Principios y Tipos de Compresores, Válvulas y Actuadores en Sistemas Neumáticos

Compresores: Conversión de Energía Mecánica a Presión

Los compresores son dispositivos esenciales que convierten la energía mecánica en energía de presión, fundamental para el funcionamiento de diversos sistemas industriales y tecnológicos.

Principios de Compresión

• Compresión Volumétrica: Este método implica la admisión de aire en un espacio hermético donde su volumen se reduce drásticamente. Un ejemplo claro es el sistema de compresor de pistón.
• Turbocompresión: En este proceso, el aire es aspirado por el propio sistema y su velocidad se incrementa significativamente al pasar a través de cámaras impulsadas por paletas giratorias.

Tipos de Compresores

Compresores de Desplazamiento Alternativo

• De Émbolo: Son los más utilizados debido a su gran flexibilidad. Permiten la compresión a baja, media y alta presión, abarcando rangos desde 100 kPa hasta miles de kPa. Frecuentemente, se configuran con varias etapas para alcanzar presiones más elevadas.
• De Membrana: Especialmente empleados en industrias donde la pureza del aire es crítica, como la alimenticia, para evitar la contaminación del fluido.

Compresores de Desplazamiento Rotativo

Estos compresores aumentan la presión mediante el giro continuo de un motor o elemento rotativo.

• De Paletas: Utilizan paletas que giran dentro de una carcasa para atrapar y comprimir el aire.
• De Lóbulos o Roots: Son capaces de suministrar aire a una presión considerablemente mayor, ideales para aplicaciones que requieren un flujo constante y elevado.
• De Tornillo: Reconocidos por ser costosos, pero a cambio ofrecen un funcionamiento silencioso y un bajo desgaste, lo que los hace una inversión duradera.

Compresores Dinámicos

• Turbos Axiales: Se caracterizan por generar una presión reducida, pero con un caudal de aire extremadamente elevado, siendo adecuados para aplicaciones de gran volumen.

Factores Clave para la Elección de un Compresor

La selección adecuada de un compresor es crucial y debe considerar los siguientes parámetros:

1. Caudal:
   • Caudal Teórico: Es el valor indicado por el fabricante bajo condiciones ideales.
   • Caudal Real o Efectivo: Depende directamente de la construcción interna del compresor y de la presión de trabajo.
2. Presión:
   • Presión de Servicio: Es la presión que el compresor es capaz de suministrar de manera continua.
   • Presión de Trabajo: Es la presión mínima necesaria en el punto de uso o puesto de trabajo para que los equipos funcionen correctamente.
3. Accionamiento: El compresor puede ser accionado por un motor eléctrico o por un motor de combustión interna (por ejemplo, de gasolina).

Válvulas Distribuidoras y Controladoras

Las válvulas son componentes fundamentales en los sistemas neumáticos, encargadas de dirigir y controlar el flujo de aire comprimido.

Tipos de Válvulas

• Válvulas de Asiento: Se distinguen por tener un recorrido de actuación pequeño, lo que permite una respuesta rápida.
• Válvulas Correderas: Ofrecen un gran recorrido de actuación y requieren una fuerza de accionamiento relativamente pequeña para operar.

Válvulas Pilotadas Neumáticamente

En estas válvulas, las posiciones de conmutación se controlan mediante señales de aire comprimido, lo que permite su automatización.

• Biestables: Ambos movimientos del actuador son controlados por dos señales de aire distintas, manteniendo su posición hasta recibir la siguiente señal.
• Monoestables: Uno de los movimientos es activado por una señal de aire, mientras que el retorno a la posición inicial se realiza mediante un muelle o resorte.

Actuadores Neumáticos: Lineales y Rotativos

Los actuadores transforman la energía del aire comprimido en movimiento mecánico, ya sea lineal o rotativo.

Actuadores Lineales (Cilindros)

• Cilindro de Simple Efecto: Posee una única conexión de aire y solo realiza trabajo en un sentido. El vástago retorna a su posición inicial por la acción de un muelle interno o una fuerza externa.

  *Nota: En los cilindros de simple efecto con muelle, la longitud de este limita la carrera, por lo que no suelen sobrepasar una carrera de unos 100 mm.

• Cilindro de Doble Efecto: Capaz de realizar dos movimientos (avance y retroceso) mediante la aplicación de aire en ambas cámaras. La carrera no está limitada por un muelle, pero es crucial considerar el riesgo de pandeo o doblado que puede sufrir el vástago extendido, especialmente en carreras largas.

Actuadores Rotativos (Motores Neumáticos)

Motores de Émbolo

Estos motores pueden alcanzar velocidades de hasta 5000 rpm y ofrecen potencias que varían entre 1.5 y 1.9 kW (aproximadamente 2 a 25 CV).

Motores de Aletas

Con un rango de velocidad de 3000 a 8500 rpm, los motores de aletas proporcionan potencias desde 0.1 hasta 17 kW (aproximadamente 0.1 a 24 CV).