Neumática

El aire comprimido

La energía neumática (aire comprimido) se obtiene haciendo pasar el aire existente en la atmósfera a través de un compresor para poder almacenarlo una vez comprimido y poder transformarlo en energía mecánica por medio de cilindros neumáticos. 

• Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en todo el mundo, en cantidades ilimitadas.

• Transporte: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno. 

• Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar en recipientes (botellas).

• Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura, garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas.

• Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que son caras. 

• Limpio : El aire comprimido es limpio y, en caso de falta de estanqueidad en elementos, no produce ningún ensuciamiento. Esto es muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero.

• Constitución de los elementos: La concepción de los elementos de trabajo es simple y, por tanto, de precio económico.

• Velocidad : Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso, permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas. (La velocidad de trabajo de cilindros neumáticos pueden regularse sin escalones.)

• A prueba de sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden trabajar hasta su parada completa sin riesgo alguno de sobrecargas. Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer también las propiedades adversas.

• Preparación: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes).

• Compresible: Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos velocidades uniformes y constantes.

• Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio usual de 700 kPa (7 bar), el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp).

• Escape : El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes.

• Costos: El aire comprimido es una fuente de energía relativamente cara; este elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio económico y el buen rendimiento (cadencias elevadas). 

Concepto de presión

Las moléculas de un gas están en continuo movimiento, desplazándose en todas direcciones. El choque de estas moléculas entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene origina lo que se llama presión. La presión es la suma total de las fuerzas que se ejercen sobre una superficie y generalmente se mide en kg/ centímetro cuadrado. Un peso de 1 kg apoyado sobre una superficie de un centímetro cuadrado ejerce sobre esta superficie una presión de 1 Kg /centímetro cuadrado. 

La fórmula matemática es:    P = F/A

Presión absoluta y presión relativa

 La superficie del globo terrestre está rodeada de una envoltura aérea. Ésta es una mezcla indispensable para la vida y tiene la siguiente composición: Nitrógeno aprox. 78% en volumen Oxígeno aprox. 21% en volumen Además contiene trazas, de dióxido de carbono, argón, hidrógeno, neón, helio, criptón y xenón. Por el hecho de estar todos los cuerpos (al menos normalmente) sometidos a la presión atmosférica, veremos que muy a menudo nos conviene referimos, no a la presión absoluta, si no a la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica, que es la que se llama presión relativa (Figura 3). 

Como sobre la tierra todo está sometido a la presión atmosférica no la notamos. Se toma la correspondiente presión atmosférica como presión de referencia y cualquier divergencia positiva de ésta se designa de sobrepresión. Cuando las presiones son inferiores a la presión atmosférica se generan depresiones. 

Presión absoluta = Presión atmosférica + Presión relativa 

Unidades de presión

 La unidad S.I. de presión es el Newton/ metro cuadrado, que se denomina Pascal (Pa). Esta unidad tiene el inconveniente de ser demasiado pequeña para la mayor parte de las aplicaciones, por lo que usualmente se utiliza el bar cuyo valor es 100.000 Pa y es equivalente al Kg / centímetro cuadrado o a 1 Atmósfera. Así pues, si no hablamos con rigor, 1 bar, 1 atm, y 1 Kg / centímetro cuadrado se pueden considerar equivalentes. 

FUERZA: Newton y Kilogramo 1 Kg = 9,81 N 

CAUDAL: Volumen por unidad de tiempo 

Q = Volumen / tiempo

 Q = velocidad x sección

Unidades de caudal: metros cúbicos / segundo o litros / segundo 

Cálculo de fuerza desarrollada por un cilindro neumático

La fuerza desarrollada por un cilindro es función del diámetro del pistón (émbolo), de la presión del aire de alimentación y de la resistencia producida por el rozamiento (Figura 4).

Entonces, la fuerza teórica (sin considerar rozamiento) se calcula por la expresión:

Fteorica = Area x Presion

Siendo

Fteorica = Fuerza teórica del émbolo.

Area = Area del émbolo. También se puede calcular a partir del diámetro interno del cilindro.

Presión = Presión del aire comprimido (bar)

Ahora bien, el área efectiva de un cilindro depende de si se considera en avance o en retroceso, dado que en retroceso tenemos que descontar el diámetro del vástago (ver el siguiente gráfico).

