Sistemas neumáticos e hidráulicos

Unidad 1: Neumática

Ing. Oscar Alonso Rosete Beas

Semana 5 Agosto Rev:5 ciclo 2024-2

Agenda

1.1 Fundamentos de la neumática.
1.2 Generación, distribución y acondicionamiento del aire comprimido.
1.3 Simbología de los elementos neumáticos.
1.4 Diseño de circuitos neumáticos.
a) Método Intuitivo.
b) Método de cascada.
c) Método paso a paso.

Unidad I: Neumática

Unidad 1

Introducción a la materia

PROPÓSITO DEL  CURSO

PROPÓSITO DEL  CURSO

Introducción a la materia

Las actividades que se realicen dentro del aula serán dirigidas por el profesor y otras serán de carácter independiente para ser realizadas por los alumnos fuera del aula.

Las formas genéricas de actividades de aprendizaje que serán realizadas por los alumnos son:

• Trabajo colaborativo dentro del aula para analizar y debatir sobre los contenidos y bajo la dirección del profesor.
• Exposición de contenidos por parte del profesor y alumnos
• Aprendizaje basado en proyectos de aplicación por equipos  o individuales.

EVIDENCIAS DE DESEMPEÑO

• Reportes de análisis y resolución de casos de estudio y ejercicios de aplicación.
• Reportes de lectura y reportes de investigación donde se identifiquen las principales tecnologías relacionadas a los sistemas hidráulicos y neumáticos para aplicaciones industriales.

• Elaboración de prototipos/ simulaciones.

• Presentaciones en clase.
• Proyecto final integrador en donde se apliquen las herramientas vistas durante el curso.
• Exámenes teóricos/prácticos a lo largo del curso.

Contenido temático

1.1 Fundamentos de la neumática.
1.2 Generación, distribución y acondicionamiento del aire comprimido.
1.3 Simbología de los elementos neumáticos.
1.4 Diseño de circuitos neumáticos.
a) Método Intuitivo.
b) Método de cascada.
c) Método paso a paso.

Unidad I: Neumática

Contenido temático

2.1 Alimentación eléctrica y características.
2.2 Sensores, interruptores y relevadores.
2.3 Dispositivos de salida electroneumáticos.
2.4 Convertidor neumático-eléctrico.
2.5 Sistemas de mando con válvula direccional con retorno por muelle.
2.6 Sistemas de mando con válvula de doble bobina.
2.7 Sistemas de mando con auto-retención eléctrica.
2.8 Sistemas de mando con convertidor neumático-eléctrico.

Unidad 2: Electroneumática

Contenido temático

Contenido temático

3.1 Principios físicos que rigen la hidráulica.
3.2 Fluidos hidráulicos.
3.3 Bombas hidráulicas.
3.4 Actuadores hidráulicos.
3.5 Válvulas hidráulicas y electrohidráulicas.
3.6 Simbología hidráulica.
3.7 Filtros, tuberías y sellos hidráulicos.
3.7 Diseño y trazado en software de circuitos de mandos hidráulicos y electrohidráulicos.

Unidad 3: Hidraúlica

Contenido temático

Contenido temático

POLÍTICAS DEL CURSO

• Existe tolerancia de 5 minutos de llegada tardía, a partir de los cuales se tomará asistencia.
• Las fechas de entrega y presentación para exámenes parciales, tareas, exposiciones, prácticas y trabajo final son Inamovibles.
• No se aceptarán entregas de exámenes fuera de la fecha y hora establecida y la calificación de una falta de entrega o entrega extemporánea es cero.

• Se aceptarán entregas de tareas/prácticas fuera de las fechas y horas establecidas (calificación de falta de entrega es cero).
  • Penalización 10%/ día en tareas
  • Penalización 10%/ semana en práctica.

• Todas las entregas deberán realizarse por medio definido en clase, de acuerdo a las indicaciones dadas (blackboard y pdf generalmente).

POLÍTICAS DEL CURSO

POLÍTICAS MATERIAL

• El material para trabajar en clase, descripción de tareas y temas para exposición, así como cualquier material de apoyo estará disponible a través del Blackboard o el sitio web y este será actualizado periódicamente.
• Es responsabilidad de cada estudiante traer a la sesión de clase el material que indique el maestro, incluyendo exposiciones y tareas.

POLÍTICAS PRESENTACIONES

• Preparar una presentación formal e interactiva que presente al grupo el tema correspondiente (Prezi, PowerPoint, Google Slides, otro).
• Preparar un reporte escrito de los puntos más relevantes de la presentación, así como las referencias consultadas.
• Subir en la actividad correspondiente en Blackboard la presentación y el reporte escrito.

• Es necesario estar presente en las actividades de exposición, de lo contrario la calificación para la exposición es cero.

