Sistemas pneumaticos - principios e manutenção

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s
N
PRINCIPIOS 
Y MANTENIMIENTO
f-
*— * 4
S. R. Majumdar
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Prefacio
Durante las últimas décadas se han introducido, en el campo de la manufactura, 
diversas técnicas de automatización y racionalización con el fin de acrecentar la 
productividad industrial global. La aplicación del aire comprimido, como medio de 
automatización de la fábrica, se ha vuelto permanente en las plantas modernas 
de ingeniería. El control neumático es un método barato, pero eficaz, de técnica de 
automatización y, por consiguiente, ha encontrado una aplicación extensa en todo 
el mundo, en la robótica y para coger y colocar dispositivos. Incluso en nuestro país 
(la India) esta rama específica de la ingeniería mecánica está surgiendo con lentitud 
y tan sólo es natural que este tema deba impartirse a los estudiantes de las institucio­
nes politécnicas y de ingeniería. Para popularizar la materia entre la comunidad 
estudiantil es necesario que, en el mercado, se disponga de libros y literatura sufi­
cientes y este sencillo factor impulsó al autor a escribir este libro.
La estrecha intervención que este autor tuvo en la conducción de diversos cur­
sos de capacitación profesional, en el campo de la energía de los fluidos, durante las 
últimas dos décadas, le permitió tener una idea clara y de primera mano acerca del 
nivel actual de esta tecnología en boga y, de este modo, le permitió estructurar el 
contenido de modo que se acoplara a las necesidades específicas de las industrias y 
de los estudiantes de los institutos profesionales.
Se espera que los estudiantes de escuelas politécnicas y, probablemente, de 
ingeniería encuentren, en general, este libro bastante sencillo e informativo. Se han 
cubierto con detalles, de manera sencilla, el principio fundamental de los elementos 
y de los controles neumáticos, de modo que se puedan apreciar los mismos. En este 
libro se incluye un buen número de ejemplos de diseño de circuitos, para familiari­
zar a los lectores con diversos métodos para diseñar un diagrama de circuito, junto 
con las complicaciones que comprende. También se ha cubierto con amplitud la 
detección de fallas, de modo que el libro también sea apreciado por los ingenieros 
de planta.
El autor se sentirá satisfecho si el libro sirve a la causa de los estudiantes pa­
ra quienes está dirigido y, en ese caso, manifiesta su agradecimiento a todos sus 
amigos, colegas y admiradores, sin cuyo apoyo activo, ayuda y colaboración, este 
libro no habría visto la luz.
Sobre este particular, el autor se siente profundamente obligado con Shri S. K. 
Giri, Director of Training, DGE&T, Nueva Delhi, y con Shri Y. Singh, Director of 
Apprenticeship Training, DGE&T, Nueva Delhi, por su bondadosa colaboración y 
su autorización para publicar este libro. El autor también reconoce públicamente su 
profunda gratitud a Shri K. Vaidyaraman, Director, ATI, Madras, por su guía y 
estímulos continuos para sacar a la luz este libro. Igualmente, el autor se siente 
agradecido a M/s Tata McGraw-Hill y sus funcionarios por mostrar su interés para 
llevar a cabo esta publicación.
De manera análoga, el autor expresa su intensa gratitud a todos los miembros 
directivos de ATI, pasados y actuales, quienes lo alentaron con sus valiosas suge-
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vi Prefacio
rendas. A este respecto, se siente obligado a mencionar, en especial y especí­
ficamente, a sus pocos amigos y colegas quienes se ofrecieron de todo corazón a 
ayudarle de toda manera posible durante la preparación del manuscrito y a suminis­
trarle la fortaleza y el vigor que le permitieron recorrer un largo camino hasta el 
éxito de esta aventura. Asimismo, manifiesta gratitud a su familia, quienes soporta­
ron la carga de su continuo rechazo a las tareas domésticas durante la etapa de 
escritura del libro. Por último, el autor hace un llamado a los lectores futuros y a los 
expertos en el campo para que ofrezcan su crítica, sin excepción, de modo que 
los errores y desequilibrios que podrían haberse deslizado en el libro, puedan corre­
girse en la edición subsiguiente.
S. R. M a j u m d a r
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Contenido
Prefacio v
1. S istem a neu m ático y unidades fís icas 1
1.1 Aplicación de la neumática I
1.2 Principios físicos 2
1.3 Presión atmosférica 3
1.4 Leyes de los gases 5
1.5 Unidad de presión 7
1.6 Medición del volumen 8
1.7 Unidades SI para los ingenieros especialistas 
en energía de fluidos 8
1.8 Ventajas del sistema SI 11 
Bibliografía 11
2. N ecesidades básicas para el s istem a
n eum ático y d isp osic ión de la tubería 12
2.1 Sistema básico 12
2.2 Generación del aire comprimido 13
2.3 Selección de la tubería para el sistema neumático 14
2.4 Capacidad nominal de presión para los materiales
de tubos 21
2.5 Ajustes de la tubería 22
2.6 Tamaño del tubo 26
2.7 Conectores roscados 26
2.8 Pérdida de presión en la línea neumática 27
2.9 Accesorios para líneas 27 
Bibliografía 32
3. Com presor de aire 33
3.1 Tipos de compresores de aire 33
3.2 Clasificación de los compresores 34
3.3 Tipos de compresores de aire de desplazamiento positivo 35
3.4 Diagrama PV 40
3.5 Potencia absorbida en la compresión 41
3.6 Otros tipos de compresores 42
3.7 Criterios de selección para los compresores 51
3.8 Válvulas de compresores en los compresores del tipo 
reciprocante 54 www.FreeLibros.com
viii Contenido
3.9 Tanque de compresión 55
3.10 Válvulas de seguridad 56
3.11 Control de la capacidad 56
3.12 Condensación de agua 59
3.13 Cálculo del costo del aire comprimido 61 
Bibliografía 62
4. A cond icionam iento del aire com prim ido 6 3
4.1 Unidad FRL 63
4.2 El aire contiene agua 64
4.3 Filtro de aire 65
4.4 Regulador de presión 68
4.5 Lubricador 69
4.6 Manómetro 77
4.7 Instalación de la unidad FRL 77
4.8 Secado del aire comprimido 78
4.9 Humedad 78
4.10 Secadores refrigerados 82
4.11 Secadores químicos 84
4.12 Supresión del punto de rocío 85
4.13 Secadores de adsorción 86
4.14 Métodos de regeneración 86
4.15 Regeneración sin calor 86
4.16 Precaución importante 87
4.17 Selección de los secadores 87
4.18 Enfriamiento debido a la expansión del aire 88 
Bibliografía 88
5. Cilindros y m otores neu m áticos 8 9
5.1 Tipos de cilindros 89
5.2 Cilindro de doble acción 93
5.3 Otros cilindros neumáticos 94
5.4 Conjunto amortiguador 97
5.5 Tipos de montajes 100
5.6 Materiales usados para la construcción de cilindros 101
5.7 Velocidad del pistón 103
5.8 Fuerza del pistón 103
5.9 Consumo de aire 104
5.10 Tamaño del cilindro 105
5.11 Ideas sobre instalación y mantenimiento 105
5.12 Lubricación del cilindro 106
5.13 Motor neumático 107
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Contenido ix
5.14 Motor neumático y eléctrico: comparación 108
5.15 Aplicación de la neumática en las herramientas manuales 111 
Bibliografía 117
6. Válvulas n eum áticas
6.1 Controles neumáticos 118
6.2 Válvulas de control de dirección (válvulas C.D.) 119
6.3 Construcción básica de las válvulas 122
6.4 Control 126
6.5 Válvula de impulsos 128
6.6 Reguladores de velocidad 131
6.7 Válvula de escape rápido 134
6.8 Válvula de retraso en el tiempo 134
6.9 Funciones lógicas 136
6.10 Válvula de lanzadera 136
6.11 Válvula gemela de presión 137
6.12 Válvula accionada por solenoide 137
Bibliografía 140
C ircuitos n eu m áticos b ásicos
7.1 Símbolos 141
7.2 Circuito neumático básico 146
7.3 Operación por impulsos 147
7.4 Control de la velocidad 149
7.5 Escalonamiento del movimiento 150
7.6 Ejemplo de un diseño de circuito 157
7.7 Manejo por vacío 159
7.8 Conclusión 161
Bibliografía 161
H idroneum ática
8.1 Compresibilidad 162
8.2 Solución 163
8.3 Técnica de conexión 163 V
8.4 Tipos de sistemas hidroneumáticos 163
8.5 Unidad hidráulica reguladora 166
8.6 Cilindro hidroneumático 167
8.7 Unidad reguladora en paralelo 168
8.8 Cilindro integralde aire-aceite 168
8.9 Tipos de alimentación 169
8.10 Intensifícador 169
118
141
162
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x Contenido
8.11 Comparación de los sistemas hidroneumático, 
hidráulico y neumático 169 
B ib'lio grafía 170
9. F luídica y lóg ica fluídica
9.1 Fluídica 171
9.2 Fundamento histórico 173
9.3 ¿Qué lo hace funcionar? 174
9.4 Basculador biestable 175
9.5 Amplificador de turbulencia 177
9.6 Neumática de baja presión 178
9.7 Sensores neumáticos 179
9.8 Aplicación de la fluídica; neumática 
de baja presión como sensores 180
9.9 Desarrollos futuros 183
9.10 Dispositivo proporcional 185
9.11 Confiabilidad 185 
Bibliografía 186
10. A utom atización y principio de d iseño 
del c ircu ito neum ático
10.1 Controles neumáticos 187
10.2 Aplicación en las máquinas-herramientas 
y otros campos mecánicos 189
10.3 Diagrama funcional en el diseño de un circuito neumático 191
10.4 Diagrama de movimientos 193
10.5 Sistema en cascada del diseño de un circuito neumático 194
10.6 Lógica en el diseño de un circuito neumático 197
10.7 Aritmética binaria 201
10.8 Lógica y álgebra booleana 202
10.9 Teorema de De Morgan de la inversión 203
10.10 Ejemplos de ecuación de control 208
10.11 Uso del mapa de Karnaugh-Veitch para el diseño 
de un circuito neumático 209
10.12 Diagrama K-V, 213
10.13 Problemas sencillos de control 221 
Bibliografía 249
11. C ontroles e léctr icos en los c ircu itos n eum áticos
11.1 Electroneumática 251
11.2 Electroimanes de accionamiento 252
11.3 Contactores e interruptores 253
171
187
251
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Contenido xi
11.4 Relevadores 254
11.5 Interruptor limitador 259
11.6 Aplicación de las funciones de interrupción; 
posibilidades 259
11.7 Circuitos electroneumáticos 261 
Bibliografía 270
M anten im iento del sistem a neum ático 
y d etecc ió n de fallas en el m ism o
12.1 Necesidad de mantenimiento de los sistemas neumáticos 271
12.2 Problemas comunes en un sistema neumático 273
12.3 Programa de mantenimiento de un sistema neumático 277
12.4 Detección de fallas 280
12.5 Unas cuantas ideas acerca del mantenimiento 281
12.6 Resistencia al flujo 282
12.7 Fallas de los sellos 282
12.8 Mantenimiento del compresor de aire 284
12.9 Instrucciones para eliminar los problemas de 
operación del compresor de aire 286 
Bibliografía 292
Apéndice
271
2 9 3
ín d ice 2 9 7
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X '
---------------------------------------------------------1
Sistema neumático 
y unidades físicas
RESUMEN I
La tecnología de la neumática ha ganado una importancia tremenda en el campo 
de la racionalización y automatización del lugar de trabajo, desde las antiguas 
obras de madera y las minas de carbón, hasta los modernos talleres de máquinas 
y robots espaciales. Ciertas características del aire comprimido han hecho este 
medio bastante adecuado para usarlo en las modernas plantas de fabricación y 
producción. Por lo tanto, es importante que los técnicos e ingenieros tengan un 
buen conocimiento de guía del sistema neumático, las herramientas accionadas 
por aire comprimido y otros accesorios, incluyendo un concepto completo y claro 
de los principios físicos que rigen el comportamiento del aire comprimido. En este 
contexto, resultará útil conocer las unidades Jisicas y matemáticas apoyadas por 
el uSistema Internacionar, ya que, hoy en día, casi todos los países usan las 
mismas unidades de medición. De manera análoga, un concepto claro de la Jisica 
de la presión y la fuerza puede ayudar a los ingenieros y técnicos a comprender 
mejor la materia.
1.1 APLICACIÓN DE LA NEUMÁTICA
La tecnología de la neumática se refiere al estudio del comportamiento y aplicación 
del aire comprimido. Aun cuando la ciencia del aire era conocida por el hombre 
desde hace siglos, no se aplicaba mucho en la industria antes del inicio de la Segun­
da Guerra Mundial (1939-1944).
Durante la guerra, muchas industrias en todos los países occidentales desarrolla­
dos empezaron a cambiar para emplear cada vez más equipo y maquinarias automá­
ticas. Muchos de éstos eran accionados y retroajustados con dispositivos y acceso­
rios accionados neumáticamente, con fines de fabricación y otras actividades, para 
satisfacer la repentina necesidad de una mayor producción de artículos bélicos con 
la tremenda escasez de mano de obra técnica calificada.
Esta fue la época en que se inició el concepto actual de automatización, incitan­
do al hombre a usar aire comprimido en las plantas de producción. En la actualidad, 
las herramientas y accesorios accionados por aire comprimido son una imagen co­
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2 Capítulo 1
mún en cada una de las industrias, y en todas ellas, no sólo en los países tecnológi­
camente avanzados, sino incluso en aquéllos en donde las actividades industriales se 
encuentran todavía en su etapa inicial. Con la introducción de la neumática en el 
proceso de fabricación, la industria se beneficia con un medio más barato de 
automatización, el cual, si utiliza con buen juicio, puede llevar el costo de producción 
hacia un nivel mucho más bajo. Hace unas cuantas décadas, la aplicación máxima de 
la neumática se encontraba probablemente en el campo de la construcción, en don­
de la fuente principal de potencia para las herramientas como los martillos mecáni­
cos, los taladros, los aprietatuercas, las remachadoras, etc., sólo era el aire compri­
mido. En la actualidad, la lista no tiene fin. Ahora se usa aire comprimido en todo el 
ámbito de la vida industrial, empezando con grúas neumáticas hasta la aplicación de 
ese aire en el sistema de frenado de los automóviles, los vagones de ferrocarril, las 
vagonetas, las impresoras y qué otra cosa no. De hecho, en estos días se encuentra que 
se aplica de manera extensa en todos los campos. Pero, ¿por qué?
La respuesta encuentra su fundamento en algunas de las características básicas 
que hacen de la aplicación de la neumática más ventajosa y que sea excepcional­
mente adecuada en su manejo. Las características siguientes son notables:
1. Amplia disponibilidad del aire
2. Compresibilidad del aire
3. Facilidad para transportar el aire en recipientes a presión, contenedores y tubos 
largos
4. Características del medio de ser a prueba de incendio
5. Construcción sencilla de los elementos neumáticos y facilidad en su manejo
6. Alto grado de facilidad de control de la presión, velocidad y fuerza
7. Posibilidad de un fácil, pero razonablemente confiable, control a distancia
8. Mantenimiento más fácil
9. Características del medio de ser a prueba de explosión
10. Costo comparativamente más bajo en relación con otros sistemas
En comparación con el sistema hidráulico, el sistema neumático tiene mejores 
ventajas de operación, pero hasta ahora no puede reemplazar a aquél, por lo que se 
refiere al requisito de potencia y de exactitud de las operaciones. En zonas de ries­
gos, es probable que el aire sea un mejor medio de proporcionar energía que el 
sistema eléctrico, el hidráulico y el de vapor. Por el momento, es posible que no sea 
necesario abundar más sobre la multitud de ventajas que pueden lograrse de la apli­
cación de la energía neumática en las plantas y sistemas de producción, excepto lo 
que ya se ha mencionado.
1.2 PRINCIPIOS FÍSICOS
Aire. La Tierra está rodeada por aire hasta una altura de aproximadamente 1 600 
km, desde la parte superior del suelo. Se sabe que el aire más cercano al suelo es 
más denso, en tanto que, al subir, la densidad del aire empieza a disminuir. Esta capa 
gaseosa de aire alrededor de la Tierra se conoce como atmósfera. El aire es invisi­
ble, incoloro, inodoro y sin sabor. Los principales constituyentes del aire, en volu­
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Sistem a neumático y un idades fís ica s 3
men, son 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y 1% de bióxido de carbonoy otros 
gases, incluyendo cierta cantidad de vapor de agua. Aunque se encuentra que todos 
estos componentes del aire conservan sus propiedades particulares, para todos los 
fines prácticos; ese aire, que es una mezcla de varios elementos químicos, cumple 
con las leyes de los gases, precisamente como cualquier otro gas perfecto o ideal.
1.3 PRESIÓN ATMOSFÉRICA
El aire que rodea la Tierra ejerce una presión sobre la superficie de la misma (Fig. 
1.1). La presión en los gases se debe a la acción y reacción de los átomos inter­
moleculares de ellos. Se ha observado que la actividad intermolecular empieza a 
disminuir hasta que se suspende por completo a la temperatura del cero absoluto. La 
medida de la presión atmosférica al nivel normal del mar es de 760 mm de mercurio 
(Hg). Esto también es equivalente a:
760 mm de Hg = 76 cm de Hg 
= 1.013 bar
= 10 m de columna de agua
El aire circundante 
ejerciendo presión
Fig. 1.1 El aire atmosférico ejerce presión sobre la Tierra
De manera común, se usan diversas unidades para denotar la presión, como kg/cm2, 
atm (o, a veces, at) o, incluso, psi [es decir pounds per square inch (libras por 
pulgada cuadrada), aun cuando esta unidad no se debe usar, ya que la India ha 
pasado al sistema métrico de medidas desde 1957 en adelante].
La presión atmosférica se mide por medio de un barómetro de tubo en U, en 
tanto que para medir la presión en una máquina-herramienta o un recipiente de aire, 
se usa un manómetro de tubo de Bourdon. En épocas más recientes, han surgido las 
herramientas y manómetros digitales para medir la presión. En realidad, la presión
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4 Capítulo 1
indicada en el manómetro es una sobre la presión atmosférica, la cual también se 
denomina presión barométrica y se suma a la presión manométrica para obtener la 
presión absoluta. Para la mayor parte de los cálculos de ingeniería relacionados con 
la presión, tiene que usarse el valor absoluto de la presión y, por consiguiente, es 
esencial que los lectores comprendan la diferencia entre presión absoluta y manomé­
trica, como se ilustra en la figura 1.2.
<D
Y Presión atmosférica
--------------------
<D
8 - 0 5
c o -oT“ CO
Vacío
(No hay presión)
[P(abs> = P(m¡n) + presión atmosférica]
Fig. 1.2 Concepto de presión manométrica y presiones absolutas.
(Nota: La presión atmosférica no es exactamente de 1 bar. 
Es 1.013 bar al nivel normal del mar.)
Puede calcularse la presión atmosférica a partir del principio fundamental del 
barómetro, el cual sigue la ley de que su lectura corresponde a la presión debida a la 
altura del mercurio (Hg) en el tubo y su peso:
Presión atmosférica = p gh (1.1)
en donde p = densidad del Hg, 13.06 g/cm3
g = 9.81 m/s2 = aceleración debida a la gravedad 
h = altura de la columna de mercurio = 76 cm al nivel normal del mar
Mediante el cálculo, de acuerdo con la fórmula anterior, la presión atmosférica 
es igual a 1.013 bar. Pero, para facilitar los cálculos, suele tomarse como igual a 1.0 
bar.
En la figura 1.2, la presión atmosférica se toma (lo que se indica por la línea 
punteada) como 1.0 bar. La presión hacia arriba de esta recta es la indicada por el 
manómetro. Por consiguiente, la presión en el punto Z es 1 bar (man); es decir, debe 
leerse como presión manométrica de 1 bar. Para hallar la presión absoluta en este 
punto, el cálculo se realiza del modo siguiente:
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S istem a neumático y un idades fís ica s 5
Presión absoluta = presión manométrica + presión atmosférica (1.2) 
/*(*) = í ’f— , + 1 bar (1.3)
PZ(abs) = 1 bar (man) + 1 bar = 2 bar (abs)
De manera análoga, en el punto X, la presión es 1 bar (abs); es decir, 0 bar (man).
En el punto Y, la presión está por debajo de la atmosférica; es decir, se trata de 
un vacio parcial. El vacío completo es la presión cero; es decir, no hay presión. La 
presión en Y se expresa como 0.6 bar (abs); es decir, arriba de 0. A veces se usa el 
término presión negativa, lo cual significa que la presión en Y es (0.6 - 1.0) = -0.4. 
Se puede observar el signo negativo.
Por lo tanto P(ahs) = P(m<m) + presión atmosférica,
P(man) = P(abs) “ presión atmosférica
En seguida se dan unos cuantos ejemplos sencillos sobre los conceptos presentados:
Ejemplo 1.1 Conviértanse 6 kg/cm2 (man). [Aun cuando no debe usarse kg/cm2 
como unidad de presión (ya que kg es la unidad de masa), del mismo modo se ha 
usado aquí, en virtud de que todavía es de empleo muy común. En realidad se debe 
usar Pa o N/m2, en lugar de kg/cm2.]
Presión absoluta = presión manométrica + presión atmosférica 
= 6 kg/cm2 + 1 kg/cm2
= 6 kg/cm2 (man) = 7 kg/cm2 (abs) = 7 bar (abs)
Ejemplo 1.2 De manera análoga, 2.5 bar (abs) = (2.5 - 1) bar = 1.5 bar (man)
Ejercicio Conviértanse
i) 5 bar (abs) en presión manométrica
ii) 12 bar (man) en presión absoluta
iii) 9 kg/cm2 (abs) en presión manométrica
1.4 LEYES DE LOS GASES
Ya se ha expresado que, aun cuando el aire es una mezcla de varios gases, se com­
porta como un gas perfecto o ideal, con una desviación muy insignificante respecto 
de éste. Como consecuencia, las dos leyes de los gases conocidas como ley de Boyle 
y ley de Charles se aplican por igual al aire. A continuación se da una breve exposi­
ción sobre estas dos leyes:
1.4 .1 Ley de Boyle
La ley de Boyle afirma que, si la temperatura permanece constante, la presión de 
una masa confinada de gas variará inversamente con su volumen. Por consiguiente, 
si P es la presión absoluta de un gas y V es su volumen entonces, según la ley de 
Boyle (Fig. 1.3):
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6 Capítulo 1
P2,V2
Fig. 1.3 Ley de Boyle: Pj = presión inicial
P2 = presión final; Vx - volumen inicial; 
V2 = volumen final; PjV, = P2V2
P oc —
V
o sea PV = constante
Por lo tanto, se puede escribir que
= P2V2 = P,V3 ... P„V„
(1.4)
(1.5)
(1.6)
en donde Px, P2, P}, P„ y V,, V2> Kr etc. son la presión y el volumen del gas en las 
posiciones respectivas.
De donde, se puede ver que
A - ™
y, de manera análoga, (1.7)
Ejemplo Un tanque de compresión para aire tiene un volumen de 0.5 m3 a una 
presión de 6 kg/cm2 (man). Si se aumenta el volumen del tanque hasta 1 m3, ¿cuál 
será la presión del mismo aire?
De acuerdo con la ley de Boyle, P2V2 = P\V¡, en donde P, y V, son la presión 
y volumen iniciales y P2 y V2 son la presión y volumen finales, respectivamente.
Por lo tanto, P2 = = 7 x 0.5 = 3.5 kg/cm2 (a)
V2 1
Presión manométrica = (3.5 - 1) kg/cm2 (man) = 2.5 kg/cm2 (man)
1 .4 .2 Ley de Charles
La ley de Charles afirma que si permanece la presión constante, el volumen de una 
masa dada de gas variará directamente según su temperatura absoluta.
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S istem a neumático y un idades fís ica s 7
Si Tj y T2 son las temperaturas absolutas inicial y final, respectivamente, y Vx 
y V2 son los volúmenes inicial y final de una masa dada de gas, entonces
VX~ T X
Por lo tanto, — = constante (1.8)
Tx
V V T VPor consiguiente, —- = —- o sea — = — (1.9)
T\ T2 7¡ V¡
m x 7l =ü (
(V¡) v¡
1 .4 .3 L eyes com binadas de lo s gases
Para la misma masa de gas que sigue las leyes de un gas ideal, las dos leyes antes 
enunciadas se pueden expresar en una forma combinada, como sigue:
PV—— = m R (1.11)
T
en donde P = presión absoluta (kg/cm2) (abs) u otras unidades
V = volumen (m3)
T = temperatura absoluta (K) 
m = masa del gas (kg)
R = constante de los gases 
La constante de los gases (R) es la cantidad de trabajo requerida para elevar la 
temperatura de una masa de 1 kg del gas en un kelvin.
1.5 UNIDAD DE PRESIÓN
Aunque el kg/cm2 todavía se usa como unidad de presión, en realidad no es del todo 
correcto. Al ser el kilogramo la unidad de masa, no debería usarse como unidad de 
fuerza (en tal caso, a menudo se escribe kgf, para indicar que se trata del kilogramofuerza). De acuerdo con el sistema SI de unidades, la unidad de fuerza es el newton 
(N) y la de área es el metro cuadrado (m2). Por lo tanto, la unidad de presión, según 
la definición de ésta, debe ser 1 N/m2.
1 N/m2 se llama 1 pascal (Pa) en el sistema SI.
Según las normas ISO, 100 000 Pa = 1 bar, o sea, 105 Pa = 1 bar. En donde el bar se 
ha aceptado como una unidad adicional de presión, para el uso industrial, en el 
sistema SI:
1 bar = 105 Pa = 105 N/m2
1 bar = 1 000 mbar = 750 torr, 1 torr = 1 mm de Hg 
Este tema se analiza con detalle en la sección 1.7 de este capítulo.
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8 Capítulo 1
1.6 MEDICIÓN DEL VOLUMEN
En el sistema métrico, una unidad usada con frecuencia para medir volúmenes es el 
litro (L; 1 Les, por definición, 1 dm3, es decir, 1 L = 10“3 m3). Al ser el aire un material 
compresible, el volumen cambia según la presión. De acuerdo con la ley de Boyle, 
a temperatura constante, la presión y el volumen de una masa contenida de aire son 
inversamente proporcionales. Pero en todas las estimaciones prácticas sólo se con­
sidera la necesidad de aire a la presión atmosférica normal. La capacidad de un 
compresor se expresa por: i) la cilindrada o volumen barrido y ii) la cantidad de aire, 
a la presión atmosférica, por minuto que puede entregar, a una velocidad particular.
El cálculo del volumen barrido y la entrega de aire libre se puede realizar, para 
los compresores del tipo reciprocante, como se indica a continuación:
Volumen barrido = área de la sección transversal del cilindro x carrera x rpm 
Entrega de aire libre = volumen barrido x eficiencia volumétrica (7/voI); es decir,
2 / = f t r ? v o i ( 1 . 1 2 )
en donde Qh = volumen barrido, Q¡ = entrega de aire libre.
1.7 UNIDADES SI PARA LOS INGENIEROS ESPECIALISTAS 
EN ENERGÍA DE FLUIDOS
El System’e International d’Unites, la forma moderna del sistema métrico, el cual 
fue aceptado en la XI Conferencia Internacional de Pesos y Medidas, en 1960, en la 
actualidad ha sido adoptado en todo el mundo. El punto positivo más importante de 
este sistema se apoya en su completa racionalización y estandarización de las uni­
dades métricas principales, sus nombres y símbolos. En vista del cambio cualitativo 
en la perspectiva de los científicos, ingenieros y tecnólogos de la actualidad, en la 
edad espacial, la cual literalmente ha fundido a la comunidad tecnológica en una 
sola entidad, el sistema SI ha satisfecho la necesidad creciente de un lenguaje técni­
co común. Por consiguiente, este sistema ha llegado para quedarse durante varias de 
las futuras décadas. En nuestros días, aproximadamente más del 80% del mundo ha 
aceptado el sistema SI, el cual es el producto de la evolución de las ideas presenta­
das por el profesor Giovanni Georgi de la Universidad de Roma, quien en 1901 
•sugirió por primera vez que las unidades de la mecánica debían eslabonarse con las 
electromagnéticas, lo cual fue adoptado en 1950 en la forma del sistema MKSA o 
de Georgi.
El sistema SI no es otra cosa que una racionalización adicional del sistema 
Georgi que le da una forma más concreta, práctica y útil, adecuada para la práctica 
moderna actual.
En virtud de la adopción del sistema SI por parte de los países en los que con 
anterioridad se encontraban utilizando el sistema de medición de pie, libra y segun­
do, los ingenieros y técnicos de esos países se encontraron en una situación peculiar 
que demandaba la conversión de su práctica antigua acerca de las ideas referentes a 
los sistemas de medición. Los viejos hábitos mueren difícilmente y, como conse­
cuencia, surgen complicaciones debidas a la mezcla de libras y kilogramos, pulga-
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Tabla 1.1 Unidades del SI
No.
S. Cantidad Unidad y símbolo del SI Unidad FPS
Factor de conversión 
del FPS al SI Observaciones
1 • Longitud
2. Ángulo plano
3. Área
4.
7.
9.
10.
Volumen
5. Tiempo
6. Velocidad
Velocidad 
angular 
Frecuencia de 
rotación 
Gasto
Masa
metro (m) 
radián (rad) 
metro cuadrado (m2)
metro cúbico (m3)
segundo(s) 
metro/segundo (m/s)
radián/segundo 
(rad/s) 
recíproco de segundo 
(s-1)
metro cúbico por 
segundo (m3/s)
kilogramo (kg)
pie
grado
pie cuadrado 
pie cúbico
pie cúbico/ 
segundo 
galón/minuto 
libra
1 ft = 0.3048 m
Io = 71/180 rad
1 ft2 = 0.09290304 m2 
= 9.2903 x 10“2 m2 
1 in2 = 6.4516 x 10"4 
1 ft3 = 0.028316 m3
nr
segundo —
pie/segundo 1 ft/s = 0.3048 m/s
1 ft3/min
= 4.7183 x 10-4 m3/s 
1 g.p.m. = 75.8 x 10~6 m3/s 
1 Ib = 0.4536 kg
A menudo se usan km, cm, mm, (jm, 
como múltiplo o submúltiplos.
Se recomienda usar el grado cuando el 
radián no resulta adecuado
1 in2 = 6.4516 cm2
También se pueden usar cm3, dm3
1 dm3 = 1 litro
Pero no se recomienda el uso del litro 
para la medición de precisión 
También se pueden usar mili segundo, 
microsegundo, etc. (ms, jus, ns, etc.) 
Se puede usar kilómetro/hora para de­
notar una velocidad más alta 
1 km/h = 1/3.6 m/s
Se pueden usar revolución por minuto 
o por segundo 
También se puede usar el litro por mi­
nuto (uso limitado)
1 L/min = 1/(6.10)4 m3 
Para masas mayores se puede usar 
la tonelada métrica
(continúa)
<0
Sistem
a 
neum
ático 
y 
unidades físicas
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Tabla 1.1 Unidades del SI (Continuación)
No.
S. Cantidad Unidad y símbolo del SI Unidad FPS
Factor de conversión 
del FPS al SI Observaciones
11. Masa
(densidad)
12. Fuerza
kilogramo por m3 
(kg/m3)
newton (N)
13. Peso específico newton por m3
(N/m3)
14. Torque (momento newton-metro (N • m)
de torsión)
15. Presión pascal
0 newton/m2
1 Pa = 1 N/m2
libra por pie 
cúbico o 
libra por 
pulgada 
cúbica 
libra fuerza
lbf/in3 
ft • Ibf 
lbf/in2
1 lb/in3
= 27.6804 x 103 kg/m3
1 lbf = 4.45 N
1 lbf/in3 = 271.55 x 103 
N/m3
1 ft • lbf = 1.3563 N -m 
1 lbf/in2 = 6895 N/m2
Para fines limitados, también se pue­
den usar kg/L, lb/in3, g/L, g/mL
En unidades técnicas métricas, la 
fuerza se expresa en kgf, 1 kgf = 
9.81 N
También se usa el bar
1 bar = 0.981 kgf/cm2
10 
Capítulo 
1
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* tf
Sistem a neumático y un idades fís ica s 11
das y metros. La sugerencia sabia en una situación de este tipo es “pensar en métri­
co” o, para ser precisos, “pensar en SI” y practicarlo a diario para acostumbrarse al 
nuevo sistema. Pero no es una tarea tan sencilla y, como consecuencia, los técnicos 
e ingenieros de décadas anteriores, adiestrados en los sistemas más antiguos, es 
posible que no lo prefieran. Al principio, las unidades como los newtons, pascales y 
kelvins pueden parecer confusas pero, con algo de experiencia, no será difícil en lo 
absoluto dominarlas.
Esto ya ha sido probado con base en la experiencia de algunos países que lo 
han aceptado con anterioridad. La máxima ventaja de este sistema es que crea uni­
formidad en el mundo técnico, una sola comunidad que habla una sola lengua, es 
decir, “SI”. Es seguro que, con práctica, la generación más antigua de ingenieros 
será capaz de tener una imagen mental de un metro, un newton o un kelvin. Hasta 
ese momento, las tablas de conversión constituirán una inmensa ayuda para que 
realicen el trabajo cotidiano.
Como en otros campos, las unidades físicas y técnicas para un sistema de ener­
gía de fluidos también han pasado por una metamorfosis, del FPS hacia el SI. La 
tabla 1.1 adjunta se recopiló para auxiliar a los ingenieros, diseñadores y técnicos 
especialistas en energía de fluidos a realizar la conversión de libras hacia kilogra­
mos, con los factores de conversión para las unidades más esenciales de los 
parámetros físicos de la energía de fluidos y los símbolos internacionales que se 
usan para ellas.
1.8 VENTAJAS DEL SISTEMA SI
1. Este es un sistema universalcon la potencialidad de unificar todo el mundo 
técnico en una sola entidad.
2. Los términos de diversas unidades físicas están por completo estandarizados.
3. También están estandarizados los símbolos de los términos físicos.
4. El sistema es más racionalizado y científico.
5. Se ha facilitado la comprensión internacional entre diversos países sobre asun­
tos técnicos.
6. En vista de que las unidades fundamentales de longitud (m), masa (kg), tiempo 
(s), temperatura (K), etc. están racionalmente estandarizadas, se garantiza más 
autenticidad de los cálculos científicos y técnicos, más allá del espacio y el 
tiempo.
* 7. Las unidades derivadas se han hecho más metódicas y científicas, y se ha elimi­
nado o minimizado la ambigüedad (por ejemplo, kg ya no se uti liza para el peso).
BIBLIOGRAFÍA
1. SI Units, BIS No. 10005-1985 SI Units and Recommendations, Bureau of Indian Standards 
Publication, Nueva Delhi.
2. Pneumatic Mechanisation, F.S.G Van Digen, Kemperman Technical Publishers, Culemborg, 
Países Bajos.
3. Pneumatic Application, Werner Deppert and Kurt Stoll, Vogel-Verlag, Alemania.
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2
Necesidades básicas para 
el sistema neumático y 
disposición de la tubería
RESUMEN |
Un sistema neumático comprende una planta de compresores, tuberías, válvulas 
de control, miembros accionados y aparatos auxiliares relacionados. El aire se 
comprime en un compresor ex profeso y de la planta en donde se encuentra éste, 
el medio de flujo se transmite hasta el cilindro neumático a través de un sistema 
de tuberías bien tendidas. Para mantener la eficiencia óptima del sistema neumá­
tico, es de vital importancia que la caída de presión entre la generación y el consu­
mo del aire comprimido se mantenga muy baja. Se ha visto que los accesorios y 
las juntas de la tubería son los principales causantes de la caída de presión, si la 
hay, en el sistema neumático. Por lo tanto, es en extremo esencial que los 
diseñadores y el personal de mantenimiento de los sistemas neumáticos tengan 
sumo cuidado sobre este particular, en especial al seleccionar el diámetro de la 
tubería.
2.1 SISTEMA BÁSICO
En las industrias modernas, el sistema neumático se usa como medio de mecaniza­
ción y automatización del lugar de trabajo, en donde una parte importante del traba­
jo manual y tedioso puede ser reforzado mediante controles neumáticos para lograr 
una producción rápida y económica. En la figura 2.1 se muestra un sencillo disposi­
tivo de doblado que se está accionando neumáticamente. La inversión promedio en 
este campo puede no ser demasiado alta, ya que los componentes del sistema no son 
demasiado costosos y, asimismo, la automatización se podría efectuar en etapas. En 
seguida se listan las necesidades del sistema básico para la introducción de la neu­
mática en una planta:
1. Planta de compresores. La planta de producción en la que se usen herra­
mientas neumáticas, etc., debe equiparse con la planta de aire comprimido de 
capacidad apropiada para satisfacer la necesidad de este aire de los sistemas.
2. Tubería. Debe tirarse un sistema de tubería bien tendido para el aire compri­
mido, desde la planta de compresores hasta el punto de consumo de la energía
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N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería 13
neumática en las diversas secciones de la planta en donde se van a introducir 
dispositivos y sistemas neumáticos.
3. Válvulas de control Se usan diversos tipos de válvulas de control para regu­
lar, controlar y monitorear la energía neumática, con el fin de controlar la di­
rección, la presión, el flujo, etcétera.
4. Actuador neumático. Se utilizan diversos tipos de cilindros y motores neu­
máticos para realizar el trabajo útil para el cual se diseña el sistema neumático, 
como usar cilindros para el movimiento lineal de plantillas, artefactos, alimen­
tación de materias primas, etcétera.
5. Aparatos auxiliares. Es posible que deban usarse diversos tipos de equipo 
auxiliar en el sistema neumático, con el fin de lograr un mejor rendimiento, 
facilitar el control y obtener una mayor confiabilidad.
2 .2 GENERACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO
La presión promedio en la línea, en el sistema neumático, es de 6 bar (man), según 
lo recomiendan las normas o las necesidades normales de la industria. Por consi­
guiente, se requiere un compresor de aire para generar presión sólo alrededor de 
este valor. En una fábrica pequeña, que puede requerir una alimentación moderada 
de aire comprimido, puede ser suficiente cualquier tipo de compresor portátil para 
aire con dos etapas, para alimentar esta cantidad de presión. Para las plantas más 
grandes, se pueden usar otros tipos de compresores de alta capacidad, según se 
necesite. En su mayor parte, los compresores de aire son estacionarios y son accio­
nados por motores diesel o eléctricos. En la industria se utilizan principalmente 
compresores del tipo reciprocante. Un compresor de aire que es muy popular para 
los sistemas de bajo volumen y baja presión es el rotatorio del tipo de paletas. En 
este caso, la cámara de aire se forma por la pared de la carcasa y el rotor y la paleta. 
En el capítulo 3 se dan más detalles sobre los compresores de aire.
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14 Capítulo 2
2 .3 SELECCIÓN DE LA TUBERÍA
PARA EL SISTEMA NEUMÁTICO
En la mayor parte de las plantas, el compresor de aire se coloca a cierta distancia del 
taller principal y del área de instalaciones; es decir, del punto real de consumo, debido 
a razones del problema de ruido llevado por el aire o relacionadas con la seguridad 
de la maquinaria y otros problemas de operación, como la transmisión de vibración 
al demás equipo. El aire comprimido se almacena en un tanque de compresión, del 
cual se lleva hacia el punto de consumo por medio de una tubería. Al tender la tubería 
neumática para el sistema, se debe tener suficiente cuidado y poner atención en ver 
que la caída de presión, desde el punto de generación hasta el de consumo, perma­
nezca tan baja como se pueda. Por razones económicas, siempre es mejor si la caída 
total de presión se limita a un valor máximo de 0.1 bar, o incluso menos. Algunas de 
las normas internacionales prescriben un valor de 0.01 bar para una presión en la línea 
de 6 bar (man), debido a necesidades específicas de operación.
Al seleccionar los tubos neumáticos y otras instalaciones de la línea de aire, se 
toman en cuenta los factores siguientes:
1. Presión del aire en la línea.
2. Gasto total a través de la línea.
3. Caída de presión admisible en la línea.
4. Tipo del material del tubo y tipo de accesorios de la línea.
5. Longitud y diámetro del tubo o de otras tuberías.
6. Medio ambiente de trabajo, etcétera.
2 .3 .1 S istem a de circu ito cerrado en la d isposición 
de la tubería
Al tender el sistema de tuberías del aire comprimido, el único factor al que se le
debe dar una importancia primordial es el de reducir la caída en la presión en el
extremo más alejado de la tubería. Esto es muy importante para el uso económico 
global del aire comprimido. Con el fin de lograrlo, es esencial que se use el tipo de 
tubería de circuito cerrado, como se ilustra en la figura 2.2, y debe descartarse, tanto 
como se pueda, la disposición de la tubería en largas distancias rectas. Se deben 
utilizar un número mínimo de codos en la línea para mantener lo más bajas que se 
puedan las pérdidas debidas a la fricción.
Otro factor que a menudo plantea problemas de mantenimiento es librarse del 
agua acumulada en la tubería. Para esto, es esencial que la tubería (en especial si se 
debe tirar una tubería más larga) tenga un gradiente de 6 a 10 mm por metro. En 
cada punto de desviación de la línea, deben colocarse colectores adecuados para el 
agua. En la figura 2.2, se pueden observar varios puntos de extracción de la tubería 
principalde un sistema neumático. La línea principal horizontal se encuentra sobre 
el muro con una pendiente. Las líneas de alimentación se toman de la parte superior 
de la tubería, a través de codos. En cada ramal se usan varias válvulas de cierre para 
que actúen como aisladoras. El tubo vertical se tira hacia abajo hasta el suelo pa­
ra separar el agua a través de un separador ex profeso.
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N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería 15
Fig. 2 .2 Disposición del tipo de circuito cerrado para la línea de aire:
1. Compresor de aire, 2. Tanque de compresión, 3. Válvula de 
conexión y desconexión, 4. Unidad de filtro-lubricador-regula­
dor. (Cortesía: British Compressed Air Society)
2 .3 .2 Caída de presión en la línea neum ática
Debido a la fricción del flujo en el interior de la tubería y a otras pérdidas y resisten­
cias, siempre existe una caída en la presión del aire saliente. Los ingenieros han 
aplicado diversas fórmulas empíricas para calcular la caída de presión. En seguida 
se da una fórmula muy común:
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16 Capítulo 2
en donde AP = caída en la presión, en Pa 
L = longitud de la tubería, en m 
Q = volumen dfel aire libre, en m3/s 
d = diámetro interior del tubo, en m 
Px = presión absoluta del aire a la entrada del tubo, en Pa
Con bastante frecuencia, el valor de la fricción depende de diversos factores, 
como la temperatura, la velocidad del aire en el tubo, etcétera. De donde, en ciertos 
casos, se puede usar la fórmula que sigue para la caída de presión:
B v2AP = —------ L • p (2.2)
RT d
en donde AP = caída en la presión, en bar
p = presión del aire, en bar (absoluta)
R = constante de los gases; para el aire = 29.27 
T - temperatura absoluta (273 + t), K 
t = temperatura del aire, en °C 
d = diámetro interior del tubo, en mm 
L = longitud total del tubo, en m 
v = velocidad del aire en el tubo, 6-10 m/s 
Q = cantidad de aire que fluye, en kg/h
p = coeficiente de resistencia, el cual varía con un factor de fricción 
G, en donde
1 6 O185G = ---- —— (en su mayor parte, G se toma como 0.007 para
todos los tipos de tubo de acero con interior liso)
También se estuvo usando otra fórmula empírica (fórmula de Harris), la cual 
se expresa
AP = — (2.3)
r d 5
en donde AP = caída de presión, psi
C = coeficiente empírico, = 0.31 para los tubos de acero 
Q = pies cúbicos de aire libre por segundo 
L = longitud del tubo, pies 
d = diámetro interior del tubo, pulgadas
Sin embargo, en la práctica industrial, es posible que no sea necesario usar las 
fórmulas antes dadas, ya que se ha encontrado más fácil averiguar la caída de presión 
y seleccionar el diámetro apropiado de tubo a partir de diversos nomogramas que se 
usan con esta finalidad. En la figura 2.3 se muestra uno de esos nomogramas.
El nomograma que se reproduce se tomó del “Pneumatic Digest” de Alemania 
Occidental (número 1, febrero de 1971, pág. 38). En seguida se explica el uso del 
nomograma, con la ayuda de un ejemplo: se suministra aire a un sistema neumático 
desde una distancia de 400 m. El sistema de la tubería está ajustado con diversos 
accesorios; por ejemplo, ocho válvulas corredizas, 20 codos y cuatro tes de tamaño
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N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería 17
Eje 1
Longitud (m)
10
20 ----
50
100
150
200
500
1000
1500
2000
3000
4000
5000
Gasto de aire (m3/h)
10000
5000 
4000 
3000
2000 —
A 1500 — |
1000 —
500 —
400 —
300 —
200
150 — 1
100
Diámetro interior nominal 
del tubo (mm)
500 - 
400 -
300 - 
250 -----
200 - 
175 - 
150 -
125
r
- 90 “ I
80 - 
70 ~
60 -
50 "
40 -----
30 “
25 -----
20 “
Presión
(bar)
— 2
3
4
5 , ,
/
/ 6 
7
F- 8
9
10 
— 12 
— 15
20
Eje 2
Caída de 
presión (bar)
----- 0.03
- 0.04
----- 0.05
----- 0.06
- 0.07
- 0.08
- 0.09
- 0.1
- 0.15
---- 0.2
- 0.3
- 0.4
- 0.5
---- 0.6
- 0.7
- 0.8
- 0.9
- 1.0
- 1.5
Fig. 2 .3 Nomograma para la caída de presión
predeterminado del diámetro interior del tubo de 100 mm. Si el gasto de aire a 
través de la tubería es de 1 000 m3/h a 8 bar (abs). determínese la caída de presión.
Para resolver este problema con la ayuda del nomograma, tiene que determi­
narse la longitud equivalente de los accesorios de la tubería, lo cual se puede hacer 
al consultar la tabla 2.1. Esta última longitud se debe sumar a la longitud dada del 
tubo.
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Tabla 2.1 Longitud equivalente de los accesorios para tubos
Diá. del tubo en mm 
Accesorio
25 50 80 100 125 150 200 250 300 400 500
Válvula de conexión y desconexión 
(Dos vías)
6 15 25 35 50 60 85 110 140 200 260
Curva de esquina 3 7 11 15 20 25 35 50 60 85 110
Válvula corrediza 0.3 0.7 1 1.5 2 2.5 3.5 5 6 8.5 11
Codos 0.2 0.4 0.7 1 1.4 1.7 2.4 3.2 4 6 7
Tes 2 4 7 10 14 17 24 32 40 60 70
Reductores 0.5 1 2 2.5 3.5 4 6 8 10 15 18
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N ecesidades básicas para el s istem a neum ático y disposición de la tubería 19
Por lo tanto, longitud dada del tubo = 400 m
Longitud equivalente de ocho válvulas corredizas = 8 x 1.5 = 12 m
(tomado de la tabla 2.1)
Longitud equivalente de 20 codos = 20 x 1 
Longitud equivalente de cuatro tes = 4 x 10
Total
= 20 m 
= 40 m
= 472 m
Por tanto, la longitud equivalente calculada de tubo es 472 m
Gasto de aire, Q = 1 000 m3/h 
Presión de trabajo = 8 bar (abs)
La primera escala del nomograma representa la longitud total de tubo en m, 
incluyendo la longitud equivalente de los accesorios, según se determinó con base 
en la tabla 2.1. La escala siguiente representa el gasto de aire en m3/h. El punto 
correspondiente a 472 m, en la escala de la longitud (A), se une mediante una recta 
con el punto correspondiente a 1 000 m3/h, en la escala del gasto (B), y la recta AB se 
prolonga hasta encontrar el eje 1 en el punto C. La escala que sigue al eje 1 repre­
senta el tamaño nominal del diámetro interior del tubo, y el punto correspondiente a
100 mm de esta escala (D) se une con el C del eje 1. La recta que une C con D se 
prolonga hasta el eje 2, hasta encontrarlo en E. Ahora se une el punto E con el punto 
correspondiente a 8 bar (abs) de la escala de la presión, en F, y FE se prolonga hasta 
encontrar la escala de la caída de presión en G. La lectura en este punto es alrededor 
de 0.095 bar, que es la caída de presión calculada.
