de los 20 m/s.
Caída de presión en tuberías
Es importante recordar que la pérdida de presión en tuberías “solo” se produce cuando el
fluido está en “movimiento”, es decir, cuando hay circulación. Cuando esta cesa (caso de la
figura 1-23), las caídas de presión desaparecen y los tres manómetros darán idéntico valor.
Si al mismo circuito de la figura anterior le retiramos el tapón del extremo, aparecerán
pérdidas de presión por circulación que podemos leer en los manómetros de la Fig. 1-24.
Cuanto más larga sea la tubería y más severas las restricciones, mayores serán las pérdidas
de presión.
Si quitamos las restricciones, una gran proporción de la pérdida de presión desaparece.
En un sistema bien dimensionado, la pérdida de presión natural a través de la tubería y
válvulas será realmente pequeña, como lo indican los manómetros de la Fig. 1-25.
Caídas de presión en válvulas
Las válvulas presentan pérdidas de presión localizadas, por ello deben ser correctamente
dimensionadas. Una válvula subdimensionada provocará pérdidas de potencia y velocidad; una
sobredimensionada será económicamente cara.
Las recomendaciones precisas figuran en los catálogos de los fabricantes, pero para establecer
una norma general diremos:
Válvulas hidráulicas: una velocidad de 4 m/s es considerada estándar para aplicaciones
generales. Por ello, el tamaño de la válvula puede ser el mismo que el diámetro de cañería de
la tabla para líneas de presión.
En condiciones especiales pueden utilizarse tamaños mayores o menores.
Válvulas neumáticas
Una regla similar puede utilizarse aquí. El tamaño de los orificios de conexión de los cilindros
neumáticos es una guía razonable para el tamaño de la válvula. Como excepción se presentan los
siguientes casos:
- Cuando una válvula comanda varios cilindros.
- Cuando se requieren altas velocidades de operación en un cilindro.
- Cuando el cilindro operará siempre a bajas velocidades.
Pérdida de presión en un circuito automático
No todas las caídas de presión son malas. En la figura siguiente hay un diagrama que ilustra una
técnica importante utilizada en la automatización de circuitos, y aplicada en neumática e
hidráulica. Cuando el cilindro de la Fig. 1-26 llega a su posición de trabajo, una señal eléctrica
es obtenida para poner en funcionamiento la próxima operación en un ciclo automático.
Nuestra descripción comienza con plena presión disponible en la bomba o compresor, pero con la
válvula de control cerrada, de manera que el cilindro se encuentra retraído. El primer manómetro
indica 100 PSI (7 kg/cm²). Los dos restantes indican 0. El presostato está ajustado a 80 PSI.
Con la válvula abierta, el fluido se dirige al cilindro. La restricción representa la pérdida de
carga de una tubería.
Cuando el fluido comienza a circular, una pérdida de presión es generada, y está ilustrada por la
lectura de los sucesivos manómetros. El cilindro se desplaza libremente, requiriendo solamente
20 PSI para moverse; el remanente de presión disponible es consumido a lo largo de la línea. El
presostato ajustado a 80 PSI no se conmuta mientras el cilindro hace su carrera libre.
Cuando el cilindro llega al final de su carrera o a un tope positivo, el movimiento de fluido cesa y
en la cámara del cilindro (y en el presostato) la presión alcanza su valor máximo: 100 PSI. Una
señal eléctrica procedente del presostato comandará la siguiente función de un ciclo automático.
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