En el caso del avance, se calcula el área del cilindro siendo esta una circunferencia, mientras que para el retroceso, el área es el de una corona circular. Entonces, el cálculo del área efectiva puede realizarse mediante las siguientes dos fórmulas: 

Si sustituimos esto a la fórmula de fuerza, obtendremos: 

Propiedades físicas del aire

Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la del recipiente que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido (compresión) y tiene la tendencia a dilatarse (expansión). La ley que rige estos fenómenos es la de Boyle-Mariotte. A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es inversamente proporcional a la presión absoluta, o sea, el producto de la presión absoluta y el volumen es constante para una cantidad determinada de gas (Figura 5). 

Humedad en el aire

La cantidad de humedad que el aire puede absorber en forma visible, depende de su temperatura. Cuando el aire atmosférico se enfría, alcanzará un cierto punto en el cual se encuentra saturado de humedad: Punto de rocío. Si la temperatura continúa descendiendo el aire ya no puede absorber toda la humedad y el excedente es expelido en forma de minúsculas gotas. Al principio, estas permanecen suspendidas en el aire, luego se hacen más grandes y precipitan como rocío o como lluvia. Estas gotas forman el condensado que extraemos de la línea de aire comprimido. Toda agua contenida en el aire atmosférico es absorbida por el compresor. En la práctica 'se sabe por experiencia qué se deberá drenar mayor cantidad de condensado en días claros y cálidos de verano, que en los fríos y neblinas días de invierno. La explicación para esto es que el aire caliente puede absorber más agua que el aire frío.

 Consecuencias de la presencia de agua en el aire comprimido

1) El aceite del compresor emulsiona con el aire comprimido y provoca adherencias en los componentes internos. 

2) En segundo lugar, cuando se agrega al aire comprimido aceite finamente pulverizado para la lubricación de piezas internas del equipo, su capacidad lubricante se ve drásticamente reducida al mezclarse con agua. 

3) El tercer punto a considerar, es el hecho de que un sistema neumático se transformará en hidráulico si no utilizamos todo método disponible para eliminar el agua de su interior. El agua acumulada en las tuberías, obstruye el flujo de aire y así retarda o aún detiene el trabajo normal, sin mencionar el perjuicio causado por la corrosión y el arrastre de los lubricantes. Por ello es muy importante la preparación del aire comprimido en la unidad de mantenimiento. 

Acondicionamiento del aire

 El aire comprimido debe ser filtrado, lubricado, y a veces deshumidificado antes de su empleo en cilindros, válvulas, motores y dispositivos de precisión similar. Todos los compresores aspiran aire húmedo y sus filtros de aspiración no pueden modificar esto, ni eliminar totalmente las partículas salidas del aire atmosférico. Al aire comprimido conteniendo sólidos, y vapor de agua, debe agregársele el aceite de lubricación del compresor, que atravesando los aros se incorpora a la salida. Si bien una parte de esta mezcla de agua y aceite de color blancuzco y características ácidas, se deposita en el tanque, para luego ser drenada, una buena parte de ella se incorpora a las líneas de distribución provocando serios daños en los componentes de los circuitos. La unidad de la figura 6) denominada Unidad de mantenimiento FRL esta constituida por un filtro, regulador con manómetro y lubricador. El conjunto está montado de tal forma que el filtro protege los elementos siguientes, siendo el último elemento el lubricador de forma tal que la niebla de aceite que él produce no se precipite en el regulador. Cuando se instala un equipo de protección debe cuidarse la dirección de circulación del aire ya que en forma inversa el conjunto no funciona correctamente. 

Producción del aire comprimido: El sistema neumático básico

El sistema neumático básico se compone de dos partes: El sistema de producción y distribución del aire y el sistema de consumo de aire o utilización (Figura 7). 

Sistema de producción de aire

Las partes componentes y sus funciones principales son: 

1. Compresor: El aire aspirado a presión atmosférica se comprime y entrega a presión más elevada al sistema neumático. Se transforma así la energía mecánica en energía neumática. 

2.  Motor eléctrico: Suministra la energía mecánica al compresor. Transforma la energía eléctrica en energía mecánica. 

3. Presóstato: Controla el motor eléctrico detectando la presión en el depósito. Se regula a la presión máxima a la que desconecta el motor y a la presión mínima a la que vuelve a arrancar el motor. 

4. Válvula antirretorno: Deja pasar el aire comprimido del compresor al depósito e impide su retorno cuando el compresor está parado. 

5. Depósito: Almacena el aire comprimido. Su tamaño está definido por la capacidad del compresor. Cuanto más grande sea su volumen, más largos son los intervalos de funcionamiento del compresor.

6. Manómetro: Indica la presión del depósito. 

7. Purga automática: Purga todo el agua que se condensa en el depósito sin necesitar supervisión.

8. Válvula de seguridad: Expulsa el aire comprimido si la presión en el depósito sube por encima de la presión permitida. 