Los lectores pueden observar que todas las escalas del nomograma son logarít-
Un mecánico de mantenimiento debe tener presente que, como la presión en la 
tubería en un sistema neumático no es muy alta, la atención de los aspectos de 
mantenimiento (tanto preventivo como por averías) de las tuberías y tubos debe 
centrarse más en la posibilidad de daños debidos a la corrosión, en lugar de daños 
por estallido de tubos, que rara vez puede producirse. En el caso de que deban 
tenderse tuberías largas desde las líneas principales de aire, deben tomarse medidas 
suficientes para colocar ménsulas intermedias con el fin de impedir, si es posible, 
que el tubo se cuelgue por en medio. En ciertos casos de aplicación crítica, la aten­
ción se debe centrar en minimizar los efectos de la vibración debida a choques o a 
otros problemas mecánicos asociados y relacionados, como la vibración inducida 
por el propio compresor de aire. En el tendido de una tubería se usan una gran 
cantidad de accesorios. Algunos de ellos se muestran en la figura 2.4.
2 .3 .3 M ateriales de tubos
Si la presión en el sistema es bastante alta, los materiales de los tubos y sus propie­
dades físicas y metalúrgicas se convierten en un parámetro importante para su co­
rrecta selección. Pero como elsistema neumático suele trabajar a una presión mu­
cho más baja en comparación con un sistema hidráulico, es posible que no se nece­
site un material de extraordinaria alta resistencia para las tuberías y accesorios del
micas.
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20 Capítulo 2
Fig. 2 .4 Accesorios para tubos de líneas de aire: 1. Rosca de tubería de
conector macho con empaquetadura en O (O-seaQ, 2. Conector de 
rosca cilindrica con empaquetadura en O, 3. Cubo de rosca 
cilindrica para conector macho, 4. Reductor de obturación,
5. Bloque de recalcar para un adaptador, 6. Reductor, 7. T múltiple 
macho, 8. Conector hembra, 9. Unión en T, 10. Unión en cruz,
11. Codo hembra, 12. conector de orificio, 13. Conector reductor de 
orificio, 14. Casquete, 15. Tapón, 16. Unión de obturación, 17. Codo 
macho, 18. Codo macho de 45°, 19. Conector flexible de manguera 
metálica
neumático. A continuación se da una lista de los materiales de uso más común para 
los tubos estándar y especiales de los sistemas neumáticos:
1. Tubos de hierro galvanizado (tubos H.G.)
2. Tubos de hierro fundido
3. Tubos especiales de cobre
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4. Tubos especiales de aluminio
5. Manguera de caucho
6. Manguera de plástico y de nylon
7. Tubo de acero de alta resistencia
8. Tubos especiales de latón
9. Manguera de caucho o de plástico reforzados, etcétera
Aun cuando todos los materiales antes mencionados se utilizan con amplitud 
para las líneas neumáticas, los materiales flexibles son más adecuados para la ab­
sorción de choques y, como consecuencia, encuentran un uso extenso en los siste­
mas neumáticos. Idealmente, resultan apropiados para presiones hasta de 10-15 bar 
(man) y, debido a su flexibilidad, son los más adecuados para absorber las cargas de 
choque o la vibración. Asimismo, se ha observado que los daños a los accesorios 
de la tubería son bastante bajos y no de naturaleza alarmante.
Para las líneas principales de aire, pueden resultar satisfactorios los tubos 
estándar de hierro forjado o de negro o galvanizado. En la mayor parte de los casos, 
para los ramales de un circuito neumático son de uso generalizado los tubos espe­
ciales de cobre, latón o de material sintético.
2 .4 CAPACIDAD NOMINAL DE PRESIÓN 
PARA LOS MATERIALES DE TUBOS
Debido a la aplicación a baja presión de la neumática, este concepto puede no ser un 
criterio muy importante para la selección de los tubos del sistema de aire comprimi­
do. Pero el mecánico de mantenimiento debe tener una idea del rango de presiones 
para todos estos materiales. En la tabla 2.2, a continuación, se da el rango de presio­
nes tolerables para algunos tipos comunes de tuberías.
Id ea a c e rc a d e la in s ta la c ió n . Al instalar un sistema neumático, no se debe 
olvidar la colocación de un filtro adecuado entre las líneas principales y el circuito.
N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería 21
Tabla 2.2 Presiones nominales de los materiales para tubos
No. S. Material del tubo Presión máxima (bar)
1. Cobre 250
2. Aluminio 125
3. Latón 200
4. Acero inoxidable 2 500-4 500
5. Polietileno a 80°C 12-15
6. Nylon 100°C 7-10
7. Vinilo a 25°C 8-10
8. Caucho a 80°C 3-7
(Precaución: La presión nominal, el espesor de la pared del tubo y el diámetro de éste están 
interrelacionados. De donde, se debe realizar el cálculo detallado del espesor del tubo al seleccio­
nar la presión nominal.)
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22 Capítulo 2
Con esto se garantizará que toda el agua y cualquier otra materia extraña indeseable 
serán separadas en esta etapa. Con ello se evitará que los cilindros y las válvulas de 
control del sistema resulten dañadas por la presencia de partículas extrañas trans­
portadas por el aire.
B uen s is te m a d e tu b e r ía s . Al instalar las tuberías, considérense los siguien­
tes puntos, para facilitar el servicio a la línea:
1. Véase que las líneas principales de aire sean accesibles desde todos los lados
(para facilitar la inspección).
2. Si es posible, no se empotren las líneas en obras de ladrillo o en ductos angos­
tos.
3. A los tendidos horizontales de la línea de aire se le debe dar una pendiente del 
uno al dos por ciento, en la dirección del flujo.
4. La línea principal de aire no se debe terminar en un punto en donde se tenga
una ramificación adicional de las líneas hacia puntos de consumo. Se debe 
colocar una trampa de agua en el extremo de cada ramal.
5. Los ramales siempre deben arrancarse desde la parte superior de la línea prin­
cipal, como se ilustra en la figura 2.5.
2 .5 AJUSTES DE LA TUBERÍA
En las instalaciones neumáticas se usan diversos tipos de ajustes para los tubos. En 
el caso de una conexión permanente con tubos metálicos, se puede usar soldadura 
suave o autógena. Es evidente que esto ayudará a impedir las fugas de aire a través 
de la conexión. Pero una conexión con soldadura suave o autógena puede crear 
problemas, como incrustaciones en el tubo debido a efectos de calentamiento. Por 
este motivo, las conexiones permanentes no son populares en los sistemas de apli­
cación de la energía de fluidos. Para aplicaciones generales, se prefieren: i) acceso­
rio para tubo acampanado o accesorio abocinado, ii) accesorio del tipo de compre-
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N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería
Tipo de abocinado invertido 
(c)
Fig. 2 .6 (a) Tuerca de compresión con tubo abocinado
(b) Conexión de compresión con casquillo: 1. Tubo metálico,
2. Tuerca de apretadura, 3. Unión de cubo, 4. Casquillo
(c) Ajustes típicos de tubos
(Cortesía: Fluid Power and Control Systems, por E. C. Fitch, Jr. 
McGraw-Hill Book Co., Nueva York, 1966, pág. 192)
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24 Capítulo 2
sión o accesorio de casquillo y iii) conectores y acoplamientos rápidos. General­
mente, estos tipos de accesorios se usan en los sistemas neumáticos hasta tubos de 
10 mm (3/4") de diámetro. Si se usan tubos estándar y especiales fabricados 
de materiales dúctiles, las conexiones de los componentes acoplados se producen 
mediante el uso de un collar sobre la que se aprieta con firmeza una tuerca, para 
tener un buen agarre del tubo. El sellado se efectúa por el ajuste de los extremos de 
los tubos en el casquillo. En las figuras 2.6 (a), (b) y (c) se muestran algunos acce­
sorios sencillos del tipo de casquillo y otros.
Las conexiones del tipo de compresión, sin soldadura, resultan más ventajosas 
que las sencillas roscadas. Estas últimas requieren compuestos selladores comercia­
les para impedir las fugas a través de las mismas. Para obtener una larga duración, 
sin problemas, los accesorios se deben fabricar bajo un estricto control de calidad, 
adhiriéndose a las normas industriales, internacionales y nacionales, especificadas. 
En general, los codos, tes, etc. se fabrican de metales forjados, principalmente la­
tón. Los accesorios y uniones, etc. cilindricos por lo común se producen a través de 
un maquinado de precisión, a partir de metales extruidos de alta calidad, como vari­
llas de latón, barras, etcétera. En el accesorio de compresión del tipo de casquillo, la 
acción de apretadura del casquillo sobre el tubo no sólo impide la fuga del aire 
comprimido, sino también ayuda a que los tubos se mantengan firmes, incluso bajo 
ligeras tensión y vibración axiales. Si, al montar el accesorio, no se ejerce una pre­
sión excesiva de sujeción sobre la tuerca, durante la primera operación de apretadu­
ra, la conexión se puede volver a utilizar varias veces, después de una rehabilitación 
general. La única precaución que debe tomarse en ese caso es que, en cada ocasión, 
la tuerca se debe apretar un poco más para lograr el agarre correcto. Sin embargo, 
en la mayor parte de los casos de ajustes, la simple presión de la mano es adecuada 
para lograr una conexión a prueba de fugas.Una id e a so b re lo s a cc eso r io s d e com presión . Durante una inspección 
de rutina de la tubería, incluso si surge la más ligera sospecha de que la conexión no 
es por completo a prueba de fugas, el personal de mantenimiento no debe dudar en 
tomar acción inmediata para abrirla; el tubo debe recortarse hasta el punto en que se 
encuentra, en la inspección visual, que su superficie está dañada y volverse a mon­
tar con un casquillo nuevo. No se debe volver a utilizar el casquillo usado.
2 .5 .1 Casquillo de tipo esp ecia l
Hoy en día, muchos prefieren el casquillo de nylon, en lugar del casquillo de latón, 
si no existe tensión axial entre los miembros acoplados. Los casquillos de nylon 
ofrecen dos ventajas;
1. Garantizan conexiones mejores a prueba de fugas, ya que se realiza con facili­
dad una deformación eficaz del nylon.
2. No muerden los tubos de acero o de otro metal y, por consiguiente, estos no 
resultan alterados.
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2 .5 .2 Precaución con el ajuste de casquillo
Con un ajuste de casquillo metálico del tipo de mordedura, el tubo debe ser sufi­
cientemente fuerte como para soportar la intensa fuerza de compresión que se le 
aplica. En este caso, el espesor de pared del tubo es un parámetro importante para 
decidir. Para un tubo de 19 mm (3/4"), con espesor de 1.4 mm, el accesorio de 
compresión del tipo de casquillo no será aceptable.
2 .5 .3 Ajuste con abocinado
En ciertos casos, los extremos de los tubos se abocinan con una herramienta espe­
cial y, a continuación, el ajuste se efectúa mediante la aplicación de una fuerza de 
apretadura sobre la tuerca. El ángulo con el que se abocina el tubo es de 37° o 45°. 
En la figura 2.7 se muestra un tubo abocinado.
2 .5 .4 Cómo realizar el abocinado
Los pasos que se deben realizar son los siguientes:
1. Córtese el tubo a escuadra y límpiese en forma adecuada.
2. Coloqúese la tuerca en el tubo con el extremo roscado hacia el extremo de 
aquél en donde se va a realizar el abocinado.
3. Ahora coloqúese el manguito de ajuste del tubo sobre éste, de modo que el 
extremo grande del collar quede hacia el extremo que se va a abocinar.
4. Tómese la abocinadora, coloqúese ésta sobre el tubo y abocínese este último 
mediante la aplicación de la fuerza, manual o mecánicamente.
N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería 25
Fig. 2.7 Tubo abocinado: 1. Extremo abocinado del tubo,
2. Talón del manguito en T, 3. Manguito en T, 4. Tubo
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26 Capítulo 2
2 .6 TAMAÑO DEL TUBO
Para la mayor parte de las aplicaciones neumáticas, los tamaños requeridos de los 
tubos pueden ser de 3 a 25 mm (de diámetro exterior). En la mayor parte de los paí­
ses, se ha estandarizado el DE de este grupo, por parte de la ISO o por las normas 
nacionales respectivas.
2 .7 CONECTORES ROSCADOS
En la figura 2.8 se muestran conexiones con tes, uniones, etc. en un sistema de línea 
neumática. Las conexiones roscadas son sencillas, compactas y se pueden realizar y 
desconectar con facilidad. Las roscas cónicas son las más adecuadas para los 
conectores roscados, se logra el sellado más eficiente si la conicidad en la unidad 
macho es ligeramente mayor que la de la unidad hembra. También se usan roscas 
idénticas pero, al conectarse, a la unidad macho se le debe enrollar cinta de Teflon. 
En la industria (de la India), las roscas British Standard Pipe (Tubo de Norma Britá­
nica) son las de forma más favorable que se usan. De acuerdo con la BS 980, los 
diámetros exteriores de los tubos se encuentran estandarizados. También se usan 
mucho la NPT y la NPTF (de sello en seco) de las normas de Estados Unidos. 
Todos éstos tamaños de roscas son compatibles con los tubos estándar y especiales 
con tamaños en fracciones de pulgada. En el caso de las roscas NPTF, las crestas se
3
n 4
Fig. 2.8 Método de montaje de tubos (ENOTS): 1. Conector de reducción,
2. Conector desigual, 3. Conector en T, 4. Tubos
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N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería 27
aplastan al apretarse y, por consiguiente, al volver a usar las mismas, no se obtendrá 
la resistencia original. En las tablas 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9 y 2.10 se dan 
datos de roscas y de tubos.
2 .8 PÉRDIDA DE PRESIÓN EN LA LÍNEA NEUMÁTICA
Al probar un sistema neumático respecto a la pérdida de presión, ténganse presentes 
los límites siguientes:
1. La pérdida máxima de presión para el diámetro pequeño del tubo debe ser 
menor de 0.05 bar respecto de la presión aplicada de 6 bar.
2. Para el diámetro grande del tubo, la caída máxima de presión debe ser menor 
de 0.1 bar respecto de la presión aplicada de 6 bar.
2 .9 ACCESORIOS PARA LÍNEAS
En seguida se da una lista de diversos elementos que se usan en las líneas de los 
sistemas de tuberías a presión:
1. Uniones 13. Codos reductores de unión
2. Semiuniones 14. Codos machos
3. Uniones de reducción 15. Válvula de conexión y desconexión
4. Tapones abocinados 16. Sujetadores para mangueras
5. Tapones para tubo 17. Ménsulas
6. Adaptadores 18. Unidad FRL
7. Conectores 19. Manómetro
8. Reductores abocinados 20. Curvas cortas
9. Tes 21. Curvas largas
10. Tes reductoras 22. Válvulas de compuerta
11. Distribuidor 23. Niple, etcétera
12. Codos de unión
Tabla 2.3 Datos de roscas ISO
P E
mm
Paso
mm
Diá.
menor
mm
Profundidad 
de la rosca 
mm
DE
mm
Paso
mm
Diá.
menor
mm
Profundidad 
de la rosca 
mm
6 1.0 4.1 0.650 16 2.0 13.4 1.299 ’
7 1.0 5.7 0.650 18 2.5 14.75 1.624
8 1.25 6.376 0.812 20 2.5 16.752 1.624
9 1.25 7.376 0.974 22 2.5 18.752 1.624
10 1.5 8 0.974 24 3.0 20.1 1.949
12 1.75 9.725 1.137 27 3.0 23.1 1.949
14 2.0 11.4 1.299 30 3.5 25.454 2.273
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Tabla 2.4 Datos de roscas BSP
BS’P cilindrica BSP cónica
Tamaño
nominal
//¿/oj por 
pulgada
Diámetro
Tamaño
nominal
////oí /?or 
pulgada
Diámetro
Mayor Efectivo Menor Mayor Efectivo Menor
1/8" 28 0.3830 0.3601 0.3372 1/8" 28 0.3830 0.3601 0.3372
1/4" 19 0.5180 0.4843 0.4506 1/4" 19 0.5180 0.4843 0.4506
3/8" 19 0.6560 0.6223 0.5886 3/8" 19 0.6560 0.6223 0.5886
1/2" 14 0.8250 0.7793 0.7336 1/2" 14 0.8250 0.7793 0.7336
5/8" 14 0.9020 0.8563 0.8106 3/4" 14 1.0410 0.9953 0.9496
3/4" 14 1.0410 0.9953 0.9496 1" 11 1.3090 1.2508 1.1926
7/8" 14 1.1890 1.1433 1.0976 1V4" 11 1.6500 1.5918 1.5336
1" 11 1.3090 1.2508 1.1926 IV2" 11 1.8820 1.8238 1.7656
l l/4" 11 k 1.6500 1.5918 1.5336 2" 11 2.3470 2.2888 2.2306
1V2" 11 1.8820 1.8238 1.7656 2V2" 11 2.9600 2.9018 2.8436
P/4" 11 2.1160 2.0578 1.9996 3" 11 3.4600 3.4018 3.3436
2" 11 2.3470 2.2888 2.2306 V h" 11 3.9500 3.8918 3.8336
2»A" 11 2.5870 2.5288 2.4706 4" 11 4.4500 4.3918 4.3336
21/ / ' 11 2.9600 2.9018 2.8436 5" 11 5.4500 5.3918 5.3336
23/4" 11 3.2100 3.1518 3.0936 6" 11 6.4500 6.3918 6.3336
3" 11 3.4600 3.4018 3.3436 7" 10 7.4500 7.3918 7.3220
28 
Capítulo 
2
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N ecesidades básicas para el s istem a neumático y disposición de la tubería 29
Tabla 2.5 Rosca cónica americana de sello seco, para tubo (NPTR)
Tamaño
nominal
Hilos
por
pulgada
DE macho en 
el punto de 
calibración 
in
Distancia de calibración 
desde el extremo 
pequeño 
in
Longitud de 
la rosca 
completa 
in
1/8 27 0.4032 0.1615 0.2639
1/4 18 0.5360 0.2278 0.4018
3/8 18 0.6714 0.2400 0.4078
1/2 14 0.8355 0.3200 0.5337
3/4 14 1.0460 0.3390 0.5457
1 l l l/2 1.3082 0.4000 0.6828
1V4 11V2 1.6530 0.4200 0.7068
V/2 11V2 1.8919 0.4200 0.7235
2 11V2 2.3659 0.4360 0.7565
V/2 8 2.8622 0.6820 1.1375
3 8 3.4885 0.7760 1.2000
3V2 8 3.9886 0.8200 1.2500
4 8 4.4871 0.8400 1.3000
5 8 5.5493 0.9400 1.4060
6 8 6.6060 0.9600 1.5130
Tabla 2.6 Datos de roscas SAE/JIC
Rosca UNF (Acoplamientos SAE y JIC)
Diámetro
Mayor Menor
Diá. Hilospor.
nominal pulgada mm in mm in
7/16 20 10.97 0.4321 9.42 0.3710
1/2 20 12.57 0.4946 11.00 0.4334
9/16 18 14.14 0.5567 12.41 0.4886
3/4 16 18.89 0.7438 16.98 0.6670
7/8 14 22.05 0.8682 19.82 0.7805
IV16 12 26.68 1.0551 24.20 0.9527
15/16 12 33.15 1.3051 30.52 1.2027
l 5/8 12 41.05 1.6175 38.48 1.5150
l 7/s 12 47.42 1.8675 44.82 1.7650
2 12 50.60 1.9925 48.00 1.8899
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30 Capítulo 2
Tabla 2.7 Tubo estándar de peso mediano
Tamaño del tubo
psi 1/8" 1/4" 3/8" 1/2" 3/4" 1" PA" IV2" 2" bar
5 .58 1.3 2.9 6 9 18 39 57 112 0.34
10 .95 2.1 4.8 10 15 29 62 93 180 0.68
20 1.67 3.7 8.2 16 27 50 107 160 310 1.36
30 2.32 5.2 11.7 22 38 70 150 225 435 2.04
40 3.00 6.8 15.0 28 48 91 190 285 550 2.72
50 3.75 8.2 18.5 35 60 112 235 350 670 3.40
60 4.40 9.8 22.0 42 71 132 280 408 800 4.08
70 5.10 11.3 25.5 48 81 152 322 475 920 4.76
80 5.80 13.0 28.0 54 91 171 365 520 1 050 5.44
90 6.50 14.5 32.3 61 102 190 405 600 1 180 6.12
100 7.20 16.2 36.0 67 113 215 455 660 1 300 6.80
125 8.90 20.0 44.3 83 140 270 560 820 1 600 8.50
150 10.70 24.0 53.0 100 168 320 665 970 1 900 10.20
175 12.20 28.0 62.0 115 196 375 770 1 150 2 200 11.90
200 14.00 34.0 72.0 130 225 420 880 1 300 2 500 13.60
250 18.00 40.00 90.0 155 280 525 1 100 1 600 3 200 17.00
Nota: Se debe usar como guía en la determinación del tamaño del equipo en los circuitos de aire 
comprimido. En esta tabla de valores se muestran los flujos máximos recomendados de aire (cfm) 
por diversos tamaños de tubo, basados en una pérdida de presión, en 100 ft de tubo, del 15% de la 
presión aplicada, en tamaños de hasta 1/2" inclusive, y de 10% de la presión aplicada, en tamaños 
de 3/4" hasta 2" inclusive, (cfm, cubic feet per minute, pies cúbicos por minuto.)
En todos los casos existen filtros, reguladores y lubricadores Norgren, para operar de manera 
satisfactoria dentro de estos flujos máximos recomendados en los tubos.
El flujo continuo normal no debe sobrepasar el 75% del flujo máximo permisible.
Tabla 2.8 Tubos y tubulares de acero roscados y con cubo para la BS 1387
Tubo de
Diá.
int.
nominal
Diá.
ext.
aprox.
Diá.
ext.
mínimo
Diámetro
interior
Area de 
la sección 
transversal
cobre de 
tamaño 
equivalente
Mediano 
y pesado Mediano Pesado Mediano Pesado
Pul­ Pul­ Pul­ Pul­ Pul­ Pulg. cua­ Pulg. cua­ Pul­
gadas gadas gadas gadas gadas dradas dradas gadas
1/8 13/32 0.386 0.226 0.178 0.040 0.025 1/4
1/4 17/32 0.522 0.338 0.290 0.090 0.066 3/8
3/8 11/16 0.660 0.476 0.428 0.178 0.144 1/2
1/2 27/32 0.831 0.623 0.575 0.304 0.259 3/4
(continúa)
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Tabla 2.8 Tubos y tubulares de acero roscados y con cubo para la BS 1387 (Continuación)
Diá.
int.
nominal
Diá.
ext.
aprox.
Diá.
ext.
mínimo
Diámetro
interior
Área de 
la sección 
transversal
Tubo de 
cobre de 
tamaño 
equivalente
Mediano 
y pesado Mediano Pesado Mediano Pesado
Pul­ Pul­ Pul­ Pul­ Pul­ Pulg. cua­ Pulg. cua­ Pul­
gadas gadas gadas gadas gadas dradas dradas gadas
3/4 17l6 1.047 0.839 0.791 0.553 0.374 1
1 11732 1.316 1.060 0.996 0.880 0.780 1V4
174 l"/l6 1.657 1.401 1.337 1.540 1.382 172
V/2 l29/32 1.889 1.633 1.569 2.091 1.932 2
2 23/8 2.354 2.066 2.002 3.350 3.146
Tabla 2.9 Algunos tamaños preferidos de tubos especiales 
de cobre para la BS 2051, parte 2
Diámetro
exterior Espesor
Diámetro
interior
Area de la sección 
transversal
Pulgadas SWG Pulgadas Pulgadas Pulgadas cuadradas
1/8 20 0.036 0.053 0.002
1/4 20 0.036 0.178 0.025
5/16 20 0.036 0.240 0.045
3/8 20 0.036 0.303 0.077
1/2 20 0.036 0.428 0.150
3/4 16 0.064 0.622 0.307
1 16 0.064 0.872 0.601
174 16 0.064 1.122 1.000
[Cortesía: Norgren Pneumatic Notes, C. A. Norgren Ltd., Warwickshire, Inglaterra, pág. 17]
Tabla 2.10 Diámetro interior del tubo en mm y tamaño equivalente 
más próximo en pulgadas
No. DI métrico Diámetro disponible más próximo en pulgadas
sucesivo mm DI DE
1. 3 1/8 13/32
2. 6 1/4 17/32
3. 8 5/16 5/8
4. 10 3/8 11/16
(continúa)
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32 Capítulo 2
Tabla 2.10 Diámetro interior del tubo en mm y tamaño equivalente 
más próximo en pulgadas (Continuación)
No. DI métrico Diámetro disponible más próximo en pulgadas
sucesivo mm DI DE
5. 12 1/2 27/32
6. 15 5/8 15/16
7. 20 3/4 1 Vi6
8. 25 1 l ll/32
9. 32 1V4 l"/l«
10. 40 1V2 l 29/32
11. 50 2 23/8
12. 75 3 3»/2
13. 100 4 45/8
BIBLIOGRAFÍA
1. (Fig. 2.2): Typical Factory Layout, British Compressed Air Society.
2. (Fig. 2.3): Nomogram for Pressure Drop Calculation, F.M.A. Pokomy, Alemania Occidental 
(de Pneumatic Digest, número 1, febrero de 1971, pág. 38).
3. (Fig. 2.8): Method of Tube Assembly, M/s. Enots Ltd., P.O Box 22, Eastem Avenue, Lichfield: 
Staff, WS 136SB, Inglaterra).
4. Fluid Power and Control Systems, E.C. Fitch, Jr., McGraw-Hill Book Company, Nueva York, 
USA, 1966.
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Compresor de aire
RESUMEN
Aunque no se encuentra directamente conectado al sistema neumático, el compre­
sor de aire desempeña un papel vital en el rendimiento global del sistema. En la 
industria se usan diversos tipos de compresores de aire; pero los de desplaza­
miento positivo son los más populares. Los compresores de desplazamiento posi­
tivo se clasifican como del tipo rotatorio, por ejemplo, compresores del tipo de 
espirales, de lóbulos, de paletas y reciprocantes (como el compresor de aire 
de pistón). En ciertas aplicaciones, es esencial que el aire comprimido no contenga 
aceite; esto se logra por medio del compresor de aire reciprocante del tipo de 
diafragma. El tanque de compresión es un equipo importante en la familia del 
compresor. Con el fin de contar con una alimentación ininterrumpida de aire com­
primido, se debe seleccionar un tanque del tamaño óptimo. También debe darse 
importancia a la condensación de la humedad, al seleccionar e instalar una plan­
ta de compresores.
3 .1 TIPOS DE COMPRESORES DE AIRE
Existen dos tipos básicos de compresores: i) de desplazamiento positivo y ii) 
turbocompresor. La distinción principal entre ellos se encuentra en el método de 
transferencia de la energía y generación de la presión.
i) Los compresores de desplazamiento positivo trabajan sobre el principio de in­
crementar la presión de un volumen definido de aire al reducir ese volumen en 
una cámara encerrada.
ii) En el compresor dinámico (turbocompresor) se emplean paletas rotatorias 
o impulsores para impartir velocidad y presión al flujo de aire que se está 
manejando. La presión proviene de los efectos dinámicos, como la fuerza cen­
trífuga.
Los compresores de desplazamiento positivo se subdividen en dos grupos: 
compresores i) del tipo reciprocante y ii) del tipo rotatorio.lEsto se analizará con 
detalle más adelante en este capítulo. En la figura 3.1 (a) se muestra un árbol de 
familias de los compresores de aire. www.FreeLibros.com
34 Capítulo 3
Compresores
De desplazamiento positivo Dinámicos (turbo)
Reciprocantes Rotatorios Centrífugos Axiales De eyector
De pistón De laberinto De
diafragma
De lóbulos 
(raíces)
De anillo de líquido De paletas De una sola De espirales 
(agua) deslizantes espiral gemelas
Fig. 3.1 (a) Tipos de compresores de aire
3 .2 CLASIFICACIÓN DE LOS COMPRESORES
Existen muchas características geométricas y de operación de los compresores de 
aire, las que conducen a diversos tipos de clasificación de los mismos. Dependiendo 
de las diversas características, la clasificación se puede hacer de varias maneras:
1. Como compresores de simple o de doble acción, por su número de etapas; a 
saber, una, dos, tres o múltiples etapas.
2. Según la disposición de los cilindros con relación al cigüeñal (es decir, cilin­
dros en posición vertical, en línea, horizontal, en V, radial,etcétera.)
3. Por la disposición geométrica o de los cilindros usada para obtener las etapas 
del compresor; a saber, vertical, horizontal, en V, etcétera.
A. Por la manera de impulsar el compresor o por el motor primario, como impul­
sados por motor diesel, por motor eléctrico, por turbina de gas, etcétera.
5. Por la condición del aire comprimido; a saber, contaminado con aceite lubri­
cante o sin aceite.
6. Por la condición del montaje o su calidad de portátil; a saber, compresor portá­
til, compresor estacionario o compresor montado en patines.
7. Por el medio de enfriamiento aplicado; a saber, enfriado por aire, enfriado por 
agua, compresor de líquido inyectado, etcétera.
Invariablemente, los compresores de aire se especifican en términos de su ca­
pacidad de entrega de aire libre y de la presión del aire comprimido en el punto final 
de descaiga. En este punto, resultaría pertinente definir los compresores de aire de 
simple y de doble acción.
De s im p le a cc ió n . La compresión se lleva a efecto en el espacio a uno de los 
lados del pistón, con una carrera de compresión por etapa para cada revolución del 
cigüeñal. En la figura 3.1 (b) se ilustra este tipo.
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Compresor de aire
Q
35
De d o b le a cc ió n . En este caso, la compresión se realiza sobre las dos caras del 
pistón, dando lugar a dos carreras de compresión por cada rotación de la manivela y 
del cigüeñal. Por consiguiente, con este tipo de disposición, se podría usar cada 
cilindro como un compresor de etapas múltiples, si el aire comprimido de uno de los 
lados se alimenta al otro lado del pistón. En la figura 3.1(c) se da un esquema de un 
cilindro de doble acción.
I
I
b) De simple acción c) De doble acción
Fig. 3.1 b) De simple acción; c) de doble acción: 1. Admisión, 2. Descarga,
3. Válvulas de placa, 4. Bloque del cilindro, 5. Pistón
3 .3 TIPOS DE COMPRESORES DE AIRE 
DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
Los compresores de desplazamiento positivo incluyen máquinas reciprocantes, como 
las de pistón y de diafragma, y máquinas rotatorias del tipo de paletas, de engrane, de 
espirales y de lóbulos. En estas máquinas, la elevación de la presión requiere un pe­
queño o ningún espacio libre más algún método de lubricación y, por lo tanto, el gas 
comprimido puede quedar sujeto a contaminación por parte del lubricante. Sin em­
bargo, algunos compresores especiales del tipo reciprocante o de paletas con anillos del 
pistón o paletas de carbón están diseñadas para funcionar sin aceite lubricante.
3 .3 .1 C om presores reciprocantes del tip o de p istó n *
Son muy variados, incluyendo máquinas especiales para necesidades poco comu­
nes. La relación máxima de compresión puede ser tan elevada como de 10 por 
etapa; existen compresores de dos etapas para relaciones de compresión mayores 
que ocho. La aplicación de etapas múltiples puede producir presiones de descarga
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36 Capítulo 3
hasta de 300 kg/cm2; pero difícilmente se observa una presión tan elevada en un 
sistema neumático. En la figura 3.2 se muestran tres tipos diferentes de compresores 
de aire de pistón. En la sección 3.7 se dan más detalles sobre estos. En general, 
según la disposición de los cilindros, estos compresores se encuentran en diseños 
vertical (Fig. 3.2a), horizontal (Fig. 3.2b) y radial (Fig. 3.2c). Sin embargo, el com­
presor de aire de uso más común en la industria es el reciprocante, horizontal, en­
friado por aire, para un rango de presiones de 7 a 12 kg/cm2. Pueden ser de una sola 
etapa o de etapas múltiples (por lo común, sólo de dos o tres etapas).
Fig. 3 .2 Tres tipos de compresores reciprocantes de aire: a) Vertical,
b) Horizontal, c) Radial. 1 y 2. Bloque del cilindro, 3. Conjunto 
de la biela, 4. Tubo de descarga
Ya se ha señalado que los compresores de una sola etapa son aquellos en que la 
compresión, desde la presión en la admisión hasta la de descarga, se realiza en un 
solo paso; es decir, en un compresor reciprocante se lleva a efecto en una sola carre­
ra del pistón.
Los compresores de etapas múltiples son aquellos en que la compresión se 
realiza en dos o más pasos o etapas distintos. En un compresor reciprocante, los 
pasos sucesivos suelen producirse en cilindros separados.
<►
3 .3 .2 C onstrucción
La construcción de un compresor reciprocante es semejante al de un motor de com­
bustión interna (CI), el cual consta de un cuerpo de hierro fundido o de aluminio 
con un tanque de aceite, la base, el pistón con sus anillos, válvulas, bielas, manive­
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Compresor de aire 37
las, cigüeñal, cojinetes, etcétera. A medida que se tira del pistón hacia adentro, se 
succiona aire por la válvula correspondiente, a través de un filtro, y se comprime en 
la carrera de retomo. En la figura 3.3(a) se muestran varias partes exteriores de un 
compresor de aire del tipo reciprocante:
1. Válvula de salida del agua
2. Válvula de salida del aire
3. Válvula de seguridad
4. Manómetro
5. Interruptor accionado por la presión
6. Tanque de compresión
7. Base para el motor eléctrico
8. Protección de seguridad
9. Filtro de admisión
10. Base del compresor
Fig. 3 .3 (a) Partes de un compresor reciprocante de aire: 1. Válvula de 
salida del agua, 2. Válvula de salida del aire, 3. Válvula de 
seguridad, 4. Manómetro, 5. Interruptor accionado por la 
presión, 6. Tanque de aire, 7. Base del motor eléctrico,
8. Protección, 9. Filtro de admisión, 10, Base, 11. Cilindro de 
la primera etapa, 12. .Depósito de aceite, 13. Cilindro de la 
segunda etapa
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38 Capítulo 3
11. Cilindro de la primera etapa
12. Depósito de aceite
13. Cilindro de la segunda etapa
El medidor de nivel del aceite, el tapón roscado del orificio para llenar de 
aceite, el tapón roscado del orificio para extraer el aceite, etc., también son partes 
importantes de un compresor de aire.
El interruptor accionado por la presión está conectado al motor impulsor y se 
encuentra ajustado de tal manera que se dispara automáticamente, desactivando la 
conexión eléctrica que va al motor, tan pronto como el tanque de compresión llegue 
a la presión deseada de ajuste. La válvula de seguridad se ajusta a la misma presión 
límite y, en el caso de que se sobrepase la presión, se abre en forma automática y 
deja que el exceso de presión se escape hacia la atmósfera, con lo que se limita la 
presión en el sistema al nivel deseado. Por la válvula de drenaje se extrae el conden- 
sado producido en el condensador y el tanque de compresión.
En la figura 3.3(b) se muestran las partes interiores de un compresor reciprocante 
de aire de dos etapas. Las partes principales son:
1. Elementos del interenfriador
2. Filtro de la succión
3. Pistón
4. Aletas
5. Cilindro de la primera etapa
6. Biela
7. Distribución de la manivela y cigüeñal
8. Cárter
9. Recipiente del aceite y aceite
10. Cilindro de la segunda etapa
11. Varilla de medición del nivel de aceite y filtro de éste, etcétera.
3 .3 .3 Principio de trabajo
Con el arranque del motor eléctrico, la manivela gira y el pistón del cilindro de la 
primera etapa succiona aire atmosférico a través del filtro correspondiente y de 
la válvula de admisión, En la siguiente rotación de la manivela, el pistón invierte su 
movimiento y comprime el aire. El aire comprimido hace que se abra la válvula de 
salida y se escapa a través del interenfriador hacia el cilindro de la segunda etapa, 
forzando la apertura de la válvula de admisión de este último. En este cilindro, el 
aire se comprime todavía más, hasta el nivel deseado, y se alimenta al tanque de 
compresión por el condensador a compresión, a través de su válvula de salida. Alre­
dedor del pistón se encuentran los anillos del mismo, para hacerlo hermético al aire. 
Estos se fabrican principalmente de hierro fundido, con una junta de extremossim­
ples, ahusados o escalonados. El compresor necesita una lubricación razonable, 
para lograr una mayor duración sin problemas. Para una operación continua con 
carga pesada, el aceite debe tener una viscosidad de más o menos 7o E a 50°C. El 
cilindro'de la primera etapa se conoce como cilindro de baja presión (BP), en donde
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Compresor de aire 39
1
Fig. 3 .3 (b) Vista esquemática de un compresor reciprocante de aire de dos 
etapas: 1. Elementos del interenfriador, 2. Filtro de la succión, 
3. Pistón, 4. Aletas, 5. Cilindro de la primera etapa, 6, Biela,
7. Manivela y cigüeñal, 8. Cárter, 9. Aceite, 10. Cilindro de la 
segunda etapa, 11. Varilla de medición del nivel de aceite y 
filtro de éste
se comprime inicialmente el aire tomado de la atmósfera. El otro cilindro es el de la 
segunda etapa, el cual es de diámetro menor y también se conoce como cilindro de 
alta presión (AP). En éste, el aire comprimido que viene del primer cilindro o de BP 
se comprime todavía más hasta la presión elevada. Cuando el aire se comprime, se 
genera calor considerable. Este calor se debe disipar al menos en las unidades en 
donde la presión sea mayor que 2 bar. La máquina principal se enfría por circula­
ción de aire o de agua.
En las máquinas enfriadas por aire, este proceso se realiza por medio de aletas 
que se encuentran sobre la pared del cilindro (o las paredes de los cilindros) y un 
ventilador de circulación que hace fluir aíre a través de las aletas y también por las 
superficies del interenfriador, si la máquina es de etapas múltiples. En las máquinas 
enfriadas por agua, ésta se hace circular por camisas que rodean el cilindro, o cilin­
dros, para captar y llevarse el calor en exceso. En las máquinas de etapas múltiples, 
enfriadas por agua, ésta también se hace circular en los tubos del interenfriador.
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40 Capítulo 3
Existen compresores de una sola etapa, enfriados por aire, para servicio inter­
mitente, para presiones hasta de 10 o 12 bar, en tamaños hasta alrededor de 3 kW. 
Los compresores de una sola etapa, enfriados por agua, se encuentran para presio­
nes de 7 kg/cm2, en tamaños hasta de 75 kW, y para presiones ligeramente más 
bajas a una potencia inferior. Casi invariablemente, las unidades grandes son del 
tipo de etapas múltiples, enfriadas por agua, para presiones arriba de 4 a 5 kg/cm2.
En el rango para el que existen tanto máquinas enfriadas por aire como enfria­
das por agua, cualquiera de los dos tipos, o ambos, pueden resultar satisfactorios, 
dependiendo de las condiciones. Las unidades enfriadas por aire resultan conve­
nientes en donde existe peligro de congelación, en lugares aislados y en donde no se 
justifica el gasto de vigilar una válvula de derivación del agua o que ésta sea auto­
mática. Se deben usar máquinas enfriadas por agua donde la temperatura del aire es 
elevada y en donde resulta objetable el calor proveniente del compresor.
Los compresores reciprocantes de etapas múltiples y muchas máquinas con la 
misma característica de otros tipos tienen interenfriadores entre esas etapas. Estos 
son intercambiadores de calor que suelen diseñarse para reducir la temperatura del 
aire comprimido hasta cerca de aquélla con la que entró a la primera etapa. Esta 
reducción en la temperatura conduce a un ahorro claro en la potencia.
3 .4 DIAGRAMA PV
En la figura 3.3(c) se muestra el diagrama PV de un compresor ideal (teórico) de 
simple acción y de una sola etapa, sin pérdidas ni volumen de corte. La ecuación 
básica de los gases se puede expresar como PVp - constante, en donde P = presión,
V = volumen y u = un exponente. En el caso de la compresión isotérmica, es decir, 
en donde no existe cambio en la temperatura, u - 1. Por lo tanto, PV = constante. El 
valor de u = 1.405 para el aire, cuando éste se comprime adiabáticamente, es decir, 
con una elevación relacionada en la temperatura.
La ecuación se escribe como PVV = constante, en donde v = 1.405. Pero en la 
práctica real, la compresión se lleva a efecto entre la fase isotérmica y la adiabática, 
la cual se denomina politrópica y la ecuación de los gases se escribe como 
PVn = constante, en donde n puede encontrarse entre 1 y 1.405; pero en el tipo 
reciprocante típico de compresores, este valor de n se encuentra entre 1,3 y 1.4.
El trabajo realizado durante un ciclo de compresión, en condición politrópica 
con n = 1.4, es
1.4-1
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Compresor de aire 41
Volum en-------------------*-
Fig. 3.3 (c) Diagrama presión-volumen para el compresor de aire: 1. Curva 
adiabática, 2. Curva politrópica, 3. Curva isotérmica
f p ^ -29 ri
J
-1 (3.1)
en donde P1 = presión inicial (es decir, la presión atmosférica), (abs) 
Vj = volumen inicial
P2 = presión al final de la compresión (abs)
V2 = volumen al final de la compresión 
W = trabajo realizado
3 .5 POTENCIA ABSORBIDA EN LA COMPRESIÓN
La potencia se define como la rapidez con la que se realiza trabajo. El trabajo reali­
zado al comprimir aire se puede hallar a partir del diagrama PV (también conocido 
como diagrama del indicador). El método más sencillo es determinar la presión 
media efectiva (pme), a partir del diagrama del indicador, y multiplicarla por el 
volumen de aire comprimido por unidad de tiempo. Sean P, y P2 las presiones 
absolutas inicial y final, respectivamente, del aire (N/m2) y Vx y V2 los volúmenes 
inicial y final, también respectivamente, de ese aire (m3/s).
P2
Por lo tanto, pme (para la compresión isotérmica) = P\ loge —
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42 Capítulo 3
P2
De donde, potencia absorbida = P\ log* ~ x Vx N /m 2 • m3/s
= P] loge-r-xVJ Nm /s
P\
— /? log* — x Vi Walt
P\
(3.2)
Para la compresión adiabática, es decir, cuando el calor de la compresión es 
retenido por la masa de aire, la relación de la temperatura final a la inicial T2/T, se 
expresa por la ecuación
H
Ti
v-1
Por lo tanto, la presión media efectiva (pme) se expresa como
v-1f ~ '
Vpm e:
v - 1 X P] log£
p ^r 2
A
- i
(3.3)
potencia :
■ v
v - 1 log£
f p "N
2
k Pu
v-1
- 1 (3-4)
La potencia calculada se expresa en watts, si P h P2 y Vl se dan en las unidades 
enunciadas con anterioridad (ecuación 3.2). La potencia absorbida por la flecha del 
compresor de aire se utiliza para lograr la presión deseada y expeler el aire del ci­
lindro hacia el tanque de compresión, venciendo la contrapresión de este último.
Para un compresor de dos etapas, la potencia se puede expresar por
P = 2--
v —1 ■Px
V -1
‘ 2v
kPw
-1 (3.5)
Esto es de este modo porque, en un compresor de dos etapas, al salir el aire de la 
primera etapa de compresión se le lleva hasta casi la temperatura normal por medio 
de un eficiente enfriamiento entre las etapas (interenfriador).
3 .6 OTROS TIPOS DE COMPRESORES
3 .6 .1 Com presores del tipo de diafragma
Estos se encuentran limitados a una capacidad muy pequeña. El bajo costo inicial 
queda aculado por la duración limitada y el mantenimiento frecuente en condiciones
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Compresor de aire 43
de servicio severo. En este caso,\el pistón está separado de la cámara de fricción por 
medio de un diafragma; es decir, el aireño entra en contacto con las partes reciprocantes. 
De este modo, el aire se mantiene siempre sin aceite. Son los más adecuados para las 
industrias de embutidos alimenticios, farmacéutica, química y textil.
Los compresores reciprocantes se conocen como caballos de trabajo desde 
hace más de un siglo y seguirán dominando el campo en el futuro debido a su:
1. Alta eficiencia global entre todos los tipos de compresores.
2. Amplio rango de capacidad y de presión.
3. Fácil conocimiento por parte del personal de operación.
Aun cuando, normalmente, los tipos reciprocantes de compresores son lubri­
cados, con el uso de anillos deTeflon en el pistón se podría hacer que el aire descar­
gado no tuviera aceite,
3 .6 .2 Com presor de p a letas rotatorias
^Los compresores rotatorios de paletas deslizantes pueden producir una relación de 
compresión de más o menos ocho por etapa^ Se comportan de manera eficiente 
sobre un amplio rango de presiones y de gastos, en particular para relaciones de 
presiones de dos o mayores.[No producen pulsos y, como consecuencia, se pueden 
usar sin tanque de compresión, si es necesario^ En la figura 3.4 se da un diagrama 
esquemático sencillo de un compresor de paletas.
[El compresor consiste en un rotor sencillo del tipo de paletas encerrado en un 
cuerpo estator que tiene un diámetro interior para baja presión y otro para alta, en 
las máquinas de dos etapas. El rotor está colocado excéntricamente en el interior del 
alojamiento estator y las paletas deslizantes, que están introducidas en ranuras 
longitudinales en el rotor, se deslizan hacia adelante y hacia atrás adentro de esas
Fig. 3 .4 Compresor de aire del tipo de paletas rotatorias (vista 
esquemática): 1. Bloque del rotor, 2. Paleta,
3. Ranura de la paleta, 4. Bloque del cilindro
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44 Capítulo 3
ranuras. Con fines de lubricación, se inyecta aceite en el alojamiento, en ambas 
etapas, y ese aceite realiza las siguientes funciones:
1. Lubricación de cojinetes, engranes, etcétera
2. Enfriamiento del aire mientras se está comprimiendo
3. Sellado de todas las holguras
»
El aceite inyectado pasa con el aire al tanque de compresión y se puede separar 
mediante filtros finos. El enfriador mantiene el aceite aunatemperaturabaja en forma 
continua. En general, el aceite usado es de baja viscosidad^ por ejemplo, SAE 10.
Este tipo, de compresor de aire es más pequeño y de menor peso, y trabaja a alta 
velocidad. La temperatura de la descarga de aire es baja y el costo total de manteni­
miento es muy insignificante. También es posible que no requiera una cimentación 
costosa.
3 .6 .3 C om presores de anillo de líquido
(La acción de este compresor es semejante a la que efectúa el de paletas, empleando 
además agua o cualquier otro líquido de baja viscosidad para comprimir el gas atra­
pado entre las paletas y la pared de la carcasa. No se tiene contacto metálico entre 
las paletas y la pared; por lo tanto no se requiere lubricación ni hay desgaste en estos 
puntos. Estos compresores de una sola etapa se encuentran para un amplio rango de 
capacidades de flujo, con relaciones de compresión hasta de cinco) Tienen que 
tomarse medidas especiales para mantener un nivel constante del líquido. La velo­
cidad máxima está limitada debido a la erosión por cavitación de las partes mecáni­
cas. La presión nominal es alrededor de 6 bar^En la figura #.#(a) se tiene un esque­
ma de un compresor de anillo de líquido.
En la figura %Jí(b) se ilustra un compresor portátil de paletas, enfriado por 
aceite (de hidropaletas). Es un diseño muy compacto, en donde el aire de la succión 
se alimenta a la unidad del compresor (3), que contiene el rotor y las paletas (7), por
6
Fig. 3 .5 (a) Compresor de anillo de líquido: 1. Rotor, 2. Paleta, 
3. Carcasa, 4. Anillo de líquido, 5. Lumbrera de 
succión, 6. Lumbrera de descarga
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1
Compresor d e aire 45
Fig. 3.5 (b) Compresor portátil de paletas, enfriado por aceite: 1. Tubo y 
filtro de succión, 2, Carcasa, 3, Rotor y paletas, 4, Tubo de 
recirculación del aceite, 5. Aleta de enfriamiento del aceite,
6. Separador del aceite, 7. Paletas
la lumbrera de succión (1), a través de los filtros de la succión. La unidad del com­
presor está sumergida en un colector de aceite (2). Este último permite que el 
compresor trabaje casi sin problemas relacionados con el calor, Desde el colector, 
el aceite lubricante se lleva hacia el rotor a través de una tubería (4) y el intcrcambiadof 
de calor (5). El aire, comprimí do se alimenta al sistema a través del condensador/ 
tanque de compresión (6), en donde se separa todo exceso de aceite, el cual se 
regresa al colector. El nivel de ruido de estos compresores es muy bajo. El aceite 
arrastrado por el aire se separa en el condensador y se lleva de regreso al colector 
por medio un tubo.
3 .6 .4 Com presor de lóbulos gem elos
En éste, los dos lóbulos están colocados en una carcasa como se muestra en la figura 
3.6(a), El aire se transfiere del lado de la succión al de entrega con la rotación 
continua de los dos lóbulos. Prácticamente no se tiene cambio de volumen. En gene­
ral, la presión generada es muy baja y, por ello, este compresor se usa para aplicacio­
nes de baja presión. No se lleva a efecto compresión interna, pero el impulsor fuerza 
el aire a través de la abertura de descarga venciendo la contrapresión del sistema. 