Introducción a la materia

Bibliografía

Antonio Serrano Nicolás, (2009), “Neumática práctica”, Editorial: Paraninfo

John S. Cundiff, (2001), “Fluid Power Circuits and Controls”; Editorial: CRC Press 

Antonio Guillén Salvador, "Introducción a la neumática"; Editorial: Marcombo

ISO 8573-1 (calidad aire)

ISO 1219 (simbología)

Software:

Festo FluidSIM 4.2

Herramientas digitales:

Blackboard, Google suite, recursos microsoft, portafolio electronico,  bases de datos.

Introducción a la materia

Introducción a la materia

Introducción a la materia

Información de referencia

Profesor:

Ing. Oscar Alonso Rosete Beas
E-Mail:

oscar.rosete@cetys.mx
Pagina de facebook:

https://www.facebook.com/oscararosete
Sitio web:

https://oscarrosete.com/

Contacto preferente para dudas

Asesorías: WhatsApp  686 264 5073

Proyecto final

Desarrollar un proyecto de innovación a nivel experimental de tecnología utilizando sistemas neumáticos e hidráulicos, donde el alumno proponga la solución de un problema planteado mediante el desarrollo de un proceso para la implementación de la solución y la realización de pruebas de factibilidad y utilidad de un sistema.

Introducción a la materia

• Formación de equipos para presentaciones y proyectos (3-4 integrantes)
• Registro en grupo de Facebook

Diagnóstico conceptos clave

Unidad I: Neumática

Agenda

• Identificar los conceptos de física básicos, sobre el aire.
• Comprender sobre la generación, distribución y acondicionamiento del aire comprimido.
• Comprender la construcción y operación de los diferentes elementos neumáticos.
• Diseñar e interpretar circuitos neumáticos básicos

Mediante lecturas, investigación documental, análisis de casos y la realización de proyecto de innovación. Con una actitud proactiva, creativa y colaborativa.

Objetivos

• Automatización y su justificación (pretextos)

• Herramientas para automatizar

​

Neumática

• Ventajas de usar sistemas neumáticos

• Desventajas

• Propiedades del aire

• Conceptos básicos

Agenda

En los equipos previamente formados, debatan al respecto y lleguen a una respuesta conjunta a las preguntas:

1. ¿Qué es la automatización?

2. ¿Cuáles son las tecnologías utilizadas para automatizar?

   • Mencione como se clasifican.
   • Mencione ejemplos de casos documentados (2) en los que se hayan implementado estas tecnologías.

Se entregara un documento en formato pdf al portal en la actividad correspondiente, se incluirán los nombres y matriculas de los integrantes.

Automatización

Unidad I: Neumática

Agenda

En los equipos previamente formados, debatan al respecto y lleguen a una respuesta conjunta a las preguntas:

1. ¿Qué es la automatización?

2. ¿Cuáles son las tecnologías utilizadas para automatizar?

   • Mencione como se clasifican.
   • Mencione ejemplos de casos documentados (2) en los que se hayan implementado estas tecnologías.

Se entregara un documento en formato pdf al portal en la actividad correspondiente, se incluirán los nombres y matriculas de los integrantes.

Automatización

Consiste en dotar al sistema de los dispositivos que le permiten operar por sí mismo.

Tiene como objetivo principal la sustitución del hombre por la máquina en tareas específicas.
-Andres Garcia, el control automático en la industria.

Automatización

La automatización consiste en el uso de tecnologías que permiten que un proceso o procedimiento se realice sin la necesidad del trabajo humano.

Se implementa mediante un conjunto de dispositivos, programas, mecanismos, etc. como parte de un sistema de control.

El término fue acuñado originalmente por un ingeniero de la Ford Motor Company en 1946.

Automatización

Funciones de la automatización

• Realizar operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
• Mejorar la disponibilidad de los productos, para lograr proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.
• Simplificar el mantenimiento de forma que el operador no requiera grandes conocimientos para manipular el proceso productivo.

Tendencias tecnológicas emergentes

Hype Cycle for Emerging Technologies, 2019. Gartner

Top ten strategic technology trends 2021

• Técnicas cableadas:

Sistemas diseñados a la medida que utilizan diferentes componentes conectados entre sí para realizar determinadas operaciones.

• Técnicas programadas:

Uso de sistemas más complejos y genéricos de información.

-Andres Garcia, el control automático en la industria.

Automatización

Automatización

Introducción a la neumática

En los equipos previamente formados, debatan al respecto y lleguen a una respuesta conjunta a las preguntas:

• ¿Qué es la neumática?

• ¿Qué aplicaciones tiene la neumática?

• ¿Cuáles son sus ventajas y sus desventajas?

Introducción a la neumática

Etimología de la palabra neumática

La neumática (del griego πνεῦμα [pneuma], ‘espiritu/alma/aire’)

En sus comienzos el hombre utilizó el viento en la navegación y en el uso de los molinos para moler grano y bombear agua.

