Fundamentos de Tecnología Neumática: Componentes, Principios de Aire Comprimido y Tipos de Compresores

SHYN T1: Fundamentos del Aire Comprimido y Sistemas Neumáticos

Características del Aire Comprimido

Ventajas

• Es ilimitado y gratuito en cualquier lugar. Al usarse, se devuelve a la atmósfera.
• Se transporta fácilmente.
• Se almacena, lo que permite que el compresor no funcione constantemente.
• Poco sensible a las variaciones de temperatura.
• No presenta riesgo de explosión ni incendio.
• Es un medio muy limpio.
• Sus elementos son simples y de fácil compresión.
• Permite alcanzar velocidades elevadas.
• No existe riesgo de sobrecarga.
• Las instalaciones tienen un coste inicial bajo y un mantenimiento poco costoso debido a la baja tasa de averías.

Inconvenientes

• Se requiere un tratamiento previo para evitar desgastes en los componentes del sistema.
• No es posible obtener velocidades regulares y constantes.
• La fuerza generada está limitada por la presión disponible.
• Los escapes de aire suelen producir ruidos molestos.

Conceptos Clave: Caudal y Presión

Caudal

El caudal se define como el volumen de fluido que atraviesa una sección transversal determinada de una conducción en la unidad de tiempo. A mayor caudal, mayor velocidad de trabajo.

Presión

La presión es la fuerza ejercida sobre una superficie. Influye directamente sobre la fuerza que origina el trabajo en los cilindros y motores neumáticos.

Sistema Neumático Básico

Un sistema neumático se divide fundamentalmente en dos secciones:

Sección de Producción

Esta sección se encarga de generar y acondicionar el aire comprimido:

1. Compresor: Comprime el aire para entregarlo a mayor presión, transformando energía mecánica en energía neumática.
2. Motor: Suministra la energía mecánica necesaria al compresor.
3. Filtro de entrada: Evita que las impurezas dañen el compresor.
4. Presostato: Regula el arranque y la parada del motor del compresor en función de la presión.
5. Válvula antirretorno: Impide el retorno del aire al compresor cuando este se encuentra parado.
6. Depósito (Acumulador): Almacena el aire para compensar la discontinuidad de uso. Una mayor capacidad permite intervalos de funcionamiento más largos. Su capacidad está relacionada con la capacidad de producción del compresor.
7. Manómetro: Indica la presión del aire dentro del depósito.
8. Purgador: Elimina el agua condensada del depósito, pudiendo ser manual o automático.
9. Válvula de seguridad: Expulsa el aire si la presión excede un límite preestablecido.
10. Secador: Enfría el aire para facilitar la condensación de la humedad.
11. Filtro de línea: Instalado después del depósito para eliminar contaminación, aire residual y agua antes de la distribución.

Sección de Utilización

Esta sección emplea el aire acondicionado para realizar trabajo:

1. Derivación de aire: Ramales secundarios que distribuyen el aire desde la red principal.
2. Purgador: Situado en los puntos más bajos de la red para eliminar el agua acumulada.
3. Unidad de acondicionamiento: Suministra aire limpio a la presión adecuada y, a menudo, lubrica el aire antes de su uso.
4. Válvula direccional: Distribuye el aire de manera controlada para gestionar la dirección del movimiento.
5. Actuadores: Transforman la energía neumática en energía mecánica. Pueden ser cilindros (movimiento lineal) o motores (movimiento rotatorio).
6. Controladores de velocidad: Permiten la regulación precisa de la velocidad de los actuadores.

SHYN T2: Estudio Detallado de Compresores

Compresores: Generadores de Energía Neumática

Las máquinas compresoras tienen la misión fundamental de comprimir gases, transformando la energía mecánica suministrada por un motor en energía neumática. El aumento de presión se logra mediante dos métodos principales: reducir el volumen del gas o aumentar la cantidad de aire (aunque en sistemas cerrados se enfoca en la reducción de volumen). Los compresores son generadores de caudal; para aumentar la presión, el caudal de entrada debe ser mayor que el de salida.

La presión máxima que un compresor puede soportar en trabajo continuo depende de la resistencia y la durabilidad de sus componentes. La compresión genera una cantidad significativa de calor, lo que reduce el rendimiento; por ello, es indispensable un sistema de refrigeración, ya sea forzada o natural.

Tipos de Compresores

Compresores Alternativos

Compresor de Pistón

Un compresor de una etapa se construye con un cilindro que posee dos válvulas: admisión y expulsión. Un pistón, unido a una biela, realiza un movimiento alternativo.

• Admisión: Durante el movimiento descendente del pistón, se genera una depresión que abre la válvula de admisión, permitiendo la entrada de aire. Alcanzan presiones de hasta 7 bares en una sola etapa.
• Compresión y Refrigeración: La compresión del aire provoca un aumento de temperatura; el aire dilatado aumenta su volumen, lo que obliga al compresor a realizar un trabajo suplementario. El aire debe ser refrigerado (forzada o naturalmente) para reducir su volumen, lo que incrementa la capacidad de trabajo efectiva.
• Compresión Multietapa: Para alcanzar presiones más elevadas, se emplean normas de compresión en varias etapas utilizando múltiples cilindros. El número de etapas está directamente relacionado con la presión deseada: más etapas implican mayor presión. El aire atmosférico se comprime en la primera etapa, se refrigera, se introduce en el cilindro de la siguiente etapa para comprimirse nuevamente y, finalmente, se envía a la instalación.

Compresor de Diafragma

Este tipo es una variación del compresor de pistón, donde una membrana o diafragma separa el pistón de la cámara de trabajo.

• Ventaja Principal: El aire comprimido no tiene contacto físico con el pistón ni con el mecanismo de accionamiento, por lo que no contendrá aceite ni contaminantes mecánicos.
• Funcionamiento: El diafragma provoca el cambio de volumen actuando de manera similar a los compresores de pistón.
• Presión y Aplicaciones: Generalmente alcanzan presiones de hasta 5 bares. Son ampliamente empleados en industrias que requieren aire puro, como la alimentaria, farmacéutica y química.