Como en el rotor del tipo de espiral, engranes sincronizadores fijan la holgura entre-
- los impulsores, con lo que se elimina de este modo la lubricación interna. En una sola 
etapa, las relaciones de compresión quedan limitadas a alrededor de 1.7. Un compre- www.FreeLibros.com
46 Capítulo 3
Fig. 3.6 (b) Compresor de lóbulos en espiral: 1. Rotor macho,
2. Rotor hembra, 3. Carcasa
sor de espirales es un perfeccionamiento compacto del compresor de lóbulos. En la 
figura 3.6(b) se muestra una vista sencilla de un compresor de lóbulos en espiral. En 
la sección 3.6.5 se dan más detalles acerca del compresor de espirales.
3 .6 .5 Com presor de esp irales
En este tipo de compresor, dos espirales —una con contorno convexo y la otra con 
contorno cóncavo—, conocidas normalmente como rotor macho y rotor hembra,
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f»
Compresor de aire 47
respectivamente, se hacen girar por medio de un tren de engranes o por otro medio 
fuera de la carcasa del compresor, con lo que, de este modo, se succiona el aire a 
través de una lumbrera de admisión de la cámara y, a continuación, se comprime. 
Los compresores de espirales son máquinas de alta velocidad, las cuales necesitan 
silenciadores en la succión y en la descarga y otros medios para reducir el nivel del 
ruido. Si el motor primario es una turbina de vapor, resultan ser los más económi­
cos. La entrega de aire suele no contener aceite, a menos que el compresor sea de 
diseño especial, en cuyo caso se inyecta aceite para enfriamiento y para sellar el 
espacio de holgura. Las hélices de las espirales de los rotores macho y hembra se 
diseñan para permitir la carga completa del espacio entre los lóbulos, antes de que 
vüelvan a encastrarse. Al completarse la operación de llenado, los extremos en la 
admisión de los lóbulos macho y hembra empiezan a volverse a encastrar entre sí y 
el volumen de este espacio se reduce, iniciándose la compresión, y el aire se descar­
ga en el extremo del otro ladoi'Éste es casi un proceso continuo, siguiendo cada uno 
de los lóbulos al otro en forma muy estrecha, de modo que se obtiene aire casi sin 
pulsaciones. Los rotores macho a hembra son desiguales, debido a la limitación del 
diseño mecánico, como de 4 a 6 o de 5 a 7, y así sucesivamente. Con esto se permite 
que el rotor hembra obtenga un diámetro más grande de raíz con mayor resistencia. 
No existe contacto entre los rotores macho y hembra y la carcasa; de donde, no 
surge la necesidad de lubricación pero, como se hizo ver con anterioridad, puede 
inyectarse aceite con fines de enfriamiento. En la figura 3.7 se muestran los detalles 
de un compresor de espiral y la posición del rotor durante un ciclo de trabajo. En la 
figura 3.7(a), (b) y (c) se ilustran los detalles del compresor de espirales y la posi­
ción de uno de los rotores durante la rotación se indica mediante el punto (•)■
3 .6 .6 C om presores rotatorios de esp ira les enfriados por líquido
Para minimizar el efecto del calor generado durante la rotación, en las industrias se 
usan compresores rotatorios de espirales enfriadospor líquido.
Los compresores rotatorios modernos de espirales, enfriados por líquido, in­
cluyen: i) compresor del aire, íi) impulsión de motor eléctrico, iii) sistema de trans­
misión y acoplamiento entre el motor y el compresor, iv) sistema de separación del 
aceite, v) sistema de enfriamiento del aceite, vi) sistema eléctrico, vii) sistema de 
control, viii) empaquetaduras de cierre, etcétera. En la figura 3.8(a) se muestra una 
disposición esquemática de un compresor de este tipo. En los compresores de espi­
rales, se proporciona una válvula de estrangulación de la succión para regular la 
capacidad y la descarga durante el arranque. De manera semejante, se suministra 
una válvula sin retomo en la lumbrera de descarga, para impedir el flujo hacia atrás 
del aire comprimido.
La compresión del aire siempre genera una cierta cantidad de calor — “calor 
de compresión”, según se le llama — . La confiabilidad de un compresor y la calidad 
del aire comprimido depende directamente de cómo se controla este calor. Por con­
siguiente, la mayor parte de los compresores de espirales se encuentran enfriados
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48 Capítulo 3
(a) (b)
Fig. 3 .7 Detalles de trabajo del ciclo del compresor de espirales: a) Admisión,
b) Compresión, c) Descarga, 1. Rotor macho, 2. Cilindro,
3. Lumbrera de admisión, 4. Rotor hembra, 5. Descarga
miento se efectúa al inyectar una gran cantidad de aceite lubricante en el espacio 
entre los lóbulos.
El refrigerante suele mezclarse con el aire a medida que éste se comprime, para 
absorber el calor de compresión. Este mezclado suministra la temperatura interna 
de operación más baja posible. El refrigerante líquido es aceite que también actúa 
para sellar el aire a alta presión y lubricar el interior del extremo del aire.
3 .6 .7 Otros m étod os de enfriam iento
En los casos en que queda absolutamente prohibida la adición de refrigerante en la 
compresión del aire, ese refrigerante se puede conducir a través de camisas ex pro­
feso en tomo a la cámara de compresión. Con este método, se tienen sacrificios 
correspondientes:
1. Temperatura de operación más elevada. El calor de compresión se debe trans­
ferir de la zona correspondiente, a través del alojamiento, hasta el refrigerante,
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Compresor de aire 49
Fig. 3 .8 (a) Compresor de espirales del tipo de rotatorio, enfriado por líquido:
1. Filtro de admisión del aire, 2. Válvula moduladora, 3. Rotor 
hembra, 4. Rotor macho, 5. Mezcla aire-aceite, 6, Separación 
del aceite de la primera etapa, 7. Separación del aceite de la 
segunda etapa, 8. Aire de descarga, 9, Válvula sinj~etorno,
10. Intercambiador de calor, 11. Filtro del aceite,'~l2. Bomba del 
aceite www.FreeLibros.com
50 Capítulo 3
lo cual da por resultado una temperatura interna de operación más elevada y 
también una temperatura más alta del aire de descarga.
2. Eficiencia más baja de la compresión. Sin el efecto sellador del refrigerante, 
la eficiencia de la compresión se deteriora con rapidez. Esto puede requerir, en 
un compresor enfriado por camisas, dos etapas de compresión con el fin de 
igualar la salida de un compresor de una sola etapa, enfriado internamente, que 
opera a 12 kg/cm2.
3. Mayor desgaste, ya que las partes que trabajan en la zona de compresión ya no 
se encuentran lubricadas.
Los compresores rotatorios de espirales son máquinas de desplazamiento posi­
tivo. El consumo de potencia es inherentemente más alto que en las unidades 
reciprocantes.
Estas máquinas entregan aire limpio, frío y sin pulsaciones, lo cual ayuda a 
prolongar la duración del sistema de aire. Tienen menos partes móviles, funcionan 
de manera más uniforme y no tienen un trabajo de mantenimiento complicado. Se 
tiene poca reducción en la entrega de aire que se pueda atribuir al desgaste. La 
instalación es sencilla y flexible y no se necesita una cimentación especial. Para la 
aplicación industrial, pueden ser impulsadas por motor eléctrico. En las obras de 
construcción se utilizan máquinas impulsadas por motores diesel.
3 .6 .8 Ciclo de com presión en el com presor de esp irales
En la figura 3.7 se muestra el ciclo de compresión en el compresor de espirales. A 
medida que un par de lóbulos completa la fase de descarga, cuando se encuentran 
por completo encastrados en el extremo correspondiente, los extremos opuestos o 
de admisión de los vacíos de los rotores se empiezan a llenar con aire, a través de la 
lumbrera de admisión y otro par de lóbulos, marcados con puntos (•) en la figura 
3.7(a) se alistan para la compresión. Cuando el lóbulo hembra del par marcado se 
llena en toda su longitud, se completa la fase de admisión.
Con la rotación adicional, el lóbulo del rotor macho empieza a encastrarse en el 
extremo de admisión con el rotor hembra. Los lomos de los lóbulos acoplados pasan 
más allá sobre el alojamiento, para atrapar el aire que han admitido. El lóbulo macho 
empieza a comprimir el aire atrapado hacia la cubierta del extremo de descarga, el 
cual ahora bloquea el volumen de ese aire atrapado, La acción de compresión del 
rotor macho reduce progresivamente el volumen del aire atrapado, el cual recibe un 
rocío estable de aceite a través de boquillas a presión. Resulta interesante hacer notar 
que, desde un punto de vista termodinámico, los compresores de espirales, de una 
sola etapa, se comportan como los de etapas múltiples. La distribución en etapas y el 
enfriamiento entre ellas no se aplica al compresor de espirales en el sentido conven­
cional. La inyección del refrigerante suministra un enfriamiento continuo durante la 
compresión y, de este modo, elimina la necesidad del enfriamiento entre etapas. Al 
alcanzar la presión máxima de descarga, el par de rotores descubren la lumbrera de 
descarga y expelen el volumen de aire comprimido atrapado, con el aceite, hacia un 
separador de éste. En la figura 3.8(b) se muestra en forma esquemática el movimiento
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" M
Compresor de aire 51
del aire durante la admisión, compresión y entrega. En este punto, los lectores tam­
bién pueden observar que, en los compresores de espirales, no se usan válvulas de 
admisión o de descarga como en un compresor reciprocante. En este caso, la compre­
sión es continua. Se usan una válvula moduladora y una sin retomo en el lado de la 
sección y en el de la entrega del comprespr, respectivamente.
Admisión Compresión Entrega
Fig. 3.8 (b) Movimiento del aire durante; a) la admisión, b) la compresión 
y c) la entrega
3 .6 .9 C om presores centrífugos
Los compresores centrífugos son compresores dinámicos. Se tiene un paso conti­
nuo del punto de admisión al de descarga del compresor. El impulsor, que gira a 
velocidades muy altas, a veces a más de 50 000 rpm, imparte energía cinética al 
aire. El aire a alta velocidad se pasa por un difusor y caracoles, en donde pasos 
divergentes convierten dinámicamente la energía cinética del aire en carga de pre> • 
sión. Los impulsores giran en un espacio con tolerancia estrecha en la carcasa. El 
aire comprimido que sale de estos compresores no tiene aceite en lo absoluto y se 
logran presiones y capacidades de descarga muy elevadas. La eficiencia de estas 
máquinas es mayor que la de las reciprocantes en un rango de capacidades grandes,
3 .6 .1 0 R elación de p resion es
En la página siguiente se dan las relaciones límites usuales de presiones, por etapa, 
para diversos tipos de compresores de desplazamiento positivo.
Los turbocompresores son compresores de baja presión que producen presio­
nes inferiores a 2 kg/cm2 y se usan principalmente para acondicionamiento del aire 
y operaciones de enfriamiento. Los valores anteriores son aproximados,
3 .7 CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA LOS COMPRESORES
En los criterios de selección de un compresor de aire adecuado intervienen varios 
factores. A continuaciónse tratan con brevedad.
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52 Capítulo 3
Tipo Relación máxima de presiones
De pistón 10
De paletas 8
De anillo de líquido 5.5
De diafragma 5
De espirales 3
De lóbulos 2
P resió n . Primero que todo, debe determinarse la presión necesaria. La mayor 
parte de los sistemas y herramientas accionados por aire comprimido están diseña­
dos para operar a una presión de 6 a 7 kg/cm2. Un compresor de fabricación y tipo 
normales por lo general resultaría adecuado si puede garantizar una presión de 6 kg/ 
cm2 en las líneas de distribución tendidas para las herramientas y sistemas neumáti­
cos. En donde se requieren líneas largas de distribución, es posible que sea conve­
niente una máquina que descargue una presión de 8 a 9 kg/cm2, para compensar las 
pérdidas en la línea o por fugas. En donde dos o más operaciones requieren aire a 
una presión más elevada, por lo general puede ser más económico y más convenien­
te instalar un compresor pequeño separado para suministrar aire comprimido para 
estas operaciones. A veces incluso para una operación, son esenciales los compresores 
separados. En donde se requiera una pequeña cantidad de aire a presiones inferiores 
a la llevada en las líneas principales de distribución, se puede obtener mediante la 
instalación de una válvula reductora en el ramal que conduce a la zona en la que se 
requiere el aire a baja presión. Si se necesita una gran cantidad de aire a baja pre­
sión, resulta más económico instalar un compresor separado con esa finalidad.
En donde la presión requerida del aire sea menor que 2 kg/cm2 y el volumen 
que se necesita sea más o menos grande, pueden considerarse un turbosoplador o un 
compresor rotatorio de baja presión.
C a p a c id a d . Otro factor importante en la selección del compresor es la capacidad 
o volumen requerido de aire. A veces este factor es en extremo difícil de evaluar. Es 
obvio que la unidad seleccionada debe ser suficientemente grande como para alimen­
tar todos los dispositivos neumáticos que se encontrarán en operación en cualquier 
momento. Si todas las operaciones neumáticas son continuas, la capacidad requerida 
sencillamente es la suma del consumo de aire de cada herramienta por separado.
Sin embargo, en la mayor parte de las plantas, las herramientas accionadas por 
aire comprimido, como las rebabadoras, rectificadoras, malacates, etc., se operan 
en forma intermitente. En este caso, la capacidad del compresor es la requerida para 
accionar tantos dispositivos neumáticos como los que estarían en uso a la vez en un 
momento determinado. En cualquier parte, esto puede ser desde el 10 hasta el 100% 
del total requerido por todas las herramientas, dependiendo casi por completo de la 
naturaleza del trabajo en la planta. La experiencia de otra planta en la que se realice 
un trabajo similar es muy útil. Los fabricantes de compresores y herramientas neu­
máticas con frecuencia ayudan en Ja determinación de la capacidad requerida de 
aire comprimido.
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Compresor de aire 53
C o n fig u r a c ió n d e l c o m p r e s o r y d is p o s ic ió n g e o m é tr ic a d e lo s 
c ilin d ro s . Al seleccionar un compresor de aire para una necesidad particular, 
necesitan considerarse los siguientes puntos;
1. Tipo de compresor de aire, como compresor reciprocante o de paletas, del tipo 
de espirales o de lóbulos. Si es del tipo reciprocante, entonces puede designar­
se como de un solo cilindro.
a) Vertical; de simple o de doble acción.
b) Horizontal; por lo común de doble acción.
2. De dos cilindros; los cilindros pueden estar dispuestos en varias formas 
geométricas, como se expresa a continuación:
a) Verticales en línea; de simple o de doble acción.
b) En V, de simple o de doble acción.
c) Horizontal y vertical; por lo común de doble acción.
d) Opuestos horizontalmente; de simple o de doble acción.
e) Dúplex horizontal; por lo común de doble acción (en esencia, esta disposi­
ción consta de dos compresores uno junto al otro con un cigüeñal común).
3. De tres cilindros; uno vertical, los otros dos por lo general formando un ángulo 
de 60° respecto de la vertical, de simple o de doble acción; comúnmente cono­
cido en forma de W,
4. De cuatro cilindros.
a) Semirradiales; dos cilindros opuestos horizontalmente y dos formando un 
ángulo de 60° hacia arriba de la horizontal.
b) Dos pares de cilindros horizontales opuestos con un solo cigüeñal,
c) En V con dos cilindros en cada banco,
d) Dúplex compound horizontales.
Sobre el particular, los lectores pueden consultar las figuras de las secciones
3.2 y 3.3.
3 .7 .1 C aracterísticas de lo s com presores de sim ple acc ión
1. Se usan sólo para pequeña capacidad,
2. La máquina es más compacta y menos costosa.
3. Se pueden instalar en un lugar fuera del paso.
4. Por lo común son enfriados por aire.
5. Resultan adecuados cuando la demanda de aire comprimido no es frecuente o 
cuando el compresor se debe instalar en el sitio de trabajo.
3 .7 .2 C aracterísticas de lo s com presores de doble acc ión
1. Para la misma velocidad y volumen del cilindro, la entrega de aire es el doble 
de la correspondiente a un compresor de simple acción.
2. Principalmente, son adecuados para gran capacidad.
3. En su mayor parte, los cilindros son enfriados por agua,
4. Normalmente se usan para trabajo continuo y de servicio pesado.
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5 4 Capítulo 3
5. Una velocidad más alta del pistón, reduciendo al mismo tiempo el tamaño del 
compresor, puede contribuir a un mayor desgaste de los anillos del pistón, 
forros de los cilindros y empaques. Rango preferible recomendado de veloci­
dad del pistón:
a) Para un compresor de baja capacidad, 300 m/min.
b) Para un compresor de gran capacidad, 250 m/min.
6. Temperatura más baja de la descarga (en su mayor parte, 240°C para el com­
presor de una sola etapa y 140°C para el de dos etapas).
La selección final de un compresor de aire se decide al considerar dos factores 
importantes:
a) ¿Se debe tomar la decisión por un compresor pequeño para cada máqui­
na?, o bien,
b) ¿Se debe tener una “casa de fuerza” centralizada de compresores?
La respuesta probable dependerá de la disposición de la tubería, las necesida­
des del sistema y de la distancia de la máquina usuaria a la planta.
3 .8 VÁLVULAS DE COMPRESORES EN LOS
COMPRESORES DEL TIPO RECIPROCANTEI
Las válvulas de compresores en general son del tipo automático, a diferencia de las 
accionadas mecánicamente. Para los compresores pequeños o para las etapas de alta 
presión, en los compresores de alta presión, a menudo se usan las válvulas de disco 
con movimiento vertical del tipo de asiento. Para las máquinas pequeñas de alta 
velocidad, se utilizan con éxito válvulas de admisión accionadas mecánicamente, 
semejantes a las usadas en las máquinas térmicas e impulsadas por medio de levas a 
través de levantaválvulas (punterías). Para todos los demás servicios, se usan válvu­
las ligeras de placa. Las válvulas de placa se pueden clasificar en tres grupos:
1. Válvula de disco ngidamente sujeto con anillos y resorte conectados en forma 
integral.
2. Válvulas de placa semisujeta o de cinta.
3. Válvulas de placa no sujeta e independiente.
En la válvula de placa anular, el disco de la válvula se fabrica de una lámina 
delgada de acero. Las partes exteriores de este disco se usan como anillos de válvu­
la y la parte interior'se utiliza para darle elasticidad al disco y guiarlo. La válvula se 
sostiene con rigidez a través de la parte central elástica. La carga de resorte de la 
válvula se logra por medio de elementos elásticos que forman parte de la placa 
amortiguadora. La carrera de la válvula no es mayor de 3 mm. .
Las válvulas de cinta se forman por una serie de tiras flexibles de cinta de 
acero, que se sostienen en posición sobre la abertura rectangular del asientome­
diante las guardas curvas fresadas en la cubierta de la válvula. Las tiras de la válvula 
tienen una carrera de aproximadamente 6 mm a la mitad y de más o menos 3 mm en 
los extremos, con lo que se da grandes áreas de elevación. Sobre cada tira de la 
válvula se colocan tiras de cinta de acero, arqueadas contra la guarda a la mitad y
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Compresor de aire 55
contra las tiras de la válvula en los extremos. Al abrirse, el resorte permite que la tira 
se levante uniformemente para realizar la mitad de su carrera y, a continuación, se 
encorva contra la guarda curva para llevar a cabo el resto de su recorrido. En las 
válvulas de placa, el asiento de la válvula tiene lumbreras circulares sobre los que se 
colocan en forma concéntrica elementos anulares delgados. Estos se sostienen aba­
jo por medio de varios resortes helicoidales pequeños. La carrera de los anillos 
exteriores o mayores en general no es mayor de 3 mm y la de los interiores o meno­
res a veces se hace más pequeña.
El área a través de las válvulas para cualquier compresor depende de la veloci­
dad del pistón y también de las velocidades relativas.
3 .9 TANQUE DE COMPRESIÓN
Un tanque de compresión es una necesidad con todos los compresores reciprocantes 
y, en muchos casos, resulta conveniente con los otros tipos de compresores. Elimi­
na las pulsaciones en el flujo producido por una máquina reciprocante, proporciona 
capacidad de almacenamiento de reserva y ayuda a enfriar el aire y, de este modo, a 
condensar parte de su humedad. El tanque de compresión debe ser al menos sufi­
cientemente grande como para contener todo el aire entregado por el compresor en 
un minuto. Este tamaño se puede calcular como se indica a continuación (sin consi­
derar la eficiencia volumétrica y para un compresor de entrega constante):
(Desplazamiento del pistón o 
capacidad, m3/min)
X (presión atmosférica)
Tamaño del tanque
_ y _ Q'Pa _ _________(kg / cm2)_________
Pa [Presión de carga (kg / cm2) +1]
Q
= —■, ya que Pa se toma como 1 bar, para facilitar el cálculo (3.6)
Pj
en donde Q = capacidad volumétrica del compresor, en m3/min 
Pü — presión atmosférica, en kg/cm2 (abs)
Pd= presión de descarga, en kg/cm2 (abs)
El tamaño del tanque de compresión depende de: i) el volumen de entrega del com­
presor, ii) el consumo de aire, iii) la red de tubería, iv) el tipo y naturaleza de la 
regulación de la conexión y desconexión y v) la diferencia permisible de presión en 
las tuberías.
Con regulación de conexión y desconexión, el tamaño puede calcularse con 
precisión por medio de la fórmula empírica:
y
r A P ■ N www.FreeLibros.com
56 Capítulo 3
en donde Vtc = volumen del tanque de compresión, m3 
Q = volumen de entrega, m3 normal/min 
P = presión en la admisión, bar (abs)
AP = diferencia de presión, bar 
N — ciclos de conmutación/hora de funcionamiento del compresor
No hay peligro si el tanque de compresión es más grande de lo requerido. A 
veces esto es necesario, en donde las necesidades momentáneas ocasionales de aire 
comprimido son mayores que la capacidad del compresor. En esos casos, el tanque 
de compresión debe tener capacidad suficiente como para alimentar todo el aire 
requerido para la operación momentánea, usando la capacidad de entrega de ai­
re del compresor antes mencionada. En general, la capacidad del tanque debe ser 
alrededor de 1/10 de entrega de aire libre por minuto, incrementándose a 1/6 para 
los compresores más pequeños. En la figura 3.9 se muestra un tanque de compre­
sión en el que se ilustran sus partes principales.
3 .1 0 VÁLVULAS DE SEGURIDAD
Es práctica común fijar una válvula de seguridad en los interenfriadores, posten­
friadores y el tanque de compresión. Se trata de una válvula de disco con movimien­
to vertical (de asiento), cargada por resorte, la cual dejará salir el aire si la presión en 
el interior del tanque sobrepasa el límite de presión de seguridad. Normalmente, la 
válvula viene sellada por el fabricante y no debe modificarse.
3 .1 1 CONTROL DE LA CAPACIDAD
En la mayor parte de las instalaciones, la demanda de aire es irregular y, por consi­
guiente, se necesita algún medio para controlar la salida del compresor. La selec­
ción del control depende del carácter de la carga de aire comprimido.
Prácticamente, todos los compresores cuentan con dispositivos de descarga, 
como suelen conocerse. Son accionados por la presión en el lado de la descarga del 
compresor. Una caída en la presión indica que se está usando aire con mayor rapi­
dez que con los que se produce, y se necesita más aire. Una elevación en la presión 
indica que se está produciendo más aire del que se está usando y, por lo tanto, se 
necesita menos aire.
Un método obvio de control de la capacidad de un compresor es variar la 
velocidad. Este método es aplicable a los compresores reciprocantes y rotatorios 
impulsados por vapor y, dentro de ciertos límites, a los compresores centrífugos y 
sopladores. También es aplicable a algunas unidades impulsadas por motores de 
combustión interna. En estos casos, la presión acciona la válvula de admisión del 
vapor o del combustible en el impulsor del compresor y, de este modo, se controla 
la velocidad.
Sin embargo, el mayor número de compresores son impulsados por motores 
eléctricos y, ya que éstos en general son máquinas de velocidad constante, se nece­
sitan otros métodos para controlar la capacidad. En los motores reciprocantes de 
hasta 75 kW, suelen aplicarse dos tipos de controles.
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Compresor de aire 57
3
t
Fig. 3.9 Tanque para el aire comprimido: 1. Separador del agua,
2. Intercambiador de calor, 3. Aire hacia la línea,
4. Válvula de seguridad, 5, Manómetro,
6. Tanque de almacenamiento, 7. Drenaje para el agua
C on tro l a u to m á tic o de a r ra n q u e y d e te n c ió n , Como su nombre lo im­
plica, se detiene o se arranca el compresor por medio de un interruptor accionado 
por la presión, según varíe la demanda de aire. Se debe usar cuando la demanda de 
aire comprimido es intermitente. El interruptor por presión se conecta al tanque 
de compresión y, tan pronto como la presión en éste sobrepasa la presión predeter­
minada, se abre el contacto eléctrico del interruptor hacia el motor y el compresor 
deja de trabajar. Pero conforme baja la presión del aire en el tanque, el mecanismo 
de resorte del interruptor vence la presión del aire, el interruptor restablece el con­
tacto eléctrico hacia el motor y el compresor arranca de nuevo. La alimentación de 
aire hacia el interruptor poi;.presión se garantiza por medio de un tubo separado que
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58 Capítulo 3
viene del tanque de compresión. También se garantiza la línea de presión hacia la 
válvula piloto de descarga, en especial en las instalaciones grandes. Existen diver­
sos tipos de interruptor por presión. En la figura 3.10 se muestra un modelo sencillo. 
Un diafragma que se encuentra en el fondo del interruptor “establece y rompe el 
contacto” a través del mecanismo de resorte, como se muestra en la figura.
C o n tro l d e v e lo c id a d c o n s ta n te . Se debe utilizar cuando la demanda de 
aire comprimido es bastante constante. Con este tipo de control, el compresor fun­
ciona de manera continua hasta que se corta.
Los siguientes son los dos métodos para descargar el compresor, con este tipo 
de control:
1. Descargadores de succión cerrada. Consiste en una válvula accionada por 
la presión situada en la admisión del compresor, la cual impide la compresión 
al cortar la admisión del aire.
2. Descargadores de válvula de admisión abierta. Operan al mantener abierta la 
válvula de admisión al compresor y, en consecuencia, impiden la compresión.
Fig. 3.10 Interruptor por diferencia de presión: L Aire proveniente del 
tanque de compresión, 2. Diafragma, 3. Resorte principal,4. Resorte de ajuste del rango de presiones, 5. Brazo de contacto, 
6. Contacto ñjo, 7. Conexión eléctrica.
(Cortesía: Air Compressors Control and Instaüation por P. C. Bevis)
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Compresor de aire 5 9
Resulta conveniente tener equipado el compresor tanto con control automático 
de arranque y detención como con control de velocidad constante. Cuando se ac­
túa de esta manera, un interruptor permite realizar la selección manual inmediata de 
cualquiera de los dos tipos. En la figura 3.11 se muestra una vista esquemática 
sencilla de un circuito de descarga o de interrupción de un compresor de aire.
Fig. 3 .11 Descarga del compresor de aire: 1. Compresor (COM), 2. Válvula 
sin retorno (VS), 3. Motor (M), 4. Contactor (C), 5. Interruptor por 
presión (IP), 6. Interruptor electromagnético (IE), 7. Tanque de 
compresión (TC), 8. Energía eléctrica trifásica (N, R. Y, B)
Un motor eléctrico que impulsa compresores reciprocantes con un tamaño su­
perior a 75 kW suelen equiparse con un control por pasos. En realidad, éste es una 
variación del control de velocidad constante en el que la descarga se realiza en 
una serie de pasos, variando desde plena carga hasta no carga. Suele llevarse a cabo 
el control en cinco pasos por medio de cavidades de pasos (los pasos son plena 
carga, tres cuartos de carga, media carga, un cuarto de carga y no carga), Estas 
cavidades o pequeños depósitos de aire se abren cuando se desea realizar la descar­
ga. El aire se comprime en ellos en la carrera de compresión del pistón del compresor 
y vuelve a llenar el cilindro en la carrera de retomo, evitando con ello la compresión 
de aire adicional. En algunas formas de máquinas, se usan en forma combinada las 
descargas mediante válvulas de admisión abiertas y control mediante cavidades.
3 .1 2 CONDENSACIÓN DE AGUA
Todo el aire atmosférico contiene humedad. La capacidad del aire de contener esta 
humedad aumenta con la temperatura y disminuye con la compresión. La tempera­
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60 Capítulo 3
tura del aire se eleva con la compresión pero, en la mayor parte de los casos, cae 
hasta la temperatura ambiente en el momento que llega al punto de uso. El resultado 
neto es que el aire ha perdido su capacidad de contener la humedad que original­
mente contenía y el exceso se condensa en diversas partes del sistema de distribu­
ción. Dado que esta humedad es perjudicial para la operación de herramientas neu­
máticas y de otro equipo operado con aire comprimido, resulta esencial eliminarla.
Los interenfriadores, en los compresores de etapas múltiples, eliminan parte 
de la humedad, si se equipan con drenajes automáticos o manuales, los cuales se 
atienden con regularidad.
En muchos casos, los postenfriadores son una solución al problema, Estos son 
sencillos intercambiadores de calor por lo que se hace circular agua para enfriar el 
aire y, de este modo, hacer que se condense el exceso de humedad. En la mayor 
parte de los casos, se instala un solo postenfriador de tamaño apropiado, entre el 
compresor de aire y el tanque de compresión.
Existen varios tipos diferentes de separadores de humedad. Estos suelen insta­
larse en lugares estratégicos en las líneas de distribución, cerca del punto de uso. A 
menos que se pueda asegurar una atención regular, esos separadores se deben equi­
par con válvulas automáticas para expulsar la humedad que recogen.
Es buena práctica tener ramales de distribución que vayan directamente hacia 
las herramientas, saliendo por la parte superior de la línea principal de alimentación 
del aire comprimido. Con esto se impide que la humedad que pueda recogerse en la 
línea principal pase hacia las líneas de alimentación. En la figura 3.12 se ha ilustra­
do este procedimiento. En el esquema se ilustra la instalación del compresor y el
Fig. 3 .12 Tanque de aire comprimido y disposición de la línea desde aquél: 
1. Compresor de aire, 2. Tanque de compresión, 3. Trampa de 
condensado, 4. Grifo de drenaje, 5. Acumulador de aire,
6. Unidad de servicio, 7. Válvula de conexión y desconexión,
8. Tubo de salida del tanque, 9. Acumulador de aire dentro del 
sistema neumático, 10. Tubería ramal., 11. Pendiente de la tubería
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Compresor de aire 61
sistema de distribución del aire comprimido, desde el tanque principal de compre­
sión hasta varios acumuladores de aire del sistema,
3 .1 3 CÁLCULO DEL COSTO DEL AIRE COMPRIMIDO
Aun cuando el aire se encuentra en abundancia con libertad en la naturaleza, la 
preparación de ese aire para hacerlo adecuado para las necesidades industriales cuesta 
dinero. El costo del aire requerido para los sistemas neumáticos se debe calcular a 6 
bar (man), la cual se acepta como la presión estándar en la línea para el uso indus­
trial normal. Los cálculos que intervienen son bastante sencillos. A continuación se
dan los factores mínimos que deben considerarse para determinar el costo del aire
comprimido:
1. Capacidad del tanque de compresión.
2. Presión desarrollada.
3. Costo de la planta de compresores (costo del capital).
4. Costo de la mano de obra.
5. Costo corriente de mantenimiento, como el costo de la energía eléctrica, etcé­
tera.
Se explicará este procedimiento con el ejemplo de un compresor pequeño con 
capacidad de 250 litros del tanque de compresión. El compresor es impulsado por 
un motor eléctrico de 5.5 kW de capacidad. Tómese el costo de la mano de obra de 
ocho horas al día como 30 rupias (1 rupia =100 paise = 0.13 dólar aproximadamen­
te), el costo del compresor y su planta en 20 000 rupias, así como pérdidas de 2.5% 
del aire durante la producción. Con el uso de un cronómetro, se encuentra que el 
tiempo necesario para crear una presión de 6 bar (man) en el tanque de 250 litros es 
de 4 minutos 10 segundos, es decir, 250 segundos.
Si se considera que existe una pérdida de 2,5% del aire, debido a fugas, etc., se
tiene
Cantidad real del aire comprimido = 0.250 x m3 = 0,256 m3
100
Por lo tanto,
250Tiempo necesario para comprimir 1 m3 de aire = - ■ X 1,0 = 976,6 s
= 16.3 minutos
De donde, Unidad necesaria
de energía eléctrica = 5.5 x —— kWh
60
= 1.5 kWh (aprox.)
Costo de la energía a 0.80
rupia por kWh = 0.80 x 1.5 
= 1.20 rupias
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62 Capítulo 3
Costo de la mano de obra a 30 30 mpias x 16.3 16.3 .
• rupias por 8 h al día = ---------------------- = -----
* 8 x 6 0 16
= 1.02 rupias, aprox.
Costo de depreciación = ------- — --------x 16.3
1 0 x 3 0 0 x 2 4 x 6 0
= 0.08 rupia, aprox.
Por lo tanto, Costo total
a 6 bar (man) = (1.20 + 1.02 +0.08)rupias 
= 2.30 rupias
Para tener 1 m3 de aire comprimido, 6 0 + 1013
Cantidad necesaria de aire atmosférico
1.013
7.013 = 6.9 m3 normales
1.013
Como consecuencia,
Costo de 1 m3 normal de aire = 2-30 rupias
6.9
= 0.33 rupias = digamos 0.35 
Costo de 1 m3 normal de aire libre = 35 paise
Como el aire cuesta dinero, el mensaje es bastante claro en el sentido de que se 
debe tomar el máximo cuidado para ver que no se fugue aire a la atmósfera, en lo 
absoluto.
BIBLIOGRAFÍA
1. Air Compressors Control and Installation por P.C. Bevis, Pitman Publishing, U.K. Pressure 
Switch, p. 45.
2. M/s Comp Air, Alemania Occidental, Oil Cooled Portable Vane Type Air Compressor.
3. Introduction to Pneumatics por H. Meixner y R. Kobler, Festo, Berkheim, Alemania Occi­
dental.
4. Compressor Catalogue de M/s Kirloskar Pneumatic Co. Ltd., Pune, India.
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4
Acondicionamiento 
del aire comprimido
RESUMEN
El aire que se succiona en un compresor de aire no está del todo limpio. La presen­
cia de contaminantes puede tener un efecto intensamente dañino sobre las super­
ficies correlativas, finamente acabadas, de tos componentes neumáticos. Tam­
bién debe estabilizarse por completo la presión del sistema y, si es necesario,el 
aire debe lubricarse, antes de alimentarlo. Esto se logra por una unidad FRL. La 
condensación del agua es otro problema molesto en un sistema neumático. El aire 
que sale del compresor debe secarse por diversos medios. Los técnicos e ingenie­
ros de mantenimiento deben ser capaces de comprender las diversas complicacio­
nes relacionadas con lo antes mencionado,
4 .1 UNIDAD FRL
Evidentemente, el aire que es succionado por el compresor no se encuentra limpio, 
debido a la presencia de diversos tipos de contaminantes de la atmósfera. Es más, el 
aire que se alimenta al sistema desde el compresor se contamina todavía más, en 
virtud de la generación de contaminantes corriente abajo. También es un hecho que 
la presión del aire rara vez permanece estable debido a la posibilidad de fluctuacio­
nes en la línea. Por consiguiente, para poder suministrar aire comprimido limpio, 
puro y sin contaminación, es necesario filtrar el aire. El rendimiento y exactitud del 
sistema depende en gran parte de la estabilidad de la presión del suministro de aire. 
Por lo tanto, un filtro de aire y un regulador de presión en la línea ocupan un lugar 
importante en el sistema neumático, junto con un tercer componente: un lubricador 
de la línea de aire. La función principal del lubricador es proporcionar el aire con 
una película lubricante de aceite. Estas tres unidades en conjunto se conocen como 
unidad de servicio o unidad FRL. De donde, los tres elementos principales de una 
unidad FRL son:
1. Filtro de aire
2. Regulador de presión
3. Lubricador
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64 Capítulo 4
4 .2 EL AIRE CONTIENE AGUA
Como se mencionó con anterioridad, el aire comprimido contiene diversos tipos de 
contaminantes sólidos, líquidos y gaseosos, como polvo, suciedad, humedad y otras 
diversas partículas que desgastan el compresor. El aire de la atmósfera contiene 
humedad en una cantidad variable que depende de las condiciones atmosféricas 
prevalecientes en un lugar o momento particulares. La cantidad de vapor de agua 
que se encuentra presente en el aire atmosférico depende de la humedad relativa 
(HR) del aire. La humedad relativa se define como:
TTT, Cantidad de agua en realidad presente en el aire ,
H R x ------------------------------------- ---------------------- x 100
Cantidad de agua presente en el aire saturado
La HR siempre se expresa en porcentaje. Otro término común que se asocia con la 
humedad relativa es el punto de rocío. Este punto se define como la temperatura a 
la que la humedad del aire se empieza a condensar. Si el punto de rocío es alto, más 
elevada será la temperatura necesaria para condensar y separar.el agua. Con un 
punto de rocío más bajo, la temperatura a la cual el agua se empieza a separar será 
más baja. Para el aire comprimido, la cantidad de humedad presente en él estará 
aproximadamente relacionada con la relación de compresión, tal como para una 
presión de 6 kg/cm2, es decir, 6 bar (man), la cantidad de humedad será casi
7 n n
------ :------- -----, es decir, 7 veces la humedad presente en el aire normal. Se ha
1.013 1.013
encontrado que las temperaturas más altas y las presiones más bajas permiten la 
existencia de más agua en el aire (véase la tabla 4.1). Como consecuencia, para 
salvaguardar los componentes neumáticos contra los efectos corrosivos del agua y 
el herrumbre, tienen que instalarse secadores del aire en puntos apropiados en la 
línea de aire a presión. Los postenfriadores colocados precisamente después del 
compresor de aire ayudan a extraer la mayor parte del agua. Para eliminar la hume­
dad más adelante corriente abajo, se pueden utilizar los siguientes métodos:
1. Se podría pasar el aire comprimido a través de un refrigerador
o
2. Puede calentarse el aire comprimido por medio de un quemador o un hogar
o
3. Se puede pasar el aire comprimido a través de diversos tipos de desecantes; por 
ejemplo, gel de sílice o alúmina
o
4. Se pueden usar filtros finos (por ejemplo, filtros de porcelana) para retener los 
contaminantes líquidos con tamaños inferiores a una miera.
Ya que la condensación del agua es una desventaja importante para las líneas y 
sistemas neumáticos, resulta esencial colocar trampas de agua apropiadas en cada 
extremo de la tubería o en. los lugares en los que tiene lugar la ramificación de las
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Acondicionamiento del aire comprimido 65
2 Aire sin agua
Agua 
3
Fig. 4 .1 Uso de la trampa de agua: 1. Aire de la línea de compresor,
2. Aire sin agua, 3. Condensado, 4. Tubería, 5. Trampa de 
agua, 6. Línea de conexión y desconexión
líneas neumáticas. En la figura 4.1 se muestra una de esas trampas o colectores de
agua en una línea neumática.
4 .3 FILTRO DE AIRE
Los filtros de aire se usan en un sistema neumático para realizar las siguientes fun­
ciones principales:
1. Impedir la entrada de contaminantes sólidos al sistema.
2. Condensar y extraer el vapor de agua que se encuentre presente en el aire que 
pasa por él.
3. Retener todas las partículas con tamaño inferior a una miera que puedan plan­
tear un problema, en los componentes del sistema.
El componente principal del filtro es su cartucho, mostrado en la figura 4.2(a), 
el cual se fabrica principalmente de latón o bronce sinterizados, pero también se 
usan otros materiales. El espesor del cartucho sinterizado ayuda a proporcionar un 
paso aleatorio en zigzag para que el aire fluya, lo cual, a su vez, asegurará la reten­
ción de las partículas sólidas en ese cartucho. El vapor de agua se condensa en el 
interior del filtro y se recoge en el fondo del tazón del mismo, el cual está fabricado 
en su mayor parte de material plástico transparente para facilitar la visibilidad. Tam­
bién es posible separar del aire la mayor parte de las partículas extrañas más gran­
des y recogerlas en e;l fondo del tazón. Las partículas extrañas más finas restantes se 
mueven junto con el aire y pasan a través del cartucho, y éstas son retenidas de 
acuerdo con el tamaño de poro del filtro suministrado según las necesidades
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66 Capitulo 4
Fig. 4 .2 (a) Diagrama esquemático del filtro en el sistema de la
línea de aire: 1. Cuerpo, 2. Placa de guía, 3. Cartucho 
filtrante, 4. Tazón de plástico, 5. Válvula para 
drenar el agua, 6. Retén del tazón, 7. Desviador
de filtración del sistema. En el fondo del tazón del filtro se tiene una válvula de 
conexión y desconexión para drenaje, la cual podría abrirse en forma manual para 
extraer el agua y otras partículas sólidas acumuladas. Se debe tener cuidado en ver 
que el filtro no se obstruya de manera excesiva, en cuyo caso se tendrá en el sistema 
una caída excesiva e indeseable en la presión del aire. Para un sistema neumático, la 
pregunta que se formula con frecuencia es: ¿cuál sería el valor de corte de la filtra­
ción? Es difícil dar una respuesta fácil ya que, evidentemente, dependerá de las 
necesidades particulares respectivas del sistema. Pero un valor promedio de tamaño 
de 15 a 25 pin de capacidad nominal del filtro puede ser lo más adecuado para las 
aplicaciones normales en una máquina o equipo no tan crítico. Para filtrar partículas 
con tamaños inferiores a una miera, se tiene que utilizar un elemento filtrante del 
tipo conglutinante fabricado de porcelana, como se muestra en la figura 4.3. Este 
filtro se describe más adelante en esta sección.
La capacidad nominal del elemento filtrante es el criterio principal de selec­
ción. Esta capacidad se debe acoplar con las necesidades de todos los componentes 
corriente abajo. Se deben considerar la capacidad de flujo y la presión nominal del 
filtro. Por último, el tamaño de la lumbrera se debe acoplar con la tubería del siste­
ma para evitar las caídas innecesarias en la presión a través de adaptadores de res­
tricción. Otras selecciones que se hacen para la aplicación son el materialdel tazón www.FreeLibros.com
Acondicionamiento del aire comprimido 67
y el tipo de drenaje. En la figura 4.2(b) se ilustran las características de caída de 
presión de los filtros neumáticos, con diferentes presiones y flujos.
O
CvJ
O
Fig. 4 .2 CbJ
Flujo, scfm
0 400 1200 2000 2800 3600 4400 5200 6000 6800
Flujo, L normal/mln
C alda de presión p a ra el filtro con p resiones y flujos de operación 
diversos. (Cortesía; Compressed Air Processing, por C. A, Norgren 
Co., L ittleton, Colorado, E.U., pág. 4) (psig, pounds per square 
inch gage, lib ras por p u lgada cu ad rad a m anom étricas; scfm, 
standard cubicfeet per minute, p ies cúbicos e s tán d a r por minuto]
Fig. 4 ,3 Filtro fino: 1. M aterial poroso, 2, Medio filtrante, p o r ejemplo, 
lan a metátyca, 3 ^ ilá ^ d ;fq > í d e fia tS ^rü ftñ 'S S id ab © , 4. Soporte.
" p\ n n www.FreeLibros.com
68 Capítulo 4
. C o n s tru c c ió n d e u n e le m e n to f i l t r a n t e s in a c e ite . Si se desea tener 
aire sin aceite ni humedad en lo absoluto, se puede usar un filtro del tipo conglutinante, 
como el de la figura 4.3. En la figura se muestra la vista esquemática del elemento 
filtrante. El medio filtrante se fabrica de lana metálica que se mantiene comprimida 
en el interior de un cilindro de acero inoxidable, en tanto que el cilindro exterior se 
fabrica de algún material poroso, por ejemplo, cerámica o borosilicato que tiene la 
capacidad de absorber las moléculas más finas de aceite. El medio de filtración está 
alojado en un asiento fabricado de acero inoxidable.
4 .3 .1 Vapor de agua en e l aire com prim ido
En la tabla 4.1, dada a continuación, se muestra la cantidad máxima de vapor de 
agua presente en el aire, a diversas temperaturas.
4 .4 REGULADOR DE PRESIÓN
En la figura 4,4(a) se muestra la construcción interna de un regulador de presión de 
un sistema neumático. La función principal de esta válvula es regular la presión 
entrante al sistema, de modo que pueda fluir la presión deseada del aire en una 
condición estable. La válvula tiene un cuerpo metálico (2) con dos aberturas: pri­
maria y secundaria. La regulación de la presión se logra al abrir la válvula de disco 
con movimiento vertical (5) en una cantidad medida que sea proporcionada con el 
nivel deseado de la presión que debe lograrse. Esto se logra por medio de un tomillo 
ajustable (1). El tomillo de ajuste moverá el diafragma (4) hacia arriba y, de este 
modo, hará que no se asiente el disco, creando en consecuencia una abertura para 
dejar que el aire fluya del lado primario al secundario. La abertura de la válvula y, 
por consiguiente, la presión del aire que fluye a través de ella serán directamente 
proporcionales a la compresión del resorte (3) que se encuentra debajo del diafragma. 
Entre mayor sea la compresión del resorte, mayor será la magnitud de la abertura y, 
como consecuencia, mayor será la presión, y viceversa. De modo que, en la práctica
Tabla 4.1 Contenido máximo de agua en el aire
Cantidad de vapor Cantidad de vapor
Temp. del aire, de agua, Temp. del aire, de agua,
°C g/cm3 °C g/cm3
-20 0.88 +35 39.0
-10 2.17 +40 51.1
-5 3.24 +45 65.0
0 4.84 +50 83.0
+5 6.8 +55 104
+10 9.4 +60 130
+15 12.8 +65 161
+20 17.3 +70 198
+25 23.0 +80 293
+30 30.3 +90 424
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Acondicionamiento del aire comprimido 69
6
Fig. 4 .4 (a) Regulador de presión: 1. Tornillo de ajuste del resorte,
2. Cuerpo, 3. Resorte principal, 4. Diafragma, 5. Válvula,
6. Resorte amortiguador, 7. Agujero de desfogue
real, el regulador de presión tan sólo es una válvula reductora de la presión y tiene 
una aplicación inmensa en los circuitos neumáticos, para garantizar el nivel desea­
do de la presión en las diversas partes del sistema. En muchos casos, la válvula tiene 
dos agujeros de desfogue, a través de los cuales se deja salir el aire comprimido 
hacia la atmósfera, en el caso de que la presión secundaria se eleve hasta un nivel no 
deseable para el sistema. En la mayor parte de los casos, una vez que se fija la 
presión, no debe modificarse la presión del tomillo y se aprieta la tuerca de seguri­
dad para asegurar un flujo ininterrumpido de aire a la presión deseada, dentro de 
límites seguros. El resorte (6) que se encuentra al otro lado del disco ayuda al actuar 
como un dispositivo amortiguador necesario para estabilizar la presión. Antes de 
seleccionar un regulador deben determinarse la presión nominal de admisión y el 
rango controlado corriente abajo, así como la capacidad del flujo. El tamaño de la 
lumbrera debe acoplarse con el tamaño de la tubería. Otras consideraciones son el 
tiempo requerido de respuesta, la capacidad de alivio y el tipo de ajuste. En las 
figuras 4.4(b) y (c) se ilustran las características de regulación y de flujo de los 
reguladores de presión.
4 .5 LUBRICADOR
En la mayor parte de los sistemas neumáticos, en primer lugar se filtra el aire com­
primido y, en seguida, se regula hasta tener la presión específica y se le hace pasar
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Pr
es
ión
 
se
cu
nd
ar
ia
, 
kg
/c
m
2
70 Capítulo 4
Leyenda
Presión primaria, psig
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Presión primaria, kg/cm2
Fig. 4 .4 (b) Características de regulación del regulador de presión
Flujo, scfm
0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200
Flujo, L normales/min
Fig. 4 .4 (c) Características de ñujo del regulador de presión. (Cortesía: 
Compressed Air Processing, por C. A. Norgen Co., Littleton, 
Colorado, E.U., pág. 6)
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Acondicionamiento del aire comprimido 71
por un lubricador con el fin de formar una neblina de aceite y aire con la única 
finalidad de proporcionar lubricación a los componentes correlativos de válvulas, 
cilindros, etcétera. Para formar la neblina se usa una unidad lubricadora. Todos los 
lubricadores siguen el principio del medidor venturi. En la figura 4.5 se ilustra el 
principio del medidor venturi; en donde, tan pronto como el aire comprimido fluye 
hacia la zona estrangulada (B) del tubo (A), se presenta una diferencial de presión 
(AP). Debido a esto, el aceite es empujado hacia el tubo (E), cuando se alimenta el 
aire al depósito de aceite (D) a través del tubo (C).