Introducción a la neumática

Sucesos notables

• Fuelle de mano y pie

• Fundicion no ferrosa

1500 A.C

Hero's wind-powered organ (reconstruction)

Heron of Alexandria (c. 10–85 A.C.)

Influenciado por 

Ctesibius of Alexandria (270 A.C.) llamado el padre de la neumática

Introducción a la neumática

Sucesos notables

A partir de 1950 la neumática progreso ampliamente en la industria con el desarrollo paralelo de los sensores, se comenzó con electroneumática

1690

Máquina de émbolos

-Denis papin

1776

Prototipo Compresor

-John Wilkinson

1829

diseño actual con cilindros

Introducción a la neumática

¿Qué es la neumática?

La palabra neumática se refiere al estudio del movimiento del aire.

-Antonio Creus Solé, Neumática e Hidráulica 2a

Tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de energía para mover o hacer funcionar mecanismos.

Introducción a la neumática

¿Qué es la neumática?

La neumática y la hidráulica se pueden definir como las tecnologías destinadas a aprovechar las capacidades energéticas de los fluidos a presión para obtener trabajo útil.

Transforma procesos manuales en semiautomáticos o automáticos.

Aplicaciones de la neumática

La neumática se aplica en líneas de producción y máquinas herramientas, donde el movimiento de diferentes mecanismos se logra a través de cilindros o motores neumáticos.

Aplicaciones de la neumática

Accionamiento de válvulas de control.

 Herramientas de uso manual.

Aplicaciones de la neumática

Ventajas de la neumática

Disponibilidad:

El aire está presente en cualquier lugar. El aire comprimido es fácil de transportar a grandes distancias mediante tuberías, sin necesidad de líneas de retorno y se almacena fácilmente en depósitos y acumuladores.

Ventajas de la neumática

Fácil de usar:

Las instalaciones son seguras y no precisan de costosos elementos adicionales. Puede usarse tanto en pequeñas operaciones como en grandes automatizaciones, siendo sencillo ampliar las instalaciones, en forma modular.

Ventajas de la neumática

Facilidad de Manejo y adaptabilidad:

Las instalaciones son robustas y sus componentes son prácticamente insensibles a perturbaciones, sus equipos y componentes son sencillos de mantener y permiten una amplia gama de regulación de fuerza y velocidad de sus actuadores.

Es prácticamente insensible a los cambios de temperatura, por muy bruscos que sean.

Ventajas de la neumática

Seguridad:

No tiene riesgos de incendio o explosión, lo que le convierten en idóneo para instalaciones madereras, textiles, papeleras, mineras, químicas, entre otras.

Resistencia al desgaste:

Sus componentes pueden sobre-utilizarse, sin sufrir deterioro.

Ventajas de la neumática

Son los más adecuados en ambientes sensibles a campos magnéticos, con riesgos de incendio, explosión o medios húmedos.

Ventajas de la neumática

Tecnología limpia (desde el punto de vista microscópico), generalmente utilizado en ambientes médicos y la industria alimenticia.

Conceptos

Desventajas de la neumática

• El aire comprimido debe tratarse para poder utilizarlo, por ello se filtra, deshumidifica y si se requiere y/o permite, se lubrica.

• En la práctica es imposible conseguir velocidades de trabajo uniformes y constantes.

Desventajas de la neumática

• Los máximos esfuerzos que se pueden desarrollar están limitados por la presión de trabajo y el tamaño de los componentes.

• Riesgos inherentes a los recipientes sujetos a presión.

Desventajas de la neumática

A pesar de que el aire es abundante y gratuito, comprimirlo y tratarlo generan un alto costo, por ello, las fugas en las líneas de presión deben evitarse…

Desventajas de la neumática

Leaks are a significant source of wasted energy in a compressed air system, often wasting as much as 20%-30% of the compressor’s output.

Desventajas de la neumática

Is it a good idea to use compressed air to blow dirt off clothing or work surfaces?

No. Under no circumstances should anyone use compressed air to clean off clothing or any part of the body. Although many people know using compressed air to clean debris or clothes can be hazardous, it is still used because of old habits and the easy availability of compressed air in many workplaces. However, cleaning objects, machinery, bench tops, clothing and other things with compressed air is dangerous. Injuries can be caused by the air jet and by particles made airborne (re-enter the air). Many workplace injuries occur due to the misuse of compressed air.

Referencia Adicional

Potential causes

• Not draining tank (hot moist air)-->Rust
• Safety valve
• welds

Aplicaciones Industriales

En una presentación deberá describir:

• 1 aplicación actualmente implementada de un sistema neumático en el ámbito industrial.
• 1 aplicación no documentada (propuesta por ustedes) de un sistema neumático en el ámbito industrial.

