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CAPITULO I

AIRE COMPRIMIDO

1. Introduccin

1.1 La evolucin en la tcnica del aire comprimido

El aire comprimido es una de las formas de energa ms antiguas que conoce el hombre y

aprovecha para reforzar sus recursos fsicos.

El descubrimiento consciente del aire como medio - materia terrestre - se remonta a muchos

siglos, lo mismo que un trabajo ms o menos consciente con dicho medio.

El primero del que sabemos con seguridad es que se ocup de la neumtica, es decir, de la

utilizacin del aire comprimido como elemento de trabajo, fue el griego KTESIBIOS. Hacems de dos mil aos, construy una catapulta de aire comprimido. Uno de los primeros

libros acerca del empleo del aire comprimido como energa procede del siglo I de nuestraera, y describe mecanismos accionados por medio de aire caliente.

De los antiguos griegos procede la expresin "Pneuma", que designa la respiracin, elviento y, en filosofa, tambin el alma. Como derivacin de la palabra "Pneuma" se obtuvo,

entre otras cosas el concepto Neumtica que trata los movimientos y procesos del aire.

Aunque los rasgos bsicos de la neumtica se cuentan entre los ms antiguos conocimientos

de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando empezaron a investigarsesistemticamente su comportamiento y sus reglas. Slo desde 1950 podemos hablar de una

verdadera aplicacin industrial de la neumtica en los procesos de fabricacin e

industriales.

Es cierto que con anterioridad ya existan algunas aplicaciones y ramos de explotacincomo por ejemplo en la minera, en la industria de la construccin y en los ferrocarriles

(frenos de aire comprimido).

La irrupcin verdadera y generalizada de la neumtica en la industria no se inici, sin

embargo, hasta que lleg a hacerse ms acuciante la exigencia de una automatizacin yracionalizacin en los procesos de trabajo.

A pesar de que esta tcnica fue rechazada en un inicio, debido en la mayora de los casos a

falta de conocimiento y de formacin, fueron amplindose los diversos sectores de

aplicacin.

En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotacin industrial sin el aire

comprimido. Este es el motivo de que en los ramos industriales ms variados se utilicen

aparatos y mquinas neumticas.

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1.2 Propiedades del aire comprimido

Causar asombro el hecho de que la neumtica se haya podido expandir en tan corto tiempo

y con tanta rapidez. Esto se debe, entre otras cosas, a que en la solucin de algunos

problemas de automatizacin no puede disponerse de otro medio que sea ms simple y mseconmico.

Cules son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su popularidad?

Abundante: Est disponible para su compresin prcticamente en todo el mundo, en

cantidades ilimitadas.

Transporte: El aire comprimido puede ser fcilmente transportado por tuberas, incluso agrandes distancias. No es necesario disponer tuberas de retorno.

Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El

aire comprimido puede almacenarse en depsitos y tomarse de stos. Adems, se puede

transportar en recipientes (botellas).

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

Antideflagrante: No existe ningn riesgo de explosin ni incendio; por lo tanto, no es

necesario disponer instalaciones antideflagrantes, que son caras.

Limpio: El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de estanqueidad en elementos,no produce ningn ensuciamiento Esto es muy importante por ejemplo, en las industrias

alimenticias, de la madera, textiles y del cuero.

Constitucin de los elementos: La concepcin de los elementos de trabajo es simple si, por

tanto, precio econmico.

Velocidad: Es un medio de trabajo muy rpido y, por eso, permite obtener velocidades de

trabajo muy elevadas. (La velocidad de trabajo de cilindros neumticos pueden regularse

sin escalones.)

A prueba de sobrecargas: Las herramientas y elementos de trabajo neumticos puedenhasta su parada completa sin riesgo alguno de sobrecargas.

Para delimitar el campo de utilizacin de la neumtica es preciso conocer tambin las

propiedades adversas.

Preparacin: El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilizacin. Es preciso

eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de loscomponentes).

