Sistemas de Aire Comprimido: Fundamentos y Aplicaciones

Los procesos a volumen constante se denominan procesos isócoros, mientras que los que ocurren a presión constante son procesos isobáricos. El caudal, también conocido como gasto en neumática, es el volumen de fluido por unidad de tiempo. En gases, la relación entre presión, volumen y temperatura es crucial: al aumentar la presión a temperatura constante, el volumen disminuye; al aumentar la temperatura a presión constante, el volumen aumenta; y al aumentar la temperatura a volumen constante, la presión también aumenta.

El aire, antes de su uso en sistemas neumáticos, debe ser comprimido mediante compresores. Estos equipos reducen el volumen del aire, pero también introducen impurezas sólidas y líquidas que pueden causar problemas como erosión, corrosión y atascos. Por ello, es esencial el filtrado para eliminar estas impurezas.

Ventajas del Aire Comprimido

• Limpieza: El aire y los equipos son limpios, incluso en caso de fugas, ideal para industrias químicas y alimentarias.
• Simplicidad: Los componentes neumáticos son sencillos de concebir y reparar.
• Abundancia: El aire es un recurso ilimitado y disponible en todas partes.
• Insensibilidad a la temperatura: El aire es prácticamente atérmico, permitiendo su uso en diversas condiciones.
• Seguridad: No hay riesgo de incendio o explosión, ya que el aire es antideflagrante.
• Resistencia a sobrecargas: Los equipos neumáticos resisten sobrecargas sin deteriorarse.
• Reversibilidad de movimientos: Los equipos pueden invertir su movimiento instantáneamente y su velocidad es fácilmente controlable.

Limitaciones del Aire Comprimido

• Compresibilidad: Dificulta el control de velocidades, especialmente con cargas variables.
• Fuerza limitada: La mayoría de las aplicaciones son para motores de bajo par y cilindros de menos de 300 kg.
• Ruidos: Tanto el escape de aire como los compresores generan ruido, aunque se puede mitigar con materiales insonorizantes.
• Costes: La preparación y distribución del aire tienen un coste considerable, aunque el rendimiento y la fiabilidad compensan estos inconvenientes.

Tipos de Compresores

Compresores de Émbolo

La compresión se logra aspirando aire a un recinto hermético y reduciendo su volumen. Al disminuir el volumen, la presión aumenta a temperatura constante.

Compresores de Émbolo Oscilante

Son los más comunes debido a su bajo coste y alto rendimiento. Un eje acciona un émbolo con movimientos alternativos, aspirando y comprimiendo el aire.

Compresores de Membrana

Similares a los de émbolo, pero con una membrana que evita el contacto del aceite con el aire, proporcionando aire limpio para industrias químicas y alimentarias.

Compresores de Paletas

Utilizan un rotor excéntrico con aletas que comprimen el aire dentro de un cárter cilíndrico. Requieren aceite para mejorar la estanqueidad y lubricación.

Compresores Roots

No modifican el volumen de aire aspirado, sino que lo impulsan. La compresión se produce al introducir más aire del que puede salir.

Compresores de Tornillo

Dos rotores helicoidales impulsan el aire de forma continua. Utilizan aceite como lubricante y refrigerante, que luego se filtra para obtener aire limpio.

Compresores Centrífugos

Utilizan álabes que impulsan el aire, transformando su energía cinética en presión. Pueden alcanzar altas presiones y caudales.

Regulación de Compresores

• Regulación por escape a la atmósfera: Expulsa el exceso de aire al alcanzar la presión límite, adecuado para instalaciones pequeñas.
• Regulación por intermitencias: Desconecta el motor al alcanzar una presión determinada y lo reconecta al bajar la presión.
• Regulación por bloqueo de aspiración: Mantiene el compresor en régimen de depresión sin aportar aire al sistema.
• Regulación por apertura de aspiración: Mantiene la válvula de aspiración abierta, moviendo el pistón en vacío.
• Regulación de la velocidad de rotación: Controla el aire aportado variando la velocidad de giro.
• Regulación de aspiración: Adapta la producción al consumo variando la abertura de aspiración.

Acumuladores (Calderines)

Son depósitos que almacenan el aire comprimido, compensando las oscilaciones de presión, permitiendo descansos al compresor y facilitando el enfriamiento del aire. Incluyen válvula de seguridad, presostato, termómetro, manómetro, válvula de cierre y grifo de purga.

Tratamiento del Aire Comprimido

Humedad de Saturación

Es el peso máximo de vapor de agua que admite el aire seco a una presión y temperatura dadas. Aumenta con la temperatura y disminuye con la presión.

Métodos de Secado

Método de Absorción

Utiliza una masa de secado que absorbe las partículas de agua del aire, necesitando reemplazo periódico.

Método de Adsorción

Hace pasar el aire a través de un material granuloso que retiene la humedad en su superficie. Requiere dos secadores para regeneración.

Enfriamiento

Reduce la temperatura del aire para condensar el agua, utilizando intercambiadores de calor y refrigeradores posteriores.

Unidad de Mantenimiento

Componentes

1. Unidad de filtrado: Elimina partículas sólidas y líquidas mediante una placa deflectora que centrifuga el aire.
2. Regulador de presión: Reduce la presión de red a la presión de trabajo adecuada.
3. Unidad de lubricación: Lubrica las piezas móviles de los equipos neumáticos, reduciendo el desgaste y protegiendo contra la corrosión.

Montaje

El filtro, regulador y engrasador se montan en un conjunto, a una distancia menor de 5 m de los consumidores para evitar la precipitación de la neblina de aceite.

Conductas de Mantenimiento

• Filtro de aire: Limpiar regularmente y vaciar la condensación.
• Regulador de presión: Asegurarse de que se ajusta a la presión de trabajo.
• Lubricador: Verificar el nivel y rellenar con aceite mineral fino.

Distribución del Aire Comprimido

Se realiza a través de tuberías, donde el aire pierde presión (pérdida de carga). La pérdida máxima admisible es de 0,1 bar entre el acumulador y el consumidor.