4 .5 .1 A ce ite recom endado para el lubricador del aire com prim ido
Es muy difícil recomendar los tipos específicos de aceites que deben usarse para el 
lubricador, debido a la diversidad de razones expresadas en el párrafo anterior, Sin 
embargo, se podría hacer un comentario general, sin perjuicio por lo que se refiere 
a la viscosidad del aceite, La viscosidad cinemática del aceite del lubricador debe 
estar dentro del rango de 10 a 50 cSt, a 20°C. En ciertas aplicaciones, pueden resul­
tar adecuadas marcas comerciales de aceite, digamos, Servospin 12 o Shell Tellus 
15 o SAE 10. Demasiado poco aceite puede causar desgaste excesivo y falla prema-
Fig. 4 .5 Principio del venturi: 1. Aire comprimido en (A), 2, Diámetro
estrangulado del tubo (B), 3. Tubo de conexión del aire hacia el 
depósito de aceite [C], 4. Depósito de aceite, 5. Tubo de 
captación del aceite (E), 6. Gotitas de aceite, 7. Aire sobre el 
aceite, 8. Aceite
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72 Capítulo 4
tura. Demasiado aceite es antieconómico y puede convertirse en un contaminante, 
en particular cuando es arrastrado con el escape de aire. La lubricación intermitente 
puede ser la peor situación, debido a que la película de aceite puede secarse para 
formar lodos y barnices sobre las superficies internas.
Los lubricadores de la línea de aire dosifican el aceite que proviene de un 
depósito hacia la corriente de aire en movimiento. En la terminología general, si las 
gotitas de aceite arrastradas corriente abajo son relativamente grandes, se le men­
ciona como niebla; las gotitas más pequeñas forman unaneblina. Los lubricadores 
del tipo de niebla son los mejores cuando la trayectoria del flujo corriente abajo es 
recta y corta. Los lubricadores del tipo de neblina se usan cuando el aceite se debe 
llevar a, través de distancias más largas o a través de una trayectoria con obstruccio­
nes. La cantidad de aceite que gotea hacia la cúpula de visión se puede controlar 
mediante una válvula de aguja. La cantidad de aceite que está siendo succionado 
hacia el venturi se puede dosificar al hacer variar el área de éste. Esto se logra al 
colocar un disco cargado mediante un resorte, el cual se abre de acuerdo con la 
presión de admisión.
El aceite del tazón gotea hacia el interior de la zona estrangulada, en donde la 
velocidad del aire es mucho más alta, y este aire a alta velocidad hace que las gotas 
se rompan en partículas diminutas, con lo que se forma al final la neblina de aire y 
aceite, según se explica a continuación. En la figura 4.6(a) se muestra un diagrama 
esquemático de un lubricador. Se deja pasar el aire comprimido que proviene del 
regulador por la angosta contracción que se encuentra en el interior del lubricador. 
De este paso estrechado, se deja fluir el aceite al interior del tazón que contiene el 
aceite y también hacia el interior de un pequeño tubo sifón. Lentamente, se produce 
una diferencia de presión entre el aire que se encuentra en el sifón y en el tazón. 
Debido a la presencia de la diferencia de presión, de modo natural el aceite es com­
primido hacia arriba y pasa a la parte superior del domo de alimentación visible, a 
través de una válvula controladora del aceite, cuya función principal es controlar la 
cantidad de aceite que pasa por ella. Se forman las gotas de aceite para caer en el 
paso estrechado principal, en donde el aire tendrá alta velocidad y, en consecuencia, 
se rompen esas gotas para formar una neblina de aire y aceite que fluye hacia el 
sistema. El factor más importante en la formación de la neblina es la calidad del 
aceite; es decir, su viscosidad y la presión del sistema. Con alta presión, la película 
lubricante sobre las partes componentes correlativas pueden quedar sujetas a una 
intensa fuerza de ruptura con lo que, por consiguiente, se necesita un aceite de alta 
viscosidad; por otra parte, se ha observado que los aceites de baja viscosidad for­
man una neblina mejor y, por tanto, siempre garantizarán una mayor presencia en el 
aire que la que puede producirse con uno de alta viscosidad. No obstante, como se 
ha observado que los sistemas neumáticos normales trabajan con fuerza menos in­
tensa, es posible que los aceites ligeros de baja viscosidad sean suficientes para 
garantizar la lubricidad. La cantidad de aceite agregado es visible a través del domo 
de alimentación con esta característica y esa cantidad se ajusta con un tomillo ex 
profeso, el cual garantiza que sólo una cantidad predeterminada de aceite fluya con 
el'aire. Para una presión del aire de 6 kg/cm2, un sistema neumático con tamaño de 
1/8" puede requerir de 3 a 4 gotas de aceite por minuto, para producir una neblina
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Acondicionamiento del aire comprimido 73
íT \
Fig. 4 .6 (a) Lubricador de aceite: 1. Aceite, 2. Tazón de plástico, 3. Tubo 
de captación del aceite, 4. Anillo en O ("O-ring"), 5, Válvula 
limitadora de la capacidad, 6, Cuerpo del lubricador, 7. Tubo 
de goteo del aceite, 8. Cúpula de alimentación visible
aceite-aire eficaz y, de este modo, asegurar la lubricación adecuada de los compo­
nentes correlativos del sistema. En la gráfica de la figura 4.6(c) se tiene una ilustra­
ción de las gotas deseables de aceite por minuto, contra el gasto de aire y el tamaño 
del tubo.
Como ya se mencionó, las tres unidades en conjunto se mencionan como uni­
dad FRL o, a veces, unidad de servicio. En la figura 4,7(a) se tiene üna vista pictó­
rica de una unidad FRL combinada. Suelen ajustarse en cada una y en todas las 
estaciones de trabajo neumático. En ciertos casos, el filtro y el regulador forman 
una sola unidad que se nombra como filtro-regulador en combinación. En la figura 
4.7(b) se muestra el símbolo común usado para la unidad FRL. Después de que se 
determina cuál de los dos tipos de lubricación, de niebla o de neblina, es el más 
adecuado para la aplicación, se seleccionan los lubricadores según el tamaño de la 
tubería. Para aplicaciones críticas, antes de seleccionar el lubricador, deben consi­
derarse las necesidades de gastos y presión máximos.
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74 Capítulo 4
Fig. 4 .6 (b) Disposición interna del lubricador. A. Tornillo 
de ajuste de goteo del aceite
Tamaño del tubo_
Leyenda:
1. Región de sobre- 
lubricación
2. Zona de lubricación 
deseada
3. Zona de sublubri- 
cación
0 500 1000 2000 3000
Gasto (aire libre), L/min
Fig. 4 .6 (c) Gasto sugerido de aire contra la razón de goteo del aceite ,
Otros factores de selección son el material apropiado del tazón y el tipo de 
sistema para volver a llenar. Tanto la sobrelubricación como la sublubricación son 
peijudiciales para los componentes del sistema. Si el volumen interno de uno de los 
tubos de conexión entre el cilindro y la válvula es mayor de seis veces el volumen 
de barrido del cilindro, resultará recomendable usar también un lubricador corriente 
abajo de la válvula de control de dirección.
Con el fin de generar la neblina de aceite apropiada, puede necesitarse aire 
suficiente. En la figura 4.7(c) se ilustra la necesidad de flujo de aire de los lubrica- 
dores, para presiones y tamaños del tubo diversos.
Las líneas trazadas sobre esta gráfica [Fig. 4.7(c)] representan la necesidad de 
flujo de aire libre en litros normales por minuto o en pies cúbicos estándar por
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Acondicionamiento del aire comprimido 75
Fig. 4 .7 (a) Unidad FRL en combinación: 1. Filtro, 2. Regulador, 3. Lubricad»
0
Fig. 4 .7 (b) Símbolo de la unidad FRL
minuto (scfm, standard cubicfeetper minute) para la operación satisfactoria de un 
sistema neumático, Como regla empírica, el flujo máximo de aire debe limitarse a 
cinco veces la necesidad de flujo mínimo representada en esta gráfica. Con esto se 
garantizará una operación óptima del sistema con una duración óptima en funciona­
miento sin problemas. Como ilustración, véase un ejemplo.
E je m p lo Considérese un sistema neumático con las siguientes condiciones de 
operación:
Gasto, 2 200 L normales/min 
Presión de operación, 4 bar (man)
En la gráfica se traza una recta vertical que pase por 2 200 L normales/min, hasta 
que se interseque con la recta horizontal de 4 bar (man). Este punto queda entre
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Pr
es
ió
n 
de 
op
er
ac
ió
n,
 k
g/
cm
2
10 
17 
16
15
14
13
12
11 
10 
9 
8
7 
6 •
5
4
3
2
1
0
0 20 40 60 . 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380
Fig. 4.7 (c)
Flujo de aire, sofm
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Flujo de aire, L normales/min
Necesidad de flujo de aire del lubricador para diversas presiones y tamaños de 
tubo. [Cortesía: Compressed Air Processing, C. A. Norgnen, E.U., pág. 9)
76 
Capítulo 
4
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Acondicionamiento del aire comprimido 77
tamaños del tubo del lubricador de 1" y 1.25" de diámetro. A partir del tamaño del 
tubo del lubricador de 1", se lee que, con 4 bar (man), tiene un gasto mínimo de
1 900 L normales/min y, como consecuencia, tendrá un rendimiento satisfactorio 
con 2 000 L normales/min y 4 bar (man). El flujo máximo recomendado para el 
lubricador de 1" de diámetro es de 5 x 1 900 = 7 600 L normales/min.
De manera análoga, en la gráfica también se ve que un lubricador de 3/4" 
también satisfaría perfectamente la condición de operación del sistema, ya que un 
lubricador de este diámetro tiene una necesidad mínima de máso menos 1 200 L 
normales/min a 4 bar /man). Por lo tanto, el flujo máximo de operación para el 
lubricador de 3/4" es de 5 X 1 150, o sea, 5 750 L normales/min,
Como la necesidad de 2 200 L normales/min cae entre 1 900 y 5 750 L norma­
les/min, la selección más conveniente de lubricador para satisfacer esta condición 
es uno con tamaño de 3/4".
4 .6 MANÓMETRO
Normalmente, un manómetro forma parte de la unidad de servicio que mide la pre­
sión por encima de la atmosférica del aire que va hacia el sistema y componentes 
corriente abajo, después de la regulación. A veces a este manómetro se .conoce 
como de Bourdon ya que en él se emplea un ‘tubo de presión de Bourdon’. Se trata 
de un tubo de bronce fosforado de sección transversal ovalada y curvado en forma 
circular. Cuando se aplica presión al tubo, tiende a enderezarse y este movimiento 
del tubo se transfiere a una aguja o puntero a través de un eslabón, un brazo en 
forma de sector circular y un piñón. La presión se puede leer en el puntero que barre 
un cuadrante graduado. Hoy en día también se están usando manómetros digitales. 
La exactitud del manómetro debe encontrarse dentro de ±1 a 2% del valor de la 
lectura. Los manómetros se calibran por medio de un probador maestro de 
manómetros de peso muerto, cuya exactitud debe encontrarse por lo menos dentro 
de ±0.25% del valor indicado.
Los manómetros de Bourdon del tipo de mecánico se usan mucho en la indus­
tria. Para mantener la exactitud del movimiento del puntero y evitar daños al meca­
nismo de eslabón, toda la cámara interna del aparato se llena con un líquido transpa­
rente, como la glicerina. Con esto se suprime cualquier vibración y, de este modo, 
se asegura la exactitud de la lectura de la presión. En la figura 4,8 sé ilustra un 
manómetro de tubo de Bourdon.
4 .7 INSTALACIÓN DE LA UNIDAD FRL
El filtro se instala corriente arriba de los otros componentes acondicionadores. Con 
esto se protegen las partes móviles internas del regulador contra contaminantes da­
ñinos y se evita la incrustación del depósito del lubricador. Existen filtros de gran 
capacidad para proteger toda una red neumática, pero es más común la práctica de 
instalar un filtro en cada ramal. Del mismo modo, se instalan reguladores en cada 
ramal, lo cual requiere un ajuste especificado de la presión. Algunos reguladores de 
presión están diseñados para montarse en los múltiples de las válvulas.
r- - n 
t i : - ' : . j b
/ . r .“ !;\ r: r\ r< n H
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78 Capítulo 4
3
4
8
Fig. 4.8 Manómetro: 1. Alojamiento, 2. Tubo de bronce fosforado lleno
con glicerina, 3. Palanca, 4. Brazo con forma de sector, 5. Piñón,
6. Puntero, 7. Escala graduada, 8. Conectar al tanque de compresión
Los lubricadores se instalan en el extremo corriente abajo de la unidad FRL, 
después del regulador, y deben colocarse tan cerca como se pueda del equipo al que 
sirven.
4 .8 SECADO DEL AERE COMPRIMIDO
S eca d o . El aire que contiene humedad en la condición atmosférica, contiene esa 
misma humedad incluso después de la compresión y, por consiguiente, antes de 
alimentarse a cualquier sistema de control, requiere de'shidratación. Para lograrlo, 
existen dos métodos fundamentales de uso generalizado: uno de ellos consiste en un 
secado mecánico en el que se utiliza precisamente un aparato mecánico para dismi­
nuir la temperatura o la presión; por ejemplo, un refrigerador, un intercambiador de 
calor enfriado por aire o por agua, un mecanismo reductor de la presión, compresores 
de aire, etcétera. El otro método es químico, en donde el aire se sujeta a la acción de 
productos químicos higroscópicos con el fin de secarlo; de este modo, en la línea se 
usan diversos tipos de desecantes a través de los cuales se pasa el aire comprimido 
y, con ello, se deshidrata.
4 .9 HUMEDAD
Como se hizo ver con anterioridad, una propiedad inherente y natural del aire es 
contener vapor de agua; la cantidad específica que se encuentre presente en cual­
quier momento particular puede no ser constante, ya que esa cantidad en un volu­
men dado de aire varía de momento a momento y de día a día. Esto quedará más 
claro si se comprende el concepto de humedad relativa (HR). La HR es la cantidad
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Acondicionamiento del aire comprimido 79
de vapor de agua en un volumen dado de aire, a una temperatura dada, con relación 
a la capacidad total de contención de agua de ese mismo volumen y se expresa 
como un porcentaje. Por HR del 100% se entiende la capacidad máxima del aire 
para contener agua; es decir, el aire está saturado. La temperatura específica a la que 
el aire se satura con vapor de agua es el punto de rocío y, si la temperatura se reduce 
por debajo del punto de rocío, se inicia la condensación. En la tabla 4.2 se muestra 
el contenido de vapor de agua en un metro cúbico de aire, a varias temperaturas, y 
los valores de la HR, en porcentaje. Se ha omitido el valor de la presión ya que, para 
el sistema neumático industrial más común que trabaja a la presión nominal de 6 bar 
(man), esta capacidad sólo es función de la temperatura para todos los fines prácti­
cos. Dentro de un rango de presiones de 0 a 10 bar (man), la cantidad mostrada en la 
tabla es suficientemente exacta.
4 .9 .1 Cantidad de eondensado
Se supone que el aire se encuentra a la condición ambiente de presión a nivel dél 
mar, 21°C y HR de 60% en la admisión del compresor, en donde cada metro cúbico 
de aire contiene 11.946 gramos de vapor de agua. Si, en el tanque de compresión, el 
aire se comprime hasta 6 kg/cm2 (man), la relación de compresión dará a conocer 
cuántos metros cúbicos de aire ambiente tienen que inyectarse para producir 1 ms 
de aire comprimido a esa presión. Se puede hallar esta relación al dividir la presión 
absoluta de trabajo entre la presión atmosférica;
_ , . , 6 + 1.013 7.013 .
Relación de compresión = . - = 6.923 = 6.9 (rDás o menos)
De donde, el volumen de aire ambiente requerido para producir 1 m3 de airé com­
primido es 6.9 m3 (aire libre). f f í v ,
Cada metro cúbico de aire, con,una HR del 60%, contiene 11,946 g de hume­
dad. De donde, la cantidad de agua presente en 6,9 m3 de aire es 11,946 X 6,9 g = 
82.43 g.
Si se supone que 37.8°C (100°F) es la temperatura del aire comprimido en él 
tanque de compresión, considerando el calor residual de la compresión y la fricción, 
con base en la tabla se encuentra que la capacidad máxima de vapor de agua (es 
decir, HR del 100%) para 1 m3 de aire a 100°F (37,8°C) sólo es de 45.250 g. La 
cantidad de agua en exceso de esta cantidad se condensa y se separa del aire que se 
encuentra en el tanque. Condensación total = 82.43 — 45.25 = 37.18 g. De donde, 
se tendrán 37.18 g -f 6.9, es decir, 5.38 g de agua líquida por cada metro cúbico de 
aire ambiente.
4 .9 .2 ¿Cuánta agua se tien e en la planta de com presores 
por turno?
Supóngase que un compresor succiona y entrega aire a una presión de 6 bar 
(man) con un gasto de 0.25 m3/min por kW de potencia. Si se supone que la
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Tabla 4.2 Cantidad de condensado del agua en el aire, en g/m3, a temperaturas y valores de HR diversos
Temperatura % de Humedad relativa (HR)
°C “F 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-12 10 0.179 0.354 0.533 0.709 0.888 1.066 1.25 1.421 1.60 1.78
0 32 0.483 0.965 1.451 1.933 2.426 2.906 3.387 3.867 4.348 4.83
10 50 0.934 1.865 2.79 3.73 4.67 5,606 6.52 7.460 8.4 9.337
15 59 1.313 2.617 3.816 5.063 6.386 7.795 9.029 10.158 11.631 17.957
21 70 1.826 3.661 5.469 7.30 9.131 11.946 12.793 14.6 16.431 18.698
27 81 2.494 4.98 7.516 10.069 12.521 15.012 17.582 20.024 22.757 25.634
32 90 3.307 6.614 10.061 13.548 16.835 20.276 23.486 27.004 30.451 33.721
35 95 3.936 7.872 11.808 15.744 19.681 23.617 27.554 31.489 35.426 39.248
37.8 100 4.531 9.039 13.571 18.102 22.611 27.141 31.673 36.181 39.9 45.248
43.3 110 6.01812.037 18.056 24.075 30.094 36.112 42.131 48.150 54.16 60.371
49 120 7.895 15.79 23.686 31.58 39.476 47.37 55.267 63.166 78.91 78.928
55 130 10.161 20.322 30.583 40.65 50.805 61.2 71.127 81.3 91.504 101.656
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Acondicionamiento del aire comprimido 81
potencia nominal del sistema es de 100 kW, la capacidad de flujo es de
0.25 m3 x 100 kW
kW x min
= 25 m3 / min. Si la eficiencia del compresor es del 75%,
Capacidad promedio de flujo = 25 x 0.75 m3/min
= 18.75 m3/min
Con un tumo de trabajo de 8 horas y con 5.38 g de agua que se condensan por metro 
cúbico,
Cantidad de condensación = 18.75 x 5.38 = 100,875 g/min
= 100.875 x 60 = 6 052,5 g/h 
— 6 052.5 x 8 = 48 420.0 g/tumo
Si se supone que el agua tiene una densidad de 1 g/cm3 desde el principio hasta el 
fin (en realidad, para el agua, la densidad de 1 g/cm3 se alcanza sólo a 4°C), 
el volumen total de agua presente en un tumo es de 48 420 cm3 = 48.42 litros. La 
mayor parte de esta agua se condensará en el postenfriador que se utiliza para disi­
par la cantidad máxima de calor de compresión. Si la planta de compresión no tiene 
un postenfriador, el agua se condensará en el sistema de tuberías principalmente, ya 
que se condensará muy poca en el tanque de compresión, que es un intercambiador 
de calor malo, aun cuando las características de disipación de calor de ese tanque 
siempre se atribuyen como uno de sus criterios de selección.
4 .9 .3 Punto de rocío atm osférico equivalente
Para las plantas grandes de compresores, el problema asociado con el agua es bas­
tante agudo. Se puede atacar este problema al contar con un sistema para secado del 
aire, eficaz y adecuado. Antes de analizar con detalle los secadores de aire, considé­
rese el efecto del punto de rocío cuando se alimenta el aire comprimido al sistema 
neumático. Cuando el aire Comprimido se expande hacia una presión más baja, el 
punto de rocío cambia hacia un valor inferior. Para lograr una explicación, estúdie- 
se más el asunto. Cada metro cúbico que está en el tanque de compresión se encuen­
tra saturado a 37.8°C (100°F), que es el punto de rocío a presión, y este aire contieno 
la cantidad fija de 45.25 g de vapor de agua. Si ese aire del tanque se lleva hasta la 
presión atmosférica por medio de una expansión isotérmica, se observará que, al 
disminuir la presión, se diluye el contenido de agua por unidad de volumen, tenien­
do lugar el máximo a la presión atmosférica a la razón de 45.25 4- 6.9; es decir, 
entonces cada metro cúbico de aire a la presión atmosférica contiene 6.7 gramos de 
vapor de agua. En este punto, los lectores pueden observar que 6.7 g representa la 
saturación (HR del 100% a alrededor de 5°C), el cual es el punto de rocío atmosfé­
rico equivalente. Si se considera el calor específico del vapor de agua, el punto de 
rocío atmosférico equivalente real será todavía más alto, digamos, 7.2°C (45°F). El 
aire del tanque de compresión está ahora saturado al punto de rocío a presión de 
37.8°C (100°F). Cuando el aire fluye hacia el sistema, se tendrá una pérdida gradual
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82 Capítulo 4
de calor hacia el entorno más frío. Este enfriamiento gradual del aire comprimido 
puede dar como resultado la condensación del vapor de agua en todos los puntos, en 
cantidades variables, dependiendo de los efectos localizados. Esta agua puede oxi­
dar los componentes neumáticos, puede llevarse las películas de lubricante y, al 
final, puede causar la avería de la máquina. Por consiguiente, el secado debe ser el 
único método para combatir estos problemas, lo cual finalmente probará ser más 
beneficioso que el costo del secador. Se usan diversos tipos de secadores, los cuales 
se describen a continuación.
Los secadores se clasifican de acuerdo con los métodos usados para secar el 
aire comprimido, como se indica en seguida:
4 .1 0 SECADORES REFRIGERADOS
Muchos prefieren usar secadores refrigerados. En estos secadores se utiliza un cir­
cuito de refrigeración para enfriar el aire comprimido hasta una temperatura especi­
ficada (punto de rocío). El vapor de agua en exceso a esta temperatura se condensa 
y se separa en el secador. Los componentes usados en un secador de la circuitería 
relacionada en esencia son los mismos para todos los fabricantes. En la figura 4.9 se 
muestra una figura esquemática de un secador de aire del tipo refrigerado. Este es www.FreeLibros.com
Acondicionamiento del aire comprimido 83
de uso muy común en las grandes plantas de compresores. (Cortesía: Sabroe Kaelte 
Technic. Gmbh, 2390 Flensburg, Postfash 787, Alemania Occidental.)
P rin c ip io d e tra b a jo . El aire saturado caliente que' proviene del compresor 
entra al intercambiador de calor aire a aire (1), En éste, algo del calor se transfiere al 
aire saliente seco y frío, lo cual ayuda a reducir la carga de calor en la planta de 
refrigeración y le da algo de energía calorífica al aire que sale del secador. En segui­
da, el aire todavía saturado entra al intercambiador de calor aire a refrigerante (2) y, 
en él, su temperatura se baja hasta el punto de rocío deseado. El agua se empieza a 
condensar y, en un separador de agua de cuatro etapas (4), se extrae este condensa- 
do y de este aparato se drena a través de una válvula automática (5), como se mues­
tra en la figura 4.9. Entonces, el aire enfriado se mueve por la cámara exterior del 
intercambiador de calor (3), en donde el aire fresco entrante lo recalienta. El reca­
lentamiento es muy importante, ya que ayudará a impedir la condensación en el 
exterior del sistema de tuberías corriente abajo. Un compresor de gas (6) en el cir-
Fig. 4 .9 Secador de aíre refrigerado: 1. Intercambiador de calor (IC) aire a 
aire, 2. IC aire a refrigerante, 3. Ventanilla indicadora,
4. Separador de agua de cuatro etapas, 5. Válvula automática del 
condensado, 6. Compresor del refrigerante, 7. Calentador,
8. Condensador, 9. Colector del refrigerante, 10. Secador del 
refrigerante, 11, Válvula magnética, 12. Válvula de expansión 
térmica, 13. Válvula de desviación del gas caliente, 14. Tubo de 
aceite para lubricación, 15. Válvula de seguridad, 16. Interruptor 
por presión de succión [IP), 17. Interruptor por presión de 
sobrecarga (IS), 18. Monitor de la presión (VP), 19. Aire con 
humedad, 20. Salida de aire seco, 21. Condensado, 22. Refrigerante
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84 Capítulo 4
cuito comprime el gas refrigerante. Antes de pasar al intercambiador de calor (2), el 
refrigerante se condensa en un condensador enfriado por aire (8). El refrigerante 
líquido se mueve hacia el colector (9) y el secador del refrigerante (10). Una válvula 
magnética (11) controla este flujo. En el circuito del refrigerante se usa una válvula 
de expansión térmica (12) para moderar el flujo hacia el intercambiador de calor (2). 
Dos interruptores (16) y (17) controlan la succión del refrigerante al compresor y la 
descarga del mismo, respectivamente. En el momento de entrada del refrigerante al 
intercambiador de calor (2), algo de ese calor se transfiere del aire al refrigerante. 
Se usa la válvula de desviación del gas caliente (13) en el sistema, para detectar la 
presión de succión en la admisión del compresor. Durante los periodos en que no 
hay flujo de aire comprimido o este flujo es bajo, la válvula (13) desvía el gas 
caliente de la línea de descarga del compresor (18), de regreso a su lado de succión, 
para controlar la temperatura del refrigerante y, de este modo, impedir la formación 
de hielo en el intercambiador de calor. En el ciclo de refrigeración, se usa una vál­
vula de seguridad (15) para proteger el sistema contra cualquier desarrollo posible 
de alta presión. En una planta pequeña, se puede usar un sistema adicional de calen­
tamiento (7). En los intercambiadores de calor aire a aire, el aire comprimido satu­
rado entrante se preenfría por medio del airecomprimido más frío que está saliendo 
y entre más sea el calor que se transfiere en este punto, menor será la carga de calor 
para el compresor/evaporador/condensador. Por obvias razones, también se usa un 
sistema cíclico de refrigeración (14) en la unidad intercambiadora de calor.
Idealmente, en la mayor parte de los secadores refrigerados, el rango disponi­
ble de puntos de rocío se adecúa a la instalación industrial promedio. El rango infe­
rior queda limitado por la temperatura de congelación del agua y, por consiguiente, 
debe evitarse. Las válvulas de desviación del gas caliente controlan la presión de 
succión (presión de evaporación), la cual, a su vez, controla la temperatura en el 
evaporador. Son intensamente sensibles a la presión y deben poder mantener la 
presión de succión. Con esto se asegura que no se congele el agua líquida en el lado 
del aire comprimido y, de este modo, se tienen por resultado puntos mínimos de 
rocío entre 2 y 6°C y el punto de rocío más alto a un máximo de 10°C. Es posible 
que no se espere que el punto de rocío sea constante, ya que la variación del retraso 
en el tiempo relacionado con el calor, entre la señal de control y la respuesta puede 
conducir a una variación en el punto de rocío a un valor normal de ± 8 a 10°C.
4 .1 1 SECADORES QUÍMICOS
En los secadores químicos, el aire comprimido se pasa por alguna clase de desecante, 
durante un cierto tiempo, para extraer parte del vapor de agua durante su exposi­
ción. Un desecante es cualquier producto químico con afinidad por el agua; es de­
cir, es un producto químico higroscópico. Los desecantes suelen ser sustancias cris­
talinas sólidas y se pueden dividir en dos amplios grupos:
1. Desecantes que cambian físicamente a medida que se absorbe el agua.
2. Desecantes que permanecen sólidos durante el proceso de absorción, sin 
cambio. www.FreeLibros.com
Acondicionamiento del aire comprimido 85
4 .1 1 .1 Secadores d e licu escen tes
El primer grupo de desecantes son los^ delicuescentes, lo cual significa que ‘se 
desvanecen’. Conforme se absorbe el vapor de agua, este producto químico 
se disuelve. Existen dos tipos de esos productos químicos delicuescentes que se 
usan:
i) A base de sal
ii) A base de urea
Su capacidad para deshidratar es más o menos igual. El desecante se coloca en 
un soporte para lecho en un recipiente a presión. El tamaño y cantidad del lecho es 
función del gasto a través del secador. El soporte del lecho se fabrica de un material 
no corrosivo" y perforado para permitir el flujo libre del aire. El aire comprimido 
entra por debajo del soporte. La admisión se hace pasar por unos desviadores para 
separar mecánicamente el agua líquida y limpiar al aire en forma parcial de los 
sólidos gruesos. El aire fluye verticalmente hacia arriba a través del lecho de desecante 
y, después de algún tiempo, la capa más baja del lecho empieza a disolverse a medi­
da que absorbe el vapor de agua. La neblina de desecante líquido que se forma 
ayuda a eliminar las partículas pequeñas de sólidos, aceite y otros contaminantes. El 
resto del lecho de desecante también contribuye a limpiar y secar el aire, pero su 
efecto es relativamente poco importante. La solución líquida emigra hacia el colec­
tor y debe drenarse del sistema. Es necesario que el desecante se reemplace a inter­
valos regulares. Una ventanilla indicadora se encuentra colocada en la pared del 
recipiente para monitorear el nivel del desecante. Unos desviadores mecánicos en la 
salida del secador retardan la migración del producto químico hacia la tubería co­
rriente abajo. Un factor limitador importante es que la temperatura máxima del aire 
comprimido entrante no debe ser mayor de 38 a 40°C, ya que una temperatura arriba 
de ésta conduce a un consumo excesivo del desecante, así como al atascamiento de 
la línea de drenaje.
4 .1 2 SUPRESIÓN DEL PUNTO DE ROCÍO
Por el término de supresión del punto de rocío se entiende la sequedad a la salida del 
aire efluente. Esto significa el punto hasta el que se reducirá el punto de rocío 
del aire entrante. En general, la reducción es alrededor de 10°C. El tipo de desecante 
de los secadores es intensamente sensible al calor y, si se presenta una pulsación 
repentina del flujo de aire, se producirán canales en el lecho. Esto reducirá la efi­
ciencia global del secador. Otro punto que se debe observar es que la solución de 
desecho que se drene puede ser corrosiva, dependiendo del producto químico espe­
cífico y cualquier drenaje automático confiable será caro. Si la naturaleza del dese­
cho es corrosiva, puede no ser compatible con las reglamentaciones de sanidad 
pública o sobre el sistema de alcantarillado, creándose de este modo un problema. 
Pero una ventaja muy importante es que se pueden utilizar a baja temperatura o, 
incluso, a muy baja temperatura.
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86 Capítulo 4
4 .1 3 SECADORES DE ADSORCIÓN
•
Son los secadores más populares y económicos y, como consecuencia, para lograr 
puntos de rocío por debajo de un 50°C nominal, se utilizan con amplitud. El secador 
más popular es el secador de desecante de torres gemelas. En estos secadores se 
usan desecantes que no cambian físicamente a medida que se absorbe el vapor de 
agua. El hecho más importante es que los desecantes se pueden regenerar y usarse 
una y otra vez. Los productos químicos más comunes son la alúmina y el gel de 
sílice activados; cada uno de ellos por separado o en combinación. La presión del 
vapor de agua en el interior de la pequeña cavidad es menor que en el exterior. 
Debido a este diferencia de presión, las moléculas de agua emigran hacia los glóbu­
los, agrupándose sobre la superficie y en el laberinto para formar gotitas diminutas 
de agua líquida, hasta que el producto químico se aproxima a la saturación. En el 
punto de saturación, el producto se puede regenerar. Esto significa que se puede 
extraer el agua de las partículas. Como consecuencia, los productos químicos seca­
dores se pueden usar otra vez para deshidratar más aire.
4 .1 4 MÉTODOS DE REGENERACIÓN
Los productos químicos de los secadores del tipo de adsorción se pueden regenerar 
al calentarlos o utilizando una parte del aire secado para barrer el agua del desecante. 
En ambos casos se usan torres gemelas; es decir, recipientes simétricos a presión 
llenos los dos con una cantidad dada de desecante e interconectados con controles 
apropiados, de modo que, mientras una de las torres está secando aire para el siste­
ma, la otra se cambia al ciclo de regeneración. En las plantas más modernas, los 
ciclos se conmutan automáticamente a intervalos regulares de tiempo. Trabajan hasta 
un rango del punto de rocío de 38 a 40°C.
4 .1 4 .1 R egeneración por calor
En este caso, se pueden tener elementos eléctricos para calentamiento empotrados 
en el desecante, o bien, el calor se puede suministrar desde una fuente externa. La 
temperatura de regeneración depende del tipo de desecante que se use y varía de 
150 hasta 250°C. Cuando una de las torres pasa al ciclo de regeneración, se energizan 
sus elementos de calentamiento, hasta que se logra la temperatura de regeneración. 
También, una pequeña porción del aire seco que sale de la torre activa se dirige a 
través de la que se encuentra en regeneración. Este aire lleva a la atmósfera el agua 
que se está extrayendo del producto químico por la acción del calor. Al final del 
tiempo que se deja para que el calor de regeneración se disipe, todo el proceso se 
invertirá automáticamente y la torre regenerada empezará a suministrar el aire seco 
al sistema, en tanto que su gemela pasará a la regeneración.
4 .1 5 REGENERACIÓN SIN CALOR
Existen secadores con productos químicos que se pueden autorregenerar sin el uso 
de elementos de calentamiento. En forma común, esta técnica se conoce como la del
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Acondicionamientodel aire comprimido 87
método diseminación. Esta técnica sólo se aplica para los secadores pequeños. El 
principio que interviene en este caso es que parte del aire deshidratado (10 al 15%) 
se desvía de la torre activa, a través de un orificio, hacia la torre que se está regene­
rando. Esta torre ociosa se abre hacia la atmósfera. Esto causará una brusca caída de 
presión en el orificio y el aire deshidratado se expande para reducir todavía más su 
punto de rocío. Cuando este aire “superseco” se hace fluir por el lecho de desecante 
de la torre en servicio, tendrá una mayor afinidad por el agua y el aire de regenera­
ción se llevará el agua, hacia afuera del desecante, a la atmósfera,
4 .1 6 PRECAUCIÓN IMPORTANTE
Todos los secadores químicos deben tener filtros previos de modo que se puedan 
quitar el agua líquida, los aerosoles aceitosos y vapores excesivos, así como la su­
ciedad sólida, ya que éstos pueden reducir la eficiencia y el rendimiento del sistema, 
El aceite y la suciedad pueden dañar el desecante, lo que conduce a su reemplazo 
frecuente y prematuro, Esto se puede detener si se usan filtros posteriores, en espe­
cial en los secadores grandes que dan servicio a todo un sistema. Con esto se deten­
drá la migración de productos químicos, hasta cierto punto, La vibración hace que 
los glóbulos del producto químico se froten entre sí, moliéndose hasta convertirse 
en polvo que es arrastrado corriente abajo.
Es posible que en este momento se observe que este desecante en polvo seco es 
de naturaleza abrasiva y puede dañar los instrumentos y componentes usados en el 
sistema neumático. De manera análoga, toda inmigración de producto químico lí­
quido proveniente de secadores delicuescentes es intensamente corrosiva. Se pue­
den usar filtros posteriores para asegurarse que ninguno llegue a la línea de aire 
comprimido.
4 .1 7 SELECCIÓN DE LOS SECADORES
Se puede observar que la eliminación de todo el vapor de agua del aire comprimido 
es costosa y, por consiguiente, en la vasta mayoría de los sistemas de aire comprimi­
do no debe recurrirse a ella. Es mejor eliminar sólo la cantidad suficiente de vapor 
de agua que pueda crear algún problema. El vapor que no se condensa no da mayo­
res problemas que el nitrógeno y el oxígeno del aire. De donde, debe especificarse 
el aire seco por ese punto de rocío a cuya temperatura el vapor se empieza a conden­
sar. Mediante este procedimiento, se minimizaría el costo innecesario del secado. 
Para un secador centralizado, muchos especifican en exceso el punto de rocío. En la 
práctica, para el uso del aire en el medio ambiente de interiores, un punto de rocío 
de 10°C dará lugar a un aire precisamente tan seco como el que se especifica de 
manera más común de 2°C, para el cual es posible tenga que especificarse el com­
presor/condensador siguiente más grande en el secador, lo que puede requerir más 
energía y un costo adicional en la producción del aire comprimido. Puede tenerse 
presente este difícil hecho al seleccionar el sistema de secado del aire.
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88 Capítulo 4
4 .1 8 ENFRIAMIENTO DEBIDO A LA EXPANSIÓN DEL AIRE•
El aire comprimido contiene calor. Pero se ha observado, con base en los diagramas 
de entropía y entalpia del aire, que si se expande el aire comprimido desde la pre­
sión normal de trabajo de 6 kg/cm2 (man) hasta 0, se tendrá una caída muy despre­
ciable en la temperatura (no más de 3°F). Pero, a medida que el aire comprimido se 
expande en un cilindro de aire, la temperatura interior puede caer en una cantidad 
de aproximadamente 10°C. La presión del aire que entra al cilindro es de 6 kg/cm2 
(man) y cae hasta la presión atmosférica en el escape. Pero se debe hacer notar que, 
incluso con una caída de 10°C en la temperatura en el interior del cilindro, se tiene 
muy poco cambio del punto real de rocío del aire saliente. Sin embargo, un aire 
comprimido con un punto de rocío de 10 a 12°C servirá para todas las necesidades 
en interiores de los sistemas de aire comprimido.
BIBLIOGRAFÍA
1. Fig. 4.1: Use of Water Trap; Pneumatic Digest, número 1, febrero de 1971.
2. Fig. 4.3: Coalescent Type of Filter; Ultra Filter, Gmbh, Alemania Occidental.
3. Fig. 4.9: Refrigerated Air-Driver (Cortesía: Sbroe Kaltetrockener, Alemania Occidental),
4. Norgren en el Machine Tool Industry por C.A. Norgren Ltd, UK (Shavo Norgren (India) Pvl. 
Ltd., 9, Wallace Street, Bombay-1).
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Cilindros y motores 
neumáticos
RESUME]Ñ~|
Los cilindros neumáticos ofrecen un movimiento rectilíneo a elementos mecáni­
cos. Los cilindros se clasifican como de servicio ligero, mediano o pesado, con 
respecto a su aplicación. La selección de los materiales para los componentes del 
cilindro dependen en gran parte de este factor. En relación con su funcionamiento, 
los cilindros pueden ser simple o de doble acción. Además se pueden clasificar 
como cilindro de diafragma, dúplex, de varilla pasante, etcétera. En ciertos mo­
mentos, puede ser de máxima importancia el amortiguamiento en la posiciónfinal 
de los cilindros. Sin embargo, si el recorrido de los cilindros no es hasta el final de 
la carrera, no es necesario que los diseñadores prefieran los cilindros amortigua­
dos. A la varilla dél pistón de los cilindros se le da un tratamiento especial, ya que 
es la parte que recibe esfuerzos intensos. Para la lubricación de los cilindros, la 
más común es la de neblina. Para generar movimiento de rotación, también pue­
den usarse motores neumáticos. Los más populares son los del tipo de paletas, 
Los motores neumáticos tienen ciertas ventajas específicas sobre los eléctricos. El 
mantenimiento apropiado de los cilindros, los motores y las diversas herramien­
tas manuales accionadas por aire comprimido aumentan mucho su esperanza 
de vida.
5.1 TIPOS DE CILINDROS
La potencia neumática se convierte en movimientos reciprocantes rectilíneos por 
medio de cilindros neumáticos. De acuerdo con el tipo de servicio, las diversas 
aplicaciones industriales para las que se utilizan cilindros neumáticos se pueden 
dividir en tres grupos: de servicio ligero, mediano y pesado. Pero, según el principio 
de operación, los cilindros neumáticos se pueden subdividir como: i) de simple 
acción y ii) de doble acción.
C ilin d ro d e s im p le a cc ió n . En un cilindro de simple acción, el aire compri­
mido se alimenta sólo en uno de los lados. Por consiguiente, este cilindro puede 
producir trabajo sólo en una dirección. El movimiento de retomo del pistón se efectú a 
por medio de un resorte interconstruido o por la aplicación de una fuerza externa. El
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90 Capítulo 5
resorte está diseñado para regresar el pistón hasta su posición inicial con una velo­
cidad suficientemente alta. En la figura 5.1 (a) se ilustra un cilindro de simple acción.
5 .1 .1 C on strucción del cilindro de sim p le acción
En general, un cilindro de simple acción está constituido por los siguientes elemen­
tos: i) el cuerpo del cilindro (tubo), ii) dos cubiertas en los extremos (una puede ser 
parte integral del tubo del cilindro), iii) un pistón, iv) varilla del pistón, v) sello de 
copa en U, vi) anillo en O, vii) buje o cojinete para guiar la varilla del pistón, viii) 
resorte interconstruido. Las cubiertas de los extremos se ajustan al cuerpo mediante 
cuatro tomillos para cubierta o tirantes. En la figura 5.1 (b) se muestra una vista 
desarrollada de un cilindro de simple acción.
En un cilindro de simple acción con resorte, la carrera queda limitada por lon­
gitud en compresión del resorte. Mientras el pistón se mueve hacia adelante, existe 
la posibilidad de que el resorte se pandee y raye la superficie finamente acabada 
de la varilla del pistón, dañándolo de este modo. El aire tiene que vencer en primer 
lugar la presión del resorte y, como consecuencia, se pierde algo de la potencia,antes de que se inicie la carrera real del pistón. El resorte regresa el pistón hasta su 
posición inicial. El tamaño del resorte dependerá del diámetro y de la longitud de la 
carrera del cilindro, lo cual significa, para un tamaño más grande del cilindro de 
simple acción, tener que usar una sección más gruesa del resorte y, de donde, se 
requiere más potencia para vencer la presión de éste y, asimismo, para un resorte 
más largo, la longitud en compresión de éste será mayor, lo cual quiere decir que se
5 1 6
3 8
(a)
Fig. 5.1 (a) Cilindro de simple acción: 1. Cuerpo del cilindro (tubo),
2. Cubierta del extremo, 3. Pistón, 4. Varilla del pistón
5. Sello de copa en U, 6. Anillo en O, 7. Buje, 8. Resorte
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Cilindros y motores neum áticos 91
Fig. 5.1 (b) Vista desarrollada de un cilindro de simple acción: 1. Tuerca del 
tirante, 2. Tirantes, 3. Cubiertas de los extremos, 4. Tubo,
’5. Tuerca para unir el pistón con su varilla, 6. Anillo en O,
7. Sello de copa, 8. Pistón, 9. Resorte, 10, Varilla del pistón,
11. Extremo roscado de la varilla del pistón, 12. Buje,
13. Retén del buje www.FreeLibros.com
92 Capítulo 5
tiene más pérdida de longitud de la carrera. A veces, para los cilindros de simple 
acción de tamaño más grande, se pueden usar dos cilindros concéntricos, uno arriba 
del otro. Pero, considerando los puntos antes mencionados, se ha visto que el uso de 
un cilindro de simple acción (SA) más grande es bastante antieconómico y, por lo 
tanto, en general no se debe usar un cilindro de ese tipo para una longitud de carrera 
de más de 100 mm.
En algunos casos, se diseña un cilindro de simple acción de tal manera que el 
resorte imparta el movimiento hacia adelante y el de retomo sea producido por 
el aire comprimido; esta aplicación se puede hallar en la acción de frenado, como se 
tiene en los frenos de aire de camiones, vagones de pasajeros de ferrocarril, etcéte­
ra. En la figura 5.2(i) se muestra el símbolo de un cilindro de simple acción en el 
que el pistón se encuentra adentro en la posición inicial, en tanto que en la figura 
5.2(ii) se tiene el símbolo de un cilindro del mismo tipo con el pistón afuera en la 
posición inicial.
El sellado se lleva a cabo por medio de un material flexible que a veces se 
pueden empotrar en un pistón metálico o de plástico. Durante el movimiento, el 
borde sellador resbala sobre la superficie de apoyo del cilindro e impide la fuga del 
aire comprimido.
5 .1 .2 T ipos de cilindros de sim ple acción
Existen varios tipos de cilindros de simple acción; pero los siguientes son los más 
comunes: ^
1) Cilindro de diafragma. En un cilindro de diafragma, se tiene un diafragma 
interconstruido, fabricado de caucho, plástico o, incluso, metal, el cual reemplaza el 
pistón. La varilla del pistón se sujeta al centro del diafragma. No existe sello desli­
zante. Sólo se tiene fricción debida al estiramiento del material. Estos tipos de cilin­
dros se usan para''sujetar. También se aplican en la fabricación de herramientas y 
artefactos, así como en repujado, remachado, etcétera. En la figura 5.3(a) se ilustra 
un símbolo de estos cilindros.
2) Cilindro de diafragma arrolladizo. En la figura 5.3(b) se muestra el símbolo de 
otro tipo de cilindro de diafragma. A éste se le conoce como de diafragma arrolladizo. 
La construcción de éste es semejante al de diafragma común. Cuando se admite el 
aire comprimido, el diafragma se arrolla a lo largo de la pared interior del cilindro y 
mueve la varilla del pistón hacia afuera. Se logra una carrera considerablemente
(¡i) Pistón afuera en la 
(i) Pistón adentro en posición inicial
la posición inicial
Fig. 5.2 Dos tipos de cilindros de simple acción
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Cilindros y motores neum áticos 93
J
(a) (b)
Fig. 5.3 a) Representación simbólica del cilindro de diafragma,
b) Cilindro de diafragma arrolladizo
más grande (50 a 80 mm) que con el cilindro de diafragma. Además, en este diseño, 
la fricción es bastante menor.
5 .2 CILINDRO DE DOBLE ACCIÓN
En la figura 5.4 se tiene la ilustración de un cilindro de doble acción.
En un cilindro de doble acción, la fuerza ejercida por el aire comprimido mue­
ve el pistón en las dos direcciones. En particular, se usan cuando se requiere que el 
pistón realice trabajo no sólo en el movimiento de avance sino también en el de 
retomo. En principio, la longitud de la carrera no está limitada, aun cuando se deben 
considerar el pandeo y la flexión antes de seleccionar un tamaño particular de diá­
metro del pistón, longitud de la varilla y longitud de la carrera.
5 .2 .1 C onstrucción
En la figura 5.5(a) se muestra un diseño diferente del cilindro de doble acción (DA). 
Un cilindro DA consta de: i) tubo del cilindro, ii) unidad del pistón, iii) varilla del
8
Fig. 5.4 Cilindro de doble acción: 1. Tubo, 2. Pistón, 3, Varilla del pistón, 
4. Doble empaquetadura de anillo en O sobre el pistón, 5, Anillo 
en O para la varilla del pistón, 6. Cubierta del extremo, 7. Buje, 
8. Conjunto amortiguador
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94 Capítulo 5
/H
M
Fig. 5.5 (a) Cilindro de doble acción con tirantes: A. Varilla del pistón,
B. Pistón, C. Unión de espiga, D. Sello en V, E. Sello rascador, 
F. Sello amortiguador, G. Conjunto amortiguador, H. Tubo,
I. Extremo de la varilla, J . Cubierta del extremo, K. Tirante
pistón, iv) empaquetadura doble de copa sobre el pistón, v) empaquetadura de la 
varilla de anillos en O, vi) cubiertas de los extremos, vii) guía de bronce de la vari­
lla, viii) conexión de la lumbrera, ix) conjunto amortiguador (en el caso del cilindro 
amortiguado) y x) tirantes. La construcción de un cilindro DA es bastante sencilla y 
varía según el uso y aplicación del mismo. Los materiales usados para las diversas 
partes diferirán para los diferentes tipos de cilindros, dependiendo de la aplicación.
5 .3 OTROS CILINDROS NEUMÁTICOS
Según el principio de operación, los cilindros neumáticos de doble acción pueden 
dividirse en los tipos que se dan a continuación. Algunos de estos cilindros se repre­
sentan simbólicamente en la figura 5.5(b).
1. Cilindro de varilla pasante. En este tipo, la varilla del pistón se extiende 
hacia ambos lados de este último. Con esto se garantizará fuerzas y velocidades 
iguales en ambos lados del cilindro.
2. Cilindro con extremo amortiguador. En este caso, se regula la salida del 
aire en el extremo de su escape del cilindro, de modo que se pueda evitar el impacto 
del pistón contra la cubierta del extremo. En la sección 5.4 de este capítulo se dan 
los detalles del conjunto amortiguador.