Incluir el detalle de los dispositivos utilizados y de ser posible un video de referencia.
 

La extensión mínima será de 2 diapositivas por aplicación.

Exposición

Unidad I: Neumática

Agenda

Aplicaciones Industriales

En una presentación deberá describir:

• 1 aplicación actualmente implementada de un sistema neumático en el ámbito industrial.
• 1 aplicación no documentada (propuesta por ustedes) de un sistema neumático en el ámbito industrial.

Incluir el detalle de los dispositivos utilizados y de ser posible un video de referencia.
 

La extensión mínima será de 2 diapositivas por aplicación.

Exposición

¿Porqué utilizar el aire y  cuáles son sus propiedades?

Propiedades del aire

Propiedades del aire

Propiedades del aire

Conceptos básicos

Presión

Unidades de Presión

Conceptos básicos

Ejercicio Conversiones

Para la medición de la presión se utilizan los sistemas de referencia absoluto y relativo, las presiones medidas desde el cero absoluto se conocen como absolutas y las medidas desde la presión atmosférica local se conocen como relativas.

Conceptos básicos

Unidades de Presión

Para medir la presión atmosférica/barométrica se utilizan instrumentos denominados barómetros. Barómetro aneroide y barómetro de mercurio.

Conceptos básicos

Unidades de Presión

Presion absoluta,PSIA.

La presión absoluta, se mide a partir del cero absoluto de presión. El cero absoluto se tiene en el vacío absoluto, ejemplo en el espacio. Todo cálculo que involucre las leyes de los gases requiere que tanto presión como temperatura están dados en unidades absolutas.
 

Presion manometrica, PSIG.(Presión relativa)
Un manómetro (gauge) se usa para medir la diferencia de presión entre un sistema y la presión atmosférica, denominándose a la lectura como presión manométrica.

Si la presión manométrica es negativa, es una presión de vacío, respecto de la presión atmosférica.

Conceptos básicos

Relaciones entre las presiones

Las presiones absolutas y manométricas se relacionan mediante la ecuación:




La presión atmosférica, varía con la temperatura (afecta la densidad del aire) y la altitud sobre el mar.

La presión atmosferica estandar es 1.01325 bar @273K, se usa como referencia para establecer la densidad y volumen de los gases.

Conceptos básicos

Relaciones entre las presiones

Conceptos básicos

Relaciones entre las presiones

Conceptos básicos

Ejemplo ilustrativo

Conceptos básicos

Ejemplo ilustrativo

Conceptos básicos

Ejemplo ilustrativo

Conceptos básicos

Ejemplo ilustrativo

• Los manómetros llenos de líquido (glicerina) se recomiendan en procesos donde existan vibraciones excesivas, presiones pulsantes, impactos mecánicos y atmósferas corrosivas.

• Una vez instalado el manómetro se debe “ventear”, cortando la punta del tapón fusible a fin de liberar presiones internas del manómetro (generadas por altas temperaturas) para evitar lectura errónea

Conceptos básicos

Selección manómetro y vacuómetro

Conceptos básicos

Selección manómetro y vacuómetro

Conceptos básicos

Selección manómetro y vacuómetro

Conceptos básicos

Instrumento de medición

Conceptos básicos

Caudal/gasto volumétrico

Es la cantidad de volumen que atraviesa una superficie en la unidad de tiempo. En un elemento neumático es la cantidad de aire que atraviesa dicho conducto en un determinado tiempo.

Unidades:

SI: m^3/s

US: gpm

l/min

Donde:

A=Área de sección transversal del ducto o cilindro (m2)

l=longitud(m)

v=velocidad(m/s)

Donde:

Q=caudal(m3/s)

V=volumen(m3)

t=tiempo(s)

El cilindro neumático de la figura, tiene un émbolo de 50 mm de diámetro, y un vástago de 19 mm de diámetro. Si el vástago se mueve a una velocidad de 5 pulgadas por minuto, cuál es el caudal por segundo que se consume en 50 ciclos similares, operando al mismo tiempo.

Conceptos básicos

Caudal

Unidad I: Neumática

Agenda

El cilindro neumático de la figura, tiene un émbolo de 50 mm de diámetro, y un vástago de 19 mm de diámetro. Si el vástago se mueve a una velocidad de 5 pulgadas por minuto, cuál es el caudal por segundo que se consume en 50 ciclos similares, operando al mismo tiempo.

Conceptos básicos

Caudal

En los equipos previamente definidos, establezcan las diferencias entre un caudalímetro, flujometro y un rotámetro e identifiquen aplicaciones.

ACTIVIDAD EN CLASE

Conceptos básicos

Selección caudalimetro/flujometro/rotámetro

El rotámetro es un caudalímetro industrial que se usa para medir el caudal de líquidos y gases. El rotámetro consiste en un tubo y un flotador.​

Conceptos básicos

Rotámetro

• ¿Cuál es el caudal mínimo y máximo para el rotámetro?