9. Secador de aire refrigerado: Enfría el aire comprimido hasta pocos grados por encima del punto de congelación y condensa la mayor parte de la humedad del aire, lo que evita tener agua en el resto del sistema. 

10. Filtro de línea: Al encontrarse en la tubería principal, este filtro debe tener una caída de presión mínima y la capacidad de eliminar el aceite lubricante en suspensión. Sirve para mantener la línea libre de polvo, agua y aceite. 

Sistema de utilización

1. Purga del aire: Para el consumo, el aire es tomado de la parte superior de la tubería principal para permitir que la condensación ocasional permanezca en la tubería principal; cuando alcanza un punto bajo, una salida de agua desde la parte inferior de la tubería irá a una purga automática eliminando así el condensado.

2. Purga automática: Cada tubo descendiente, debe tener una purga en su extremo inferior. El método más eficaz es una purga automática que impide que el agua se quede en el tubo en el caso en que se descuide la purga manual. 

3.  Unidad de acondicionamiento del aire: Acondiciona el aire comprimido para suministrar aire limpio a una presión óptima y ocasionalmente añade lubricante para alargar la duración de los componentes del sistema neumático que necesitan lubricación.

4. Válvula direccional: Proporciona presión y pone a escape alternativamente las dos conexiones del cilindro para controlar la dirección del movimiento. 

5. Actuador: Transforma la energía potencial del aire comprimido en trabajo mecánico. En la figura se ilustra un cilindro lineal, pero puede ser también un actuador de giro o una herramienta neumática, etc. 

6. Controladores de velocidad: Permiten una regulación fácil y continua de la velocidad de movimiento del actuador. Estos componentes se ilustrarán con más detalle tras estudiar la teoría del aire comprimido. Es imprescindible para comprender qué pasa en un sistema neumático. 

Tipos de compresores

 Un compresor convierte la energía mecánica de un motor eléctrico o de combustión, en energía potencial de aire comprimido. Los compresores de aire se dividen en dos categorías principales: alternativos y rotativos. Los tipos principales de compresores incluidos en estas categorías se indican en la figura 9). 

Compresores de desplazamiento positivo

• Compresor de émbolo o alternativo de una etapa:  El aire aspirado a presión atmosférica, se comprime a la presión deseada con una sola compresión. El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta el volumen para crear una presión más baja que la de la atmósfera, lo que hace entrar el aire en el cilindro por la válvula de admisión. Al final de la carrera, el émbolo se mueve hacia arriba, la válvula de admisión se cierra cuando el aire se comprime, obligando a la válvula de escape a abrirse para descargar el aire en el depósito de recogida. Este tipo de compresor (Figura 10), alternativo, se utiliza generalmente en sistemas que requieran aire en la gama de 3-7 bares. 

• Compresor de émbolo o alternativo de dos etapas: En un compresor de una sola etapa, cuando se comprime el aire por encima de 6 bares, el calor excesivo que se crea, reduce en gran medida su eficacia. Debido a esto, los compresores de émbolo utilizados en los sistemas industriales de aire comprimido son generalmente de dos etapas (Figura 11). El aire recogido a presión atmosférica se comprime en dos etapas, hasta la presión final. Si la presión final es de 7 bares, la primera etapa normalmente comprime el aire hasta aproximadamente 3 bares, tras lo cual se enfría. Se alimenta entonces el cilindro de la segunda etapa que comprime el aire hasta 7 bares. El aire comprimido entra en el cilindro de segunda etapa de compresión a una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejorando el rendimiento en comparación con una  unidad de una sola compresión. La temperatura final puede estar alrededor de 120° C. 

• Compresor de diafragma: Los compresores de diafragma (Figura 12) suministran aire comprimido seco hasta 5 bares y totalmente libre de aceite. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en la industria alimenticia, farmacéutica y similares. El diafragma proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo que permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo y la compresión y el escape en la carrera hacia arriba. 

Compresores Rotativos

• Compresor de paletas deslizantes: Este compresor (Figura 13) tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales. Al girar el rotor, la fuerza centrífuga mantiene las paletas en contacto con la pared del estator y el espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la entrada de aire hasta la salida, comprimiendo así el aire. La lubricación y la estanqueidad se obtienen inyectando aceite en la corriente de aire cerca de la entrada. El aceite actúa también como refrigerante para eliminar parte del calor generado por la compresión, para limitar la temperatura alrededor de 190° C. 