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Cilindros y motores neum áticos 95
(1)
□1---------- 1_
(2)
(3) (4)
I I
(5)
Fig. 5.5 (b)
f t M T
4 3 2 1
T T
(6) 77777777777777
Tipos de cilindros de doble acción: 1. Cilindro normal de doble 
acción, 2. Amortiguamiento en la posición del extremo del 
cilindro de doble acción, 3. Varilla del pistón en ambos 
extremos (cilindro de varilla pasante), 4. Cilindro giratorio,
5. Cilindro en tándem, 6. Cilindro de posiciones múltiples
3. Cilindro en tándem, En éste, dos cilindros se encuentran dispuestos en 
serie, de modo que la fuerza que se obtenga del cilindro sea casi el doble.
4. Cilindro de impacto. En este caso, la varilla del pistón del cilindro se 
diseña especialmente para soportar una fuerza o impacto intensos. El diseño del 
cilindro se realiza de modo que pueda trabajar a alta velocidad y en tal forma que su 
energía de impacto se pueda utilizar para la deformación de piezas metálicas,
5. Cilindro de cable. En este tipo de cilindro, se sujeta un cable a cada uno 
de los lados del pistón, eliminado la varilla de éste. Este tipo también se conoce 
como cilindro sin varilla. Su uso es muy frecuente en donde se necesita una longi­
tud mayor de carrera en un espacio de instalación máspequeño. A menudo se en­
cuentran problemas de posición, pero no plantean un gran problema. Las áreas del 
pistón son iguales en ambos lados.
6. Cilindro rotatorio (cilindro giratorio}. Este tipo de cilindro de doble ac­
ción tiene la varilla del pistón con un perfil de engrane que se encastra contra una 
rueda dentada de tomillo sin fin (disposición de cremallera y piñón) de tal manera 
que, con el movimiento lineal de la varilla del pistón, esa rueda dentada realiza un 
giro de 45°, 90°, 180°, etcétera. Este cilindro resulta adecuado para hacer girar pie­
zas pesadas mientras se trabaja sobre sus otros lados,
5 .3 .1 C lasificación segú n la con stru cción
Dependiendo del uso, los cilindros neumáticos se encuentran con una amplia varie­
dad de construcción del cuerpo, incluyendo los diseños siguientes:
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96 Capítulo 5
1. Cilindros de tirantes
2. Cilindros con bridas
3. Cilindros soldados en una sola pieza
4. Cilindros de extremos roscados
De t ir a n te s . El estilo de construcción de tirantes es lo más común en el diseño 
de los cilindros. Los tirantes se usan para todos los tipos de cilindros, sin importar 
las cargas: de servicio pesado, mediano o ligero. En donde existe posibilidad de 
carga de impacto o de choque que llegue al cilindro, se ha encontrado que los tiran­
tes protegen mejor los cilindros contra daños que los otros diseños. El problema del 
alargamiento de los tirantes bajo presión, en los cilindros de carrera larga, se vence 
al presforzar las varillas y el tubo mediante la aplicación de un fuerte momento de 
torsión, dependiendo de la función. Con esto se eliminarían las fugas a través de las 
uniones de los extremos de los tubos, que se encuentran bajo presión, debidas al 
alargamiento. En la figura 5.5(a) se muestra un cilindro neumático del estilo de 
tirantes.
C ilin d ro s con b r id a s . Son cilindros de servicio pesado semejantes a los que 
tienen la construcción de tirantes, excepto que la relación de la longitud al diámetro 
de los pernos de sujeción rara vez es mayor de 2:1. Su aplicación en ABC 
(automatización de bajo costo) es muy rara. A los dos extremos del tubo se les dota 
de bridas fijas a través de las cuales se fyan estos pernos cortos. En general, se 
prefiere este tipo de construcción en los sistemas hidráulicos de alta presión; por 
ejemplo, en las industrias de laminación de acero y procesamiento de metales, en 
lugar de usarla para cilindros neumáticos. La manera más confiable y más fuerte de 
fijar las bridas al tubo es por soldadura autógena, antes de dar el acabado. Empero, 
en algunos diseños también se usan abrazaderas y otros métodos de retenes, como 
alambres, cuñas, etcétera.
C on stru cc ión s o ld a d a en u n a s o la p ie z a . En este tipo de construcción, 
el cuerpo se funde en forma integral, o bien, los extremos se sueldan o se fijan al 
tubo doblándolos. Estos cilindros son de diseño sencillo y barato y del tipo no dura­
dero. La soldadura de los extremos al tubo después del acabado puede conducir a 
distorsión del tubo, aunque soldar el extremo de la tapa puede eliminar los sellos.
C ilin d ro s d e e x tre m o s ro sca d o s . En este tipo de construcción, los extre­
mos se sujetan al tubo mediante roscas interiores o exteriores. Sin embargo, con 
este procedimiento se debilita el tubo y los problemas como la concentricidad per­
fecta de las roscas con el hueco interior del cilindro son inherentes. En este diseño 
debe tenerse cuidado con las pérdidas por fugas para minimizarlas.
5 .3 .2 D iseño de la varilla del p istón
La varilla del pistón es la parte sujeta a esfuerzos más intensos de todo el cilindro 
neumático y debe poder resistir flexión así como carga de tensión y de compresión, 
de modo que producir la salida de empuje de diseño, sin ceder o pandearse. Tam­
bién se necesita un intenso acabado superficial para lograr una larga duración del
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Cilindros y motores neum áticos 97
empaque y minimizar la fricción en el casquillo del prensaestopas. Es normal un 
rectificado y un acabado pulido, con un acabado superficial mejor que 15 mieras. 
Normalmente se eligen materiales de alta resistencia a la tensión para la varilla, 
templados si es necesario. Existen gran preferencia por el cromado sobre varillas de 
acero normal, para producir una superficie resistente al rayado y que también sea 
resistente a la corrosión. También se considera conveniente el acero inoxidable, con 
acabado rectificado y pulido, por su resistencia a la corrosión, pero no es resistente 
al rayado como el cromado. En general, la sección transversal de la varilla que se 
requiere es pequeña, en relación con el hueco interior del cilindro, con el fin de 
absorber la carga de empuje, pero la sección transversal real necesaria también se 
debe determinar con base en la longitud de la propia varilla y si ésta va a absorber 
los esfuerzos como una “varilla” o como una “columna”. Si la longitud de la varilla 
no es mayor de diez veces su diámetro, entonces puede recibir los esfuerzos como 
una varilla rígida. Entonces, la carga total que puede ser soportada por la varilla será 
F = A a, en donde F - carga, de compresión o de tensión, A = área de la sección 
transversal de la varilla y a = esfuerzo producido.
Cuando la longitud de la varilla es mayor de diez veces su diámetro, se com­
portará como una columna bajo carga de compresión y está sujeta a pandeo. El 
esfuerzo máximo permisible de trabajo para evitar el pandeo depende de la manera 
en que se fije el extremo.
5 .4 CONJUNTO AMORTIGUADOR
Amortiguar los cilindros significa la desaceleración gradual del pistón cerca del 
final de su carrera. Resulta especialmente útil cuando la varilla del pistón está co­
nectada a una carga muy pesada y se encuentra a una velocidad muy alta. Con este 
procedimiento se reduce la carga de choque o de impacto sobre las cubiertas de los 
extremos del cilindro. En la figura 5.6(a) se da una vista diagramática de un conjun­
to amortiguador. La abertura del orificio del amortiguador se controla mediante un 
tomillo, como se ilustra en la figura 5.6(b).
Un amortiguador es una cámara de diámetro relativamente pequeño en la cual 
entra un talón o collar amortiguador conforme el pistón se acerca al final de su 
carrera, de modo que el aire se atrapa en el tubo del cilindro, entre el propio pistón 
y la cubierta, y se deja escapar con lentitud, reduciendo con ello la velocidad de 
recorrido de ese pistón. Los amortiguadores no son dispositivos controladores de la 
velocidad sino sólo sirven para aligerar el choque. Estos amortiguadores en los 
cilindros estándar tienen casi 25 mm de largo. Por otra parte, son poco valiosos si no 
se usa la carrera completa. El efecto de amortiguamiento depende mucho de la mag­
nitud de la abertura del orificio en el amortiguador. En la figura 5.7 se muestra 
gráficamente la variación del tiempo del ciclo en el recorrido del pistón de un cilin­
dro con la variación de la abertura del orificio del amortiguador. La abertura del 
orificio del amortiguador influye mucho en el tiempo del ciclo del recorrido 
del cilindro. Dos partes del cilindro intervienen en la disposición del amortigua­
miento:' las cubiertas (dependiendo de si el cilindro tiene que amortiguarse en uno 
de los extremos o en los dos) y la varilla del pistón. Los dispositivos de amortigua-
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98 Capítulo 5
Fig. 5.6 Cilindro am ortiguado: a) D etalles del am ortiguador, b) C ontrol de la 
a b e r tu ra del orificio de am ortiguam iento
miento pueden ser de ajuste de metal con metal o de metal con material sintético. 
Un cilindro amortiguado tiene un buje o un agujero maquinado en la cubierta de 
admisión, con acabado hasta límites muy cerrados, para producir el amortiguamien­
to. La cubierta suele tener una aguja del amortiguador con un paso haciaella desde 
la cara interior de aquélla y también tiene una válvula de retención a hpla con un 
paso entre esa cara interior de la cubierta y la lumbrera de admisión del aire. Cuan­
do el talón o collar para amortiguar se acerca a la cubierta y entra en la abertura de 
amortiguamiento, el aire queda atrapado entre el pistón y la cubierta a la que se está 
aproximando. La aguja del amortiguador se ajusta de modo que se deje escapar el
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Cilindros y motores neum áticos 99
Tiempo en segundos----------------—
Fig. 5 .7 Com paración del tiem po del ciclo con dos ab e rtu ra s del orificio del 
am ortiguador
aire hacia la conexión de la lumbrera, con el gasto adecuado para desacelerar el 
pistón y reducir el choque. El extremo del talón para amortiguar está ahusado, bise­
lado o redondeado, para hacer que entre con más facilidad en el buje o agujero que 
produce el amortiguamiento. Para la carrera de regreso, si el aire sé alimentara 
a través de la propia cámara amortiguadora, el movimiento inicial sería en extremo 
lento, hasta que el talón hubiera salido del agujero correspondiente; también, en 
virtud de que el aire comprimido estaría actuando sobre la sección de esc talón, la 
fuerza disponible sena poco intensa y posiblemente no sena suficiente como para 
mover el pistón. El uso de la válvula de retención a bola vencerá esta dificultad al 
dejar que el aire fluya con libertad hacia la cara del pistón, para alejarlo del agujero 
de amortiguamiento en la carrera de retomo.
Un punto importante que debe apreciarse en relación con todos los cilindros 
amortiguados es que el efecto real de amortiguamiento sólo tiene lugar sobre una 
parte limitada de la carrera; es decir, una parte del movimiento final y si tienen que 
usarse topes para detener el movimiento del pistón, lo más común es que se colo­
quen antes de que el amortiguamiento haya tenido posibilidad de ser eficaz, en cuyo 
caso, el cilindro está trabajando sólo como uno no amortiguado.
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100 Capítulo 5
5 .5 TIPOS DE MONTAJES
•Según el tipo de montaje, los cilindros se pueden clasificar en forma característica. 
Las posibilidades usuales de montaje son las siguientes:
Extremo de la varilla Cuerpo del cilindro
a) Simple a) Simple
b) Roscado b) Sobre patas
c) Con horquilla c) De ménsula sencilla o doble
d) De torsión o de ojo d) De muñón
e) De brida e) De brida
f) Con horquilla
Son muy comunes las combinaciones de montajes. Para actuar como un soporte 
adicional, se pueden colocar montajes sobre patas a la mitad de los cilindros largos. 
En seguida se da una breve descripción de algunos de los métodos de montaje.
5 .5 .1 M ontaje en la lin ea central
La mejor manera de soportar un cilindro es a lo largo de su línea central. En este 
caso, los pernos de montaje quedarán sujetos a esfuerzos simples de corte o de 
tensión. No actuarán fuerzas compuestas sobre los pernos. Sin embargo, se debe 
garantizar el alineamiento, ya que no puede tolerarse la falta de éste. Los diversos 
estilos en el área de montaje en la línea central son los siguientes:
1. Brida rectangular conectada al extremo de la tapa.
2. Brida rectangular conectada al extremo de la cabeza.
3. Brida cuadrada conectada al extremo de la tapa.
4. Brida cuadrada conectada al extremo de la cabeza.
5. Montaje con tirantes.
6. ^ Orejas sujetas a los lados de ambos extremos de la línea central del cilindro.
El montaje con brida en el extremo de la cabeza es ideal para las cargas de 
tensión, en tanto que la brida en el extremo de la tapa es ideal para las cargas 
de compresión. Los montajes con tirantes son menos fuertes que los de brida.
5 .5 .2 M ontaje sobre patas
Los cilindros montados sobre patas quedan sujetos a un movimiento de giro cuando 
se cargan. Este movimiento tiende a hacer girar o a flexionar el cilindro alrededor 
de sus pernos de montaje. Estos montajes se usan cuando los cilindros se deben 
montar sobre superficies paralelas a los mismos. Los cilindros montados sobre pa­
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Cilindros y motores neum áticos 101
tas quedan sujetos a un esfuerzo mayor que los montados en la línea central. Sin 
embargo, los cilindros montados de esta manera pueden tolerar cierta falta de ali­
neamiento. Se pueden eliminar las cargas de flexión sobre los montajes por medio 
de pasadores o chavetas de esfuerzo cortante que permitan a los pernos de montaje 
permanecer en tensión simple. Las chavetas de esfuerzo cortante deben colocarse 
en el costado del extremo de la cabeza, para las cargas de tensión, y en el costado 
del extremo de la tapa, para las cargas de compresión. Los diversos estilos de mon­
tajes sobre patas son los siguientes:
1. Montaje de orejas laterales en el extremo.
2. Montaje de ángulos laterales en el extremo.
3. Montaje de orejas laterales.
4. Montaje al ras.
5 .5 .3 M ontaje sobre p ivo te
En muchos casos, un cilindro, mientras realiza su movimiento reciprocante, tam­
bién debe tener libertad para girar. Existen dos métodos básicos de montaje de modo 
que el cilindro gire en tomo a un pivote durante un ciclo de trabajo: con horquilla y 
con muñón. Estos montajes darán libertad de rotación en un plano. Si se requiere 
tener libertad en todos los planos, se deben usar articulaciones universales. En se­
guida se dan los diferentes estilos para el montaje sobre pivote:
1. Montaje con horquilla.
2. Montaje de muñón en el extremo de la cabeza.
3. Montaje de muñón en el extremo de la tapa.
4. Montaje con muñón intermedio.
La horquilla casi siempre es parte del extremo de la tapa y puede ser fija o universal. 
En el caso de los montajes sobre pivote, la línea central del pivote normalmente se 
interseca con línea central del cilindro.
5 .6 MATERIALES USADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN 
DE CILINDROS
En las secciones 5.1 y 5.2 se han analizado las partes importantes del cilindro neu­
mático. Se necesitan diversos tipos de materiales para construir un cilindro, No 
obstante, las partes principales que pueden necesitar se les mencione en especial 
son el cuerpo del cilindro, las cubiertas de los extremos, el pistón y su varilla, los 
sellos, etcétera. La selección de los materiales de los cilindros neumáticos es lo más 
importante. A continuación se dan los materiales más comunes que se usan para las 
partes de los cilindros.
Empero, debe tenerse presente que no se pueden dar directrices específicas, ya 
que la selección de los materiales comprende una gran variedad de parámetros, 
los que se encuentran más allá del análisis presentado en este libro.
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102 Capítulo 5
Nombre del componente Materiales preferidos
1. Barril o tubo del cilindro
2. Pistón
3. Varilla del pistón
4. Cubiertas de los extremos
5. Ménsulas de montaje
6. Tirantes
En general, se usan aluminio, latón, acero, etc., 
sin costura, estirados en frío. Para aplica­
ción a baja presión, también se pueden usar 
nylon o plásticos. Para aplicación a alta 
presión o en servicio pesado, los que se pre­
fieren con mayor frecuencia son los tubos de 
acero sin costura.
La selección generalizada son las fundiciones 
de aluminio, bronce, etcétera. También se 
usa mucho el hierro fundido.
Ya que es la parte sujeta a los esfuerzos más 
intensos, la varilla del pistón se fabrica de 
acero al mediano carbono, rectificado y puli­
do o cromado. La varilla se templa para 
garantizar su resistencia y lograr característi­
cas de no ser susceptible al rayado.
Los materiales más comunes para las cubiertas 
de los extremos del cilindro son el aluminio, 
latón, bronce o hierro fundido.
Los más comunes son aleación de aluminio, 
latón, hierro fundido o fundiciones de alta 
resistencia a la tensión.
El acero de alta resistencia a la tensión puede 
ser una buena selección.
La lista muestra los diversos materiales usados para los componentes.Para 
impedir la formación de herrumbre, se eligen tubos estirados de latón o aluminio. 
Para los tamaños más grandes (500 mm de diámetro), a menudo se usan tubos de 
acero soldados a tope. También se utilizan con amplitud, el hierro fundido, las fun­
diciones de aluminio o latón o las fundiciones de meehanita. Muchos tubos de cilin­
dros fabricados por fundición tienen una de las cubiertas de los extremos fundida en 
forma integral con el tubo; en general, la cubierta del extremo ciego, si se trata del 
tipo no rotatorio de cilindro, y la cubierta del extremo de la varilla, en el cilindro 
de tipo rotatorio.
Si debe esperarse un servicio satisfactorio de las empaquetaduras, el acabado 
de la superficie interior del tubo del cilindro debe tener un alto grado de tersura. Los 
tubos cilindricos con extremos abiertos se mandrilan y rectifican con facilidad.
Las tapas de los extremos se fabrican principalmente de materiales fundidos. 
Se sujetan al barril del cilindro por medio de tirantes, roscas o bridas. La varilla del 
pistón se fabrica de acero templado con un porcentaje de cromo para protegerlo 
contra la oxidación. En general, las roscas se laminan para reducir el peligro de 
fractura. La altura de la aspereza de la varilla del pistón es de 1 pm. Como se expre­
só con anterioridad, se usan sellos y empaquetaduras para impedir las fugas. El sello
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Cilindros y motores neum áticos 103
del pistón, en ciertos casos, puede ser una empaquetadura de doble copa, para sellar 
las fugas internas. Los materiales usados para el sello de copa son:
i) Perbunan
ii) Viton
iii) Teflon
iv) Nitrilo, etcétera.
Las empaquetaduras de la varilla son sellos estáticos. Los casquillos o retenes 
prensaestopas, que en general se fabrican de bronce, son dispositivos para mantener 
la empaquetadura de la varilla en su lugar. En el caso de los cilindros hidráulicos y 
para el cilindro neumático de servicio pesado, se diseñan tanto como un retén no 
ajustable o uno ajustable, de modo que se pueda aumentar la tensión sobre la 
empaquetadura a medida que se desgasta. Algunos retenes se ajustan estrechamente 
a la cubierta y actúan como un apoyo para la varilla. De acuerdo con el tipo de 
empaquetaduras que se usen, los pistones se pueden construir de una, dos o tres 
piezas. Los pistones se empacan con copas, anillos en V, empaquetaduras sintéticas 
formadas, anillos en O, etcétera.
5 .7 VELOCIDAD DEL PISTÓN
La velocidad del pistón en un cilindro neumático depende de la fuerza contraria, la 
presión prevaleciente del aire, la longitud del tubo, el área de la sección transversal 
de la lumbrera de la válvula y el gasto, así como del amortiguamiento en la posición 
final. La velocidad promedio del pistón es de más o menos 0.1 a 1.5 m/s. Con 
impacto, la velocidad del cilindro llega hasta 10 m/s.
5 .8 FUERZA DEL PISTÓN
La fuerza del pistón ejercida por un elemento de trabajo depende de la presión del 
aire, el diámetro del cilindro y la resistencia de fricción de los componentes de sello. 
La fuerza teórica del pistón se calcula como Fteórica = A ■ P; en donde, Ftsóúa - fuerza 
teórica del pistón (kgf), A - área útil del pistón (cm2) y P - presión del aire (bar). La 
fuerza efectiva del pistón, F efect¡va> debe calcularse al considerar una resistencia de 
fricción casi del 3 al 20%, para un rango de presiones de 4 a 8 bar. Una vez más, este 
valor puede cambiar de material a material o debido a otras consideraciones.
Para el cilindro SA:
e^fectiva = Al P - F f - F r
Para los cilindros DA: Afectiva- A \ ■ P - F p para el movimiento hacia adelante
e^fectiva = A2 ■ P - Fp para el movimiento de retomo, como se ilustra en la 
figura 5.8
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104 Capítulo 5
Ff *= fuerza de fricción (3-20% de /"efectiva)
Fr = fuerza del resorte 
A x =7t(D2/4) y A2 = n/4 (D2 - d2)
D = diámetro del cilindro y d - diámetro del pistón
Fig. 5 .8 Cálculo de la fuerza del cilindro:
D= d iám etro del p istón , cm 
d = diám etro de la varilla del p istón , cm 
Af= á rea de la sección tran sv ersa l del p istón , 
cm2
= á rea efectiva del extrem o del cilindro del 
lado de la varilla, cm2 
P = presión del aire, b a r 
F«t = fuerza h ac ia ade lan te del cilindro, kgf 
Ff = fuerza de fricción, kgf 
Fret= fuerza de re to m o del cilindro, kgf
Fai = A tP - f}= íre/4)D2P - F,1
Fret = A¡P - Ff ~ (%/4) (D - d2) - Fr
5 .9 CONSUMO DE AIRE
Consumo de aire
= área del pistón X carreras del pistón X relación de compresión, en L normales/min
„ , 1.013 + presión de operación en barRelación de compresión = ----------—
Q — C- n
D2tc
1.013
relación de compresión, en L normales/min, para el cilindro SA
D 2% D2 - d2 \
Q - | C • —— + C • ---- —----- Tzj-n- relación de compresión, en Lnormales/min,
para el cilindro DA
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Cilindros y motores neum áticos 105
Q = gasto de aire en L normales/min (aire libre)
C = longitud de la carrera 
n - número de carreras por minuto
Cuando el diámetro del pistón (D) se da en milímetros, la longitud de la carrera (C) 
en milímetros, el tiempo (í) para completar una sola carrera en segundos y la pre­
sión de operación (P) en N/m2 (man), se tiene (para un cilindro SA)
« £>2C P + 101.3 XlO3 , r t l , , ,2 = 0.7854 —— x — ---------------- x l0~12 m3/s
t 101.3 x lO3
5 .1 0 TAMAÑO DEL CILINDRO
Los tamaños normales de cilindros se restringen a tamaños económicos; por ejem­
plo, de 6 mm a 250 mm de diámetro para una presión nominal en la línea de 5 a 6 
bar (man). Los cilindros de impacto para formado con altos índices de energía y 
otras aplicaciones similares se fabrican con diámetros interiores hasta de 200 mm.
La longitud de la carrera de los cilindros neumáticos no debe ser mayor de
2 000 mm. Con un diámetro de cilindro y longitud de la carrera grandes,, el elevado 
consumo de aire hace que la neumática resulte antieconómica, debido a las grandes 
inversiones en la planta de compresores.
Con una carrera grande del pistón, el esfuerzo mecánico sobre la varilla y el 
cojinete del pistón es demasiado intenso. Para evitar el peligro de pandeo, cuando 
se tienen longitudes más largas de la carrera, se debe seleccionar un diámetro más 
grande del pistón y, en tal caso, también debe incrementarse la longitud del soporte 
de la varilla.
5 .1 1 IDEAS SOBRE INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO
Se puede seguir el rastro de la razón de muchas fallas que pueden presentarse en la 
operación hasta la instalación incorrecta o no satisfactoria. Los puntos que se seña­
lan a continuación son los que deben observarse en particular al dar servicio a los 
cilindros neumáticos.
1. Los montajes del cilindro deben fijarse con firmeza y sujetarse en forma pare­
ja. Un cilindro que está montado al azar (con una sección del montaje tirante
, con firmeza hacia abajo y la otra floja o-sujeta aun objeto inseguro) aplicará un 
esfuerzo indebido sobre la placa de montaje, a menudo haciendo saltar los 
pernos.
2. El cilindro se debe alinear perfectamente para lograr una operación eficiente y 
sin problemas.
3. Un soporte apropiado para la varilla del pistón; no debe dejarse colgado el 
extremo de esta varilla (en especial en un cilindro de carrera larga). Debe colo­
carse un soporte apropiado al final de la varilla y ese soporte debe quedar 
exactamente alineado con la línea central del cilindro. Con esto se aliviarán los
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106 Capítulo 5
esfuerzos sobre la empaquetadura, el casquillo prensaestopas, la empaquetadura 
. de la varilla y la empaquetadura de copa, así como se incrementará su duración.
4. Las varilla del pistón que se desarmen al dar servicio, deben soportarse ade­
cuadamente para conservarlas alineadas, como se ha prescrito en el punto ante­
rior, con el fin de evitar toda deformación.
5. Los tirantes que unen las cubiertasde los extremos, se deben apretar con igual 
tensión, dentro de lo posible, para impedir que se deformen.
6. No se deben volver a realizar trabajos en el tubo del cilindro; por ejemplo, 
soldar una pieza de montaje adicional si, al hacerlo, se puede distorsionar el 
tubo y producir falta de uniformidad en el hueco interior. Ese tipo de trabajo no 
debe efectuarse sobre los cilindros.
7. Siempre se deben verificar los sellos y empaquetaduras de los cilindros que no 
se han usado durante un tiempo considerable y no debe permitirse que se se­
quen. No se deben almacenar en lugares en extremo calientes, para protegerlos 
contra la posibilidad de que se sequen. Los cilindros no se deben almacenar un 
lugares húmedos en los que se puede inducir la corrosión.
8. Por obvias razones, al dar servicio a los cilindros se deben reemplazar todos 
los sellos.
9. Se debe tener cuidado en ver que los cilindros no fallen por falta de una lubri­
cación adecuada. La falta de lubricación causa pérdida de potencia, debido a la 
fricción, reduce mucho la duración de la varilla y daña las empaquetaduras del 
pistón. Las empaquetaduras del pistón, con lubricación apropiada, pueden operar 
satisfactoriamente durante ciclos más largos.
5 .1 2 LUBRICACIÓN DEL CILINDRO
La lubricación de los cilindros neumáticos normalmente se realiza mediante el uso 
del lubricador de la línea de aire, el cual suministra una fina neblina de aceite hacia 
el aire comprimido.-Pe esta manera, la neblina de aceite recorre grandes distancias 
sin que se condense. Por consiguiente, los lubricadores se pueden montar separados 
del cilindro. La necesidad básica del cilindro neumático es mantener una película 
de lubricante, en todas las condiciones de operación, sobre las superficies deslizantes. 
Un exceso de lubricante no es deseable ni necesario. Un lubricador de la línea de 
aire tiene la ventaja de que, una vez ajustado, la carga entregada de aceite permane­
ce constante, sin importar la velocidad con la que se trabaje.
La selección del lubricante es importante por igual, ya que debe fluir con liber­
tad a todas las temperaturas reducidas, como las generadas por la expansión del aire 
entregado al cilindro con condiciones ambientales extremas. Dependiendo de la 
cantidad de agua extraída del aire, el aceite básico puede requerir una adición de 
agentes emulsificantes y adhesivos, para poder hacer que el aceite se combine con 
el agua presente con el fin de formar una emulsión que pueda adherirse a todas las 
superficies lubricadas. Con esto se protegerán los componentes del cilindro contra 
la corrosión. Sin la presencia de los agentes emulsificantes, el agua puede tender a 
arrastrar el aceite, lo que conduce a pérdida de lubricación, desgaste de los compo­
nentes y fugas de aire, todo lo cual es perjudicial para el funcionamiento seguro del
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Cilindros y motores neum áticos 107
sistema. Los eslabonamientos usados en el cilindro normalmente no estarían ex­
puestos a la carga de aire comprimido. Por lo tanto, esas piezas del sistema neumá­
tico no reciben la lubricación por la neblina de aceite. La única respuesta para lubri­
carlos es aceitarlos a mano.
5 .1 3 MOTOR NEUMÁTICO
Para generar movimiento de rotación en un sistema neumático, se usa un motor de 
este tipo. Se ha encontrado que los motores neumáticos dan lugar a una velocidad 
de rotación muy elevada, la cual a veces puede llegar hasta 10 000 revoluciones por 
minuto o incluso más. La posibilidad de transmisión de alta potencia se realiza a 
velocidades infinitamente variables, lo cual constituye una ventaja adicional que no 
se encuentra en otros sistemas rotacionales. •
Los motores neumáticos, como se les conoce en forma popular, tienen diver­
sos tipos de diseños, pero el más común es. el del tipo de paletas. En los motores 
neumáticos de paletas, se coloca un bloque rotor en una carcasa, concéntrico a ésta
o, en algunos otros tipos, el interior de la carcasa tiene contorno elíptico sobre el que 
se coloca el rotor en forma concéntrica. El bloque rotor tiene varias ranuras fina­
mente maquinadas, rectificadas y pulidas [ilustradas en la figura 5.9(a)] en el inte-
Fig. 5.9 (a) Partes principales de un motor neumático: 1. Cubierta del 
extremo, 2. Cuerpo del motor con contorno interno elíptico,
3. Bloque rotor con ranuras para las paletas, 4, Paletas,
5. Flecha del motor, 6. Cubierta del extremo.
(Cortesía: Fluid Power, Jam es A. Sullivan, Reston Publishing
Co,, E.U.) ,-s
Q (7-~ . - f! I' /. A
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108 Capítulo 5
rior de las cuales se colocan unas pequeñas paletas, las que se pueden mover hacia 
adentro y hacia afuera de esas ranuras. Cuando se alimenta aire comprimido, el 
rotor inicia su giro, produciendo en consecuencia un par motor (torque) sobre la 
flecha. Para operaciones a rpm elevadas de los sistemas mecánicos rotatorios, los 
motores neumáticos ofrecen un sistema en extremo seguro, debido a su capacidad 
de disipar el calor, en virtud de la expansión del aire en el interior de las cámaras de 
las paletas. Ésta es una propiedad muy ventajosa del motor neumático sobre los 
motores eléctricos.
5 .1 3 .1 Par m otor de lo s m otores n eu m áticos
Para los motores neumáticos, las características de par neumático (momento de tor­
sión) dan lugar a un estudio interesante. Experimentalmente, se ha observado que 
cuando se aumenta la resistencia de carga al motor neumático, se reduce su veloci­
dad de funcionamiento y se incrementa el par para ajustarse a la carga. Esta condi­
ción de aumento del par con disminución de la velocidad continúa hasta que el 
motor se detiene. Por otra parte, considérese lo que sucederá si se disminuye la 
carga. En este caso, la velocidad se va hacia arriba, pero el par motor se reduce, en 
proporción correlativa a la carga. En el caso de la operación de un motor neumático, 
también se ha observado que el par de arranque es menor que el de funcionamiento 
normal y, debido a las características de disipación de calor, no se tienen muchos 
problemas que suelen encontrarse relacionados con los motores eléctricos. Sin em­
bargo, los motores neumáticos no están en posición de suministrar una potencia 
uniforme y estable, lo cual constituye un gran inconveniente.
5 .1 3 .2 P o ten cia del m otor neu m ático
Los motores neumáticos se encuentran en el mercado desde un número nominal 
muy bajo de kilowatts hasta muy alto. Existen motores neumáticos fabricados por 
algunas empresas en fracciones de kilowatt, desde valores tan bajos como 0.05 kW, 
en tanto que el límite superior llega hasta 20 kW. En condiciones normales de traba­
jo, un tamaño moderado y máximo aceptable es de 10 kW, para la aplicación neu­
mática general.
5 .1 4 MOTOR NEUMÁTICO Y ELÉCTRICO: COMPARACIÓN
1. Los motores neumáticos desarrollan más kW/peso normal y por metro cúbico 
de desplazamiento que la mayor parte de los motores eléctricos estándar.
2. Inherentemente, son a prueba de choque y explosión, lo cual no es el caso para 
los motores eléctricos,
3. Los motores neumáticos no son afectados por una atmósfera caliente, húmeda 
o corrosiva. En virtud de que operan bajo presión interna, el polvo, la humedad 
y los vapores no pueden entrar en la cubierta del motor. Las cubiertas a prueba 
de polvo y de explosión para los motores eléctricos tienen un costo adicional.
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Cilindros y motores neum áticos 109
4. Los motores neumáticos no resultan dañados por sobrecargas, inversiones rá­
pidas o por funcionar en forma continua cerca de la velocidad mínima; cuando 
un motor neumático se para por llevarlo hasta su carga máxima, sigue produ­
ciendo un alto par, sin dañarse (para sostener una carga, por ejemplo), pero un 
motor eléctrico puede resultar gravemente dañado debido a una sobrecarga.
5. Se puede hacer variar la velocidad en un amplio rango, sin disposicionescom­
plicadas de control en la masa de aire pero, en los motores eléctricos, esto es caro,
6. Debido a su baja inercia, los motores neumáticos se aceleran y desaceleran con 
rapidez —desde cero hasta plena velocidad en milisegundos—, lo que resulta 
ideal para realizar ciclos rápidos. Los motores eléctricos tardan más tiempo 
para llevar a cabo esto.
7. Los motores neumáticos son de diseño sencillo y su construcción relativamen­
te no es cara. Son confiables o de fácil mantenimiento y no se desarrolla calor, 
incluso si se paran por carga máxima durante un periodo más largo.
8. Entre más duro trabaja un motor neumático, funciona más frío; debido a que el 
aire se expande a medida que pasa por el motor, crea un efecto de enfriamien­
to, lo cual permite que los motores neumáticos operen en ambientes en donde 
la temperatura puede llegar hasta 125°C, lo cual es sencillamente lo opuesto en 
el caso de los motores eléctricos.
D esv e n ta ja s
1. Los motores eléctricos son menos eficientes y más ruidosos, a menos que se 
coloquen silenciadores en sus lumbreras de escape.
2. Los motores eléctricos son más eficientes; debido a que la velocidad del motor 
neumático varía con la carga, no pueden mantener una velocidad constante sin 
controles de regulador. A este respecto, los motores eléctricos son mejores,
5 .1 4 .1 T ipos de m otores n eu m áticos
1. Motores de paletas, En las ranuras, se tienen de 3 a 10 paletas. Para permitir 
a las paletas emerger de las ranuras, están diseñadas para recibir la acción de 
un resorte a compresión o de aire a presión. Para los motores equipados con un 
número par de paletas, un pasador de conexión enlaza las paletas diametral­
mente opuestas, de modo que cuando la superficie interior del cuerpo empuja 
una de ella hacia adentro, el pasador empuja a la otra hacia afuera. Pero se 
tendrá probabilidad de fugas cuando se desgasten las puntas de las paletas. 
Estos motores funcionan desde 100 hasta 25 000 rpm.
2. Tipo de pistón. Son motores axiales o radiales. Ambos tipos se encuentran 
con 4, 5 o 6 cilindros o pistones que realizan un movimiento reciprocante en el 
interior del bloque de cilindros.
3. Motores de turbina. En estos se convierte aire a alta presión y baja velocidad 
en aire a baja presión y alta velocidad, al hacerlo pasar por boquillas dosi- 
ficadoras. Una ventaja de esta disposición es que no se tiene contacto de frota­
miento o deslizamiento entre las partes giratorias y la ca'vidad del cuerpo. Con
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110 Capítulo 5
esto se reduce el desgaste y no se requiere aire lubricado para sellar y lubri-
• car las partes. Se recomienda su aplicación sólo a temperaturas ambiente ba­
jas, debido al problema del lubricante. Son motores de par bajo y alta veloci­
dad, para el mismo volumen de aire, en comparación con los de pistones o de 
paletas.
4. Gerotor. En la figura 5.9(b) se muestra un motor Gerotor. Estos son motores 
neumáticos que se usan principalmente para rpm y presión bajas, como de 20 a 
30 rpm. Como consecuencia, pueden no resultar adecuados para aplicaciones 
con alto par motor.
5 .1 4 .2 C aracterísticas esp ecia les de lo s actuadores n eu m áticos
1. Deben ser de construcción sencilla.
2. Si es posible, diseñarlos ligeros en peso ya que será más fácil manipularlos.
3. Siempre que se requiera, los cilindros o los motores neumáticos se deben cons­
truir con materiales anticorrosivos.
4. Los cilindros y otros actuadores deben diseñarse de tal modo que tengan mejor 
capacidad de transferencia de calor.
5. Los cilindros deben tener una mayor duración respecto a la fatiga,
6. Los actuadores se deben diseñar y perfeccionar para que tengan una gran 
confiabilidad contra las fallas.
5 .1 4 .3 Cilindro con sen sores
En el caso del control automático secuencial, son muy importantes la posición de la 
varilla del pistón y de este último. Esto ayuda al sistema de control a iniciar 
la secuencia siguiente de acción. Se usan diversos métodos para detectar la posición 
del cilindro. En los sistemas neumáticos, es común el uso de sensores para la detec­
ción de la posición y transmisión de la señal. Después de detectar la posición del 
pistón, los sensores darán lugar a los comandos apropiados para la fase siguiente 
del trabajo. De manera muy amplia, los sensores se pueden clasificar como sigue:
Fig. 5.9 (b) Motor G erotor
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Cilindros y motores neum áticos 111
1. Sensores mecánicos o electromecánicos
2. Sensores de presión
3. Sensores electrónicos
Las válvulas de control de dirección accionadas por rodillos y los interruptores 
limitadores eléctricos se usan mucho como sensores mecánicos y electromecánicos. 
Se ajustan principalmente a la base o mesa de la máquina, en la trayectoria de reco­
rrido de la varilla del pistón.
Los sensores de presión son sencillamente elementos sensores neumáticos que 
se pueden ajustar sobre el cuerpo del cilindro. Este tipo de sensor detecta la caída en 
la contrapresión en el escape, al final del recorrido del cilindro, y transmite la señal 
a la siguiente válvula neumática, en la forma de una señal de salida neumática, 
eléctrica o electrónica.
El otro tipo de sensores que se usan son los electrónicos con detección magné­
tica. Se montan directamente sobre un tubo magnético del cilindro. En el pistón se 
empotra un imán permanente. Con esto se crea un campo magnético. Cuando el 
pistón se mueve, el imán acciona el sistema electrónico del sensor y proporciona la 
señal deseada. Estos sensores electrónicos de posición trabajan entre 10 y 24 V. La 
corriente máxima es de 150 mA. La corriente de fuga es de más o menos 10 mA a 
24 V y la caída interna de voltaje es menor de 0.5 V para 100 inA. Pueden trabajar 
entre-10°C y+60°C.
En la figura 5.10 se da una ilustración esquemática de los tres sensores antes 
descritos.
5 .1 5 APLICACIÓN DE LA NEUMÁTICA
EN LAS HERRAMIENTAS MANUALES
En la figura 5.11 se presentan varias herramientas neumáticas manuales usadas en 
las industrias. Una de las aplicaciones más antiguas de la energía neumática para 
fines de producción fue en el uso de diversos tipos de herramientas manuales accio­
nadas por aire comprimido, en diferentes campos de la ingeniería. Las herramientas 
neumáticas que se hacen funcionar por aire comprimido se usan principalmente en 
la ingeniería de la construcción, en la minería y en los campos de labrado de la 
madera.
Para los fines de martillar, remachar, taladrar, etc., las herramientas neumáti­
cas se están usando en la actualidad como se hizo hace un par de décadas. Las 
herramientas neumáticas proporcionan la mayor ventaja sobre sus contrapartes eléc­
tricas, ya que son mucho más seguras y podrían usarse en donde no se cuenta con 
electricidad. En comparación con otras herramientas manuales, las herramientas 
neumáticas —como las esmeriladoras, taladros y remachadoras— son ligeras y, 
por consiguiente, se pueden manejar con facilidad. Estos artículos son más compac­
tos, robustos y tienen un costo más bajo de operación. La posibilidad, de dañar estas 
herramientas manuales accionadas neumáticamente es mucho menor, en compara­
ción con las operadas eléctricamente porque, en el punto de carga elevada (es decir, 
en una condición indeseable de carga), las herramientas neumáticas sólo se deten-
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112 Capítulo 5
(b) Sensor de presión
(c)
Fig. 5 .10 Sensores en el cilindro neumático: a) Sensor electromecánico,
b) Sensor de presión, c) Sensor electrónico. 1. Pistón con el 
imán empotrado, 2. Captor de la señal eléctrica, 3. Cable.
4. Válvula neumática, 5. Tubería, 6. Interruptor limitador
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Cilindros y motores neum áticos 113
Fig. 5 .11 Herramientas neumáticas manuales: 1. Taladro, 2. Aprietatuercas
drán, mientras que, en el caso de las impulsadas por motor eléctrico, la armadurase 
puede dañar al quemarse. De modo que, desde el punto de vista del mantenimiento, 
esto es importante.
En la industria se usan diversas tipos de herramientas; algunos de éstos son;
1. Martillo neumático
2. Taladro neumático
3. Destornillador neumático
4. Sierra neumática
5. Taladro neumático para madera
6. Remachadora neumática
7. Raspadora neumática
8. Llaves y aprietatuercas neumáticas
9. Esmeriladora neumática
El principio básico de operación de las herramientas neumáticas es el de movi­
miento reciprocante, como en el caso de los martillos, las raspadoras y las rema­
chadoras, o el de rotación, en donde un motor neumático proporciona la fuerza
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Fig. 5 .12 a) Martillo remachador neumático y sus diversas partes: 1. Cubierta, 2. Embrague, 3. Agujero de escape,
4, Palanca manual, 5. Válvula, 6. Resorte, 7. Tuerca de seguridad, 8. Adaptador, b) Vista interna del 
martillo neumático: 1. Martillo, 2. Abertura, 3, Espiga
114 
Capítulo 
5
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Cilindros y motores neum áticos 115
impulsora. Los taladros para madera están diseñados para funcionar con velocida­
des de rotación más bajas que los taladros para metales y esmeriladoras, en donde la 
velocidad alcanza valores más altos. Los martillos neumáticos se usan para opera­
ción a alta velocidad. En las figuras 5.12(a) y (b) se da una vista diagramática de un 
martillo neumático y sus detalles internos. En la figura 5.13 se tiene una vista de 
un destornillador neumático.
En general, las herramientas manuales neumáticas se operan con una presión 
entre 4 y 6 bar (man). La operación con una presión más elevada puede acortar la 
vida de las herramientas y el equipo. Es esencial que se realice la lubricación con el 
máximo cuidado. Como en el caso del sistema neumático antes presentado, también 
en este caso el lubricador suministra la lubricación al enviar una neblina de aceite 
junto con el aire comprimido. Los diversos aceites lubricantes que se sugieren prin­
cipalmente para las herramientas accionadas por aire comprimido son;
Fig. 5.13 Destornillador neumático: 1, Punta destornílladora,
2. Retén no giratorio, 3. Agujeros de escape, 4. Desviadores 
de escape, 5. Palanca del regulador, 6. Palanca de 
inversión, 7. Regulador del aire, 8. Admisión del aire. (Nota: 
La punta destornílladora empieza a girar cuando el operario 
empuja o se ejerce una presión axial para encastrar el 
embrague)
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116 Capítulo 5
• 1. Aceite Mobilspindle No. 1
2. Aceite Velocite No. 7
3. Aceite Shell Spindle 60
4. Shell Vitrea 13
5. Servoneum 100, 105, 180 y 181
Todos estos aceites sólo son 
aceites ligeros para husillos
Las herramientas neumáticas son soportadas por cojinetes que pueden requerir 
grasa como la Lubrex 2, Lubrex 3, Shell Alvania No. 2, Shell Alvania EP y Mobiplex 
2 o Mobiplex 47.
Se pueden dar algunas ideas importantes sobre el mantenimiento, para lograr 
una mejor conservación de las herramientas neumáticas:
1. Siempre adquiérase la seguridad de alimentar aire limpio y seco a las herra­
mientas neumáticas.
2. Para evitar una caída indeseable en la presión, úsese una manguera de aire más 
corta para las herramientas neumáticas.
Tabla 5.1 Consumo de aire de algunas herramientas y algunos aparatos 
neumáticos típicos
Aparato cfm
Barrena para roca de 60 Ib 90/120
Rompedora de concreto de 75/80 Ib 55/70
Martillo ligero rebabador y para calafatear 3/7
Martillo mediano rebabador y para calafatear 20/25
Romperremaches 35/40
Pico mediano V 25/35
Martillo para fundidor, de banco 10/15
Martillo para fundidor, de piso, mediano 20/30
Máquina taladradora (rotatoria)
Hasta de 1/2" 20/30
De 1/2" a 1" 50/70
1" y más, incluyendo barrenas para madera hasta de 3" 70/90
Esmeriladoras con ruedas de 1/2" hasta 3/4" de diámetro 5/15
ruedas de 2" de diámetro 15/25
ruedas de 6" de diámetro 35/45
Lij adora, orbital y en línea 7/10
Llaves (de par rotatorio) para tuercas
de 3/8" 15/20
de(l/2")/(2/3") 25/30
de (7/8 ")/l" 35/40
Destornilladores para tomillos para madera hasta del No. 10 20/30
tomillos para madera hasta del No. 14 30/35
Aprietatuercas para tuercas hasta de 1/4" 20/30'
para tuercas hasta de 5/16" 30/35
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Cilindros y motores neum áticos 117
3. El uso de conexiones apropiadas y accesorios para manguera del tamaño co­
rrecto garantizará una operación a prueba de fugas, sin caída en la presión.
4. En ninguna circunstancia debe incrementarse la presión del aire, para dar ma­
yor duración a la herramienta.
Tabla 5.2 Fórmula para convertir pies cúbicos de aire comprimido en pies cúbicos
de aire libre
En general, el consumo nominal de aire para las herramientas neumáticas se da en cfm (cubic 
feet per minute, pies cúbicos por minuto) de aire libre; por lo tanto no es necesario hacer una 
conversión. Sin embargo, en los casos en donde los consumos nominales de otro equipo 
neumático no se den en términos de consumo de aire libre, úsense las fórmulas siguientes para 
hacer la conversión.
1. Fluid Power por James A. Sullivan, Reston Publishing Co. Inc. Reston, Virginia 22090, 
Prentice Hall Co. (Rotary Vane Motor Construction) p. 367.
2. Hidraulic and Pneuniatic Power for Production por H.L. Stewart, Industrial Press Inc., 200 
Madison Avenue, Nueva York 1001.
3. “Cilindres” del Seminar Proceedings on Maintenance and Application of Hidraulic ?md 
Pneumatic Systems in Industries realizado en AH, Madras (publicación de M/s Veljan Hydair 
Prívate Ltd., Balanagar, Hyderabad- 500 037),
4. Pneumatic Technical Data por Enots, U.K.
5. Positioning wlth a Rodless Type Cylirtder por Hertscl H.H., Oct Hidraulice Pneumatic, 1980, 
p. 785.
Q =* pies cúbicos de aire libre
Qi = pies cúbicos de aire comprimido
Pj = presión del aire comprimido, psig
Q = metros cúbicos de aire libre 
Q¡ = metros cúbicos de aire comprimido 
P¡ = presión del aire comprimido, N/m2
(Cortesía; Norgren Pneumatic Notes, C, A, Norgren Ltd., pág, 16)
BIBLIOGRAFÍA
6. Festo Pneumatics, Alemania.
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Válvulas neumáticas
RESUMEN
La energía neumática se regula y controla por medio de válvulas neumáticas. Por 
su Junción, las válvulas se dividen en cuatro grupos principales; a saber, válvulas 
de control de dirección, de control de flujo, sin retorno y de tipo especial. Según su 
construcción, las válvulas se subagrupan como de asiento y de carrete o corredi­
zas. Estos dos tipos de construcciones se usan con frecuencia en las válvulas 
neumáticas. Sin embargo, las válvulas de carrete son más fáciles de fabricar. Por 
su función, las válvulas de dirección se clasifican como 2/2 , 3¡2, 4 /2 , 5 /2 , 4/3, 
5/3, etc., dependiendo del número de lumbreras y de posiciones de la válvula. 
Las válvulas se accionan por varios métodos; a saber, manualmente, mecánica­
mente, eléctricamente, neumáticamente y por diversos modos combinados de ac­
tuación Las válvulas de diseño especial, como las de escape rápido, de retraso 
en el tiempo, de lanzadera y gemelas de presión se usan para dar diversas fu n ­
ciones especiales a los circuitos neumáticos.