• ¿Cuál es la temperatura de proceso mínima y máxima?

• ¿Cuál es el tamaño de la tubería?

• ¿Quisiera un rotámetro de lectura directa o es aceptable una tabla de consulta?

• ¿Qué precisión necesita?

• ¿Requiere una válvula para regular el flujo?

• ¿Habrá contrapresión?

• ¿Cuál es la presión de proceso máxima?

Conceptos básicos

Rotámetro

Un caudalímetro es un instrumento usado para medir lineal, no lineal, la masa o caudal volumétrico de un líquido o un gas.

Existen caudalimetros ultrasónicos, rotámetros, magnéticos, de turbina, entre otros.

Conceptos básicos

Caudalímetro o flujómetro

Conceptos básicos

Caudalímetro o flujómetro

Conceptos básicos

Flujometro

La presión ejercida en un punto cualquiera de un fluido, se transmite por igual en todas direcciones y sentidos. En este principio se basa la operación de las prensas hidráulicas.

Conceptos básicos

Principio Pascal

¿Qué fuerza se debe aplicar sobre un émbolo de 5 cm2 de área, de un circuito hidráulico, con el que se desea elevar un automóvil de 1200 kg de masa, el cual se soportará sobre el vástago de un pistón que tiene un émbolo de área 120 cm2?

Ejemplo ilustrativo

Principio Pascal

Sistemas de frenado de los vehiculos (líquido de frenos)

Aplicaciones

Principio Pascal

Bombas hidráulicas

El concepto de potencia neumática, es útil para realizar el análisis económico de instalaciones de sistemas neumáticos.

La potencia instantánea consumida por un actuador, es igual al producto de la fuerza por la velocidad, si el actuador es un cilindro, la fuerza ejercida será igual al producto de la presión por el área de sección útil del cilindro.

Conceptos básicos

Potencia neumática

Si la presión de trabajo del pistón del ejercicio anterior de cálculo de caudal fuese de 110 psi, cuál sería la potencia consumida en 50 ciclos del pistón en Hp.

Conceptos básicos

Potencia neumática

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Agenda: 1.2 Generación, distribución y acondicionamiento del aire comprimido.

• Calidad del aire comprimido.

• Casos registrados

• Normativa

• Tipos de secadores

• Tipos de filtros

• Compresores

• Acumulador

• Red de aire

• Conectores para tubería

• Instrumentación básica.

Es la unidad que se emplea para medir el caudal o flujo de un fluido, en el sistema inglés, (sus siglas son CFPM o CFM, “Cubic Feet Per Minute), especificando así el volumen, en pies cúbicos, que pasa por una tubería o se consume en un cilindro, de sección determinada, por cada minuto que transcurre.

SCFM-Standard conditions

At sea-level of 14.7 PSIA (760 mmHg), relative humidity of 36%, and ambient temperature of 68oF (19oC).

Conceptos básicos

Cálculo de los cfpm/cfm

Cálculo de los cfpm/cfm

ACFM (Actual Cubic Feet per Minute)

Las condiciones reales son difícilmente condiciones estándar.

• Cuando se aplica presión a un volumen de aire, este se comprime.

• Cuando se aplica vacío a un volumen de aire este se expande.

El flujo volumétrico real/actual es denominado ACFM.

Conceptos básicos

Ejercicios alumnos

Cálculo de los cfpm/cfm

En una prensa el émbolo mayor tiene un diámetro de 42 cm y el émbolo menor de 2.1 cm. ¿Qué fuerza se necesita ejercer en el émbolo menor para levantar un bloque de  5097 kg.

Ejercicio alumno

Principio Pascal

Un cilindro de simple efecto efectúa 750 ciclos por minuto, siendo la longitud de cada carrera de 75 mm y produce una elevación de presión de 100 bar.

El área del pistón es de 10cm2.

Ejercicio alumno

Potencia neumática

Consideraciones preliminares

Ejercicio alumno

Potencia neumática

Unidad I: Neumática

Agenda

Ejercicios alumnos

Cálculo de los cfpm/cfm

En una prensa el émbolo mayor tiene un diámetro de 42 cm y el émbolo menor de 2.1 cm. ¿Qué fuerza se necesita ejercer en el émbolo menor para levantar un bloque de  5097 kg.

Ejercicio alumno

Principio Pascal

Un cilindro de simple efecto efectúa 750 ciclos por minuto, siendo la longitud de cada carrera de 75 mm y produce una elevación de presión de 100 bar.

El área del pistón es de 10cm2.

