Producción del Aire Comprimido

Un compresor es un dispositivo capaz de comprimir el aire de la atmósfera hasta que alcance la presión requerida por la instalación. Se consigue reduciendo el volumen o aumentando la energía potencial elástica del aire. Los compresores se caracterizan por la presión y el caudal de aire que son capaces de proporcionar.

Tipos de Caudal

Los caudales pueden ser de dos tipos:

• Caudal pulsatorio: Es aquel en el que el fluido se va desplazando a impulsos o de forma intermitente.
• Caudal continuo: Es aquel que se genera continuamente y sin fluctuaciones de presión o caudal.

Clasificación de Compresores

Compresores de Émbolo Alternativo

Aumentan la presión del aire disminuyendo el volumen de la cámara en la que se encuentra, siendo el caudal generado pulsatorio. Con este compresor se consiguen presiones muy altas y caudales muy razonables, por lo que son de los más empleados, aunque generan mucho ruido.

Funcionamiento del Compresor de Émbolo Alternativo

1. Primero desciende el émbolo y se abre la válvula de admisión. (Punto muerto inferior).
2. Llenado del cilindro de aire a presión atmosférica.
3. Se cierra la válvula de admisión.
4. El émbolo sube comprimiendo el aire. (Punto muerto superior).
5. Se abre la válvula de salida y expulsa el aire comprimido.

Compresores de Doble Etapa

Son compresores alternativos que disponen de dos pistones, de manera que el aire que sale ya comprimido del primer pistón se vuelve a introducir en el segundo pistón, que lo comprime aún más. Entre ambos cilindros hay un intercambiador de calor que disminuye la temperatura del aire. Con este tipo de compresores se consiguen presiones muy superiores a las que se consiguen con los de una etapa.

Compresores de Membrana

La parte inferior de los compresores alternativos está bañada de aceite. Esto puede provocar que pequeñas partículas de aceite pasen de la parte inferior del pistón a la cámara de compresión y se mezclen con el aire comprimido. Cuando el aire que queremos comprimir deba ser muy limpio, se tiene que evitar que ese aire entre en contacto con el pistón y su problemática. Para ello se coloca una membrana, normalmente de caucho.

Compresor Multicelular o de Paletas

Es un compresor de émbolo giratorio que produce un caudal continuo. Está compuesto por un rotor que tiene unas ranuras para que se alojen las paletas correspondientes. Estas paletas tienen la finalidad de estar siempre en contacto con el cuerpo del compresor. El rotor gira descentrado con respecto a dicho cuerpo. Entre paleta y paleta se genera una cámara o célula que está aislada de las contiguas. El aumento de la presión del aire se consigue mediante la disminución del volumen de las células. El compresor tiene un conducto de aspiración por donde entra el aire del exterior, aumentando la presión hasta que se conecta al conducto de compresión, haciendo salir el aire.

Compresor Bicelular o de Tornillo Helicoidal

También se le conoce como compresor de tornillo helicoidal. Este compresor consta de dos ejes que engranan entre sí gracias a su forma de tornillo y giran simultáneamente en sentidos opuestos. El aire avanza entre los ejes porque se queda atrapado entre los huecos de la hélice. Estos compresores generan caudal continuo.

Compresor Roots

Este compresor es parecido al compresor bicelular, ya que dispone también de dos ejes, uno motriz y otro arrastrado. Los ejes son longitudinales y aumentan su presión por disminución de volumen. El caudal que producen es continuo.

Compresor Radial

Se compone de un eje y unas aspas que giran solidarias con él. Gracias a la forma de las aspas y a la gran velocidad a la que gira, absorbe el aire hacia el interior y luego, por la fuerza centrífuga, lo despide al exterior. Proporciona caudales muy importantes, pero presiones relativamente bajas debido al bajo nivel de compresión que da. El aumento de presión se consigue mediante la dinámica de fluidos.

Compresor Axial

Es como un ventilador tradicional, que gracias a la velocidad y a la forma alabeada de las aspas aumenta la velocidad del aire que toma. Genera grandes caudales a presiones relativamente bajas, proporcionando un caudal continuo.

Acumuladores y Acondicionamiento del Aire

Acumuladores

Son depósitos que se instalan a la salida del compresor para almacenar el aire comprimido que va generando. De esta manera, el compresor puede detener su funcionamiento. Además de almacenar, los acumuladores cumplen las funciones de:

• Estabilizar el caudal.
• Disipar el calor.
• Precipitar vapor de agua y partículas.