6 .1 CONTROLES NEUMÁTICOS
Para controlar el móvimiento de un lado a otro de un cilindro neumático, la energía 
del aire tiene que regularse, controlarse e invertirse, con una secuencia determina­
da, en un sistema neumático. De manera análoga, es posible que tenga que contro­
larse la magnitud de la presión y del gasto para generar el nivel deseado de fuerza y 
velocidad de los actuadores. Para llevar a cabo estas funciones, se usan válvulas. 
Las válvulas son elementos de la aplicación de la energía de los fluidos usados para 
controlar y regular el medio de trabajo; es decir, el aire comprimido en el caso de un 
sistema neumático. En términos generales, las válvulas se usan para: i) arrancar y 
suspender la energía neumática, ii) controlarla dirección del flujo del aire compri­
mido, iii) controlar el gasto del aire comprimido y iv) controlar el nivel de presión 
del aire comprimido.
Existen diversos tipos de válvulas de los que se puede disponer en la familia 
del sistema de aire comprimido pero, de acuerdo con su función principal, se pue­
den dividir en cuatro grandes grupos:
1. Válvulas de control de dirección.
2. Válvulas de retención de control de dirección o sin retomo.
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Válvulas neum áticas 119
3. Válvulas de control del flujo.
4. Válvulas de control de la presión.
Según su construcción, las válvulas también se pueden dividir en dos grupos:
i) del tipo de asiento y ii) del tipo de carrete.
6 .2 VÁLVULAS DE CONTROL DE DIRECCIÓN (VÁLVULAS C.D.)
Las válvulas de control de dirección se usan principalmente para dirigir el flujo del 
fluido a presión en la dirección deseada. Las funciones principales de estas válvulas 
es iniciar y suspender el flujo de aire, así como regular su dirección y ayudar a la 
distribución del aire en la línea deseada. Se pueden accionar, para que tomen dife­
rentes posiciones, mediante diversos medios de accionamiento; a saber, eléctrico, 
mecánico, neumático u otros modos de control. Esto conduce a la conexión o inte­
rrupción correspondientes del flujo entre diversas lumbreras. En general, la válvula 
de control de dirección tiene dos, tres, cuatro o cinco lumbreras o aberturas. Las 
aberturas se mencionan como vías o lumbreras, Las vías se designan mediante le­
tras, como:
P = lumbrera de la línea del compresor (de la bomba, en el caso de siste­
mas hidráulicos)
R = lumbrera de escape (T en el caso de sistemas hidráulicos)
6 .2 .1 P osic ión de la válvula
En general, la válvula de control de la dirección tiene dos o tres posiciones de traba­
jo. Estas son:
1. Posición normal o cero (natural), o bien, posición neutra.
2. Posición de trabajo (pueden haber dos o más posiciones de trabajo).
Las posiciones se numeran principalmente como 0, 1,2. Las válvulas de con­
trol de dirección se designan para indicar tanto el número de vías como el número 
de posiciones de trabajo, como válvula de control de dirección 4/2, 3/2, etcétera. 
Esto significa que se trata de una válvula de 4 vías/2 posiciones, una de 3 vías/2 
posiciones, etcétera.
Se necesita diferenciar las posiciones neutra y de operación. En las válvulas de 
control de dirección con retomo por resorte, la posición neutra se define como aquélla 
a la que la válvula regresa después de que se ha retirado la fuerza de accionamiento. 
En todos los sistemas de control de la energía de fluidos, la posición neutra se indica
Las válvulas de control sin resorte o posición neutra permanecen en la posi­
ción que ya hayan alcanzado después de retirar la fuerza de accionamiento (válvula
= lumbreras de trabajo, hacia los cilindros o motores
como “0”.
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120 Capítulo 6
de impulsos). La posición de arranque o posición inicial se define como la posición 
tomada por la válvula (debido al encajonamiento del resorte de la válvula C.D. de 
resorte) después de la instalación. La válvula toma las posiciones de trabajo cuando 
se acciona.
Para representar las válvulas en el diagrama de circuito, se usan símbolos. En 
el símbolo, cada posición se denota mediante cuadrados. Dos posiciones se repre­
sentan por dos cuadrados adyacentes. Se debe tener presente que los símbolos sólo 
muestran el aspecto funcional de la válvula y no su principio de diseño o detalles de 
construcción. En relación con los símbolos, se debe hacer notar la terminología 
siguiente [véanse las figuras 6.1 (a), (b), (c) y (d), en relación con los símbolos de 
válvulas]:
1. La posición de una válvula se representa por un cuadrado [Fig. 6.1(a)].
2. El número de cuadrados es igual al número de posiciones distintas que puede 
tomar la válvula [Fig. 6.1(b)].
3. En el interior de un cuadrado, las flechas indican el flujo y las puntas de las 
flechas, la dirección de ese flujo [Fig. 6.1(c)].
4. Los cortes del flujo de aire se muestran por medio de cortos segmentos rectilíneos 
en el interior del cuadrado [Fig. 6.1(c)].
5. Las conexiones hacia las lumbreras de admisión o de salida sólo se trazan 
hacia una posición de conexión; es decir posición inicial o neutra.
6. Las otras posiciones se obtienen al desplazar el conjunto de cuadrados hasta 
que las conexiones se hagan coincidir con las líneas correspondientes del cua­
drado.
7. Las conexiones se denotan por medio de letras latinas mayúsculas [Fig. 6.1 (d)].
8. Las conexiones de las líneas de trabajo se indican por A, B, C.
9. La conexión a la línea del compresor (la fuente de presión) se indica por P, y a 
las líneas de^etomo por R, S, T.
10. Las líneas piloto se indican por X, Y, Z. La válvula de control de dirección se 
abre y se cierra, respectivamente, para un flujo de aire y determina la dirección 
de ese flujo. En las designaciones como 4/2, etc., el primer dígito indica el 
número de conexiones o aberturas funcionales; por ejemplo, cuatro aberturas.
A A B
P R
(a) (b) (c) (d)
Fig. 6.1 Símbolo de la válvula de control de dirección (válvula C.D.): 
a) Posición de la válvula indicada por un cuadrado, b) Dos 
posiciones de una válvula C.D. (dos cuadrados), c) Válvula C.D. 
2/2 , d) Válvula C.D. 4 /2 de accionamiento por piloto.
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Válvulas neum áticas 121
El segundo dígito en la designación indica el número de posiciones distintas; 
por ejemplo dos posiciones.
Cuando se habla acerca de una válvula de control de dirección 2/2, se quiere 
dar a entender que tiene dos conexiones funcionales y dos posiciones distintas. Por 
su función, una válvula de control de dirección 2/2 es una válvula de conexión y 
desconexión. Por ejemplo, la válvula que se encuentra en un grifo doméstico. Se 
puede usar una válvula neumática semejante como generadora de impulsos o de 
transmisión de señales para las ‘válvulas de impulsos’, en los controles neumáticos, 
y también como de corte en la línea principal o en cualquier otra parte del circuito 
neumático.
6 .2 .2 A p licación de la válvula 2 / 2
Se puede usar una válvula de control de dirección 2/2 para descargar las válvulas 
principales; por ejemplo, las válvulas de control de dirección 4/2 de accionamiento 
por piloto, controladas por liberación de presión, como se muestra en la figura 6,2. 
En la posición inicial, se corta el paso del aire. Cuando se ejerce presión sobre la 
espiga de operación, se abre la lumbrera piloto de la válvula y se permite el escape 
de la línea de control. Para accionar cada línea piloto, se usa una válvula C.D. 2/2. 
En la figura 6,3 se muestra la construcción interna de una válvula de control de 
dirección 2/2 (del tipo de carrete).
La válvula consta de un carrete que se desliza en un agujero finamente acaba­
do, cuando se presiona un botón. Cuando no se presiona el botón, no se mueve aire 
de P hacia A. Esta es la posición neutra o inicial de la válvula. A medida que el 
carrete se mueve venciendo el resorte, se desplaza y se conecta la lumbrera P con la 
A, pasando aire de P hacia A. Ésta es la posición de trabajo de la válvula,
A B
Fig. 6.2 Uso de la válvula C.D. 2 /2 en un sistema neumático
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122 Capítulo 6
v
^ZZZL V//// / /V /7 // / / / / / /7
7 // /7 / / /Á YZZZZZZZZZZZZá
O
Fig. 6.3 Construcción de una válvula de control de dirección 2 /2
6 .3 CONSTRUCCIÓN BÁSICA DE LAS VALVULAS
Como ya se ha visto, las válvulas de control de dirección se pueden clasificar bási­
camente, según su construcción, en dos grupos:
•—-Válvulas de asiento o de disco con movimiento vertical.
—Válvulas de carrete o corredizas.
En seguida se analizan sus ventajas y desventajas relativas:
Válvula de sello Válvula de carrete
2.
3.
El elemento que realiza la acción de la 
válvulase apoya sobre un asiento 
maquinado y acabado en especial. El 
elemento es una bola, un disco o un 
cono. $r
La construcción es complicada.
El acabado de la válvula es difícil y más 
costosa.
El desgaste y desgane del área de acción 
de la válvula no es uniforme.
4. La posibilidad de accionamiento de la 
válvula es limitada.
El elemento que realiza la acción de la 
válvula es un carrete corredizo que se 
desliza en el interior de un agujero 
finamente acabado en el alojamiento 
de la propia válvula.
La construcción es sencilla.
El acabado del agujero de la válvula y 
del carrete es más fácil y sencilla.
En general, el carrete y el agujero de la 
válvula se desgastan y desganan en 
forma uniforme.
Todos los tipos de accionamiento se 
adaptan con facilidad.
A partir de los diagramas esquemáticos de las figuras 6.3 y 6.4, resulta clara la 
construcción de los dos tipos. Hoy en día, las válvulas corredizas se usan con fre­
cuencia en grandes números en los sistemas de control neumático. Se logra una alta 
eficiencia en el control del flujo de presión, a bajo costo y un volumen pequeño de 
trabajo. Pero si se desea una disposición a prueba de fugas, una válvula de asiento 
es mejor. Debido a las necesidades de funcionamiento y operación, el pistón corre­
dizo se ajusta con un juego definido en el interior del alojamiento de la válvula.
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Válvulas neum áticas 123
Fig. 6.4 Diagrama esquemático de una válvula del tipo de asiento 3 /2
En la figura 6,4 se muestra un diagrama esquemático de una válvula de control. 
de dirección del tipo de asiento 3/2. El elemento de la válvula que se muestra en la 
ilustración de la figura 6.4 sólo es un esquema. Como se muestra en el diagrama, P 
está cerrada hacia A y A está abierta hacia R. El asiento de la válvula que conecta 
P con A está cerrado por un elemento con forma de cono. En general, se puede usar un 
disco, una bola o incluso una placa. El movimiento de asentarse o separarse del 
asiento que realiza el elemento de la válvula se produce principalmente por medio de 
un levantaválvulas o émbolo buzo accionado por resorte (el cual no se muestra en el 
diagrama), para el movimiento de retomo. Cuando se abre la lumbrera P hacia la A, se 
cierra R. De donde, la válvula toma dos posiciones y tiene tres aberturas o lumbreras. 
Por esta razón se le denomina válvula de control de dirección 3/2 del tipo de asiento.
En las figuras 6.5(a) y (b) se muestran dos diseños diferentes de una válvula de 
control de dirección 3/2 del tipo de carrete. Puede compararse la construcción 
de esta válvula con la mostrada en la figura 6.4, en donde las dos son válvulas de 
control de dirección 3/2, Como en la mostrada en la figura 6.4, esta válvula también 
tiene las tres lumbreras(aberturas) A, P y R. El elemento que realiza la acción de la 
válvula es un carrete accionado por un levantaválvulas que tiene un botón para 
oprimir, así como por un resorte. El carrete se desliza sobre el agujero de la válvula 
(finamente acabado), en el interior del alojamiento de esta última. Como se muestra 
en la figura, P está cerrada y A está abierta hacia R. Ésta es la posición neutra o 
inicial de la válvula. Al accionar el carrete, se desplaza y A se conecta con P y R se
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124 Capítulo 6
V/
/Y
//
/Á 7777777A '777/777/7//
i
\ 6V////A Y77/7777
V,
(a)
'//////, '
7
1 °"
'/
/////// 1 V/// ////
(b)
Fig. 6 .5 Diagrama esquemático de una válvula de control de dirección 
3 /2 del tipo de carrete: 1. Cuerpo de la válvula, 2. Cubiertas 
de los extremos, 3. Superficie de la cara del carrete, 4. Botón 
de accionamiento, 5. Resorte de retomo, 6. Anillo en O. Las 
tres aberturas P, A y R
cierra. Debido al movimiento del carrete, el resorte se comprime y cuando se libera 
la fuerza de accionamiento, la válvula regresa a su posición original en la que co­
necta A con R y efectúa el cierre de P.
En la figura 6.6 se muestra una vista esquemática de sección transversal de una 
válvula de control de dirección 4/2 del tipo de asiento. En el interior del alojamiento 
de la válvula, se tienen varios agujeros que se interconectan a través de varios ele­
mentos de válvula. Las lumbreras P, R, A y B que se muestran en el diagrama se 
designan -como: P, lumbrera de presión; A y B, lumbreras de los cilindros, y R, 
lumbrera de escape. En la posición mostrada en el esquema, se encuentra que P se 
conecta con A y B con R. Cuando se accionan los elementos de válvula por medio 
del botón, se despegan de sus asientos y P se conecta con B y A con R.
El tamaño nominal de la válvula depende de la sección transversal de la lum­
brera de la válvula. Dando una forma apropiada a las lumbreras o canales del fluido, 
se puede minimizar la pérdida de presión.
Los elementos de accionamiento del carrete en la posición cero se controlan 
mediante resorte y, para lograr un control exacto pueden diseñarse compensados 
respecto a la presión.
6 .3 .1 Una válvu la de control de d irección 5 /2
En ciertos diseños de válvulas de control de dirección, se prefieren cinco aberturas, 
en lugar de cuatro. Con esto se garantiza un escape fácil desde la válvula. En la
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Válvulas neum áticas 125
Fig. 6,6 Válvula de control de dirección 4 /2 del tipo de asiento: 1. Cuerpo 
de la válvula, 2. Botón de accionamiento, 3. Resorte de retomo,
4. Sello del asiento, 5. Sello de anillo en cuadro, 6. Varilla 
empujadora, 7. Placa de válvula, 8. Asiento corredizo,
9. Asiento fijo
figura 6.7 se muestra un diseño de una válvula de control de dirección 5/2 del tipo 
de carrete. En este caso, se desliza en el interior del agujero principal y, de acuerdo 
con la posición del mismo, se conectan o desconectan las lumbreras. El principio de 
trabajo es el siguiente:
Posición 1. Cuando se acciona el carrete en la dirección hacia afuera, la lum­
brera P se conecta con la B y S permanece cerrada, al mismo tiempo que la A se 
conecta con la R.
Posición 2. Cuando el carrete se empuja en la dirección hacia adentro, la 
lumbrera P y la A se conectan entre sí, así como la B con la S, mientras que 
la lumbrera R permanece cerrada.
6 .3 .2 Superposición en las válvulas de carrete corredizo
El término superposición en las válvulas de carrete corredizo se refiere a aquel 
tramo del alojamiento de la válvula entre las cámaras separadas de presión, que 
queda sellado por contacto con la superficie de la cara del carrete. Sin embargo, 
debe considerarse la diferencia entre superposición en la condición de sin operación 
y aquélla durante la operación.
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126 Capítulo 6
a) Superposición en la condición de sin operación. En este caso, la magnitud 
de la fuga entre dos cámaras de presión depende de la exactitud del ajuste del 
carrete en el alojamiento y, en especial, de la superposición en esta condición.
b) Superposición durante la operación. Esta proporciona información acerca 
de lo que ocurre durante la operación.
Pueden haber dos tipos de superposición:
i) Superposición negativa; por ejemplo, durante la operación, todos los pasos 
quedan conectados momentáneamente entre sí, con lo que se desarrolla un 
colapso de la presión.
ii) Superposición'positiva; por ejemplo, durante la operación, todos los pasos que­
dan momentáneamente cerrados entre sí, con lo que se garantiza que no se 
tendrá colapso durante la operación.
Los dos casos antes mencionados tienen ventajas y desventajas específicas.
6 .4 CONTROL
En la válvula de control de la dirección, controlada en forma directa, la fuerza de 
control se aplica directamente sobre el pistón o carrete de trabajo. Se aplican los 
métodos de control siguientes: manual, mecánico, neumático, electromagnético o 
una combinación de dos cualesquiera de los anteriores.
En la figura 6.8 se muestran simbólicamente todas las posibilidadesde 
accionamiento.
1. Con e le c tro im á n . El electroimán es de uso muy común para accionar las 
válvulas neumáticas. Consta de un émbolo buzo dentro un marco en C. El émbolo 
buzo de la armadura oprime el carrete de la válvula cuando se excita el electroimán.
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Válvulas neum áticas 127
Fig. 6.8 Diversas posibilidades para accionar las válvulas 
neumáticas: 1. Botón, 2. Pedal, 3. Émbolo buzo 
mecánico, 4. Aire comprimido, 5. Solenoide, 6. Aire 
comprimido y solenoide combinados. 7. Resorte
El émbolo permanece atraído debido a la fuerza magnética de la válvula. En un 
electroimán de ca, el sistema ferromagnético está compuesto por laminaciones 
apiladas de hierro. En el caso de los solenoides de cd no se necesitan laminaciones. 
Ventaja del accionamiento magnético: menor tiempo de conmutación, en especial 
con electroimán de ca.
Desventaja del accionamiento magnético: sensible contra la carga mecánica.
2. N e u m á tic o . En el método neumático se actúa sobre un carrete o pistón con 
área efectiva grande, el cual, a su vez, transfiere la fuerza de accionamiento hacia el 
carrete. Los elementos de control piloto usados en el accionamiento neumático son, 
en su mayor parte, válvulas de control de dirección 3/2 o 2/2. Las conexiones se 
hacen con las lumbreras X y Y o Z de las válvulas, Las válvulas 3/2 de control 
piloto también se conocen como válvulas de cierre.
3 . M ecán ico . En este método, se usan rodillos, resortes o elementos mecánicos 
similares. El levantaválvulas de rodillo es empujado hacia adentro por medio de una 
leva o un dispositivo semejante y, con ello, oprime el carrete. El carrete se mueve y 
acciona el émbolo buzo de la válvula. Las válvulas accionados por rodillos (mostra­
das en la figura 6.9) son los ejemplos más comunes.
4. M a n u a l. El movimiento angular del pedal o de la palanca se transmite hacia 
un levantaválvulas y, de éste, hacia el carrete. Los fiadores de las válvulas acciona­
das por palanca, en cada una de las posiciones, se logran con el uso de bolas que se 
oprimen por medio de resortes hacia ranuras anulares que se tienen en el 
levantaválvulas. Las válvulas accionadas por botón también son del tipo manual. 
En la figura 6.9(c) se muestra una válvula accionada por palanca. En la figura ó.9(a) 
se muestra una forma común de una válvula accionada manualmente.
5. E le c tr o n e u m á tic o . Esta es una combinación de los métodos eléctrico y 
neumático. La válvula de control de dirección 3/2 (neumática) se acciona por un 
solenoide y, a su vez, se controla la válvula principal de control de dirección.
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128 Capítulo 6
o
/ U N
o
(a) (b)
Fig. 6 .9 Accionamiento manual y mecánico de válvulas:
a) Botón manual, b) Émbolo buzo, c) Palanca manual, 
d) Rodillo-rodillo mecánico
6. S VÁLVULA DE IMPULSOS
Por lo analizado en la sección 6.4, se entiende que la energía neumática se usa para 
accionar válvulas de control de dirección. Las válvulas se accionan al mandar un 
‘impulso’ de energía neumática hacia el carrete de la válvula principal de control de 
dirección. Las válvulas que se accionan por medio de señales de impulso se cono­
cen como válvulas de accionamiento por piloto y a la generadora de impulsos se le 
llama válvula piloto. Existen varias formas y diseños de válvulas generadoras de 
impulsos y de accionamiento por piloto. También difieren sus técnicas de control, 
dependiendo de los tipos y construcción de las propias válvulas. En seguida se ana­
lizan ciertos aspectos comunes de las válvulas generadoras de impulsos y de 
accionamiento por piloto.
6 .5 .1 Técnica de control
Las técnicas de control de las válvulas de control directo se puede clasificar en dos 
grupos:
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Válvulas neum áticas 129
—-Unidades controladas directamente
—Unidades controladas indirectamente
Por control directo se entiende que el accionamiento se lleva a cabo directa­
mente sobre el carrete de la válvula. El medio de accionamiento puede variar según 
se desee.
La unidad del mecanismo de control indirecto contiene dos partes:
i) Una válvula de control de dirección controlada por aire a presión.
ii) Una válvula C.D. controlada directamente que, en general, se conoce como
válvula piloto.
Se necesita la válvula piloto para controlar válvulas grandes, ya que el tamaño 
del solenoide respecto a la válvula real sena relativamente grande.
En el caso de suministro externo de fluido para la piloto, el fluido requerido 
para mover el carrete principal se debe introducir desde una fuente externa de pre­
sión, a través de las lumbreras Y y Z. Esto se lleva a cabo por medio de válvulas 
selectoras de grupo, como en el caso del diseño en cascada de los circuitos neumá­
ticos. En el caso de suministro interno, éste se puede tomar de la lumbrera de pre­
sión P de la válvula principal. El fluido piloto se puede drenar hacia el exterior, por 
la lumbrera Y, o hacia el interior, por las lumbreras R o S de la válvula principal, 
como se desee.
P rin c ip io d e o p e ra c ió n . En la figura 6.10, se muestra una válvula de control 
de dirección 5/2 de accionamiento por piloto. Las cinco lumbreras son; A y B, para 
conexión a los cilindros; P, para conexión de la presión, y R y S, para escape. Las 
dos lumbreras piloto son la Z y Y, Cuando se alimenta la presión piloto a Y, se 
desplaza el carrete de la válvula, con lo que se conecta P con B y a con R, permane- 
ciendo S cerrada. Cuando se libera esta presión piloto en Y y se aplica presión en Z, 
el carrete se mueve hacia el otro extremo y se conecta P con A y B con S, y se cierra
B A
Fig. 6.10 Válvula de control de dirección 5 /2 de accionamiento 
por piloto
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130 Capítulo 6
R, £ara realizar la acción piloto, el aire se puede alimentar a la válvula o liberarlo de 
ella. La fuente de presión puede ser externa o interna.
6 .5 .2 Generadora de im pulsos con carrete diferencial
En la figura 6.11 se muestra una válvula de control de dirección con un carrete 
diferencial, anexando la vista esquemática de la secuencia de su operación. Confor­
me la señal de la línea de aire principal se introduce en P, actúa sobre la superficie más 
pequeña del carrete, el cual se mueve hacia arriba, con lo que fuerza el aire a presión 
a moverse más hacia abajo del sistema, hacia la válvula de accionamiento por piloto,
Presión
diferencial
Fig. 6.11 Esquema de la operación de la generadora de impulsos: a) La 
presión de aire de la línea principal se introduce en P y ese aire 
pasa por el orificio, b) El carrete de la válvula se mueve hacia 
arriba y la presión principal se mueve hacia A y más adelante 
corriente abajo, hacia el piloto principal de la válvula. Se establece 
una diferencia de presión en c) y, debido a esa diferencia, el 
carrete se mueve hacia abajo para cerrar P hacia A, con lo que se 
crea un cierre neumático y también se deja escapar un. volumen 
dilatado, con lo que se deja lista para iniciar un nuevo ciclo.
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Válvulas neum áticas 131
a través de A. Por un pequeño orificio que se encuentra en la cara más pequeña del 
elemento de válvula, el aire de P pasa hacia la cámara de aire. A medida que el aire 
desarrolla una presión suficiente en esta cámara, una diferencia de fuerzas actúa 
sobre el carrete (ya que la superficie superior del carrete tiene un diámetro más 
grande), el cual se retrae hacia su posición original, bloqueando la señal de la línea 
principal de aire en A y sellándola respecto de la válvula de accionamiento por piloto 
que se encuentra corriente abajo, Tan pronto como se deja salir esta energía sellada 
del aire, por el pequeño orificio Z que está en el cuerpo de la válvula alrededor del 
cilindro del carrete, el aire que está en la cámara de la válvula también pasa por el 
orificio del carrete, como se muestraen el diagrama. El ciclo siguiente de operación 
se inicia cuando la línea principal de aire se energiza una vez más.
6.6 REGULADORES DE VELOCIDAD
En un sistema neumático, el control de la velocidad se efectúa por medio de una 
válvula de control del flujo. Esto se lleva a cabo al restringir o estrangular un paso 
del flujo, de modo que se obstruya parte de la alimentación de aire en la zona de 
restricción. En los sistemas neumáticos se usan válvulas de control del flujo tanto 
del tipo fijo como variable, precisamente como se hace en el caso de un sistema 
hidráulico. En la mayor parte de los casos de los sistemas neumáticos, la válvula de 
control del flujo se construye con una válvula de retención interconstruida, de modo 
que el flujo controlado se dirija sólo en una dirección y el flujo inverso a través de 
aquélla es libre. Esto significa que, siempre que se use una válvula de este tipo en un 
sistema neumático, sólo se obtiene control del flujo y, en consecuencia, control de 
la velocidad del cilindro o motor neumáticos en una dirección, La inversión del 
cilindro será a la velocidad normal determinada por la capacidad nominal de la 
lumbrera de la válvula.
Las válvulas de control del flujo se encuentran en dos modos: i) de control fijo 
del flujo y ii) de control variable del flujo. En el fijo, el paso de control no es ajusta- 
ble. En la figura 6.12 se muestra una válvula de este tipo. Pero, en la válvula de 
control variable, una aguja ajustable de control se coloca en posición en cualquier 
lugar del paso del flujo, para regular éste según la cantidad que se necesite de él.
Fig. 6 .1 2 Válvula de control del flujo del tipo fijo
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132 Capítulo 6
> Esto se logra al atornillar una aguja ahusada en el interior del paso de control. En la 
figura 6.13(a) se muestra la construcción interna de una válvula neumática de con­
trol del flujo, sin retomo, con la válvula de retención interconstruida. En la mayor 
parte de los casos, se usa una válvula de retención de bola y resorte, pero existen 
muchas otras variedades de diseño que se pueden obtener de los diversos fabrican­
tes de esas válvulas. En la figura 6.13(b) se muestra la construcción interna de una 
válvula de retención, en donde sólo se permite el flujo de aire en una sola dirección; 
como se indica por medio de la flecha.
Se' debe tener presente que, siempre que se use una válvula de control del flujo 
en un circuito neumático, se dará lugar a una cantidad no deseada de pérdida de 
presión y otras resistencias, las cuales pueden estorbar el funcionamiento apropiado 
del sistema. De donde, la selección atinada del dispositivo de control del flujo de 
una válvula de ese tipo es de lo más importante ya que, de lo contrario, se puede 
tener que incurrir en una buena cantidad de pérdida de energía, lo cual da por resul­
tado pérdida de fuerza de impacto, de velocidad, etcétera. Es más, la posición de la 
válvula de control del flujo en el diagrama del circuito puede desempeñar un papel 
importante en la minimización de las pérdidas del flujo. En general, el aire debe 
dejarse escapar estrangulado de un cilindro, en vez del estrangulamiento de la ali­
mentación hacia adentro de aire hacia el cilindro. Como regla empírica, el estrangu­
lamiento de la alimentación hacia adentro; es decir, estrangular el aire de alimenta­
ción se realiza para los cilindros de diámetro más pequeño (digamos, hasta de 25 
mm de diámetro). Para un cilindro de tamaño más grande, el estrangulamiento del 
escape es más eficaz.
En una válvula de control del flujo del tipo variable, es mejor fijar la posición 
de la aguja mediante una tuerca de seguridad, para asegurar la cantidad deseada de
Fig. 6.13(a) Válvula de control del flujo del tipo sin retomo: 
1. Flujo libre de aire de A hacia B, 2. Flujo 
restringido de aire de B hacia A
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Válvulas neum áticas 133
Flujo pasante
Fig. 6.13(b) Válvula de retención
flujo que pase por esa posición. De lo contrario, la posición de la aguja puede cam­
biar, haciendo que la válvula deje pasar menos o más energía de la necesaria. Se 
debe recordar que la energía neumática que pasa por un conducto en particular, por 
unidad de tiempo, dependerá del diámetro del área restringida, el cual puede au­
mentarse o disminuirse al cambiar la posición de la aguja de control. Si se agranda 
el diámetro del paso del flujo, debido a la extracción no deseada de la aguja, aumen­
tará la cantidad de aire que pasa por unidad de tiempo, incrementándose de este 
modo la velocidad del actuador, lo cual puede no ser conveniente para ese diseño 
particular del diagrama de circuito. En la figura-6,14 se muestra la aplicación de 
esta válvula para la regulación de la velocidad de la carrera hacia adelante y hacia 
adentro en un cilindro de doble acción.
Fig. 6.14 Regulación de la velocidad 
en la carrera hacia adentro
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134 Capítulo 6
{3.7 VÁLVULA DE ESCAPE RÁPIDO
Con el uso de la válvula de control del flujo en un circuito neumático se controla la 
velocidad del actuador, lo cual significa que la velocidad de ese actuador se puede 
reducir respecto de su velocidad normal, para adecuarse a una necesidad particular 
del diseño del sistema. Pero, ¿es posible aumentar la velocidad de un cilindro' neu­
mático por encima de su velocidad normal? En un sistema neumático normal, la 
velocidad del actuador será determinada por la capacidad nominal de la válvula de 
control de dirección (C.D.) y, por consiguiente, en condición normal, puede ser 
difícil alimentar más energía neumática a un actuador que la permisible a través de 
la válvula C.D. A veces, se pueden diseñar cilindros especiales con una cámara 
de aire interconstruida, la cual puede inducir la velocidad más alta. Pero el costo de 
esos cilindros puede ser mayor.
Pero existe la posibilidad de inducir una velocidad más alta en un cilindro al 
evitar que el aire de escape pase por la válvula de control de dirección del mismo, de 
modo que la energía del aire pueda actuar con rapidez. Cuando el aire se alimenta 
hacia el lado del pistón del cilindro, se puede dejar escapar con rapidez hacia la 
atmósfera el aire que se encuentra en el lado del extremo de la varilla mediante el 
uso de una válvula especial. Esta válvula se conoce como válvula de escape rápido 
(mostrada en la figura 6.15). En este caso, el aire que fluye hacia el cilindro desde la 
válvula de control de dirección pasará hacia la lumbrera P de la válvula de escape 
rápido y, desde la lumbrera P, pasará hacia la A de esta válvula y, a continuación, 
hacia el cilindro. Pero el aire de retomo del cilindro escapará a través de A y R hacia 
la atmósfera, sin pasar por la lumbrera P y, de este modo, evita el paso por la válvula 
de control de dirección, como normalmente sucede. Así, hasta cierto punto, se eli­
mina la resistencia al movimiento del pistón y se acelera la velocidad del cilindro, 
en proporción a esa cantidad de menor resistencia.
6 .8 VÁLVULA DE RETRASO EN EL TIEMPO
La válvula de retraso en el tiempo mostrada en la figura 6.16 consta de un recipiente 
interconstruido de aire, una válvula interconstruida de control del flujo, sin retomo, 
y una válvula de control de dirección de tres vías y dos posiciones, de retomo por 
resorte y controlada por piloto. Esta válvula se usa en el sistema neumático para 
iniciar una señal retrasada en el tiempo.
Cuando se alimenta aire comprimido a la lumbrera P de la válvula, se impide 
que fluya desde P hasta la lumbrera A, ya que está bloqueada por el carrete de 
accionamiento por resorte. El aire se acumula en un depósito interconstruido de la 
válvula, proveniente de la lumbrera de control piloto Z, cuyo paso de control está 
siendo controlado por la aguja de la válvula de estrangulación interconstruida. En 
este recipiente, la presión empieza a desarrollarse. Cuán esta presiónalcanza el valor 
necesario para empujar el carrete, se desplaza ese carrete piloto de la válvula de 
control de dirección 3/2, abriéndose de este modo la lumbrera P de la válvula prin­
cipal hacia A, y cerrándose R. El tiempo requerido para que se desarrolle la presión 
en el depósito es el retraso en el tiempo que suministra esta válvula. Con un aumento www.FreeLibros.com
Válvulas neum áticas 135
2. El aire escapa con rapidez hacia la atmósfera
De la línea 
principal
AI cilindro
Escape
1. El aire fluye hacia el cilindro 
Del cilindro
Línea — «- AI escape
Fig. 6.15 Válvula de escape rápido: 1. De la línea principal, el 
aire fluye hacia el cilindro, 2. El aire se escapa hacia 
la atmósfera desde el cilindro
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136 Capítulo 6
t . t i l
Z P A R
Fig. 6.16 Válvula de retraso en el tiempo: 1. Cuerpo de la válvula,
2. Cámara de aire, 3. Tomillo de ajuste, 4. Válvula sin 
retomo, 5. Carrete de la válvula, 6. Resorte. Se tienen cuatro 
aberturas: P, A, R y Z
adicional en la presión, se abre la válvula interconstruida de retención, se deja 
escapar el aire del recipiente y el carrete de la válvula regresa a su posición original.
6 .9 FUNCIONES LÓGICAS
Las válvulas neumáticas pueden proporcionar un control sistemático del movimiento 
y el tiempo, con una secuencia lógica predeterminada de la función completa del 
sistema. En virtud de las características lógicas de los elementos neumáticos, se 
usan con mucha frecuencia en el diseño de diagramas de circuitos lógicos. El con­
trol neumático lógico es el cerebro que puede arrancar, mantener en orden, tener 
refrenada, liberar instrucciones al respecto o detener la función de una máquina, o 
incluso terminar una operación de proceso. Del mismo modo que nuestra mente da 
instrucciones para que se muevan nuestros brazos y piernas, los controles lógicos 
realizan lo mismo para la máquina. Las funciones lógicas básicas se han denomina­
do NOT (NO), OR (O), AND (Y) y MEMORY (MEMORIA). Estas funciones, por 
sí solas o en combinación, realizarán cierto trabajo cerebral para la máquina.
En este texto se analizan dos elementos importantes de la familia de válvulas 
neumáticas usadas para el control lógico. Estos son: i) válvula gemela de presión y
ii) válvula de lanzadera.
Las válvulas gemelas de presión se asocian con la lógica AND y la válvula de 
lanzadera con la lógica OR. En seguida se da una breve descripción de las dos.
6 .1 0 VÁLVULA DE LANZADERA
En la figura 6.17(a) se muestra una válvula de lanzadera. Esta válvula consta de un 
cuerpo y un elemento que realiza su acción constituido por una bola o un cuboide www.FreeLibros.com
Válvulas neum áticas 137
P.
------- -
A
S a lid a 'Salida
Fig. 6.17 a) Válvula de lanzadera, b) Símbolo de esta válvula
sintéticos, el cual se mueve en el interior del agujero en el alojamiento. Se tienen 
tres aberturas: P lt P2 y A. Si se alimenta una señal neumática por la lumbrera Ph la 
bola se mueve, cerrando la lumbrera P2 y el aire pasa hacia la A. Si el aire se alimen­
ta por la lumbrera P2, se cierra la P¡ y el aire se mueve hacia la A. Si el aire se 
alimenta simultáneamente por las lumbreras ?! y P2, entonces el aire se mueve hacia 
la A desde Pj o desde P2 o desde ambas. Este elemento también se conoce como 
compuerta OR. En la figura 6.17(b) se muestra el símbolo.
6 .1 1 VÁLVULA GEMELA DE PRESIÓN
En la figura 6.18(a) se muestra un esquema de una válvula gemela de presión. Esta 
válvula también se conoce como compuerta ÁND. En ella se produce una salida si 
se alimentan las dos señales. Tiene tres lumbreras: dos lumbreras receptoras de 
señal, A y B (entradas), y una de salida, Y. Cuando se alimenta primero una señal 
por A, el carrete de la válvula se mueve hacia B, cerrando el paso de A hacia Y 
y, por consiguiente, el aire que proviene de B se mueve hacia Y. Se produce e l1 
efecto inverso si se alimenta primero el aire por B; entonces el aire se mueve desde 
A hacia Y. Si el aire se alimenta simultáneamente tanto por A como por B, entonces 
el carrete permanece en su posición ya adquirida, y el aire puede pasar hacia Y, 
tanto de A como de B, o desde cualquiera de estas dos, dependiendo de la presión 
del aire y de la posición del carrete. En la figura 6.18(b) se muestra la aplicación de 
esta compuerta AND.
6 .1 2 VÁLVULA ACCIONADA POR SOLENOIDE
Solenoide es otro nombre que se le da a un electroimán. En un electroimán se puede 
desarrollar temporalmente una fuerza'electromagnética cuando se deja pasar una 
corriente por él. No se tendrá fuerza cuando se corta la corriente. Los solenoides se 
usan para accionar válvulas neumáticas; por ejemplo, válvulas de control de direc­
ción. En la figura 6.19(a) se muestra la vista exterior de una válvula de control de 
dirección de tres vías, consolada por solenoide; en tanto que en la figura 6.19(b) se
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138 Capítulo 6
/
/
y
(a)
(b)
Fig, 6.18 Válvula gemela de presión: a) Construcción de la 
válvula, b) Uso de esta válvula
muestra un esquema de los detalles interiores de la misma válvula, junto con su 
diagrama eléctrico y de conmutación. Las tres lumbreras de la válvula son la P, A y 
R. Normalmente, el carrete bloquea el aire de P hacia A. Cuando se hace pasar una 
corriente eléctrica por la bobina del solenoide, se levanta el carrete y P se abre hacia 
A. Si se corta la corriente eléctrica, el carrete regresa a su posición-normal, P se 
cierra hacia A y ésta se abre hacia R. En la figura 6.19(c) se muestra una válvula de 
control de dirección de cuatro vías, accionada por solenoide. En el capítulo 11 se 
analizan más detalles acerca de las válvulas accionadas por solenoide así como 
otros temas relacionados.
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Válvulas neum áticas 139
Fig. 6.19 a) Válvula de control de dirección de tres vías, 
accionada por solenoide, b) Construcción 
esquemática de una válvula C.D. de tres vías, 
accionada por solenoide. [Nota: Cuando se acciona 
el solenoide, P se abre hacia A y, al desconectarlo, 
A se abre hacia R)
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140 Capítulo 6
Fig. 6.19(c) Válvula de control de dirección de cuatro vías, accionada por 
solenoide: 1. Cuerpo de la válvula, 2. Placa de la válvula,
3. Cables, 4. Solenoide
BIBLIOGRAFÍA.
1. Cuide to Industrial Hidraulics por W.F. Walker y C.N.J. Vendedores: Newnes Butterworths, 
Londres, 1972.
2. Pneumatic TechnicalData porEnots Ltd., U.K. (Quick Exhaust Valve, B 35, Impulse generator, 
P- 29).
3. Taschenbuch por Herion; Werke Kg, Stuttgart, Alemania (UND Verkneufung mit Zweidruck 
Vent.il, p. 89).
4. Introduction iito Pneumatics por Meixner y Kobler, Festo Gmbh, Alemania.
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Circuitos neumáticos 
básicos
RESUMEN
Los elementos neumáticos, a saber, válvulas y cilindros están eslabonados entre 
sí a través de tuberías y conexiones paraformar un diagrama de circuito neumá­
tico, con el fin de representar un movimiento interrelacionado preconcebido de 
Junciones de la máquina. Como los diagramas de circuito eléctrico, los diagramas 
de circuito neumático se dibujan en forma simbólica. Los símbolos que se usan en 
el sistema neumático se conforman a la IS 7513-1974 [en la actualidad, IS se ha 
sustituido por BIS, Bureau oflndian Standards (Oficina de Normas Hindúes)]. En 
los circuitos neumáticos no se necesita línea de retorno de la válvula, ya que el 
escape de ésta es directamente hacia la atmósfera. Para controlar la velocidad de 
los cilindros neumáticos se usan válvulas de control del flujo. De manera análoga, 
la presión del aire se regula por una válvula reguladora de presión. Es esencial 
que, para comprender los diagramas complicados de circuitos neumáticos, sé co­
nozcan las características básicas de diseño de los circuitos simples.
7 .1 SÍMBOLOS
Los diagramas de circuitos neumáticos se dibujan conrepresentación simbólica, 
precisamente como los diagramas de circuitos hidráulicos o eléctricos. El símbolo 
que ge usa en un diagrama de circuito neumático es el mismo que el de los hidráuli­
cos, según la IS 7513-1974. En la tabla 7.1 (a) se han recopilado los símbolos rela­
cionados con la energía de fluidos. Los mismos símbolos se adoptaron de ISO y se 
usan en todo el mundo. En la tabla 7.1(b) se muestran algunos símbolos eléctricos 
básicos que se usan en los circuitos neumáticos.
7 .1 .1 D iagram as de c ircu itos
No existe mucha diferencia entre los diagramas de circuitos neumáticos e hidráuli­
cos. Pero como cada medio de energía tiene sus propias características especiales, 
Jos diagramas de circuitos en un sistema neumático se modifican ligeramente en 
consecuencia, en comparación con los circuitos hidráulicos, para adecuarse a las 
propiedades del aire comprimido. En el caso de la neumática, el aire usado que sale
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142 Capítulo 7
Tabla 7.1(a) Símbolos ISO para los circuitos de fluidos
Conversión de la energía
0 =
0 -
0 =
m
T ~ « f
Compresor unidireccional de 
aire
Bomba de vacío 
Bomba hidráulica
Motor neumático
0 = Motor neumático unidireccional
o Motor neumático bidireccional
=0= Motor oscilante
Cilindro
Cilindro de simple acción con 
retomo por fuerza extema
Cilindro de simple acción con 
retomo por resorte
Cilindro de doble acción
Cilindro de doble acción con 
varilla pasante
extremos
Cilindro con control 
integrado
Cilindro con válvula de 
control y válvula hidráulica 
de retención integradas
Intensificador de presión
Cambiador del medio 
de presión
Válvula de control
Válvula de control de dirección
A
P
A
P
.A
P R
A ' '
P R
A B
Cilindro DA con amortigua­ X r t - t rmiento ajustable en ambos
P R
Válvula de control de direc­
ción 2/2; normalmente cerrada
Válvula de control de direc­
ción 2/2; normalmente abierta
Válvula C.D. 3/2; normalmen­
te cerrada
Válvula C.D. 3/2; normalmen­
te abierta
Válvula C.D. 3/3; en la posi­
ción cero todas las lumbreras 
están cenadas
Válvula C.D. 4/2
Válvula C.D. 4/3; en la posi­
ción cero todas las lumbreras 
están cerradas
Válvula C.D. 5/2
Válvula de retención
- W v V
t á z
Nomenclatura 
Lumbrera de trabajo 
Lumbrera de presión 
Lumbrera de escape 
Lumbrera de drenaje_ 
Lumbrera piloto
A, B, C Neumático:A
P Hidráulico:*
R,S,T 
L
X, Y, Z
Válvula sin retomo
Válvula de lanzadera
..Válvula de control del flujo, 
sin retomo
Válvula de escape rápido •
__ Válvula gemela de secuencia
de presión
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Circuitos neum áticos básicos 143
Válvula de control de la presión Transmisión de energía
Of- Válvula de alivio de presión
R
..vA
Wv
Símbolo general de control del 
flujo
Control del flujo (influencia 
insignificante de la viscosidad)
Control ajustable del flujo
Válvula de control del flujo 
controlada mecánicamente con 
resorte
Válvula de control del flujo 
compensada por la presión
Válvula de corte
■— Válvula de corte
Transmisión de energía
o Alimentación principal de presión
Línea de trabajo, de retomo y 
de alimentación
Línea de control
Línea de drenaje
----------- Línea de montaje
f ____ Linea eléctrica
y Línea flexible
Unión de líneas 
------ Cruce de líneas
Escape
Lumbrera no roscada de 
escape del aire
Lumbrera roscada de escape 
del aire
Tanque hidráulico
Toma de fuerza
-X
-x
Enchufe
Con línea de toma
Acoplamiento de desenganche rápido
\ | ^ Acoplado sin válvula de
retención
0 [ q Acoplado con válvula de
retención
Mitad de acopiamiento de 
' ? 1 desenganche rápido sin
válvula
Mitad de acoplamiento de 
0 1 desenganche rápido con
válvula cerrada
Conexiones rotatorias
■ e - Una línea de flujo
Tres líneas de flujo 
Silenciador 
Acumulador
(continúa) www.FreeLibros.com
144 Capítulo 7
Acondicionamiento
Filtro (?)
Trampa de agua con drenaje -----Q ----
manual I >-—' I
Trampa de agua; drenaje 
automático
Filtro con trampas de agua y 
drenaje
Desecador; secado del aire 
por productos químicos
Lubricador
! 0
Unidad de acondicionamiento 
(símbolo detallado)
Unidad de acondicionamiento 
(símbolo simple)
Enfriador sin líneas de flujo 
Enfriador con líneas de flujo
Actuaciones
Componentes mecánicos Métodos de control
Control manual Control mecánico
: v :
=V=
1. 2. 
r t
Una dirección o dos 
direcciones de rotación, 
respectivamente, de la flecha
Fiador
Dispositivo de trabamiento
Dispositivo sobre centro
Eslabonamientos: 1. simple
2. con eslabonamientos
3. con fulcro fijo
t = £
Símbolo
general c € Émbolo buzo
t = C Botón °= C
Rodillo
É í Palanca
Disparador de 
rodillo
7= C Pedal
Resorte
Control eléctrico Control de la presión
Electroimán - C
Por aplicación 
de presión
[7F~Q
Por
solenoide
y
servoválvula
-h :
--Oí-
Por liberación 
de presión
Por diferencia 
de presión
del cilindro neumático y del sistema se podría dejar escapar directamente hacia la 
atmósfera, lo cual no es el caso en un sistema hidráulico. Esto significa que, para un 
sistema neumático, no es necesaria la línea de retomo. Con esto se ahorra una can­
tidad apreciable de dinero debido a un menor uso de tubos y accesorios y también se 
reducen las preocupaciones acerca de fugas y los problemas asociados consecuentes.
Otro aspecto que se debe tener presente al diseñar un circuito neumático es 
que, a diferencia del aceite hidráulico, el aire es compresible y se expande siempre
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Circuitos neumáticos básicos 145 
Tabla 7.1(b) Símbolos eléctricos usados en los circuitos neumáticos
Interruptor contactor
Interruptor auxiliar
rm Solenoide
i
M
M
I
Relevador de acción diferida
Contacto N.A.
Contacto N,C.
Contacto N.A., con 
apertura retardada
Contacto N.C., con 
apertura retardada
Contacto N.C., accionado 
por un límite
Contacto N.A., accionado 
por un límite
u
H
n 1
e i
\
\
Contacto N.A., con 
cierre retardado
Contacto de un solo 
tiro N.A.
Contacto de doble tiro 
Interruptor de presión
Fusible
Lámpara indicadora
: N Transformador
Interruptor de 
control manual
yg | Elemento
| | electromecánico
! con motor de ca
que haya espacio disponible, debido a reducción de la carga o de cualquier otro 
modo. Éste es un punto significativo para el diseño critico del sistema.
El tercer punto es que mientras se está dejando escapar el aire comprimido de 
los componentes del sistema neumático, como válvulas, etc., hacia la atmósfera se 
crea mucho ruido. Este ruido que se genera debido al escape del aire comprimido es 
una fuente de molestia ambiental, no sólp para las personas que trabajan en el lugar, 
sino también para los alrededores. Como consecuencia, a todos los componentes 
neumáticos se les debe dotar con silenciadores reductores del ruido. Estos manten­
drán el nivel de ruido hasta un límite tolerable y ayudan con mucho en la reducción 
de los riesgos para la salud.
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7 .*2 CIRCUITO NEUMÁTICO BÁSICO
En la figura 7.1 (a) se muestra un diagrama de un circuito neumático sencillo de un 
cilindro de simple acción (SA) que se está controlando mediante una válvula de 
control de dirección de 3 vías/2 posiciones (válvula C.D.).
Como se muestra, el cilindro SA con su resorte incorporado, está en su posi­
ción retraída y la válvula C.D. 3/2 está dejando escapar el aire comprimido usado 
del cilindro. No se mueve aire hacia el cilindro mientras la lumbrera P de la válvula 
C.D. esté bloqueada en esta posición, quedando determinada en este momento la 
posición de la válvula por el resorte de la misma. Pero sise oprime manualmente el 
botón de la vál/ula C.D. (es decir, se acciona) como se muestra en la figura 7.1(b), 
el elemento de acción de la válvula se desplaza contra el resorte, con lo que se abre 
la lumbrera P hacia la A de la propia válvula y, de este modo, el cilindro SA se 
alimenta con el aire comprimido. El cilindro avanza, comprimiendo su resorte en el 
proceso. Pero, al eliminar la fuerza que actúa sobre el botón, el resorte de la válvula 
repone el elemento de acción de ésta y el aire deja de moverse hacia el cilindro, ya 
que la lumbrera P queda bloqueada hacia la A [como en la figura 7.1 (a)] por la 
reposición del elemento de acción. De este modo, la lumbrera A se abre hacia la R. 