• Compresor de tornillo: Dos rotores helicoidales engranan girando en sentidos contrarios (Figura 14). El espacio libre ellos disminuye axialmente en volumen, lo que comprime el aire atrapado entre los rotores. El aceite lubrifica y cierra herméticamente los dos tornillos rotativos. Los separadores de aceite, eliminan el mismo del aire de salida. Con estas máquinas se pueden obtener caudales unitarios continuos y elevados de más de 400 m3/min, a presiones superiores a 10 bares Este tipo de compresor, a diferencia del compresor de paletas, ofrece un suministro continuo libre de altibajos. El tipo industrial de compresor de aire más común, sigue siendo la máquina alternativa, aunque los tipos de tornillo y paletas se están usando cada vez más. 

• Turbo compresor radial: Como su denominación indica, este compresor funciona de forma muy semejante a una turbina (figura 15), sólo que aquí los álabes en lugar de producir trabajo, lo consumen. El recorrido del gas se realiza, entre etapa y etapa, siguiendo un camino radial. De ahí su nombre. El gas proyectado contra la carcasa transforma su energía cinética en energía de presión. Tomado de la atmósfera, el aire va recorriendo todas las etapas de compresión. Puede advertirse que a medida que se van superando etapas, la presión acumulada aumenta con la consiguiente disminución de volumen por unidad de masa. Dependiendo del tipo de construcción, pueden conseguirse resultados muy aceptables desde el punto de vista de la energía consumida. La figura nos presenta una construcción esquemática del eje común en la que todos los álabes son de igual diámetro y giran a la misma velocidad angular. En general, este tipo de compresores permiten manejar grandes caudales a grandes presiones (220.000 m3fh y 300 bar, como máximo). 

Refrigeración

 Por efecto de la compresión del aire se desarrolla calor que debe evacuarse. De acuerdo con la cantidad de calor que se desarrolle, se adoptará la refrigeración más apropiada (Figura 16). En compresores pequeños, las aletas de refrigeración se encargan de irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un ventilador adicional, que evacua el calor. 

Lugar de emplazamiento

La estación de compresión debe situarse en un local cerrado e insonorizado. El recinto debe estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco, limpio de polvo y seco posible. 

Acumulador de aire comprimido

El acumulador o depósito sirve para estabilizar el suministro de aire comprimido (figura 17). Compensa las oscilaciones de presión en la red de tuberías a medida que se consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo, en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedad del aire en forma de agua. El tamaño de un acumulador de aire comprimido depende: 

• Del caudal de suministro del compresor 

• Del consumo de aire

• De la red de tuberías (volumen suplementario) 

• Del tipo de regulación

• De la diferencia de presión admisible en el interior de la red. 

Distribución del aire comprimido

Como resultado de la racionalización y automatización de los dispositivos de fabricación, las empresas precisan continuamente una mayor cantidad de aire. Cada máquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo abastecido por un compresor, a través de una red de tuberías. El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión entre él depósito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerablemente. En la planificación de instalaciones nuevas debe preverse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo motivo deberán dimensionarse generosamente las tuberías. El montaje posterior de una red más importante supone costos dignos de mención .

No solamente importa el dimensionado correcto de las tuberías, sino también el tendido de las mismas. Las tuberías requieren un mantenimiento y vigilancia regulares, por cuyo motivo no deben instalarse dentro de obras ni en emplazamientos demasiado estrechos. En estos casos, la detección de posibles fugas se hace difícil. Pequeñas faltas de estanqueidad ocasionan considerables pérdidas de presión. En el tendido de las tuberías debe cuidarse, sobre todo, de que la tubería tenga un descenso en el sentido de la corriente, del 1 al 2%. 

En consideración a la presencia de condensado, las derivaciones para las tomas aire en el caso de que las tuberías estén tendidas horizontalmente, se dispondrán siempre en la parte superior del tubo.  Así se evita que el agua condensada que posiblemente en encuentre en la tubería principal llegue a través de las tomas. Para recoger y vaciar el agua condensada se disponen tuberías especiales en la parte inferior de la principal. 

Tipos de redes neumáticas

• Red abierta: Se emplea en instalaciones de bajo consumo, su tendido es lineal, la estación de compresión se conecta en un extremo y el otro está cerrado. Pueden colocarse con inclinaciones para evacuar condensados. Pero la presión del sistema va disminuyendo debido a la caída de presión en las tuberías (figura 18).

• Red cerrada: En la mayoría de los casos, es el tipo de red que se monta en sistemas de consumo intermedio o alto. Desde la tubería principal se instalan las uniones de derivación. Con este tipo de montaje de la red de aire comprimido se obtiene una alimentación uniforme cuando el consumo de aire es alto. El aire puede pasar en dos direcciones, además de ser más económica en su instalación, pero puede hacer trabajar más a los compresores si hay fugas o existe una sobredemanda en el sistema (figura 19). 