Ejercicio alumno

Potencia neumática

El aire en el planeta presenta un gran contenido de contaminantes acentuándose la presencia de estos en el aire comprimido, la tabla abajo proporciona valores típicos de contaminantes en el aire comprimido, los valores mostrados pueden excederse de manera significativa dependiendo de la localidad y circunstancias ambientales.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Calidad del Aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Calidad del Aire comprimido

El contaminante más abundante en un sistema de aire comprimido es el agua; (hasta un 99%), la cual se mezcla con aceite, residuos de desgaste del compresor y corrosión de las tuberías, así como partículas en suspensión, bacterias y virus que entran al sistema de aire comprimido a través del compresor.  

La cantidad de contaminantes se multiplica cuando el aire se comprime a la presión de trabajo. A 8 bar habrá 8 veces más contaminantes por m3.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Calidad del Aire comprimido

La acumulacion en líneas de presión, válvulas y cilindros del sistema genera corrosión en las tuberías y tiempo muerto debido a fallas de operación por la oclusión de válvulas y  atascamiento de cilindros.

Adicional a la contaminación de productos médicos o alimenticios.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Calidad del Aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Calidad del Aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Calidad del Aire comprimido

Ejemplo afectación maquinaría

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Ejemplo afectación maquinaría

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Normativa de calidad del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Al seleccionar una pureza de aire debe considerarse la aplicación que se va a dar al aire comprimido, no es lo mismo aire para una llantera que aire para un hospital o trabajos de dentista.

Normativa de calidad del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Clase 1.2.1(ISO 8573-1:2010) 

• Clase 1 en Partículas (impurezas sólidas)

Partículas sólidas. Cantidad máx. de partículas por m3 o en mg/m³.

• Clase 2 en Agua (vapor de agua y agua)

Punto de condensación bajo presión de vapor.

• Clase 1 en Aceite (mg/m³)

Contenido total en aceite (líquido, aerosol y niebla).

Agua

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

El agua es la única sustancia en la Tierra que aparece naturalmente en tres estados físicos:

gas (vapor de agua), líquido (agua) y sólido (hielo)

El vapor de agua es el único gas en la atmósfera que se puede encontrar en sus 3 estados.

Punto de rocío

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Temperatura en la que el vapor de agua se condensa en agua líquida a la presión de funcionamiento del sistema.
 

Entre más bajo mejor.

Punto de rocío

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Normativa de calidad del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Dew point (punto de rocio):

the atmospheric temperature (varying according to pressure and humidity) below which water droplets begin to condense and dew can form.

Normativa de calidad del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Clase 1.2.1(ISO 8573-1:2010) 

• Clase 1 en Partículas

En un m^3 de aire: ≤20,000 partículas de 0.1-0.5 micrones, ≤400 partículas 0.5-1 micrón, 10 de 1-5 micrones.

• Clase 2 en Agua

no permitiéndose cantidad alguna de agua líquida (g/m^3). 

Punto de rocio ≤ -40°C

• Clase 1 en Aceite

​En un m^3 de aire: <0.01mg de aceite.

Diferencias entre ISO 12500 and ISO 8573 (Atlas Copco)

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Auditoría de Aire comprimido (Beko)
 

Datos con instrumentos de medición exactos

De particulas, humedad y aceite residual

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Normativa de calidad del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Aire para aplicaciones Críticas… [1.1.1 ; 1.2.1 ; 1.3.1]

Productos Farmacéuticos, (Medicamentos, Aire para pulmones mecánicos,…) Producción de Alimentos, (Cereales, Enlatados, Pastas,…), Productos Lácteos, (Leche, Grasas, Yogurts,…)

Aire de Alta Calidad, Libre de Aceite… [ 2.1.1 ; 2.2.1 ; 2.3.1]

Soplado de botellas de plástico, (PET, PVC, PHD…), Procesamiento de películas, Instrumentación Crítica y de Medición, Producción de cosméticos, Aire para dentistas.

Aire para Propósitos Generales, con carga mínima de Aceite… [2.4.2]

General, Estampado de metales, forja.

Red de aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

El propósito del sistema de distribución de aire comprimido es proveer de aire en los puntos de uso.

El aire comprimido debe entregarse en volumen suficiente, con calidad apropiada, y la presión requerida para alimentar correctamente los componentes que utilizan el aire.

Red común de aire

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

a. El compresor (generación)

b. El acumulador (soportar picos de demanda)

c. Válvulas de cierre (control flujo)

d. Las tuberías (conducción del aire comprimido)

e. Bajadas de aire con cuellos de ganso y  puntos de uso previo a los extremos.

Red común de aire

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Eficiencia de red

• La eficiente separación de los condensados.

• Una baja caída de presión entre el compresor y el punto de uso o consumo, <0.5 Bar entre compresor y punto de uso más alejado.

• Un mínimo volumen de fugas en las tuberías de distribución, <10% del aire comprimido.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Compresor

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secadores de aire

En los sistemas de aire comprimido, el aire aspirado por el compresor entra a la presión y temperatura  ambiente  con su consiguiente  humedad  relativa.