Por lo tanto, todo el aire del cilindro se deja escapar a través de la lumbrera R y la 
fuerza de compresión de resorte empuja la varilla del pistón del cilindro y éste 
regresa a su posición retraída, es decir, la original. Esto es por lo que se refiere al 
cilindro SA. ¿Pero qué sucede si el cilindro es de doble acción (DA)?
146 Capítulo 7
m
u
<R1
i.
T X_ v w
0
o
0
(a)
O-
(b)
Cilindro SA en 
posición avanzada
2. Válvula C.D. 3/2 
en posición de 
estar accionada
3. Unidad FRL
4. Fuente de aire 
comprimido
Fig. 7.1 a) Control de un cilindro de simple acción: 1. Cilindro de simple 
acción, 2. Válvula de control de dirección de 3 vías/2 direcciones,
3. Unidad FRL, 4. Conector neumático
b) El cilindro de simple acción avanza al accionar la válvula:
1. Cilindro SA en posición avanzada, 2. Válvula C.D. 3 /2 en 
posición de estar accionada, 3. Unidad FRL, 4. Fuente de aire 
comprimido www.FreeLibros.com
Circuitos neum áticos básicos 147
En la figura 7.2 se muestra el diagrama de circuito para controlar un cilindro de 
doble acción. De acuerdo con la construcción de un cilindro de doble acción, en él 
no existe resorte de retomo. De donde, no se cuenta con las fuerzas de resorte para 
la retracción de la varilla del pistón, como en el caso de un cilindro de simple acción 
con retomo por resorte.
En este caso, tanto el movimiento hacia adelante como el de retomo del cilin­
dro se controlan por presión del aire y, por consiguiente, se usa una válvula de 
control de dirección de 4 vías/2 posiciones. Cuando no se ha accionado la válvula, 
la posición de ésta es determinada por el resorte, el cual hace que el aire se mueva 
hacia el lado de la varilla del cilindro. Por tanto, el cilindro se retrae, Pero cuando se 
acciona el botón de la válvula C.D. 4/2, el aire se mueve hacia el lado del pistón del 
cilindro y éste avanza. ¿También se puede lograr esto con dos válvulas C.D. 3/2? 
Los lectores pueden intentarlo.
Todos estos circuitos neumáticos que acaban de describirse son muy simples y 
no requieren componentes costosos. Estos se pueden aplicar para desplazar o mo­
ver plantillas, mordazas, etc. sencillas, en un sistema controlado en forma manual, 
Sin embargo, para tener más adaptabilidad, controlabilidad y flexibilidad en la ope­
ración, se prefiere el sistema de control por piloto.
7 .3 OPERACIÓN POR IMPULSOS
Como se ha expresado con anterioridad, las válvulas de control de dirección de un 
sistema neumático se pueden controlar por diversos métodos. Se puede usar energía 
de presión para controlar válvulas y, en ese caso, se puede optar por la operación 
por piloto de la válvula principal al enviar un impulso momentáneo de energía neu­
mática a través de una válvula piloto. En la figura 7,3 se muestra un diagrama de 
circuito con una válvula de accionamiento por aire comprimido y de retomo por
0=
2 r r t T T lA A / i J , T _ 1 ^X■A
3
J ® _. í — o
Fig. 7.2 Control de un cilindro de doble acción: 
1. Cilindro de doble acción, 2. Válvula 
de 4 vías/2 posiciones, 3. Unidad FRL www.FreeLibros.com
148 Capítulo 7
! 0 1 n
<
\
i " i
H
V
T
< 5 Arranque
Fig. 7.3 Control por piloto de un cilindro de simple acción
resorte, para controlar los movimientos de un cilindro de simple acción. La válvula 
de accionamiento por aire comprimido es controlada por la válvula piloto 3/2. Las 
válvulas piloto pueden ayudar a recibir señales de varias fuentes y sintetizarlas, al 
igual que tener un movimiento secuencial coordinado de varios cilindros. A la vál­
vula de accionamiento por aire comprimido se le puede denominar válvula princi­
pal o de accionamiento por piloto. A través de la válvula de accionamiento por aire 
comprimido se acciona la válvula de control de dirección 3/2; a veces, también se 
pueden usar válvulas de control de dirección 2/2. Las válvulas piloto también 
se conocen como generadoras de señales o elementos emisores de señales. A la 
válvula de accionamiento por piloto se le proporciona la señal por medio de un 
impulso neumático; por lo tanto, a este tipo de operación también se le conoce como 
operación por impulsos.
De manera análoga, un cilindro de doble acción se podría accionar por una 
válvula de cuatro o de cinco vías, de accionamiento por piloto. -En la figura 7.4 se 
muestra la aplicación de una válvula de cuatro vías de accionamiento por piloto. La 
analogía aplicada en este diagrama de circuito es la misma que la mostrada en el 
diagrama anterior (Fig. 7.3).
Fig. 7.4 Cilindro de doble acción controlado por piloto
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Circuitos neum áticos básicos 149
En estos dos ejemplos de diagramas de circuito, el modo de arranque es el 
mismo; es decir, válvula de control de dirección controlada en forma manual. Pero 
se puede observar que en ambos casos, aunque la válvula de “arranque” es la mis­
ma, el controlador principal es diferente.
7 .4 CONTROL DE LA VELOCIDAD
¿Cómo usar una válvula de control del flujo en un diagrama de circuito neumático? 
Ya se ha analizado el principio de su operación. Para controlar la velocidad del 
actuador en un sistema neumático, se usa la válvula de control del flujo. Ésta tam­
bién se conoce como válvula de estrangulación o restrictiva del flujo. En la figura
7.5 se muestra un diagrama de circuito con una válvula de control del flujo. Los 
lectores pueden observar la ubicación de la restrictiva del flujo en el circuito. ¿Se 
puede colocar en otras posiciones?
Si es así, ¿qué sucederá? La velocidad del cilindro es controlada en las dos 
direcciones. En este diagrama de circuito, el elemento impulsado es un cilindro de 
simple acción.
En el caso de un sistema neumático, las válvulas de control del flujo, sin retor­
no, son más populares, en lugar de las restrictivas del flujo. Con el fin de ilustrar un 
sistema para controlar el movimiento y la velocidad de un cilindro de doble acción, 
se usan dos válvulas de control del flujo, sin retomo. Las dos válvulas de control del 
flujo se colocan en dos líneas entrantes del cilindro DA. En la figura 7.6 se muestra 
el diagrama de circuito de las mismas. Cuando se acciona la válvula C.D. 4/2 (1.1), 
la presión del aire proveniente de la línea, a través de la unidad de acondicionamien­
to, es decir, la unidad FRL (0.1), se moverá hacia la lumbrera B y, a continuación, 
hacia la válvula de control del flujo (F.C.), sin retomo (1.2). El aire levantará el 
elemento de acción de la unidad de retención en la válvula C,F. (1.2) y se alimentará 
una cantidad completa de aire al cilindro para que realice su carrera de avance. El 
aire de la carrera anterior, que se encuentra en el lado de la varilla del cilindro, se 
dejará escapar a través de la válvula C.F, (1,3), En este caso, el elemento de acción
1.3
O
Fig. 7.5 Restrictiva del flujo en un
circuito neumático; 1.0. 
Cilindro SA, 1.2. válvula 
C.D. 3 /2 , 1.3. válvula de 
control variable del flujo
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150 Capítulo 7
11.0
F
1.2 1.3
HXl
1.1
0
0.1
Fig. 7.6 Circuito de control de la velocidad para un cilindro de 
doble acción: 1.0. Cilindro DA, 1.2 válvula de control 
variable del ñujo, sinretomo, 1.3. válvula C.D. 4 /2
de la válvula de la ‘unidad de retención’ permanecerá cerrado y, por consiguiente, 
el aire que sale del cilindro tiene que pasar sólo a través de la cámara ‘estrangulada’, 
con lo que se imparte de este modo el control deseado del flujo hacia el cilindro. 
Esta disposición de diseño del circuito con válvula de control del flujo, sin retomo, 
se conoce como ‘estrangulamiento del escape’ o ‘salida estrangulada’. Si el aire que 
va al cilindro se alimenta a través de la cámara estrangulada y el escape se efectúa 
por la ‘válvula sin retomo’ o unidad de retención, entonces se le menciona como 
control del flujo ‘en la alimentación’ o ‘admisión estrangulada’. En general, el es­
trangul amiento en la alimentación se asocia con caída en la presión y, por consi­
guiente, no es bienvenido en especial para los cilindros de diámetro más grande.
7 .4 .1 A ctu ación del m otor neum ático
En la figura 7.7 se muestra un diagrama de circuito para controlar un motor neumár 
tico unidireccional (1.0). Al accionar la válvula piloto (1.2), la válvula principal 
(1.1) cambia su posición y el aire comprimido fluye hacia la lumbrera de admisión 
del motor y éste gira. Se suspenderá la rotación del motor tan pronto como se suelte 
la válvula piloto y se deje escapar el aire.
7 .5 ESCALONAMIENTO DEL MOVIMIENTO
cV
A veces es posible que un cilindro grande o varios cilindros tengan que accionarse 
en una secuencia particular, dependiendo de la necesidad de movimiento de las 
herramientas, plantillas y artefactos y la pieza que se está labrando en una máquina. 
En los circuitos de este tipo se usan con mucha frecuencia las válvulas de acciona­
miento por piloto (también conocidas como válvulas de impulsos).
En la figura 7.8(a) se muestra un diagrama de circuito neumático de un cilin­
dro de doble acción que realiza su movimiento reciprocante de manera automática, 
una vez que se da la señal de accionamiento a la válvula de dirección 3/2 (1.1) 
accionada por botón. La válvula de cuatro vías 1.2 accionada por piloto recibe la 
señal de las válvulas de control de dirección de tres vías 1.3 y 1.4, como se muestra
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Circuitos neum áticos básicos 151
Fig. 7.7 Circuito de motor neumático; 
1.0. Motor neumático 
unidireccional, 1.1, válvula 
C.D, 3 /2 accionada por aire 
comprimido, 1.2, válvula C.D. 
3 /2 accionada por botón
\ en la Figura, y permite que se realice el movimiento deseado hacia adelante, indica- 
cio por la válvula 1.3, y hacia atrás, indicado por la válvula 1,4, Los diversos modos 
de actuación de la construcción de las válvulas y su aplicación en el diseño global 
del circuito neumático ayudan a determinar la secuencia deseada de los movimien­
tos de los cilindros. La secuencia se podría lograr mecánica o electroneumáticamente, 
mediante la distribución y transmisión de las señales provenientes de varias válvu­
las pilotos, las cuales se pueden accionar al espaciarlas en la línea del movimiento 
de la varilla del pistón en los sistemas neumáticos. La retroalimentación de los cilin­
dros se puede alimentar a la generadora de señales, junto con la disposición de 
retraso en el tiempo. En la figura 7.8(b) se muestra un diagrama de bloques que 
ilustra lo anterior. En el capítulo 10 se analizarán más detalles sobre este tema.
7 .5 .1 Uso de las válvulas de accion am ien to por rodillo
Existen varios métodos para lograr el escalonamiento de los cilindros neumáticos. 
Un método muy sencillo es usar una válvula de control de dirección de accionamiento 
mecánico, con un rodillo como medio de accionamiento. Las válvulas de control de 
dirección 3/2 de accionamiento por rodillo se pueden usar como los elementos emi­
sores de señales, junto con las válvulas de impulsos, en una secuencia predetermi­
nada para dar señales a los elementos siguientes de la serie. Las señales efectivas 
provenientes de cada una de esas válvulas se transmitirán a la válvula respectiva de 
impulsos tan pronto como se oprima el rodillo particular mediante un elemento 
mecánico; por ejemplo, una leva sujeta a la varilla del pistón durante su recorrido. 
Los elementos emisores de señales, es decir, las válvulas de control de direc­
ción 3/2 deben colocarse en posición alineada con la trayectoria del recorrido de la
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152 Capítulo 7
(b)
Fig, 7.8 a) Movimiento automático hacia adelante y hacia atrás de un
cilindro de doble acción: 1.0. Cilindro DA, 1.1 y 1.2. válvulas de 
control de dirección 4 /2 de accionamiento por piloto, 1.3. 
válvula C.D. 3 /2 de accionamiento por rodillo, 1.4. válvula C.D. 
3 /2 de accionamiento por rodillo.
b) Diagrama de bloques del control neumático (inicialmente, el 
rodillo se mantiene accionado)
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Circuitos neum áticos básicos 153
varilla del pistón, de modo que se logre con facilidad la secuencia prefijada de 
actuación de las válvulas, tan pronto como se les oprima. La aplicación de esas 
válvulas es muy sencilla y razonablemente eficiente en cuanto a lo que se refiere al 
tiempo de respuesta de la válvula.
En el caso de un sistema electroneumático, en lugar de las válvulas de acciona­
miento por rodillo, se pueden usar interruptores limitadores, junto con válvulas de 
control de dirección accionadas por solenoide. Lo§ interruptores limitadores actua­
rán como procesadores de señales en este caso y se logrará el escalonamiento según 
se desee. En el capítulo 11 se proporcionan más\detalles de las actuaciones por 
solenoide.
En la figura 7.9 se muestra un diagrama sencillo der-circuito neumático en el 
que se usan dos cilindros, A y B — uno de simple acción y otro de doble acción —, 
accionados en forma secuencial por una válvula de control de dirección 3/2 de 
accionamiento por rodillo. Con la actuación de la válvula C.D. con fiador 2.2, la 
línea se energiza. A medida que se acciona la válvula 1.1 mediante una palanca 
manual, el cilindro A avanza y acciona la válvula 1.2, la cual envía un impulso 
hacia la válvula de accionamiento por piloto 2.1 y el cilindro B avanza. El cilindro 
A retoma cuando se repone la palanca. Entonces el cilindro B se retrae a medida 
que se suelta la válvula 1,2, En esta disposición existe una posibilidad de que se 
accione la válvula 1.2 en las dos direcciones de movimiento del cilindro A, si no
A (1.0) ' B (2.0)
Fig. 7.9 Circuito en secuencia: A. Cilindro SA, B, cilindro DA, 
1.1. Válvula C.D. 3 /2 con fiador de accionamiento por 
rodillo, 2.1, válvula C.D. 4 /2 de retomo por resorte, de 
accionamiento por piloto, 2.2 Válvula C.D. 2 /2 con 
fiador, de accionamiento por palanca
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154 Capítulo 7
coloca en posición adecuadamente. Una válvula accionada por un disparador de 
rodillo será una buena selección.
En la figura 7.10, se ha usado una válvula de control de dirección 4/2 de 
accionamiento por rodillo (2.1) para dar lugar aun movimiento secuencial delcilin- 
dro de doble acción (B), después de que el cilindro de simple acción (A) realiza el 
recorrido de avance. Cuando las válvulas 1.1 y 1.2 se retraen a su posición inicial, 
los cilindros regresan a su posición de arranque. Para evitar una doble actuación de 
la válvula 2.1 durante el mismo ciclo, debe colocarse con todo cuidado en posición 
alineada con el movimiento de la varilla del pistón. En este caso, pueden ser una 
mejor selección las válvulas de accionamiento por disparador de rodillo. La unidad 
de acondicionamiento es la 0.1.
Al escalonar varios cilindros neumáticos, se pueden obtener diversas opera­
ciones de maquinado y . de movimiento de herramientas en una máquina. Con la 
aplicación de esta técnica se pueden accionar los cilindros uno después de otro, en 
secuencias como sujetar, alimentar y expulsar o levantar, empujar y sujetar, así 
como en otras diversas combinaciones. Antes de diseñar un circuito de este tipo,se 
debe estudiar con todo cuidado la secuencia correcta de movimientos de cada cilin­
dro y el tiempo respectivo del ciclo.
En la figura 7.11 se muestra otra operación secuencial de dos cilindros de 
doble acción. Se usa una válvula de control de dirección 3/2 (1.2), de retomo por
A Empuje
Fig. 7.10 Uso de la válvula 4 /2 de accionamiento por rodillo para 
escalonar: A. Cilindro SA (empuje), B. cilindro DA 
(levantamiento), 1.1 y 1.2. Válvula C.D. 3 /2 accionada 
por botón, 2.1 válvula C.D. 4 /2 de accionamiento por 
rodillo www.FreeLibros.com
Circuitos neum áticos básicos 155
Fig. 7.11 Circuito secuencial de dos cilindros de doble acción:
1.0 y 2.0. Cilindros DA, 1.1 y 2.1. Válvulas C.D. 4 /2 de 
retomo por resorte y de accionamiento por piloto 
neumático, 1.2 Válvula C.D. 3 /2 de accionamiento por 
rodillo, 0.1. unidad FRL
resorte y de accionamiento por rodillo, para accionar las dos válvulas de control de 
dirección 4/2, de retomo por resorte y accionadas por aire comprimido (1.1 y 2.1);
1.1 para el cilindro 1.0 y 2.1 para el cilindro 2.0. La válvula C.D. 3/2 de accionamiento 
por rodillo tiene una condición previa de modo que, en el arranque, se encuentra en 
la condición de accionada que alcanza al oprimir mecánicamente el rodillo, La se­
ñal de la válvula 1.2 se alimenta a la lumbrera piloto de la válvula 1.1a través de una 
válvula de control del flujo, sin retomo. Tan pronto como se aplica la presión en la 
línea, la energía de impulso que sale de la 1.2 se mueve tanto a la válvula 1,1 como 
a la 2.1. En primer lugar, avanza el cilindro 2.0 en virtud de la estrangulación de la 
energía piloto; la válvula 1.1 puede tardar un poco más en accionar el cilindro 1,0, 
Sin embargo, tan pronto como se corta la presión en la línea, los cilindros retoman 
simultáneamente a sus respectivas posiciones iniciales. Para lograr un mejor con­
trol, en general se usa una válvula C.D, 3/2 con fiador, de accionamiento por palan­
ca (no mostrada en la figura), después de la unidad de acondicionamiento 0,1,
Es importante decidir la secuencia en el tiempo de un sistema neumático, una 
secuencia errónea en el tiempo puede conducir a una señal defectuosa en un mo­
mento inadecuado durante el ciclo de trabajo. Para este fin, los diseñadores pueden 
tener que usar diversos tipos de válvulas especiales y tener que usar una secuencia 
adecuada en el tiempo o un diagrama de tiempo de recorrido para obtener una ima­
gen clara del retraso en el tiempo entre cada movimiento del cilindro hacia el otro, 
en sucesión. Es evidente que esto ayudará a identificar la originadora de la señal y la 
receptora de la misma, y ayudará a diseñar perfectamente el circuito.
En el capítulo 6, se ha analizado la válvula de escape rápido. Se ha encontrado 
que, al dejar escapar con rapidez el aire del cilindro, se puede aumentar la velocidad
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156 Capítulo 7
df este último. En la figura 7.12 se tiene un diagrama de circuito neumático en el 
que se ilustra el mismo principio. En este caso, para controlar el cilindro A, se usa 
una válvula de control de dirección 4/2 (1.1) — de accionamiento por botón y de 
retomo por resorte — junto con la válvula de escape rápido 1.2. Se puede observar 
que la lumbrera P de la válvula de escape rápido recibe el aire comprimido prove­
niente de la lumbrera A de la válvula de control de dirección. El aire se mueve 
directamente hacia el extremo de la varilla del cilindro, a través de la lumbrera A de 
la válvula de escape rápido. Cuando se oprime el botón de la válvula 1.1, el aire se 
mueve de P hacia B, en la válvula de control de dirección, y, a continuación, hacia 
el extremo del pistón del cilindro A. El aire del extremo de la varilla del cilindro se 
deja escapar hacia la atmósfera por las lumbreras A y R de la válvula de escape 
rápido, sin pasar por la válvula de control de dirección 1.1. Para obtener el máximo 
beneficio de esta válvula, la lumbrera A de la válvula de escape rápido debe conec­
tarse directamente a la lumbrera del cilindro.
A
Fig. 7.12 Uso de la válvula de escape rápido:
A. Cilindro DA, 1.1. Válvula C.D. 4/2, 
1.2. Válvula de escape rápido.
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Circuitos neum áticos básicos 157
Con base en éste y en unos cuantos de los ejemplos anteriores, resulta evidente 
que, en un diagrama de circuito, se procede mejor si a cada elemento de este último 
se le atribuye ciertas letras o números codificados. En general, los cilindros se codi­
fican como A, B, C, etc., o bien, como LO, 2.0, 3.0, etcétera. De manera análoga, las 
válvulas se designan como 1.1, 1.2, etc., en donde el 1 de la izquierda de 1.1 se 
refiere al cilindro 1.0. Esto significa que, para un cilindro 2.0, las válvulas se deno­
tan por 2.1, 2.2, 2.3, etcétera. Las posiciones de las válvulas se denotan como 0 y 1.
7 .5 .2 C ircuito de retraso en el tiem po
En ciertas aplicaciones de ingeniería, es posible que el impulso hacia la válvula 
principal de control de dirección tenga que retrasarse en un tiempo predeterminado 
por diversas razones de operación y técnicas. Para este fin, una solución ideal es una 
válvula neumática de retraso en el tiempo, aun cuando también se puede optar por 
un temporizador electrónico. En la figura 7.13 se muestra un diagrama de circuito 
neumático, en donde un cilindro de doble acción (A) avanza cuando se acciona la 
válvula 1.1 de accionamiento por piloto por medio de la válvula piloto 1.2, la cual, 
a su vez, es accionada por una fuerza aplicada en forma manual. Pero el retomo del 
cilindro se retrasa en un cierto tiempo (dependiendo del ajuste de tiempo que se 
haga en la válvula 1.3) aun cuando la varilla del pistón del propio cilindro haya 
actuado sobre el rodillo de la válvula 1.4, la cual sirve para reponer la válvula de 
impulsos 1.1 al completar la carrera de avance. Tan pronto como la presión de señal 
en la válvula 1.3 de retraso en el tiempo, la cual actúa contra el resorte de su válvula 
de control de dirección 3/2, de accionamiento por aire comprimido, alcanza el va­
lor de ajuste de la fuerza de ese resorte, se abre la válvula C.D. 3/2, normalmente 
cerrada, que está incorporada a la unidad de retraso en el tiempo y la señal se ali­
menta a la válvula C.D. principal, de accionamiento por piloto, la cual se repone y el 
cilindro se retrae después de un espacio de tiempo.
7 .6 EJEMPLO DE UN DISEÑO DE CIRCUITO
P ro b lem a . Se necesita un cilindro neumático para introducir a presión un pasa­
dor en un agujero. Diséñese un diagrama de circuito con una condición previa: que 
mientras esté accionando, las dos manos del operario estén ocupadas.
S olu c ión . En este problema, una condición previa es que las dos manos del ope­
rario estén ocupadas. En la figura 7.14 se muestra un diagrama sencillo de circuito 
para dar solución al problema planteado, en donde se usan las dos manos del opera­
rio para accionar las válvulas de control de dirección, de accionamiento por botón 
(1.2 y 1.3), las cuales actúan como generadoras de impulsos para la válvula princi­
pal 1.1. Por lo tanto, se usan las válvulas 1.3 y 1.2 para generar una función AND 
(Y) para el movimiento de avance y de retomo del cilindro A (1.0).
Veamos cómo funciona esto. La energía de la válvula 1.5, de arranque manual, 
se mueve hacia la válvula de control 1.3, a través de la cual pasa hasta la válvula sin 
retomo 1.4 y, a continuación, hasta la válvula dé control 1.2. De la válvula 1.2, la 
energía se alimenta hacia la lumbrera piloto de la válvula principal 1.1. De donde, el
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158 Capítulo 7
Fig. 7.13 Uso de la válvula de retraso en el tiempo: A (1.0). Cilindro DA, 
1,1. Válvula C.D. 4 /2 de accionamiento por piloto, 1.2. Válvula 
C.D. 3 /2 de accionamiento manual, 1.3, Válvula de retraso en 
el tiempo, 1.4. Válvula C.D. de accionamiento por rodillo. •
aire a presión ahora se puede moverhacia el lado posterior del cilindro de doble 
acción A (1.0) y la varilla del pistón realiza un movimiento de reversa. Ahora bien, 
supóngase que la válvula 1.3 es accionada al oprimir manualmente el botón, enton­
ces la energía neumática no se puede mover hacia la válvula sin retorno; en lugar de 
esto, se moverá hacia la lumbrera B de la válvula de control 1.3, de la cual, a través 
de la línea, pasará hacia la lumbrera B de la válvula de control 1.2 y sencillamente 
se escapará. Esto significa que no es posible la inversión del cilindro. Pero si se 
accionan simultáneamente los dos válvulas 1.2 y 1.3, entonces el aire comprimido
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Circuitos neum áticos básicos 159
A (1.0)
Fig. 7 .14 Circuito lógico; A (1.0). Cilindro DA, 1.1. Válvula 
C.D. 4 /2 , de accionamiento por piloto, 1.2 y 1.3. 
Válvulas C.D. 4 /2 de accionamiento por botón, 
1.4. Válvula sin retomo, 1.5. Válvula C.D. 2 /2 de 
accionamiento por palanca, 0.1. Unidad FRL
no se puede escapar por la válvula 1.2 y la energía se alimentará a la lumbrera piloto 
de la válvula principal, y el movimiento deseado del cilindro será posible. Los lec­
tores pueden observar que también es posible una solución todavía más sencilla 
para este problema.
7 .7 MANEJO POR VACÍO
En las industrias modernas, en el sistema de manejo de materiales se hace una ex­
tensa aplicación de las copas flexibles de succión. Las copas de succión son dispo­
sitivos flexibles para recoger diseñados para usarse con un generador de vacío. Se 
fabrican en diversos tamaños y con diversas formas, y se utilizan en diferentes apli­
caciones de manejo en las industrias del vidrio, para el manejo de los delicados 
cinescopios en las industrias de fabricación de aparatos de TV, en las industrias de 
la madera y alimentaria, en impresoras, para doblar y voltear láminas, para empa­
car, etcétera. Como en ellos se aplica el principio del vacío, estos dispositivos se 
conocen como de manejo por vacío.
El principio de operación comprende la creación de un vacío por medio de un 
generador del mismo, o bien, el uso de un eyector de aire conocido como venturi. 
Para ser de control más fácil y por razones relacionadas con la operación, se usa la
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160 Capítulo 7
técnica basada en el efecto de venturi. En ésta se aplica un eyector de aire y las 
co]3as de succión. El principio de operación es muy sencillo. Como se ilustra en la 
figura 7.15(a), una restricción en el interior del eyector causa una aceleración en el 
flujo de aire que va hacia la lumbrera R, lo cual hace que se succione el aire ambien­
te por la lumbrera A. Con esto se provoca un vacío. Los dispositivos fabricados con 
base en el efecto de venturi permiten lograr un vacío del 85 al 90% usando aire 
comprimido de 4 a 5 bar. En la figura 7.15(b) se muestra la aplicación de un dispo­
sitivo de manejo por vacío.
A
Superficie
P R©
A
Z _ A (b)
Fig. 7.15 a) Vista esquemática de un venturi (cortesía: Pneumatic 
Automation Components, Telemecanique, Francia.)
b) Aplicación del venturi
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Circuitos neum áticos básicos 161
Fig. 7.16 Diagrama de líneas de un circuito neumático
7 .8 CONCLUSIÓN
En los párrafos anteriores se presentó una idea básica del diseño del diagrama de un 
circuito neumático sencillo. Incluso el personal de mantenimiento o de reparación 
debe encontrarse en posición de identificar los elementos del circuito y la línea, de 
modo que se facilite la detección de fallas. Para poner a prueba el conocimiento
básico adquirido al fmal de este capítulo, en seguida se dan dos ejercicios.
E je rc ic io 7 .1 En la figura 2.1 del capítulo 2, se da la disposición física de una 
máquina neumática de doblado.
, Se pide a los lectores que dibujen un diagrama de circuito del sistema, el cual 
tenga tres cilindros; todos de doble acción. Los lectores tienen la libertad de elegir 
cualquier válvula y dar una explicación en cuanto a por qué la misma fue elegida.
E jerc ic io 7 .2 En la figura 7.16 se muestra un diagrama de líneas de un circuito 
neumático. Se pide a los lectores que conviertan este diagrama en uno simbólico.
BIBLIOGRAFÍA
1. IS 7513-1974; Fluid power symbols.
2. Taschenback por Herion; Werke, K G, 7 Stuttgart 1, Alemania Occidental.
3. Pneumatic andHidraulics; Harry y Stewart, Howard W. Sams & Co, inc„ Indianapolis, E.U., 
1966.
4. Pneumatic Automation Components Catalogue por Telemecanique International División, 
Rueil 2000, 7 Rué Becquerel, Francia, p. 1.12.
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Hidroneumática
RESUMEN^j
Debido a las características de compresibilidad del aire, los actuadores neumáti­
cos no son adecuados para el movimiento másjino de ios elementos de las máqui­
nas-herramientas. Por lo tanto, para el movimiento de alimentación en estas má­
quinas, no se aplica en lo absoluto la neumática. Normalmente, la aplicación de la 
hidráulica es la práctica aceptada. Sin embargo, en ciertas operaciones no críti­
cas de maquinado, se podrían usar actuadores neumáticos junto con una unidad 
hidráulica reguladora, con eljin de proporcionar un movimiento estabilizado razo­
nable del cilindro neumático. Prácticamente, la unidad hidráulica reguladora es 
un cilindro hidráulico acoplado al neumático para dar lugar a la acción requerida 
de frenado. Este tipo de combinación de hidráulica y neumática se conoce como 
hidroneumática. El depósito de aire-aceite, la unidad hidráulica reguladora y el 
intensificador hidroneumático, etc. se usan con frecuencia en diversos circuitos 
hidroneumáticos.
8 .1 COMPRESIBILIDAD
Todos los gases son compresibles. El aire no es una excepción. La propiedad de 
compresibilidad del aire es su principal ventaja para su uso en el campo de la fabri­
cación y en las industrias. Pero aun cuando la compresibilidad es una ventaja, tam­
bién se convierte en desventaja, en especial cuando el movimiento exacto de la 
carga es el interés primario. De modo que cuando se desea una fuerza absolutamen­
te estable contra una carga fluctuante, o cuando se requiere una exactitud extrema 
de la alimentación de la máquina-herramienta, la compresibilidad del aire plantea 
problemas. Debido al fenómeno de compresibilidad, el cilindro neumático tiende a 
desacelerarse al encontrar un aumento en la carga, debido a la compresión del aire, 
y a acelerarse o saltar hacia adelante, cuando trabaja contra una carga que decrece 
súbitamente. En el caso de un cilindro de doble acción, incluso si el aire se deja 
escapar estrangulado, se puede llegar a una mejor uniformidad en la relación carga- 
velocidad. Pero también en este caso, puede ser difícil de lograr una velocidad en 
extremo lenta y uniforme. De donde, para tener un control de precisión de la posi­
ción y de la velocidad, en especial cuando se trabaja contra una carga fluctuante, es 
necesario precargar el cilindro neumático y regular la velocidad por algún medio
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H idroneum ática 163
extemo, para vencer los problemas que se presentan con un sistema por completo 
neumático.
En esas situaciones, para tener una carrera de trabajo suave y sin problemas, es 
de esperar que se prefiera la hidráulica a la neumática. Pero el uso de la hidráulica 
contra la neumática se debe justificar desde el punto de vista económico, en particu­
lar a la luz de la firmeza y rapidez de la neumática.
8 .2 SOLUCIÓN
En una situación de ese tipo, en la que se confrontan la exactitud y los aspectos 
económicos, se ha encontrado que una combinación de hidráulica y neumática da 
lugar a una buena solución. La base de esa solución es el empleo de un cilindro 
neumático para proporcionar el empuje requerido, estabilizándose el movimiento 
por medio de una unidad hidráulica reguladora elemental conectada a la parte en 
movimiento.
8 .3 TÉCNICA DE CONEXIÓN
El elemento de máquina que interviene en un sistemade este tipo suele ser una 
pareja asociada de cilindros. Un cilindro neumático le da servicio a uno neumático 
o viceversa. Cuando el cilindro neumático es la unidad de potencia y el hidráulico 
sirve como la unidad reguladora, es común que a la unidad combinada se le mencio­
ne como unidad hidroneumática. De igual manera, un cilindro neumático puede dar 
servicio a uno hidráulico al trabajar como un dispositivo para absorber choques o 
amortiguador. En ambos casos, los dos cilindros están acoplados mecánicamente. 
En el sistema combinado, el aire proporciona la potencia y el aceite, el medio de 
control. Se ha encontrado que la rigidez del sistema es comparable a la de un siste­
ma por completo hidráulico. Pero esto se logra a un costo mucho menor, ya que, por 
sí mismo, el sistema no requiere una bomba.
8 .4 TIPOS DE SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS
En términos generales, todos los aparatos hidroneumáticos se pueden dividir en tres 
categorías: depósito de aire-aceite, unidad hidráulica reguladora e intensificador 
hidroneumático.
8 .4 .1 D ep ósito de aire-aceite
En un depósito de aire aceite, una presión neumática dada se convierte en una pre­
sión hidráulica idéntica. Está formado por un cilindro y un pistón que separa el 
espacio que contiene el aire del que contiene el aceite. Cuando se aplica presión 
neumática al pistón, se mueve desplazando un volumen igual de aceite con una 
fuerza igual al área x presión. El aceite es prácticamente incompresible y, por lo 
tanto, resulta adecuado para realizar el movimiento con velocidad regulada y suave. 
En la figura 8.1 se muestra un esquema de un depósito de aire-aceite. Se usan con
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164 Capítulo 8
t i
/ / / / V / / / / / / / / / 
t - - » ' / \ \ | t S |
i : #vI - “ * ' \ \ J / v !
i ' t - / - s f
- rvT : ^ s / \ /• sl» * \ t / v i
11 11 ^ '— - . • / \ •> 1» - * v / N N I / \ I
/ / / / / / / / / / / / / / / ;
Fig. 8.1 Depósito de aire-aceite
mucha frecuencia esos depósitos para controlar los movimientos de los cilindros en 
los sistemas hidroneumáticos.
8 .4 .2 R equ isitos
Se deben observar los puntos siguientes:
1. Sólo se deben emplear aparatos compatibles con el aceite.
2. Las fugas de aceite pueden constituirse en un considerable inconveniente y, 
por consiguiente, se deben minimizar.'
3. Las fugas de aceite también pueden causar pérdida de potencia. ,
4. Ya que se trata de un sistema cerrado de aceite, debe reponerse el aceite perdi­
do al disponer un compensador de éste junto al sistema.
5. Las fugas de aceite hacia el aire o la infiltración de este último pueden causar la 
formación de burbujas o de espuma y, como consecuencia, deben tomarse me­
didas respecto a ello.
6. Debe disponerse de desfogues de modo que el aire que llegue a entrar al aceite 
pueda liberarse hacia la atmósfera.
7. En diseños como éste, en el que se usa un sistema de aire-aceite, los cilindros 
estándar ligeramente modificados darán resultados satisfactorios.
8. En este sistema, puede no ser necesario un aceite espeso de alta viscosidad.
9. La relación del diámetro del depósito no tiene influencia sobre la generación 
global de potencia.
El pistón flotante del depósito restringe en gran parte el entremezclado del aire 
y el aceite. Pero es posible que no se obtengan resultados muy satisfactorios me­
diante el diseño de un pistón común con sello normal. El pistón ayuda a impedir la 
formación de espuma debida a la turbulencia y a la agitación por la entrada de aceite 
al depósito. El problema de espuma debe considerarse con mayor seriedad si la 
velocidad del cilindro es muy alta.
Se debe tener presente que en el sistema aire-aceite, la salida es a través de un 
cilindro hidráulico, presurizándose el aceite por el suministro de aire comprimido, 
que se alimenta por la parte superior del tanque combinado de aire-aceite. Básicamen­
te, éste es un sistema hidráulico simplificado. Puesto que la presurización se hace 
mediante aire comprimido con la presión nominal, la presión que se logre en el
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H idroneum ática 165
cilindro hidráulico será muy inferior a la que se obtiene en un sistema hidráulico conven­
cional. Para generar una fuerza mayor, es posible que se deba incrementar el tamaño 
del cilindro hidráulico. Por lo general, sólo se usan cilindros neumáticos nominales.
8 .4 .2 A cción de trabajo
Al usar un tanque de aire-aceite en un sistema hidroneumático, como se alimenta 
aire comprimido al depósito, la presión del aire hace que el aceito salga hacia el 
cilindro hidráulico. Entre el cilindro hidráulico y el depósito de aire-aceite, se puede 
usar un regulador para controlar el flujo del aceite. De este modo, la válvula reguladora 
actuará como una unidad de control de la velocidad. El cilindro puede tener un 
movimiento de retomo cuando se deja escapar el suministro de aire. El movimiento 
de retomo del cilindro puede resultar alterado por la gravedad, la carga extema o la 
actuación de un resorte, según resulte adecuado. Con el retomo del pistón, se forza­
rá el aceite de regreso al depósito. En la figura 8.2 se muestra un diagrama de circui­
to sencillo en el que se usa un depósito de aire-aceite.
La velocidad de retomo del cilindro puede ser controlada por el regulador o 
por una válvula desviadora, con una manera de acción que dé lugar a un flujo inver­
so a plena abertura interior para lograr un retomo rápido. Si se usa una válvula de 
conexión y desconexión en el lado hidráulico del circuito, el pistón se puede detener 
en cualquier posición de su recorrido. Si el cilindro es de doble acción, cada lado
Fig. 8.2 Depósito de aire-aceite en un sistema 
de control (carrera hacia adelante 
controlada): 1. Cilindro DA,
2. Depósito de aire-aceite, 3. Válvula 
C.D. 4 /2 , 4. Válvula de control del 
flujo, sin retomo
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166 Capítulo 8
del pistón deben alimentarse mediante tanques de aire-aceite separados. En este 
plinto se debe hacer notar que, al presurizar uno de los tanques, el otro actúa como 
un depósito y viceversa. La regulación de la velocidad se puede disponer como se 
describió con anterioridad. Otro punto importante que se debe observar es que la 
aplicación de dos de esos depósitos de aire-aceite en el circuito hará que el sistema 
resulte voluminoso, pero todavía más barato y razonable respecto al control de la 
velocidad y la rigidez. En la figura 8.3 se tiene la ilustración de un diagrama esque­
mático de circuito en donde la estrangulación del aceite se realiza en ambas direc­
ciones de movimiento del cilindro.
8 .5 UNIDAD HIDRÁULICA REGULADORA
Como el nombre sugiere, en este caso el aire y el aceite se conservan en dos cilin­
dros separados y éstos se acoplan mecánicamente de diversas maneras, según se 
desee, controlando uno al otro. En un sistema combinado sencillo neumático/hi­
dráulico, se puede usar un cilindro neumático convencional para suministrar la po­
tencia a la corredera, pero se proporciona el control al acoplar el movimiento de la 
corredera a un cilindro hidráulico, con su propio circuito hidráulico. El sistema real 
constará de un depósito de aceite, un cilindro hidráulico y su circuito, así como de 
un sistema neumático con su cilindro y su sistema de control.
La disposición de los cilindros puede ser tanto en paralelo como en tándem. El 
cilindro hidráulico actuará sólo como un simple amortiguador viscoso. El requisito 
más importante del cilindro hidráulico es que debe tener la misma longitud de carre­
ra que el neumático. Puede tener un diámetro interior menor.
Fig. 8.3 Estrangulación del aceite en ambas
direcciones (para tener un movimiento 
controlado en los dos lados)
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H idroneum ática 167
Se puede tener un circuito básico de uso común con dos válvulas para regular 
el gasto, de modo que se pueda tener regulación dela velocidad en ambas direccio­
nes. Se puede prescindir de estas válvulas, si sólo se requiere regulación de veloci­
dad en una sola dirección, colocando una válvula de placa de una sola vía en el 
propio pistón hidráulico. Con esto se garantizará una velocidad amortiguada de 
operación en una dirección, con un retomo rápido.
Con una ligera modificación en la varilla prolongada del pistón del cilindro 
hidráulico se puede tener una aproximación rápida del cilindro neumático, al colo­
car tuercas ajustables de seguridad en esa varilla con flexibilidad en la posición. Por 
consiguiente, en el arranque, el cilindro neumático tendrá movimiento rápido, al no 
contar con amortiguamiento del cilindro hidráulico. El recorrido restante del cilin­
dro tendrá movimiento controlado, como se hizo ver con anterioridad. En este caso, 
la unidad hidráulica reguladora tendrá una longitud más corta de carrera que la 
neumática.
En la figura 8.4 se muestra el esquema de una disposición en tándem de los 
cilindros hidráulico y neumático, en la que se usa el hidráulico como unidad 
reguladora.
8 .6 CILINDRO HIDRO NEUMÁTICO
Si bien los cilindros neumático e hidráulico se pueden usar por separado como se 
analizó con anterioridad, el método más usual es integrarlos en una sola unidad. 
Esta unidad se llama cilindro hidroneumátieo, Este tiene la ventaja de ser compacto 
y también su instalación en el sistema es más sencilla, Pero la desventaja es que se 
incrementa la longitud de los cilindros combinados, quedando limitada su aplica­
ción en ciertas instalaciones. Los dos cilindros se disponen en tándem sobre una 
varilla común del pistón, actuando el extremo posterior del cilindro combinado como 
el cilindro neumático. Puesto que la varilla del pistón pasa a través de ambas cubier­
tas de los extremos del cilindro hidráulico, se tiene un desplazamiento igual del 
aceite en cualquiera de las dos direcciones. De este modo, el tamaño del depósito 
externo requerido en el circuito del aceite se puede reducir a un mínimo. Si es nece­
sario, se puede obtener un control diferencial de la velocidad al pasar por alto el
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168 Capítulo 8
regulador del flujo del circuito hidráulico durante un tiempo apropiado. Si se re­
quiere un retomo rápido, se puede acoplar el pistón hidráulico a una válvula de 
placa de una sola vía. Tan pronto como se invierta la válvula neumática, también se 
invertirá el movimiento del cilindro, abriéndose de este modo la válvula de placa 
para dar lugar a un ligero amortiguamiento en esta dirección del movimiento.
8.7 UNIDAD REGULADORA EN PARALELO
También en este caso, el aire y el aceite se mantendrán en dos cilindros separados, 
pero éstos se acoplan en paralelo como se muestra en la figura 8.5. Este dispositivo 
también se semeja a un ramal cerrado de aceite que se puede regular por medio de 
un restrictor: la válvula de retención instalada entre las dos cámaras del cilindro 
ie aceite. Se pueden considerar varias disposiciones de montaje, dependiendo del 
aso y la finalidad que se tengan en mente. Se encuentra que las pérdidas de aceite 
son mínimas, y el aceite y el aire tendrán la posibilidad mínima de entrar en contacto.
3.8 CILINDRO INTEGRAL DE AIRE-ACEITE
2omo se hizo ver con anterioridad, muchos prefieren usar un solo cilindro con un 
pistón en el centro, y uno de los extremos actuando como cilindro neumático y el 
)tro como cilindro del aceite. Un punto importante de diseño que debe considerarse 
ís que el desplazamiento del cilindro de aceite debe ser igual en cualquiera de las 
ios direcciones. Una modificación posible de la misma idea es que se puede dispo- 
ler la parte media del cilindro neumático como cilindro hidráulico, y que el extre­
no de la tapa y el posterior actúen como un cilindro neumático de doble acción 
DA). Los elementos de control se podrían alojar en la parte media de la unidad, 
nediante una modificación y colocación en posición adecuadas del pistón.
Fig. 8.5 Unidad reguladora en paralelo: 1. Cilindro 
neumático, 2. Unidad hidráulica 
reguladora conectada en paralelo con el 
cilindro neumático, 3. Reserva de aceite
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H idroneum álica 169
8 .9 TIPOS DE ALIMENTACIÓN
Los que se mencionan a continuación son los tipos usuales de alimentación que se 
logran mediante circuitos básicos simples en un sistema hidroneumático;
1. Velocidad controlada en ambas direcciones (mediante el uso de dos válvulas 
reguladoras preajustadas).
2. Control de la velocidad en la carrera de salida (mediante el uso de una válvula 
reguladora) con retomo rápido (mediante el uso de una válvula de placa de una 
vía en el pistón hidráulico).
3. Aproximación rápida (mediante el uso de una válvula desviadora) con alimen­
tación controlada (mediante una válvula reguladora) y retomo controlado o 
rápido, según se requiera.
4. Aproximación rápida (mediante el uso de una válvula en el pistón hidráulico) 
con retorno lento (mediante el uso de una válvula reguladora).
El circuito hidráulico sólo influye sobre la velocidad de operación del sistema 
y, por tanto, no tiene efecto sobre el circuito neumático y su control, el cual puede 
ser sencillo o complejo, según se necesite,
8 .1 0 INTENSIFICAD OR
El aire comprimido se puede usar como una fuente de energía hidráulica a alta 
presión mediante el empleo de un intensificador. Esto puede resultar muy atractivo 
en donde resulte conveniente la eliminación de una bomba hidráulica y se requieran 
gastos relativamente bajos en el lado hidráulico. El principio de trabajo comprende 
la alimentación de aire comprimido en el lado ciego del cilindro intensificador, 
abarcando el lado del aire. El movimiento hacia adelanté de la varilla del pistón 
ahora produce una acción de émbolo buzo en el extremo más pequeño del 
intensificador, con lo que se fuerza el aceite a presión hacia afuera del extremo 
del intensificador. Una relación típica de un intensificador sena 10:1,
8 .1 1 COMPARACIÓN DE LOS SISTEMAS HIDRONEUMÁTICO, 
HIDRÁULICO Y NEUMÁTICO
No. S Hidronewxiático Hidráulico Neumático
1. Resistente a la carga ñuctuante Resistente a la carga No resistente a la
^ ñuctuante carga ñuctuante
2. 'v \lta velocidad posible La velocidad siempre Velocidad muy alta
’ está limitada posible
3. Adecuado para el movimiento Muy adecuado para el No adecuado para
de alimentación en aplica- movimiento de ali- el movimiento de
ción a las máquinas-hena- mentación de las alimentación
mientas máquinas-herra-
mientas (continúa)
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170 Capítulo 8
No.>S Hidroneumático Hidráulico Neumático
4. Adecuado para una presión La presión de opera­ En general, la pre­
baja de operación, puede ción puede ser desde sión de operación
generar una presión mediana muy baja hasta muy es de 6 bar (man)
con el sistema de reforzador alta
hidroneumático
5. Se utiliza aire comprimido 
como fluido de operación, 
con aceite como medio regu­
lador
Sólo se utiliza aceite Sólo se utiliza aire
6. Puede ser necesario el cambio 
ocasional del aceite
El aceite se cambia 
según programa
No se presenta
7. No se necesita bomba hidráuli­
ca, basta un pequeño depósi­
Se necesita bomba No se presenta
to de aceite
8. Se necesita alimentación de 
aire comprimido
No se presenta Se necesita alimen­
tación de aire 
comprimido
9. La rigidez del sistema es buena La rigidez del sistema 
es buena
La rigidez es mala
10. Costo de operación muy bajo Costo de operación 
moderado
Costo de operación 
muy bajo
11. Se logra con facilidad el con­ Se logra un control El control de la
trol de la carrera del cilindro muy preciso de la carrera es fácil,
y es preciso carrera pero la fluctua­
ción es inevitable
12. Mantenimiento sencillo Mantenimiento sencillo Mantenimiento
sencillo
13. No se tienen problemas de La cavitación es un No se tiene esecavitación*'excepto a veces gran problema que >• problema
la posibilidad de mezclado debe atacarse de
del aire y el aceite manera apropiada
14. El costo global es de bajo a El costo global es de El costo global es
moderado moderado a alto bajo
15. La relación de peso a presión La relación de peso a La relación de peso
es grande presión es muy pe­
queña
a presión es gran­
de
16. Se requiere amortiguamiento El amortiguamiento del No se necesita el
del cilindro cilindro puede ser
necesario o noi
amortiguamiento 
del cilindro
BIBLIOGRAFÍA
1. Hidraulics and Pneumatics Power and Control por Yeaple Franklin D. Ed., McGraw-Híll 
Book Co., Nueva York, 1966.