• Red mixta: En este tipo de red, hay un circuito cerrado, que permite trabajar en cualquier sitio con aire, mediante las conexiones longitudinales y transversales de la tubería de aire comprimido, Ciertas tuberías de aire comprimido pueden ser bloqueadas mediante válvulas de cierre (correderas) si no se necesitan o si hay que separarlas para efectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento. También existe la posibilidad de comprobar faltas de estanqueidad. Este es el tipo de red más utilizado debido a los requerimientos de diferentes mecanismos (figura 20).

Tuberías principales 

Para la elección de los materiales brutos, tenemos diversas posibilidades: Cobre Tubo de acero negro Latón Tubo de acero galvanizado Acero fino Plástico 20 Las tuberías deben poderse desarmar fácilmente, ser resistentes a la corrosión y de precio módico. Las tuberías que se instalen de modo permanente se montan preferentemente con uniones soldadas. Estas tuberías así unidas son estancas, además de precio económico. El inconveniente de estas uniones se presenta al soldar, ya que se producen cascarillas que deben retirarse de las tuberías. De la costura de soldadura se desprenden también fragmentos de oxidación; por eso, conviene y es necesario incorporar una unidad de mantenimiento. En las tuberías de acero galvanizado, los empalmes de rosca no siempre son totalmente herméticos. La resistencia a la corrosión de estas tuberías de acero no es mucho mejor que la del tubo negro. Los lugares desnudos (roscas) también se oxidan, por lo que también en este caso es importante emplear unidades de mantenimiento. Para casos especiales se montan tuberías de cobre o plástico.

Derivaciones hacia los receptores 

Los tubos flexibles de goma solamente han de emplearse en aquellos casos en que se exija una flexibilidad en la tubería y no sea posible instalar tuberías de plástico por los esfuerzos mecánicos existentes. Son más caros y no son tan manipulables como las tuberías de plástico. Las tuberías de polietileno y poliamida se utilizan cada vez más en la actualidad para unir equipos de maquinaria. Con racores rápidos se pueden tender de forma rápida, sencilla y económica. 

Preparación del aire comprimido

Tratamiento de Impurezas: En la práctica se presentan muy a menudo los casos en que la calidad del aire comprimido desempeña un papel primordial. Las impurezas en forma de partículas de suciedad u óxido, residuos de aceite lubricante y humedad dan origen muchas veces a averías en las instalaciones neumáticas y a la destrucción de los elementos neumáticos. Mientras que la mayor separación del agua de condensación tiene lugar en el separador, después de la refrigeración, la separación fina, el filtrado y otros tratamientos del aire comprimido se efectúan en el puesto de aplicación. Hay que dedicar especial atención a la humedad que contiene el aire comprimido. El agua (humedad) llega al interior de la red con el aire que aspira el compresor. La cantidad de humedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire, que a su vez depende de la temperatura del aire y de las condiciones climatológicas. La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en un m3 de aire. El grado de saturación es la cantidad de agua que un m3 de aire puede absorber, como máximo, a la temperatura considerada. La humedad es entonces del 100%, como máximo (temperatura del punto de rocío). 

Ejemplo: Para un punto de rocío de 293 K (20'C), la humedad contenida en un m3 de aire es de 17,3 g. Remedio: Filtrado correcto del aire aspirado por el compresor Utilización de compresores exentos de aceite. 

 Ejemplo: Para un punto de rocío de 313 K (40 C) la humedad contenida en un m3 de aire es de 50 gramos. 

Tipos de secado de aire

Si el aire comprimido contiene humedad, habrá de someterlo a un secado. Existen varios procedimientos que se citan a continuación.

• Secado por absorción: Es un procedimiento puramente químico (figura 21). El aire comprimido pasa a través de un lecho de sustancias secantes. En cuanto el agua o vapor de agua entra en contacto con dicha sustancia, se combina químicamente con ésta y se desprende como mezcla de agua y sustancia secante. Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente del absorbedor. Ello se puede realizar manual o automáticamente. Con el tiempo se consume la sustancia secante, y debe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 veces al año). Al mismo tiempo, en el secador por absorción se separan vapores y partículas de aceite. No obstante, las cantidades de aceite, si son grandes, influyen en el funcionamiento del secador. Por esto conviene montar un filtro fino delante de éste. 