Entonces  se lo comprime a una presión más elevada lo que produce un calentamiento del aire al grado que toda su humedad pasará por el compresor.

Este aire, ahora comprimido, al ir enfriándose en el depósito y tuberías de distribución hasta igualar la temperatura ambiente, condensará parte de su humedad en forma de gotas de agua.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secadores de aire

El aire comprimido incluye objetos extraños como la humedad (vapor de agua, gotitas de agua), aceite y partículas.

Las gotitas de agua, el aceite y las partículas pueden eliminarse usando filtros de aire, separadores de neblina, etc., pero la humedad debe eliminarse mediante un secador.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secado por absorción

(secado coalescente)

El aire comprimido es forzado a través de un agente secante que reacciona con la humedad, drenando posteriormente.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

La coalescencia es la propiedad que tienen los elementos a juntarse (crecer conjuntamente),

Las partículas líquidas son obligadas a unirse en gotas más grandes, por medio de una matriz filtrante, logrando un tamaño suficiente para caer por gravedad.

Secado por absorción

(secado coalescente)

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secado por absorción

(desecante)

En una cámara vertical está contenido un producto químico, que por métodos físicos absorbe la humedad del aire comprimido.

Cuando se satura, se regenera mediante secado por calentamiento.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secado por refrigeración

Unidad mecánica que incorpora un circuito de refrigeración con dos intercambiadores de calor.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secado por refrigeración

Consisten en una máquina con un circuito de refrigeración típico el cual se encarga de enfriar aire por debajo de la temperatura mínima histórica en la red produciéndose intencionalmente condensados que son retirados por medio de un separador centrífugo.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secado por refrigeración

Solo pueden ser utilizados en sitios donde el punto de rocío sea mayor o igual a 0°C ya que de lo contrario el agua se congela y obstruye la tubería.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secado por refrigeración

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Exposición

Lunes 26 de Agosto

En equipos previamente acordado, definan y justifiquen qué arreglo de filtros (#parte, proveedor y diagrama) utilizarían para las siguientes aplicaciones:

• Cirugías dentales.

• Empaquetado de píldoras para diabetes.

• Remoción de humedad de hojuelas de papa.

• Limpieza de rebabas metálicas en prensa.

• Pintado automotriz.

• Accionamiento de pistón para fijación de pieza.

Nota: Definir calidad de aire comprimido y buscar con proveedores los elementos filtrantes(FESTO, SMC, etc) requeridos.

Lineamientos Primer Exposición

Realizar Presentación que cubra los siguientes puntos:
 

• Justificación en base a normativa

• Características de filtros seleccionados

• Diagrama de sistema de filtrado identificando conexiones(port size) y roscado(thread type).

• Bill of Materials donde se defina el costeo de la solución (Incluir tubería, niples y reducciones)

Lineamientos Primer Exposición

Cirugía dental

Alexis Herrera

Oscar Diaz

Jorge Beltran

Pintado automotriz

José Villaescusa

Bernardo Hernández

Alejandro Flores

Francisco Rosales

Limpieza de rebabas metálicas en prensa.

Itzel Peña

Evelin Rivera

Vanessa Aguilera

Empaquetado de píldoras para diabetes

Abril Garcia

Carlos Garcia

Ivan Zhou

Diego Rocha

Sebastian Herrera

Sesión pasada

• Calidad del aire comprimido.

• Casos registrados

• Normativa

• Compresores (generación)

• Tipos de secadores

• Tipos de filtros

• Acumulador

• Red de aire

• Conectores para tubería

• Instrumentación básica.

Lineamientos Primer Exposición

Cirugía dental

Alexis Herrera

Oscar Diaz

Jorge Beltran

Pintado automotriz

José Villaescusa

Bernardo Hernández

Alejandro Flores

Francisco Rosales

Limpieza de rebabas metálicas en prensa.

Itzel Peña

Evelin Rivera

Vanessa Aguilera

Empaquetado de píldoras para diabetes

Abril Garcia

Carlos Garcia

Ivan Zhou

Diego Rocha

Sebastian Herrera

Red común de aire

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

a. El compresor (generación)

b. El acumulador (soportar picos de demanda)

c. Válvulas de cierre (control flujo)

d. Las tuberías (conducción del aire comprimido)

e. Bajadas de aire con cuellos de ganso y  puntos de uso previo a los extremos.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Máquinas de desplazamiento positivo:

Constan de un sistema mecánico que es capaz de transportar un volumen de fluido entre dos puntos situados a distinta presión y que, generalmente se completa con un juego de válvulas que solo permiten la circulación del fluido en el sentido deseado.

El aire llega a la cámara de compresión y es comprimido al reducir el volumen de la cámara.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta el volumen creando una presión más baja que la atmosférica, lo que hace entrar el aire a través de la válvula de admisión. Cuando se mueve hacia arriba, la válvula de admisión se cierra y se comprime el aire saliendo por la válvula de escape.