Compresible: Con aire comprimido no es posible obtener para los mbolos velocidades

uniformes y constantes.

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Fuerza: El aire comprimido es econmico slo hasta cierta fuerza. Condicionado por la

presin de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el lmite, tambin en funcin 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 engran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes y silenciadores.

Costos: El aire comprimido es una fuente de energa relativamente cara; este elevado

costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio econmico y el buen

rendimiento (cadencias elevadas).

1.3 Rentabilidad de los equipos neumticos

Como consecuencia de la automatizacin y racionalizacin, la fuerza de trabajo manual ha

sido reemplazada por otras formas de energa; una de stas es muchas veces el aire

comprimido.

Ejemplo: Traslado de paquetes, accionamiento de palancas, transporte de piezas,

accionamientos de puertas, etc.

El aire comprimido es una fuente cara de energa, pero, sin duda, ofrece indudables

ventajas. La produccin y acumulacin del aire comprimido, as como su distribucin a lasmquinas y dispositivos suponen gastos elevados. Pudiera pensarse que el uso de aparatos

neumticos est relacionado con costos especialmente elevados. Esto no es exacto, pues en

el clculo de la rentabilidad es necesario tener en cuenta, no slo el costo de energa, sinotambin los costos que se producen en total. En un anlisis detallado, resulta que el costo

energtico es despreciable junto a los salarios, costos de adquisicin y costos de

mantenimiento. Los costos ms relevantes corresponden a energa elctrica para accionar

los moto compresores y la mantencin de ellos y la red de tuberas.

1.4 Fundamentos fsicos

La superficie del globo terrestre est rodeada de una envoltura area. Esta es una mezcla

indispensable para la vida y tiene la siguiente composicin:

Nitrgeno aproximado 79% en volumen Oxgeno aproximado 21% en volumen

Adems contiene trazas, de bixido de carbono, argn, hidrgeno, nen, helio, criptn yxenn.

Para una mejor comprensin de las leyes y comportamiento del aire se indican en primer

lugar las magnitudes fsicas y su correspondencia dentro del sistema de medidas. Con el fin

de establecer aqu relaciones inequvocas y claramente definidas, los cientficos y tcnicosde la mayora de los pases estn en vsperas de acordar un sistema de medidas que sea

vlido para todos, denominado "Sistema internacional de medidas", o abreviado "SI".

La exposicin que sigue ha de poner de relieve las relaciones entre el "sistema tcnico" y

el "sistema de unidades SI".

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Como sobre la tierra todo est sometido a la presin atmosfrica no notamos sta. Se toma

la correspondiente presin atmosfrica como presin de referencia y cualquier

divergencia de sta se designa de sobrepresin ,.

La siguiente figura lo visualiza, Figura 3:

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La presin de aire no siempre es la misma. Cambia segn la situacin geogrfica y eltiempo. La zona desde la lnea del cero absoluto hasta la lnea de referencia variable se

llama esfera de depresin (-Pe), la superior se llama esfera de sobrepresin (+Pe).

La presin absoluta Pabs consiste en la suma de las presiones -Pe y +Pe. En la prctica se

utilizan manmetros que solamente indican la sobrepresin +Pe. Si se indica la presinPabs el valor es unos 100 kPa (1 bar) ms alto.

Con la ayuda de las magnitudes bsicas definidas pueden explicarse las leyes fsicas

fundamentales de la aerodinmica.

1.4.1 El aire es compresible

Como todos los gases, el aire no tiene una forma determinada. Toma la del recipiente que locontiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido (compresin) y tiene la tendencia a

dilatarse (expansin).

La ley que rige estos fenmenos es la de Boyle-Mariotte.

A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es inversamenteproporcional a la presin absoluta, o sea, el producto de la presin absoluta y el volumen es

constante para una cantidad determinada de gas.

Este ley es demuestra mediante el siguiente ejemplo. Figura 4. :

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