• Secado por adsorción: Este principio se basa en un proceso físico. (Adsorber: Hacer el depósito de sustancias sobre la superficie de cuerpos sólidos.) El material de secado es granuloso con cantos vivos o en forma de perlas. Se compone de casi un 100% de dióxido de silicio. En general se le da el nombre de Gel. La misión del gel consiste en adsorber el agua y el vapor de agua. El aire comprimido húmedo se hace pasar a través del lecho de gel, que fija la humedad. La capacidad adsorbente de un lecho de gel es naturalmente limitada. Si está saturado, se regenera de forma simple. A través del secador se sopla aire caliente, que absorbe la humedad del material de secado. El calor necesario para la regeneración puede aplicarse por medio de corriente eléctrica o también con aire comprimido caliente. Disponiendo en paralelo dos secadores, se puede emplear uno para el secado del aire, mientras el otro es regenera (soplándolo con aire caliente, figura 22). 

• Secado por enfriamiento: Los secadores de aire comprimido por enfriamiento se basan en el principio de una reducción de la temperatura del punto de rocío. Se entiende por temperatura del punto de rocío aquella a la que hay que enfriar un gas, al objeto de que se condense el vapor de agua contenido. El aire comprimido a secar entra en el secador pasando primero por el llamado intercambiador de calor de aire-aire. El aire caliente que entra en el secador se enfría mediante aire seco y frío proveniente del intercambiador de calor (vaporizador). El condensado de aceite y agua se evacua del intercambiador de calor, a través del separador. Este aire preenfriado pasa por el grupo frigorífico (vaporizador) y se enfría más hasta una temperatura de unos 274,7 K (1,7 °C) En este proceso se elimina por segunda vez el agua y aceite condensados. Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimido por un filtro fino, al objeto de eliminar nuevamente partículas de suciedad (figura 23). 

Reguladores de presión

• Regulador de presión con orificio de escape: El regulador tiene la misión de mantener la presión de trabajo (secundaria) lo más constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red (primaria) y del consumo de aire. La presión primaria siempre ha de ser mayor que la secundaria (figura 24). Es regulada por la membrana (1), que es sometida, por un lado, a la presión de trabajo, y por el otro a la fuerza de un resorte (2), ajustable por medio de un tornillo (3). A medida que la presión de trabajo aumenta, la membrana actúa contra la fuerza del muelle. La sección de paso en el asiento de válvula (4) disminuye hasta que la válvula cierra el paso por completo. En otros términos, la presión es regulada por el caudal que circula. Al tomar aire, la presión de trabajo disminuye y el muelle abre la válvula. La regulación de la presión de salida ajustada consiste, pues, en la apertura y cierre constantes de la válvula. Al objeto de evitar oscilaciones, encima del platillo de válvula (6) hay dispuesto un amortiguador neumático o de muelle (5). La presión de trabajo se visualiza en un manómetro. Cuando la presión secundaria aumenta demasiado, la membrana es empujada contra el muelle. Entonces se abre el orificio de escape en la parte central de la membrana y el aire puede salir a la atmósfera por los orificios de escape existentes en la caja. 

• Regulador de presión sin orificio de escape: En el comercio se encuentran válvulas de regulación de presión sin orificio de escape (figura 25). Con estas válvulas no es posible evacuar el aire comprimido que se encuentra en las tuberías. su funcionamiento es como se describe a continuación: Por medio del tornillo de ajuste (2) se pretensa el muelle (8) solidario a la membrana (3). Según el ajuste del muelle (8), se abre más o menos el paso del lado primario al secundario. El vástago (6) con la membrana (5) se separa más o menos del asiento de junta. Si no se toma aire comprimido del lado secundario, la presión aumenta y empuja la membrana (3) venciendo la fuerza del muelle (8). El muelle (7) empuja el vástago hacia abajo, y en el asiento se cierra el paso de aire. Sólo después de haber tomado aire del lado secundario, puede afluir de nuevo aire comprimido del lado primario. 

Lubricador de aire comprimido

El lubricador (figura 26) tiene la misión de lubricar los elementos neumáticos en medida suficiente. El lubricante previene un desgaste prematuro de las piezas móviles, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosión. Los lubricadores trabajan generalmente según el principio "Venturi". La diferencia de presión Ap (caída de presión) entre la presión reinante antes de la tobera y la presión en el lugar más estrecho de ésta se emplea para aspirar líquido (aceite) de un depósito y mezclarlo con el aire. El lubricador no trabaja hasta que la velocidad del flujo es suficientemente grande. Si se consume poco aire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanza para producir una depresión suficiente y aspirar el aceite del depósito. Por eso, hay que observar los valores de flujo que indique el fabricante. 