Existen de múltiples etapas con diferente cantidad de pistones.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

El aire recogido a la presión atmosférica se comprime en dos etapas refrigeración entre ambas para reducir el calor excesivo que se crea y así aumentar en gran medida su eficacia.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Este compresor suministra aire comprimido seco y totalmente libre de aceite (pues el aire comprimido queda aislado del émbolo gracias al diafragma), por lo que se emplea principalmente en la industria farmacéutica y alimentaria

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Hose barbs are cylindrical pieces or parts for attaching and securing of hoses. The barb-like rings on the cylindrical piece allow for an easy push-connection of flexible-plastic or rubber tubing that is not so easily disconnected.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Este compresor tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales.

Al girar el rotor e impulsadas por la fuerza centrífuga, las paletas entran en contacto con la pared del estator, reduciendo el espacio entre ambas comprimiendo el aire contra el estator

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Dos rotores helicoidales giran en sentidos contrarios. el volumen libre entre ellos disminuye, comprimiendo el aire atrapado entre dichos rotores.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

En equipos:

• Determine que tipo de compresor(es), se recomienda(n) si la presión requerida es de 300 psi con un requerimiento de caudal de 800 ACFM

• Presión requerida fuese 100 psi y un caudal de 11000 ACFM.

Propongan un proveedor y número de parte de acuerdo a las especificaciones del proveedor.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Fig. 1.1. Compressor types and application conditions.

Modified from NGPSA Engineering Data Book, vol. 1, Revised tenth ed., 1994. Compiled and edited in cooperation with the Gas Processors Association.Copyright © 1987 Gas Processors Association.

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/dynamic-compressor

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Acumulador/air receiver tank

El acumulador, permite almacenar el aire comprimido y mantener la presión en las líneas de suministro, permitiendo que en caso ocurrir alguna falla en el circuito, el sistema siga operando gracias al aire almacenado en el mismo.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Acumulador

Generalmente se instala cerca del compresor; pero si la cantidad y presión de aire, son críticas en una operación, se recomienda colocar un acumulador cerca del punto de uso para dicha operación.

El tamaño del acumulador depende del caudal de aire que consume el sistema y la potencia del compresor.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Acumulador

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Acumulador

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Acumulador

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

El volumen del acumulador puede calcularse aplicando la siguiente fórmula:        

V  = volumen del acumulador (cu ft, pies cúbicos)

t   = Tiempo para que el acumulador pase del límite de presión superior al límite de presión inferior, (min)

C  = Aire atmosférico necesario, (scfm)

pa = Presión atmosférica, (14.7 psia)

p1 = Presión máxima en el tanque, (psia)

p2 = Presión mínima en el tanque, (psia)

Es común dimensionar los acumuladores en función del caudal requerido como sigue: Un galón de aire por cada ACFM (Pies cúbicos por minuto a las condiciones actuales de operación), o 4 galones de volumen por cada caballo de fuerza, [hp], del compresor

Ejercicio Alumno

Acumulador

En una instalación se manejan las siguientes presiones, presión de operación 90 psig, presión máxima en el tanque del acumulador 150 psig, presión mínima en el acumulador 100 psig (condiciones actuales de operación). Presión atmosférica del lugar 14.7 psig. Se desea que el tiempo de paro de los compresores, esto es el tiempo para que la presión en el tanque pase de la presión máxima a la mínima sea de 3 minutos. El volumen de aire en condiciones estándar requerido es de 175 SCFM.

Determine el tamaño de acumulador recomendado, si el diámetro del acumulador debe ser 1.5 m, qué altura debe tener.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

Secadores de aire

El aire comprimido incluye objetos extraños como la humedad (vapor de agua, gotitas de agua), aceite y partículas. Las gotitas de agua, el aceite y las partículas pueden eliminarse usando filtros de aire, separadores de neblina, etc., pero la humedad debe eliminarse mediante un secador.

La concentración de vapor de agua en un gas se denomina humedad del gas

El vapor de agua es un gas que se obtiene por evaporación o ebullición del agua líquida o por sublimación del hielo. Es inodoro e incoloro.

Generación, distribución y acondicionamiento

del aire comprimido

• Secado por absorción

(secado coalescente)

Las partículas líquidas son obligadas a unirse en gotas más grandes, por medio de una matriz filtrante. Gravedad.

• Secado por absorción(desecante)

• Secado por refrigeración

Sistema de aire comprimido CETYS

Sistema de aire comprimido

Regulador

Nota: La información original provenia de plews-edelmann, ahora amflo

Sistema de aire comprimido

Conector rápido

Sistema de aire comprimido

Conector rápido

Sistema de aire comprimido

Conector rápido

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