Elementos de los Acumuladores

Los acumuladores llevan una serie de elementos:

• Válvula limitadora de presión: Tiene la misión de expulsar el aire a la atmósfera cuando en su interior el gas alcanza una presión determinada.
• Termómetro y manómetro.
• Válvulas de cierre: Se utilizan para poder aislar las tuberías del acumulador.
• Compuerta o boca de hombre: Existe una compuerta para que pueda introducirse una persona en el interior y proceder así a su limpieza cuando sea necesario.
• Purgador: Es una llave de paso, manual o automática, colocada en la parte más baja del depósito para que el vapor de agua condensado, así como las impurezas arrastradas, se expulsen al exterior por efecto de la presión existente en el interior del acumulador.

Secado y Filtrado del Aire

Como el agua es indeseable para los elementos mecánicos que se encuentran en una instalación neumática, debemos eliminarla. Además, se hace pasar el aire comprimido por unos filtros para eliminar las partículas que puedan haber sido arrastradas.

Procedimientos para Secar el Aire

1. Secado por adsorción: Es un proceso físico. El depósito contiene un producto desecador que funciona a modo de esponja y se va empapando del vapor de agua existente en el aire que lo atraviesa. El sistema dispone de dos depósitos, de manera que mientras uno está secando el aire, se hace pasar aire caliente por el otro que estaba saturado. Así, cuando uno se satura, el otro está preparado para empezar a secar aire.
2. Secado por absorción: Es un procedimiento químico. El aire atraviesa el agente desecador que reacciona con el vapor de agua provocando su condensación. Este agente se va consumiendo y no se puede regenerar, por lo que deben cambiarse los cartuchos.
3. Secado por enfriamiento: Este sistema enfría el aire por debajo de la temperatura más baja que pueda existir o producirse en la instalación. Si el aire se enfría, la cantidad de vapor de agua que se puede disolver disminuye y cuando sobrepasa el punto de rocío se licúa.

Filtros

Normalmente se instalan en la tubería antes de conectarla al elemento que va a utilizar el aire comprimido. Se compone de una parte superior transparente denominada vaso, que se puede desmontar fácilmente. En la parte superior hay una pieza con forma de aspas de ventilador para imprimir un movimiento helicoidal al aire. En el cartucho de bronce sinterizado es donde quedan atrapadas las impurezas que no hayan caído al fondo del vaso. Periódicamente, hay que limpiar este vaso para que no obstruya el paso del aire.

Lubricación del Aire

La mayoría de los elementos que se utilizan en una instalación neumática para obtener un trabajo realizan desplazamientos internos. Para prolongar su vida, se necesita una pequeña lubricación. Esto se consigue añadiendo al aire una pequeña niebla de aceite; este aceite se debe añadir en el punto de la instalación más próximo al elemento que se quiere lubricar. El aceite debe tener muy poca viscosidad para que sea más fácil de pulverizar y tratar.

El lubricador consta de un vaso donde está depositado el aceite. Por la parte superior del lubricador pasa la tubería de aire comprimido dotada de un estrechamiento por un conducto, con el fin de provocar una presión en la superficie del aceite. Como hay mayor presión en la superficie del aceite que en el estrechamiento de la tubería, se produce una succión en el extremo superior del conducto que hace que el aceite ascienda por él hasta el estrechamiento. El aceite, al llegar a la tubería de aire, se pulveriza debido a la velocidad de este.

Unidad de Mantenimiento y Presiones

La Unidad de Mantenimiento es un conjunto de elementos que se encargan de acondicionar el aire antes de introducirlo en la máquina o sistema neumático. Se compone de:

1. Filtro de aire.
2. Reductor de presión: Se encarga de suministrar la presión que se necesita en esa toma.
3. Manómetro: Nos indica la presión.
4. Lubricador.

Definición de Presiones

• Presión de servicio: Es aquella que existe en toda la red y siempre será mayor que cualquiera de las solicitadas.
• Presión de trabajo: Es la que se necesita en cada una de las distintas tomas de presión de la instalación. Será siempre menor que la presión de servicio.

Actuadores Neumáticos: Cilindros

Cilindro de Simple Efecto

Solo tiene una carrera de trabajo. El retroceso se realiza gracias al muelle; la fuerza que genera ese muelle es la suficiente para situar al émbolo en la posición inicial. La carrera máxima de estos cilindros suele ser de 80 mm.