Válvulas

Gerneralidades: Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y una porte de trabajo, Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc. Esta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européen des Transmissions Oiéohydrauliques et Pneumatiques). Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:

1.  Válvulas de vías o distribuidoras

2.  Válvulas de caudal 

3.  Válvulas de bloqueo 

4. Válvulas de cierre 

5.  Válvulas de presión 

Válvulas de vías o distribuidoras

Estas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de tomar la corriente de aire, a saber, principalmente puesta en marcha y paro (Start-Stop). 

Representación esquemática de las válvulas: Para representar las válvulas distribuidoras en los esquemas de circuito se utilizan símbolos, éstos no dan ninguna orientación sobre el método constructivo de la válvula, solamente indican su función. Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados, la cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora (figura 27). 

El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de las casillas, así mismo las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación del fluido.  (Figura 28). 

Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas transversales y la unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto (figura 29). 

Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo o inicial (Figura 30). 

Para evitar errores en el montaje las vías o puntos de conexión de las válvulas se identifican por medio de letras mayúsculas o números (Figura 31).

• Tuberías o conductos de trabajo: A, B, C, ... o 2, 4, 6, ...

• Toma de presión: P o 1.

• Salida de escape: R, S, T, ... o 3, 5, 7, ...

• Tuberías o conductos de pilotaje: Z, Y, X, ... o 10, 12, 14, ...

La posición inicial, es la que tienen las piezas móviles de la válvula después de su montaje, su conexión a la presión y conexión de la tensión eléctrica. Es la posición por medio de la cual comienza el programa preestablecido. 

Por otro lado los conductos de escape de aire evacuado a la atmósfera, se representan como un triángulo junto al símbolo (Figura 32a).  En tanto que los conductos de escape de aire evacuado a un punto de reunión,  se representan como un triángulo ligeramente separado del símbolo (Figura 32b). 

A continuación se muestra una tabla resumen con la simbología de las principales válvulas distribuidoras: 

Accionamiento de válvulas

Según el tiempo de accionamiento se distingue entre accionamiento permanente o de señal continua (Figura 33), la válvula es accionada manualmente o por medios mecánicos, neumáticos o eléctricos durante todo el tiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento. Este es manual o mecánico por medio de un muelle. Por otra parte tenemos el accionamiento momentáneo o de impulso, la válvula es invertida por una señal breve (impulso) y permanece indefinidamente en esa posición, hasta que otra señal la coloca en su posición anterior. 

Válvulas de bloqueo 

 bloquean el paso del fluido en una dirección, dejando que pase en la otra dirección. A continuación se muestran sus diferentes tipos.

• Válvula antirretorno: este tipo de válvula bloquea el paso del fluido en una dirección, dejando que pase en la dirección contraria, eso sí, con una perdida de presión, aunque mínima. En la figura 34), se puede observar cómo el fluido circularía de izquierda a derecha superando la fuerza del muelle y en el sentido contrario no circularía. Esta válvula se utiliza en la conexión de enchufes rápidos de las  tuberías y como un componente más de la válvula reguladora de caudal unidireccional.

• Válvula selectora de circuito : también se le conoce como válvula O. Esta válvula tiene dos entradas y una única salida. Siempre que exista presión en una de las dos entradas el fluido circula hacia la salida, quedando bloqueada la otra entrada. Su ámbito de aplicación es el de unir dos tuberías porque llegan dos señales de aire que van a cumplir la misma función, así que es necesario montar esta válvula, así evitaremos que el aire de una válvula se nos vaya por el escape de la otra. La figura 35) muestra la válvula selectora.

• Válvula de simultaneidad : también conocida como válvula Y. Esta válvula también tiene dos entradas y una única salida, pero a diferencia de la anterior válvula es necesario que exista presión en las dos entradas para que circule fluido hacia la salida. Si no se diese ese caso no circularía aire. Aplicación: siempre que queramos unir dos señales de aire en función "Y", es decir, que hasta que no lleguen las dos no pase el aire. Esto se muestra en la figura 36).

• Válvulas de escape rápido : estas válvulas se utilizan cuando se necesitan velocidades mayores a las habituales en el movimiento de cualquier cilindro (Figura 37). Se suelen poner justo en la entrada/salida del cilindro, si se quiere meter presión por ese punto la válvula bloquea la salida a escape y toda la presión va hacia el cilindro, efectuando éste, el movimiento sin ningún problema. Pero la diferencia viene cuando esa entrada/salida del cilindro trabaja como evacuación del fluido. En ese caso el fluido no circula hasta la válvula de vías para así llegar a escape, sino que en la propia válvula de escape rápido, sale el fluido directamente a escape, con lo que al circular fluido por menos distancia de tuberías que lo habitual su velocidad aumenta.

Válvulas reguladoras de caudal

Tienen la misión de regular el paso del fluido a través de las tuberías para repercutir en el movimiento de los cilindros. Las siguientes válvulas estarían dentro de este grupo: 

• Válvulas reguladoras de flujo bidireccionales: regulan la cantidad de fluido en las dos direcciones en las cuales puede circular el fluido (Figura 38). No son muy utilizadas porque si colocamos una de estas válvulas a la entrada de una de las conexiones del cilindro regularán tanto la velocidad de entrada como la de salida. Para una mayor productividad conviene regular la velocidad de los movimientos del pistón del cilindro independientemente.

• Válvulas reguladoras de flujo unidireccionales: solamente regulan en un sentido, con lo que en el sentido contrario circularía sin regulación alguna. Si el aire entra por la entrada de la izquierda la válvula antirretorno le impedirá la salida por el orificio de la derecha. El aire tendrá que pasar por el estrechamiento que le deje el tornillo regulador. Cuando entre por la derecha empujará la bola de la válvula antirretorno y saldrá libremente por la salida de la izquierda, esto se ilustra en al figura 39).

Aplicación: esta válvula se utiliza para controlar la velocidad de los movimientos del cilindro o del motor neumático. Cuando queramos controlar la velocidad del cillindro, es necesario regular el aire que sale del cilindro y no el que entra para conseguir un movimiento regular y constante. 

Válvulas de presión.

La misión de las válvulas de presión es controlar dicho parámetro para que la instalación funcione según los movimientos y las fuerzas calculadas y dentro de los niveles de seguridad establecidos. Existen tres tipos de válvulas de presión:

• Válvula limitadora de presión: su función es proteger una instalación neumática de una sobrepresión (Figura 40). Se coloca donde no queremos que la presión supere un valor previamente establecido. Una aplicación típica es su colocación en todos los depósitos de aire comprimido. En este caso, si se desea almacenar aire comprimido proveniente de un compresor que se para cuando la presión en el depósito llega a los 7 bar, se coloca una limitadora de presión tarada a 7,5 bar. En caso de que el presostato no pare el motor eléctrico del compresor, cuando la presión llegue a 7,5 bar, esta válvula descargará el aire a la atmósfera, impidiendo daños en el circuito y en las personas.

• Válvula reguladora de presión tiene como misión mantener lo más constante posible la presión de trabajo a pesar de que la presión de entrada pueda variar (Figura 41). Existen dos tipos de válvulas reguladores de presión:

Las que contienen orificio de escape y las que no la contienen.

• • Las válvulas de presión con orificio de escape (en hidráulica el escape sería la conexión a tanque) utilizan este mismo orificio para bajar la presión de trabajo cuando por cualquier razón sube esa presión.

  • En las válvulas de presión que no contienen orificio lo único que se consigue cuando sube la presión de trabajo es que se cierre el paso para que no aumente aún más la presión de trabajo, pero la única forma de que baje la presión de trabajo, si es que ha subido, es que el sistema empiece a trabajar, es decir, que los elementos empiecen a moverse.

• Válvula de secuencia: esta válvula deja pasar el aire de la entrada (P) a la salida (A) cuando en su pilotaje (X) hay una presión superior a la preestablecida. Este tipo de válvula se utiliza cuando queremos abrir un circuito en función de una determinada presión previamente elegida. También se utiliza para detectar el final del movimiento del pistón de un cilindro sustituyendo al final de carrera. La figura 42) muestra el símbolo de esta válvula.

• Cilindros de simple efecto: trabajan en un solo sentido. El retroceso se realiza por medio de un resorte interno (Figura 44a), o por otro medio como una carga o movimiento mecánico (Figura 44b), etc. Hay dos tipos de cilindros de simple efecto que son de “vástago retraído” y de “vástago extendido”. Este tipo de cilindro se utiliza para aplicaciones de sujeción, marcación, expulsión, etc. Una desventaja es que tiene la carrera limitada.

• Cilindros de doble efecto: este tipo de cilindros no necesita de un resorte interno, pues esta diseñado para realizar el trabajo en ambos sentidos (Figura 45). Los cilindros de doble efecto tienen mayores aplicaciones en la industria además pueden hacer trabajos mas precisos.  dentro de los cilindros neumáticos de doble efecto pueden existir los siguientes tipos:

• Cilindro neumático de impacto

• Cilindro neumático de fuelle

• Cilindro neumático multiposición

• Cilindro neumático guiado

• Cilindro neumático sin vástago