Cilindro de Doble Efecto

No dispone de muelle. Dispone de dos tomas para conectar las tuberías de aire comprimido, una para cada cámara. Las dos carreras son de trabajo. Tiene mayor velocidad en la carrera de retroceso.

Cilindro de Doble Efecto Amortiguado

Es similar al de doble efecto, pero evita el golpe al final de la carrera. Este amortiguamiento se realiza mediante un colchón de aire regulable. El motivo de la amortiguación es evitar o reducir en la medida de lo posible los golpes secos del émbolo con las culatas, que a la larga pueden provocar que los tornillos se aflojen y generen pérdidas de aire y, por consiguiente, fuerza y velocidad.

Cilindros Tándem

Son cilindros de doble efecto, unidos mecánicamente, montados uno a continuación del otro que permiten duplicar la fuerza generada. Normalmente estos cilindros son amortiguados.

Cilindros de Doble Vástago

Mantiene la misma velocidad en un sentido que en el otro, debido a que las dos cámaras tienen un vástago de igual dimensión. Se pueden utilizar para mover las mesas de las máquinas.

Cilindros Multiposicionales

Son dos cilindros unidos rígidamente por la culata anterior y con alimentación independiente. Si los cilindros tienen carreras distintas, conseguimos cuatro puntos distintos de alcance. Se utilizan para desplazar objetos a posiciones fijas alimentando las cámaras según la necesidad.

Conceptos Fundamentales de Fluidos

Tipos de Caudal (Régimen de Flujo)

Si observamos el curso de un río, encontramos algunas zonas en las que las aguas fluyen tranquilamente, en capas ordenadas y sin crear remolinos (caudal laminar). Por el contrario, en aquellas zonas del río que están llenas de rocas, las aguas fluyen en capas desordenadas y se forman remolinos (caudal turbulento).

En una tubería en la que existe un cambio brusco de sección, podemos observar que en la zona de mayor sección el fluido discurre en un régimen laminar, y además existe una variación de velocidades. Cuando llegamos al estrechamiento de una forma brusca, las partículas de fluido ya no avanzan ordenadamente, debido al cambio de sección y al aumento de velocidad, de modo que se desvían lateralmente formando remolinos; en consecuencia, el caudal se ha vuelto turbulento.

Cuando el Número de Reynolds tiene un valor inferior a 2000, nos encontramos ante un caudal laminar, mientras que si es superior a 2000 el caudal es turbulento.

Energía y Potencia Hidráulica

La energía total de un sistema hidráulico se considera que es el resultado de cuatro energías: potencial, presión, cinética y térmica. Las dos primeras se denominan energías estáticas, mientras que las otras dos son energías dinámicas. En los sistemas hidráulicos hay que distinguir entre la potencia mecánica y la potencia hidráulica.

Fluidos Oleohidráulicos

Viscosidad

Se define como la resistencia que ofrecen las moléculas del fluido a deslizarse unas sobre otras, lo que nos indica la facilidad o no del fluir del líquido. Si la viscosidad es muy alta, aumenta la fricción, y si es demasiado baja, pueden aumentar las fugas internas.

Centrales Hidráulicas y Elementos de Potencia

Depósito

Tiene generalmente la doble función de almacenar y acondicionar el fluido. Este debe ser capaz de disipar el calor y separar el aire y las impurezas del aceite.

Factores a Considerar en el Depósito

Tendremos en cuenta los siguientes factores:

• Tabiques separadores: Utilizados para separar la línea de aspiración de la línea de retorno.
• Localización: Es conveniente que estén situados encima de las bombas.
• Tamaño: Este debe de ser del doble al triple de la capacidad del caudal de la bomba, medida en litros por minuto. Si el tanque es grande, tiene mayor capacidad de refrigeración.
• Forma: Un depósito correcto debe ser alto y estrecho. El nivel de aceite debe estar siempre por encima de la línea de aspiración de la bomba.

Bombas: Principios de Funcionamiento

Es el componente más importante del sistema hidráulico. Son las encargadas del suministro de fluido. Es importante la cantidad de fluido, pero también la fuerza con la que la bomba lo suministra. Las bombas están formadas por:

• Un orificio de entrada a baja presión.
• Un orificio de salida a alta presión.
• Una o varias cámaras de bombeo para el transporte del fluido de la entrada a la salida.