2. Introduction to Pneumatics; H. Meixner and R. Kobler, Festo, Alemania Occidental.
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9
Fluídica y lógica fluídica
RESUMEN
En la ingeniería de control más fino, los elerr¡.entos lógicos no móviles encuentran 
un lugar prominente. Sin importar el desarrollo de la electrónica, la neumática de 
baja presión y los elementos Jluídicos tienen ciertas características específicas 
que los ponen a la par con los controles electrónicos, incluso para las maquinarias 
modernas más complicadas. Se han desarrollado diversos elementos Jluídicos 
que se conforman a la necesidad de las Junciones lógicas en la automatización 
industrial. El principio básico se obtiene del diodo fluídica de Tesla y de la teoría 
de fijación a la pared” descubierta por Coanda. Cada vez se están usando más 
y más elementos lógicos Jluídicos en la forma de compuertas lógicas, como OR, 
ÑOR, etc,, Junto con circuitos neumáticos de potencia, para ofrecer un mejor con­
trol y retroalimentación al sistema neumático, Una de las áreas más importantes 
de su aplicación es en el campo de los sensores, En el estado actual de la técnica 
de los sensores neumáticos, éstos compiten bastante bien con otra forma de 
sensores; por ejemplo, dispositivos mecánicos, optoeléctricos, inductivos, hidráu­
licos, de ultrasonido y magnéticos, etc. finos y, como consecuencia, se usan con 
amplitud en herramientas e instrumentos diversos de ingeniería.
9 .1 FLUÍDICA
Un problema importante en los sistemas hidráulicos y neumáticos de control es su 
susceptibilidad al desgaste y desgarramiento de sus diversas partes mecánicas, a 
saber, el carrete, el disco, la bola , etc. de las válvulas. Por consiguiente, para el 
ingeniero especialista en energía de los fluidos, resulta un desafío ofrecer un siste­
ma de control totalmente confiable, sin volver su atención hacia la electrónica, la 
cual, sin embargo, puede adaptarse con facilidad a numerosos sistemas industriales 
de control, con un mínimo de partes mecánicas o electromecánicas, Pero, en este 
punto, los lectores pueden observar que existen ciertas esferas de actividades indus­
triales en donde no resultan convenientes los sistemas eléctricos o electrónicos de 
control. Esta necesidad específica de la ingeniería de control impulsó a los ingenie­
ros a buscar una solución dentro de los propios sistemas de energía de los fluidos y, 
a través de una intensa investigación, a principios de la década de los sesenta, se 
desarrollaron nuevos tipos de elementos de la energía de fluidos. Estos elementos
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172 Capítulo 9
se. conocen como elementos fluídicos o elementos lógicos fluídicos y tienen mucha 
demanda en lugares en donde la propiedad magnética de los controladores eléctri­
cos o electrónicos puede resultar un parámetro desventajoso. La máxima ventaja de 
estos elementos por encima de todas las demás formas de elementos de control es 
que tienen un número mínimo de partes mecánicas móviles. Esto garantiza su 
confiabilidad, ya que ningún desgaste y desgarramiento mecánicos plantearán pro­
blemas, puesto que nada se desgasta. Debido a este hecho, estos elementos también 
se conocen como controladores ‘lógicos no móviles’.
En las últimas décadas, la tecnología de los sistemas electrónicos de control ha 
ido a saltos de innovación en innovación, con diversas formas de transistores, CI y 
artículos semejantes, los costos de producción se han reducido drásticamente y la 
confiabilidad se ha incrementado en muchas veces. A pesar de estos desarrollos, los 
dispositivos fluídicos son mucho más confiables en condiciones adversas del am­
biente, como vibración, choque, calor y radiación. Son de construcción más senci­
lla, de menor tamaño y con menos masa o peso. El modo de alimentación de la 
energía a un sistema de este tipo también es muy sencillo. En estos dispositivos, es 
decir, las compuertas lógicas fluídicas, se emplea un fluido, principalmente aire, 
como medio de trabajo y se aplica algún fenómeno natural inherente al movimiento 
de los fluidos entre fronteras sólidas. El campo de la fluídica es el estudio de las 
características de comportamiento y respuesta de los sistemas de control, dispositi­
vos de cómputo y conmutadores lógicos basados en estos elementos fluídicos.
Otra característica interesante de estos elementos es que se adaptan con facili­
dad a las funciones lógicas en aplicaciones de ingeniería. En el capítulo 10 se trata 
de manera más elaborada la función lógica y, por consiguiente, no se analizará en 
estos párrafos con detalle. En el capítulo 6 se analizaron las dos compuertas neumá­
ticas lógicas; es decir, la válvula de lanzadera y la válvula gemela de presión. Todas 
las válvulas neumáticas también poseen las características lógicas. Por ejemplo, se 
puede poner una válvula de control de dirección 3/2 en un circuito neumático para 
dar lugar a una función AND (Y), como en la figura 9.1. En este caso se han usado 
dos válvulas neumáticas piloto de 3 vías/2 posiciones y de retomo por resorte. Se 
tienen tres impulsos entrantes. Las tres líneas deben encontrarse a presión, antes de 
tener alguna señal hacia A. Si se presuriza la línea 1, no puede pasar aire por la 
válvula 1.1, hasta que la presión en la línea 2 no mueva el carrete a la posición de
3
.¡
Salida
P
r i h - - -1.1
R
1.2
Fig. 9.1 Lógica AND
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Fluídica y lógica Jluídica 173
1 2 3 4
abierto y, entonces, el aire es bloqueado en la válvula 1.2, hasta que se presuriza la 
línea 3, lo cual pone esta válvula en la posición de abierta, haciendo que el aire pase 
la abertura de salida de esa válvula 1.2. No importa en qué orden se presuricen las 
líneas. No puede haber señal de salida hasta que se presuricen las líneas 1, 2 y 3. En 
la figura 9.2 se ilustra una función OR (O) con la válvula de lanzadera. En el diagra­
ma se ilustran cuatro impulsos, cualquiera de los cuales puede accionar la señal de 
salida en D. Por ejemplo, el aire comprimido en la línea 3 accionará B para sellar la 
línea hasta A y pasar para accionar C, sellando de este modo la línea 4 y continuan­
do hasta D.
Las válvulas analizadas en las figuras 9.1 y 9.2 tienen circuitos lógicos que 
trabajan a una presión de más o menos 6 bar (man), usándose en ellos varios elemen­
tos móviles. De modo que, en estos casos, no se puede eliminar el problema del 
desgaste y el desgarramiento. Con el fin de diferenciar estos elementos lógicos de los 
elementos fluídicos, se pueden mencionar los sistemas neumáticos como neumáti­
ca de potencia. Los elementos fluídicos trabajan a una presión mucho más baja y, 
por lo tanto, los problemas asociados con la neumática de potencia se eliminan por 
completo. Esta la ventaja máxima de los elementos fluídicos sobre los neumáticos,
9.2 , FUNDAMENTO HISTÓRICO
En 1916, Tesla inventó un conducto para fluidos en el que había una dirección fácil 
de flujo y una difícil, debido a la interferencia causada por el flujo dividido en 
ramales oponiéndose a la dirección pretendida del flujo, como puede verse en la 
figura 9.3. La fuerte influencia de la electrónica en esta era explica la terminología 
de ‘diodo fluídica’, usado para describir el conductocon válvulas de Tesla.
1. Dirección fácil de flujo
2 . -m---------- Dirección difícil de flujo
Fig. 9.3 Tubo de Tesla
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174 Capítulo 9
Sin embargo, el desarrollo práctico real provino del ‘efecto de Coanda’, al que 
se fe dio ese nombre en honor de Henri Coanda, quien observó el fenómeno de 
fijación a la pared y informó acerca de él. Cuando se “empuja” un chorro de fluido 
hacia una pared inclinada, permanecerá allí, incluso después de eliminar el chorro 
de control del “empuje”. Coanda desarrolló esto más o menos por 1933. Observó 
que el arrastre del aire atrapado cerca de la superficie del cuerpo sobre el cual se 
está moviendo crea un vacío parcial y el aire atmosférico fuerza a la comente a 
adherirse a la superficie del sólido sobre la cual el fluido tiene que moverse. Aun 
cuando Coanda patentó unos cuantos dispositivos en el que se aplicaba su principio 
de la teoría de fijación a la pared, la industria, de una manera general, tuvo que 
esperar hasta la primera mitad de la década de los sesenta, cuando aparecieron algu­
nos aparatos fluídicos prácticos y confiables. La mayor parte de estos aparatos se 
conocen como ‘amplificadores fluídicos’. En forma popular, la materia que trata de 
esta área de la lógica fluídica se conoce sencillamente como fluídica. La presión 
de trabajo que se usa para los dispositivos neumáticos fluídicos es muy baja, en el 
intervalo de 0 a 0.05 o 0.1 bar, pero no es necesario que siempre sea así. Son bastan­
te sensibles a la carga y la posición, las cuales se pueden detectar con facilidad con 
la ayuda de instrumentación. Las diversas ventajas son: i) los elementos no se des­
gastan ni desgarran, ii) no se necesita fuerza de accionamiento, iii) se necesita un 
espacio muy pequeño para montarlos, iv) son bastante insensibles al polvo, la sucie­
dad, el agua, la temperatura, etc. y v) son insensibles a las interferencias electro­
magnéticas, etcétera.
9 .3 ¿9U É LO HACE FUNCIONAR?
La fijación del fluido a la frontera inclinada es un fenómeno complejo. Como el 
chorro emitido tiene una elevada energía cinética, existe una región de baja presión 
alrededor de él. El chorro lateral o de control suministra fluido a la región de baja 
presión; pero ese rell'eno no se tiene en el lado de la frontera, como se ve en la figura
9.4. Por tanto, existirá una región de baja presión con algo de movimiento arremo­
linado. Este gradiente transversal de presión curva el eje del chorro principal a lo
2. Chorro lateral (chorro de control)
Fig. 9 .4 Principio general de la compuerta fluídica: 1. Entrada, 
2. Chorro lateral, 3. Región de baja presión
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Fluídica y lógica Jluídica 175
largo de la frontera. Incluso cuando se elimina el chorro de control, el chorro princi­
pal se pegará: es decir, permanecerá adherido a la frontera. De hecho, esta fijación 
es una función ‘MEMORY’ (MEMORIA).
9 .4 B AS CUIDADOR BIESTABLE
La aplicación más común de este principio es el amplificador biestable, Ésta se 
logra al crear una unión en Y en un trozo de placa maciza, en la que la entrada es 
desde la base y la salida es por cualquiera de las otras dos ramas, produciéndose de 
esta manera la alternación de la salida, o ‘basculamiento’, como se le llama. La 
salida se controla por medio de dos chorros de control.
Este dispositivo, mostrado en la figura 9.5, es uno biestable. Se puede fabricar 
con facilidad de vidrio o plástico, con tamaño no mayor al de una moneda.
La energía de entrada de la lumbrera para el efecto se puede mover hacia 
la salida 1 o la 2, dependiendo de la presencia o ausencia del chorro de control en la 
lumbrera para éste.
El tamaño de los orificios en estos dispositivos es del orden de 0.25 mm de 
diámetro y la presión de trabajo es de aproximadamente 0.05 a 0.1 bar. La veloci­
dad de operación es más o menos de 1000 ciclos por segundo. El dispositivo resulta 
adecuado para funciones lógicas binarias, ya que la salida existe o no. La salida de 
una unidad basculadora biestable de este tipo es suficiente para controlar una válvu­
la de accionamiento por piloto con un elemento de accionamiento de baja presión.
9 .4 .1 Com puerta ÑOR
Los desarrollos posteriores de esta unidad básica condujeron al dispositivo 
monoestable con más de una salida de control. En la figura 9,6, el dispositivo se 
desfoga hacia la atmósfera (o presión NO del sistema) a través de las dos salidas de 
control.
2\ /
3
4
Fig. 9.5 Basculador biestable: 1 y 2. Salidas,
3. Chorro de control, 4. Aire de 
entrada, 5. Reposición
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L76 Capítulo 9
2 3
Entrada Entrada alternativa
de control (OR) de control
5
Desfogue 
de salida 
NO
(b)
Fig. 9.6 Compuerta ÑOR: 1. Entrada, 2 y 3. Chorros de control, 4. Salida, 
5. Desfogue
Ésta es un función ÑOR, sin conexiones (autocontenida). Si no existe la entra- 
la 1 o la 2, no hay salida ÑOR. Si se tiene una entrada en 1 O (OR) en 2, se tiene 
;alida NO.
S.4.2 Compuerta AND
s' a se ha visto la manera en que las válvulas neumáticas dan lugar a una lógica 
VND. De manera análoga, con la interconexión de dos o más componentes lógicos 
luídicos se pueden lograr la mayor parte de los tipos comunes de funciones lógicas. 
In la figura 9.7 se muestra un elemento AND.
3
Fig. 9.7 Compuerta AND: 1. Entrada, 2. Control (1), 3. Control (2), 
4. Salida (0), 5. Salida (1), 6. Desfogues, a) Energía de 
entrada, sí; energía de control, no; salida (O), b) Energía de 
entrada, sí; energía de control (1), sí; salida (1). c) Energía 
de entrada, sí; energía de control (2), sí; salida (2)
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Fluídica y lógica flu íd ica 177
En esta figura, en condición sin control, la salida es por 0. Cuando actúa el 
chorro de control 1, la salida es por 1. Cuando actúan los chorros de control 1 y 2, 
sólo entonces se tiene la salida por la compuerta AND; es decir, en 2, que la com­
puerta de salida AND.
Se pueden producir dispositivos osciladores, o seabasculadores de autodisparo, 
al dividir una de las salidas y utilizar el flujo dividido como retroalimentación para 
reponer la entrada de control. Si el chorro de control es pulsante, la salida oscilará a 
la mitad de la frecuencia de ese chorro de control. Este dispositivo también se puede 
considerar como un ‘amplificador’, si se contempla el chorro de control como una 
‘frecuencia de rejilla’.
9.5 AMPLIFICADOR DE TURBULENCIA
Junto con los elementos biestables antes analizados, los ingenieros desarrollaron un 
sencillo dispositivo lógico fluidico llamado ‘amplificador de turbulencia* o A.T. Se 
conduce fluido a baja presión a lo largo de un tubo largo y de diámetro interior 
pequeño para lograr un flujo laminar con número de Reynolds por debajo de 1500. 
Este flujo laminar emitido por el tubo de admisión recorre un espacio de alrededor 
de 20 mm y entonces es capturado por el tubo de salida. El espacio entre el tubo de 
entrada y el de salida está protegido por una cubierta cilindrica con un diámetro 
de 20 a 30 veces mayor que el de los dos tubos mencionados. Esta cubierta aloja las 
‘entradas de control’ y cuenta con desfogue hacia la atmósfera, como se muestra en 
la figura 9.8.
Si no se tiene alguna ‘entrada de control’ o ‘señal’, el flujo laminar avanza de 
la entrada hacia la salida, a través del espacio abierto que se encuentra en el interior 
del A.T.; sin embargo, si existe alguna entrada, ésta creará una turbulencia entre los 
tubos de entrada y de salida; como consecuencia, el tubo de salida no capturará 
flujo y, por consiguiente, se tiene salida NO. Al eliminar la señal de control, se 
restablecerá el flujo laminar y habrá una salida. Se pueden tener varias entradas de 
control y la función lógica es ÑOR. En estos dispositivos, el tiempo de conmuta­
ción es alrededor de 4 milisegundos y el tiempo total del ciclo puede llegar a no 
sobrepasarde 6 a 7 milisegundos.
J>Z.
Señal
v z .
Salida
NO
Desfogue
Fig. 9 .8 Amplificador de turbulencia: 1. Entrada, 2. Señal, 3. Salida,
4. Desfogue q
. | . .. % ... ^
r . A H (3
■nr\
. \ l . •' I www.FreeLibros.com
178 Capítulo 9
9 ,6 NEUMÁTICA DE BAJA PRESIÓN
9 .6 .1 Válvulas de diafragm a
Se encuentra que, siempre que se usan elementos fluídicos en ciertas aplicaciones, 
la presión en extremo baja puede requerir amplificación. Con este fin, se han encon­
trada más adecuadas las válvulas de accionamiento por diafragma. Las válvulas 
neumáticas normales de control de dirección se pueden modificar para tener válvu­
las de diafragma. La única diferencia es el uso de un diafragma grande en su carrete 
de control, eliminando otras partes mecánicas susceptibles de desgaste y desgarra­
miento. En el caso de la válvula C.D. 3/2, la lumbrera de presión P se conecta la 
presión normal de la línea principal. En una válvula normalmente cerrada, P perma­
nece cerrada hacia A en su posición neutra, dejándose además que A realice su 
escape hacia R. Un orificio pequeño en la lumbrera piloto Y actúa como la lumbrera 
de presión de control para la válvula. Por este orificio Y, se deja entrar el chorro de 
control a la válvula, en el otro lado del diafragma. La presión de control en general 
varía desde 0.1 hasta 0.5 bar. Tan pronto como la fuerza sobre el diafragma alcanza 
la fuerza nominal del resorte del carrete, éste se desplaza y se abre P hacia A, per­
maneciendo R cerrada. De este modo, los 6 bar (man) de presión de la línea neumá­
tica normal pueden pasar hacia A y, más adelante, corriente abajo.
En general, las válvulas controladas por aire comprimido durarán más si la 
presión de control es baja. Sin embargo, la construcción de la válvula, la fuerza del 
resorte y la fricción del carrete determinarán si se puede usar una presión baja como 
presión de control. Se encuentra que las válvulas de diafragma son más ventajosas 
como elementos de control cuando se usan en conjunción con elementos fluídicos y 
sensores neumáticos.
En la figura 9.9 se muestra un diagrama de circuito, en donde se aplica presión 
fluídica para accionar una válvula de diafragma de baja presión.
1.3
1.4
0,1 " ! 
a J
ó
1.2
V
1.1
r z
1.0 Cilindro de simple
acción
1.1 Válvula 3/2 de
control de dirección
1.2 Compuerta fluídica
ÑOR
1.3 Amplificador de
turbulencia
1.4 Válvula de control
del flujo
0.1 Reductor de presión
Fig. 9.9 Aplicación de elementos fluídicos en un circuito neumático
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9 .7 SENSORES NEUMÁTICOS
Fluídica y lógica Jluídica 179
En las máquinas-herramientas y otros sistemas se usan diversos tipos de sensores 
neumáticos para transmitir o recibir señales. Un uso importante de estos sensores en 
las máquinas herramientas es detectar la presencia o la ausencia de un componente 
mecánico y, en consecuencia, generar una señal de control en la forma de chorros 
pequeños, los cuales se pueden obstruir para crear la señal.
Como la mayor parte de estos elementos se usan para detectar la posición de 
artículos mecánicos, al detectar su proximidad a los chorros de aire, a menudo se les 
menciona como sensores de proximidad.
9 .7 .1 S en sor interruptib le de chorro
En la figura 9.10 se muestra un esquema de un sensor de chorro. Se deja pasar, de 
manera ininterrumpida, un chorro de baja presión desde P hacia A. Pero si se intro­
duce un objeto mecánico (componente B en la figura mencionada) en el espacio 
abierto entre C y A, se bloquean los chorros de aire que están saliendo por la lum­
brera C y desaparece la señal en A. De donde, puede invertirse la válvula corriente 
abajo que recibe la señal proveniente de A. La presión en la admisión P varía entre
0.1 y 0.2 bar, pero también se puede usar la presión normal de la línea de aire; pero, 
en tal caso, es mejor estrangular el aire antes de que entre a P. El espacio libre de 
detección se limita a 5 mm.
9 .7 .2 S ensor réflex
Este trabaja con base en el principio de crear una contrapresión cuando se bloquea 
la presión que fluye hacia la atmósfera. Dos chorros de aire fluyen hacia afuera a 
través de una abertura anular. Si un objeto perturba los chorros, se crea una 
contrapresión, la cual fluye hacia atrás, hacia la boquilla interior y controla otras 
válvulas. En esta aplicación, la presión de admisión se limita entre 0.1 y 0.2 bar 
(man). En la figura 9.11 se muestra el símbolo.
¿LL/LUJ- A
'm m ,
w z z fflw m *
_A
P
Símbolo
(a) (b)
Fig. 9.10 a) Construcción del sensor interruptible 
de chorro: 1. Componente, 2. Chorro,
3. Alimentación, b) Símbolo del sensor 
interruptible de chorro
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180 Capítulo 9
Objeto
Fig. 9.11 Símbolo del sensor réñex:
1. Objeto, 2. Espacio libre
9 .7 .3 S en sor de contrapresión
En este caso se perturba la continuidad del flujo de aire de P hacia R, al hacer 
avanzar objetos mecánicos, los cuales crean una contrapresión. Al ser perturbada, 
esta presión fluye hacia A para controlar otras válvulas.
En la figura 9.12 se muestran un esquema y el símbolo.
En todos los sensores antes descritos, se encuentra que es mejor la sensibilidad 
de la detección si la presión es baja. Pero, con las aplicaciones baja presión, se tiene 
que realizar la amplificación de la señal para hacerla compatible con los aspectos 
neumáticos normales (neumática de potencia).
9 .8 APLICACIÓN DE LA FLUÍDICA; NEUMÁTICA DE BAJA 
PRESIÓN COMO SENSORES
Los elementos fluídicos antes analizados son bastante útiles para monitorear condi­
ciones del equipo y generar señales. Estas señales se manipulan para desplazar el 
elemento de acción de una válvula de control de dirección, lo cual puede hacer 
avanzar o invertir la dirección de un cilindro. De manera análoga, también se pue-
1
Fig. 9.12 Sensor de contrapresión y su símbolo: 1. Reza de trabajo
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Fluídica y lógica Jluídica 181
den transmitir señales para establecer gastos o niveles de presión diferentes en otros 
elementos, como en una válvula del control del flujo, un regulador de presión, etcé­
tera. La señal de salida de un sensor debe ser eléctrica o neumática, para adecuarse 
a la actuación de las válvulas que, en su mayor parte, son neumáticas o accionadas 
por solenoide. Los parámetros más comunes que se monitorean son: i) posición, ii) 
presión y iií) tiempo. Si la aplicación de los sensores son para áreas muy complica­
das, entonces los elementos de detección pueden combinar la posición y el tiempo 
para medir la velocidad lineal o de rotación. La temperatura, el flujo y otros paráme­
tros también pueden resultar otras áreas interesantes, pero principalmente para las 
industrias de procesos.
En los sistemas neumáticos, la detección de la posición se aplica con amplitud 
para los cilindros con el fin de averiguar que se ha completado su acción dinámica. 
La detección de la posición asegurará la ausencia o la presencia de un elemento de 
máquina en cierta posición y, de este modo, garantiza la seguridad de la secuencia 
de operación. Como ya se ha expresado en el capítulo 5 (sección 5.14.3), los interrup­
tores y las válvulas limitadoras son los de uso más común para detectar la posición 
de los cilindros. Las señales se generan por el choque contra los límites montados en 
la trayectoria del recorrido del cilindro, por medio de una leva o de otros elementos 
mecánicos con lo cual se abren o cierran las trayectorias internas de flujo en la 
válvula, al producirse o romperse los contactos eléctricos en los límites. Se requiere 
un cuidado extremo para proteger los límites contra la suciedad, el polvo, la hume­
dad, la vibración, el calor y las interferencias eléctricas; de lo contrario, se reducirán 
la duración en servicio y la confiabilidad de su funcionamiento. En el mercado se 
encuentran diversasválvulas limitadoras que pueden aceptar fuerzas de magnitud 
variable, desde cualquier dirección, traduciéndolas en diversas señales mecánicas.
También se realiza la detección de la posición por medio de la detección por 
chorro de aire. En las figuras 9.10, 9.11 y 9.12 ya se han mostrado algunas válvulas. 
El principio es sencillo. Cuando se bloquea o se deja en libertad un chorro de aire, 
se producirá un cambio en la presión, el cual se mide para producir una señal. La 
detección por chorro será más auténtica si no se perturba la condición del ambiente 
de la zona de la máquina debido a la presencia de elementos indeseables de máqui­
na. Los sensores de chorro se encuentran como elementos separados o como un 
sistema integrado al elemento actuador. Para comprender mejor su aplicación, en la 
figura 9.13(a) se muestra, en forma diagramática, el principio de la detección por 
chorro de la posición. Tanto el principio de la interrupción del chorro como el de 
contrapresión se aplican extensamente para la detección de la posición. Si se tiene 
que realizar la detección de la posición sin hacer contacto con los elementos mecá­
nicos, la detección de proximidad será el mejor método posible. Los sensores de 
proximidad, como se les llama, pueden detectar la presencia o ausencia de un blan­
co, sin hacer contacto físico. El alcance de la detección varía desde mieras hasta 
muchos metros de distancia, dependiendo de varios factores, como el tipo de sensor, 
tamaño o composición del elemento que debe detectarse. Las válvulas que se mues­
tran en las figuras 9.10, 9.11 y 9.12 son sensores de proximidad. Cuando se usan 
para detectar, el blanco no tiene que llenar el espacio libre o tocar el orificio por el 
que sale el chorro para que el sensor funcione. Los interruptores de proximidad son
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182 Capítulo 9
Seña! de baja 
presión
7777777777777777?.]
Señal de alta 
presión
//////< '//////.
/ // ////////////; /
í
Escapa 
con libertad
Chorro
bloqueado
Principio de la contrapresión
\ \ \m \ \ \ \v
Espacio libre 
lh-iv// / / / / Señal 
de presión
Receptor
\\\\\\\\\\\\\
777777777777A
! niV///////
No hay señal
Principio de interrupción del chorro
Fig. 9.13(a) Sensor de chorro de aire para la detección de la posición
miniaturas, duran largo tiempo y pueden detectar un gran número de impulsos por 
unidad de tiempo. Desde hace poco tiempo se han construido sensores de proximi­
dad con salidas eléctricas y se han usado en diversos campos de aplicación como las 
máquinas CNG. En la figura 9.13(b) se muestra la aplicación del interruptor de 
proximidad, en donde se puede monitorear con facilidad la posición de la mesa por 
medio de los dos sensores de proximidad conectados al circuito. Se puede lograr 
directamente la detección de la presión al detectar la fuerza generada por el elemen­
to neumático, ya que esa fuerza será directamente proporcional a la presión. La 
detección de la presión interna de un cilindro ayudará a monitorear la posición del 
pistón, ya que la presión en un cilindro neumático no alcanza el valor del suministro 
de presión hasta que se ha completado la carrera. Se puede detectar la presión piloto 
contra el resorte, en una válvula de este tipo, para determinar cuándo está emitién­
dose la señal de salida. Para evitar la detección prematura de la presión, debido a 
clavos, etc., es posible que deba amortiguarse la presión hacia el piloto. Se pueden 
producir o romper contactos eléctricos mediante el uso de un interruptor de presión, 
en donde se usen contra la presión elementos de detección como diafragmas varia­
bles, fuelles, resortes, tubos de Bourdon o pistones.
Se pueden suministrar señales de tiempo en un sistema neumático por medio 
de un temporizador neumático que puede ser controlado por la presión, como se 
muestra en la figura 9.14(a) (es decir, por el uso de una válvula dependiente del 
tiempo) o ser un dispositivo mecánico accionado neumáticamente, en donde una 
señal neumática puede iniciar la señal de tiempo y finalizarla por el desplazamiento 
del elemento de acción de la válvula, una vez transcurrido el tiempo [Fig. 9.14(b)]. 
Sin embargo, la confiabilidad del temporizador neumático puede ser cuestionable 
y, por lo tanto, un temporizador electrónico puede ser lo más adecuado cuando se 
insiste en una elevada confiabilidad.
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Fluídica y lógica Jluídica 183
)( )(. Sensores de proximidad
Z
<Wv
1— SZ
V r
X Y
V
—s = X
v r
Ó
0
Fig. 9.13(b) Aplicación del interruptor de proximidad
También se puede lograr con mucha facilidad el control de la posición por 
medio de radiofrecuencia, dispositivos inductivos, celdas fotoeléctricas e, incluso, 
dispositivos ultrasónicos o magnéticos. Hoy en día se usan muy a menudo en com­
binación con el sistema neumático. La fluídica, o neumática de baja presión, se 
aplica de manera muy conveniente para indicar o detectar el nivel del líquido al 
llenar recipientes de productos químicos, leche, etcétera. En la figura 9.15 se mues­
tra el esquema de un diagrama de circuito de una aplicación de ese tipo, para detec­
tar el nivel del líquido en un recipiente.
9 .9 DESARROLLOS FUTUROS
Durante las últimas décadas, la neumática industrial se ha estado aplicando en for­
ma continua como fluídica y sensores neumáticos de baja presión. La universalidad 
de la neumática, aunada a sus flexibles características, ha permitido que se aplique 
en actividades muy variadas, en la automatización industrial. Pero con el transcurso 
del tiempo, la microelectrónica ha ampliado de manera continua su esfera de in­
fluencia. En el estado actual de desarrollo de la microelectrónica, se puede observar www.FreeLibros.com
184 Capítulo 9
Fig. 9.14(a) Detección del tiempo con una válvula de retraso en el tiempo
que esta tecnología en surgimiento está irrumpiendo en áreas que alguna vez fueron 
el dominio de la neumática. Para hacer frente a los avances de la microelectrónica 
en su esfera de aplicación, en los últimos años se han estado desarrollando y utili­
zando sistemas neumoelectrónicos en actividades de detección en la ingeniería. Se 
están uniendo los controladores lógicos programables (PLC, programmable logic 
controllers) con la neumática y la hidráulica, y aplicándolos en el campo de las 
máquinas con control numérico computarizado (CNC), los sistemas de fabricación 
flexible, la robótica, el montaje flexible, etcétera. El progreso en el desarrollo de 
bloques de construcción en miniatura de componentes electroneumáticos llevó a la www.FreeLibros.com
Fluídica y lógicafluídica 185
Fig. 9.15 Indicador de nivel de líquido
neumática hacia una alianza irrompible con la electrónica. Sin embargo, es verdad 
que todavía existen muchas áreas de aplicación en donde sólo la neumática es la 
solución para el problema de la automatización. Debido a los desarrollos de la elec­
trónica en los últimos años, en el campo de la electroneumática, las válvulas de 
control proporcional y su control inteligente, ha sido posible hacer que la neumática 
sea atractiva para tareas más elaboradas, como los accionamientos programables. 
La pregunta básica ahora es cuál de las casi ilimitadas posibilidades de la microelec­
trónica se puede aplicar en la actualidad, en colaboración con la neumática. Natu­
ralmente, en cuanto a lo que se refiere a los elementos de potencia de los fluidos, la 
cuestión más sobresaliente es cuáles modificaciones de los componentes existentes 
o cuáles desarrollos nuevos se necesitan.
9 .1 0 DISPOSITIVO PROPORCIONAL
Para que sea adecuado para la aplicación en la instrumentación del control de pro­
cesos, es posible que se necesite un dispositivo proporcional. En las últimas déca­
das, muchos investigadores han consumido una gran cantidad de esfuerzo en el 
perfeccionamiento de un ‘dispositivo fluídieoproporcional’. Uno de estos disposi­
tivos se basa en la teoría de la ‘cantidad de movimiento’ de los chorros incidentes, 
en donde se usa la cantidad de movimiento del chorro de control para desviar pro­
porcionalmente el chorro principal de potencia.
9 .1 1 CONFIABILIDAD
Los dispositivos fluídicos muestran una ventaja definida, por encima de los electró­
nicos, a temperaturas elevadas (arriba de 300°C o debajo de 150°C), en atmósferas 
radiactivas y bajo vibraciones intensas. Esto los hace muy adecuados para guiar 
cohetes. La investigación se ha conducido a la aplicación de estos dispositivos 
fluídicos en las máquinas-herramientas, en el conteo binario y en componentes de 
automatización de bajo costo. En el futuro cercano, debido a su confiabilidad, los
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186 Capítulo 9
dispositivos fluídicos encontrarán una amplia aplicación y serán aceptados con tan­
ta facilidad como en la actualidad se aceptan las calculadoras electrónicas y los 
relojes de pulsera.
BIBLIOGRAFÍA
1. Fluidic Systems Design por Charles A Belsterling, Wiley Inter Science, John Wiley & Sons 
Inc., Nueva York, 1971 (Typical Fluidic Circuit, p. 34).
2. Fluid Power por James A Sullivan, Reston Publishing Co. Inc., Virginia 22090, Prentice Hall 
Co., USA.
3. Pneumatische Riegsstrahl Sensoren por Dr. Ing. K. H. Hellmann, Oel hydrauliku. Pneumatik. 
Enero de 1989, p. 55.
4. Beruchrungslos Abtasten und Schalten por Rudlof Kobler, Pneumatik Digest. Diciembre de 
1977, pp 37-41, Alemania Occidental.
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10
Automatización y 
principio de diseño 
del circuito neumático
J R E S U M E I ^ |
En su nivel actual de desarrollo, el sistema neumático de control puede satisfacer 
las necesidades de automatización de por lo menos una parte importante de las 
exigencias industriales posibles. Una ventaja específica de este sistema es que el 
aire comprimido puede realizar la función de trabajo así como la función de con­
trol y no requiere equipo adicional para convertir su energía en potencia motriz. 
Los circuitos neumáticos se diseñan según diversos métodos. Aun cuando los 
primeros circuitos se diseñaron en su mayor parte siguiendo métodos intuitivos, 
hoy en día se están utilizando en forma extensa diversas técnicas analíticas mo­
dernas, como el sistema en cascada, el diagrama de Karnaugh-Veitch, etcétera. 
Para desarrollar un diagrama metódico de circuito neumático, puede resultar de 
gran ayuda el conocimiento básico del diagrama de funcionamiento, la función 
lógica, la aritmética binaria, el álgebra booleana, etcétera. En este capítulo se 
analizan unos cuantos problemas de diseño de circuitos sencillos y avanzados 
para explicar los diversos métodos de diseño de circuitos neumáticos y sus com­
plicaciones.
10 .1 CONTROLES NEUMÁTICOS
La necesidad del momento es conservar y hacer el mejor uso de los recursos ma­
teriales y del sistema productivo del que se dispone, junto con el ser humano, 
para incrementar la productividad. Si el equipo es más sencillo de fabricar, operar 
y mantener, se ahorra esfuerzo humano en gran cantidad. Para lograr esta meta, 
es de lo más necesario automatizar y racionalizar las plantas de producción al 
mando del hombre; un proceso que probablemente se haya iniciado en los albo­
res de la civilización y que ha continuado en pleno vaivén hasta nuestros días. 
La necesidad principal de una máquina automática es el desarrollo de un sistema 
de control capaz de funcionar independientemente, con la participación humana 
directa o sin ella.
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188 Capítulo 10
. Un sistema de control se puede definir como un dispositivo integrado comple­
jo que rige o regula un proceso o una operación. El control neumático es uno de los 
dispositivos de control usado en las industrias modernas para la automatización y la 
racionalización. Probablemente, la energía neumática es una de las formas conoci­
das más antiguas de la energía potencial y, al principio de la segunda mitad de este 
siglo, se ha convertido en una fuente única para los programas de racionalización y 
automatización de la planta industrial moderna. Casi cualquier tarea mecánica con 
la que alguien llega a enfrentarse se puede realizar neumáticamente. Aunque el aire 
comprimido se usa para los tipos más representativos de los procesos de produc­
ción, su uso máximo se encuentra en la línea de montaje, el taller mecánico, el taller 
de fundición, el taller de procesamiento de la madera en bruto y labrada, etc., para 
atacar los problemas de manejo, alimentación y manipulación del trabajo. Sin em­
bargo, en este punto se puede afirmar con toda justificación que, en su nivel actual 
de desarrollo, la neumática puede satisfacer un amplio rango de necesidades indus­
triales posibles. Sólo depende de la imaginación y capacidad del diseñador averi­
guar en dónde la neumática puede dar pruebas de resultar ventajosa y cómo se 
puede emplear de la mejor manera posible. La energía neumática se puede aplicar 
bien, logrando la ventaja más completa, en los siguientes campos industriales y 
tecnológicos:
1. Montaje
2. Máquinas automáticas
3. Maquinaria para fundición
4. Industrias de empaquetado
5. Industria de procesamiento 
de alimentos y bebidas
6. Industria de la impresión
7. Industria de la construcción
8. Herramientas para ejercer 
presión
9. Máquinas para soldar y
fabricar /
10. Maquinaria para labrar 
madera
11. Industria del plástico
12. Manejo de materiales
13. Operación de hornos
Para atornillar, realizar ajustes a presión, 
martillar, remachar, etc.
Fuentes de energía por completo neumáticas, o 
bien, una combinación de tradicional y neumática 
o de otro tipo para sostener, agarrar, alimentar y 
otras aplicaciones auxiliares 
Máquinas para moldeo por completo automático 
o semiautomático, poner brasca, transporte, etc. 
Máquinas especiales para empaquetar toda clase 
de productos, doblar, etc.
Para embotellar, envolver, etc.
Para alimentación de papel, empaquetar, etc. 
Para dosificación y mezclado de los ingredientes 
del concreto provenientes de la tolva, manejo, etc. 
Para prensas ligeras, plantillas, artefactos, etc.
Como plantillas y artefactos de sujeción, 
alimentación de alambre 
Para sujetar, operación de aserrado y 
alimentación del material, etc.
Para moldear, alimentación de la materia prima, 
etc.
Para malacates, grúas, izadores, etc.
Para inclinar el homo, abrir puertas, etc.
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Autom atización y principio de diseño del circuito neum ático 189
14. Industrias textil y del 
cáñamo, de productos 
químicos y farmacéutica
15. Agricultura y 
agroindustrias
Para sistemas.de control de procesos, 
valoración de la calidad, medición y monitoreo, 
etc.
Para cultivadoras automáticas, descascarar, etc.
16. Minería Para barrenar, palear, etc.
Algunas de las ventajas específicas en el uso de sistemas neumáticos son las 
siguientes:
1. No están sujetos a sobrecalentamiento o producción de chispas debido a fallas 
eléctricas.
2. Relativamente, no son afectados por condiciones extremas.
3. Sobre ellos no influyen los campos electromagnéticos de dispersión e inter­
ferencias eléctricas.
4. Tolerarán dentro de la seguridad variaciones considerables en la presión de 
alimentación y todavía funcionarán con eficacia,
5. Pueden proporcionar una fuerza de sujeción positiva durante largos periodos.
El aire comprimido realiza la función de trabajo así como la de control y no 
requiere de un equipo adicional para convertir su energía en potencia motriz.
Uno de los problemas mayores en la neumática es la dificultad de minia- 
turización. Ésa es la razón por la que los microprocesadores tienden a ser favoreci­
dos para el equipo móvil en áreas no inflamables. Asimismo, la compleja plomería 
que se requiere en muchos sistemas neumáticos tradicionales puedeser motivo 
de descarte por parte del diseñador así como de introducción de falta potencial de 
confiabilidad en el sistema. Por supuesto, sobre este particular, el uso de múltiples 
en las válvulas ha reducido la tubería y, por consiguiente, el número de puntos 
potenciales de fugas.
1 0 .2 APLICACIÓN EN LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTAS
Y OTROS CAMPOS MECÁNICOS
Evidentemente, la mecanización y la automatización por medio de la energía neu­
mática no constituyen la respuesta en todo momento y en todo caso. Sin embargo, 
considerando la amplitud técnica de la neumática y tomando en cuenta sus limita­
ciones, en relación con la velocidad, la fuerza, el recorrido, el tiempo, así como con 
la exactitud y capacidad de procesamiento de la información, esta tecnología está 
marcada por una ventaja de gran importancia: la flexibilidad en la aplicación.
Las máquinas-herramientas comunes que se usan en la industria, como el tor­
no, el taladro o, incluso, las fresadoras, se pueden hacer hasta cierto punto automá­
ticas al aplicar la neumática en algunos de sus movimientos. En la mayor parte de 
los tomos, es posible que no sea difícil aplicar la neumática en los movimientos del 
carro, el cursor transversal y la contrapunta, a un costo relativamente bajo. Se puede 
emplear una contrapunta accionada neumáticamente para taladrar y se pueden auto­
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190 Capítulo 10
matizar todos los movimientos mediante el uso de varias válvulas de control. Esa 
conversión se puede realizar en forma gradual, conforme aumente la confianza en 
la operación y control neumáticos, así como el conocimiento de sus características, 
de modo que en cierto momento sería posible realizar el cambio neumático de en­
granes. Es posible una conversión semejante hacia la neumática, con ligeras modi­
ficaciones, del movimiento lineal de las taladradoras y fresadoras.
Los diagramas anexos (Fig. 10.1) muestran unos cuantos dispositivos mecáni­
cos sencillos de sujeción convertidos en neumáticos mediante un sencillo cilindro
(¡II) (iv)
Fig. 10.1 La neumática en acciones de sujeción: i) Sujeción directa simple, 
ii) Palanca directa para sujetar o abatimiento, iii) Sujeción 
articulada, iv) Levantamiento
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A utom atización y principio de diseño del circuito neum ático 191
neumático. Para carreras cortas de los componentes, pueden bastar dispositivos neu­
máticos bastante sencillos de sujeción, pero para salidas más grandes, sfe puede 
hacer en secuencia con el movimiento de la mesa, de modo que sólo sea necesario 
que el operario quite la pieza maquinada y la reemplace por un componente no 
maquinado.
Al emplear válvulas de control de accionamiento por pedal, las dos manos del 
operario pueden quedar Ubres para manipular la pieza de trabajo. Mordazas manua­
les y prensas pequeñas se podrían convertir en neumáticas pero, al modificarlas, se 
debe adquirir la seguridad de que la estructura de las mismas no se sobrecarga al 
ajustarles un cilindro demasiado grande.
1 0 .2 .1 Principio de d iseñ o del c ircu ito 
para un s is tem a autom ático
En el capítulo 7 se han mostrado unos cuantos circuitos neumáticos básicos. En este 
momento se puede hacer la observación de que para los sistemas complejos, el 
diseño del diagrama del circuito debe incorporar diversos aspectos de seguridad y 
funcionales de otro tipo. Con un procedimiento más metódico en el diseño del cir­
cuito se deben lograr mejores beneficios, en lugar de hacerse por tanteos. En segui­
da se detallan algunos medios para realizar el diseño metódico del circuito.
Un circuito neumático se puede diseñar según varios métodos. Los que se dan 
a continuación son los de uso más común por los ingenieros;
1. Intuitivo con base en el conocimiento de los elementos.
2. Intuitivo con base en la lógica,
3. Uso del diagrama de Kamaugh-Veitch, generadores de programas, etcétera.
4. Sistema en cascada.
5. Otros métodos.
10 .3 DIAGRAMA FUNCIONAL EN EL DISEÑO 
DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO
En cualquier máquina, la aplicación de la neumática no se limita únicamente a la 
función de un solo elemento. A menudo debe llevarse a cabo una secuencia comple­
ja de operaciones por parte de varios actuadores neumáticos que funcionan al uníso­
no; simultáneamente o en una secuencia predeterminada. En una situación de este 
tipo, los diagramas de circuito pueden no representar de manera adecuada la se­
cuencia funcional de cada uno de los cilindros, o su interrelación e interdependen­
cia entre sí. En esas situaciones el concepto de diagrama funcional se ha vuelto 
bastante fácil de manejar. El objetivo principal de un diagrama funcional es proyec­
tar una secuencia clara y distinta de operación de todos los elementos neumáticos 
que se usan en el circuito de este tipo. Los diagramas funcionales proyectan la 
relación de cada unidad y miembro de la máquina. Se ha encontrado que este diagra­
ma es muy útil para concebir y diseñar el diagrama de circuito en todos los sistemas 
de control; a saber, sistemas de control hidráulicos, neumáticos, eléctricos o elec­
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192 Capítulo 10
trónicos. Paxa comprender el diagrama funcional, es necesario familiarizar a los 
lectores con cierta terminología.
1 0 .3 .1 Cadena de control
Cada control neumático consta de una cadena de control; una cadena de control con 
varios miembros. Estos miembros se podrían clasificar como sigue:
i) Miembros señaladóres. Éstos entregan señales cuando se ejerce fuerza sobre 
ellos. Esta fuerza podría ser manual o una de presión. Algunos ejemplos son un 
botón, un interruptor limitador, un interruptor por presión, etcétera.
ii) Miembros controladores. La función principal de los miembros controladores 
es combinar las diversas señales para la lógica requerida, de modo que la mis­
ma pueda ser usada para cambiar la posición de los miembros posicionadores 
según la lógica preconcebida. Algunos ejemplos de miembros controladores 
son los contactores auxiliares, las compuertas lógicas, etcétera.
iii) Miembros posicionadores. Al final, éstos son los que deben cambiar la posi­
ción del miembro impulsor mediante el control del flujo de energía. Algunos 
ejemplos son las válvulas de control de dirección, contactores principales, et­
cétera.
iv) Miembros impulsores. Son los convertidores de la energía en el sistema neu­
mático. Cambian la posición de la unidad que realiza el trabajo. Ejemplos co­
munes con los cilindros, los motores neumáticos, etcétera. Al final, la unidad 
impulsora controla la unidad que realiza el trabajo, como una unidad de husi­
llo, una alimentadora, una de sujeción, etcétera.
En la figura 10.2 se muestra gráficamente la cadena de control. Los lectores 
pueden consultar también la figura 7.8(b).
Todas las válvulas de control pueden tener posiciones distintas, dependiendo 
de parámetros como la construcción, actuación, etcétera. Por ejemplo, una válvu­
la de control de dirección 2/2 tiene dos lumbreras y dos posiciones. Las posiciones 
se designan (según la aritmética binaria) como 0 y L
0 1 (véase la figura 10.3)
OEF ON
Cerrada Abierta
Sin presión Presurizada
Falso Verdadero
1 2 . 3 4 > 5
Fig. 10.2 Cadena simple de control: I. Miembro señalador, 
2. Miembro controlador, 3. Miembro posicionador, 
4. Miembro impulsor, 5. Elemento que realiza el 
trabajo
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Autom atización y principio de diseño del circuito neum ático 193
W
Fig. 10.3 Válvula de dirección 2 /2; un 
elemento binario:
Posición “O", sin flujo, OFF. 
Posición “1", el flujo pasa, ON
Con esta analogía, una válvula C.D. 2/2 se puede mencionar como un elemen- 
to lógico binario, sólo con dos posiciones especificadas como O, cuando la válvula 
está cerrada, y como 1, cuando la válvula se abre. De manera análoga, un cilindro 
también puede encontrarse en posición de trabajo (2) o en posición de reposo(1), 
En un momento particular, la posición de la válvula influye en la posición del cilin­
dro; es decir, si la lumbrera P está abierta o cerrada hacia la A,
1 0 .4 DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS
En un sistema de control para ingeniería se usan diversos diagramas de movimien­
tos. Los diagramas de movimientos se pueden trazar en una coordenada [Fig. 10.4(a)j 
o en dos coordenadas. Sin embargo, resulta mejor trazar los diagramas de movi­
miento en las coordenadas. El movimiento de un sistema neumático en dos coorde­
nadas puede darse como: i) un diagrama recorrido-tiempo, o bien, ii) un diagrama 
posición-paso. La convención más común es-usar el diagrama posición-paso para 
representar el movimiento de los elementos de impulsión neumática. La nomencla­
tura de los ejes es la siguiente:
Eje Y: Posición, recorrido, velocidad
Eje X: Paso o tiempo
Este uso se ilustra en las figuras 10.4(b) y (c).
En el diagrama posición-paso, la secuencia de operación se divide en varios 
pasos que se denotan con números, O, 1, 2, etcétera. Las posiciones se indican como
1, 2, etcétera.
Las líneas funcionales se hacen de trazo grueso y determinan el estado o posi­
ción del elemento que realiza el trabajo o de la unidad impulsora, o bien, de los 
miembros controladores o señaladores, durante la secuencia de operación de la uni­
dad en su conjunto. Cualquier cambio de posición de un miembro se tiene que 
iniciar y terminar en un vértice de los cuadrados. Las posiciones se indican en las 
rectas verticales de los cuadrados.
El diagrama funcional también se menciona como diagrama de paso-secuen­
cia, o bien, diagrama de secuencia. En la figura 10.5(a) se muestra un diagrama de 
secuencia de un sistema neumático simple. En la figura 10.5(b) se tiene el diagrama 
de circuito del mismo.
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Capítulo 10
t
r
b2
=W >
t>3
■►O
Segundos
Tiempo en segundos •
(b)
4
(e)
- Paso
—1—‘ —^Tiempo 
5 (segundos)
Fig. 10.4 a) Diagrama de movimientos en una sola coordenada.
b) Diagrama recorrido-tiempo.
c) Diagrama posición-paso (en 1, el pistón del cilindro 
está retraído; en 2, el pistón está en su posición de 
avanzado)
10.5 SISTEMA EN CASCADA DEL DISEÑO 
DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO
'Jn buen número de circuitos neumáticos se diseñan por un sencillo método al tan- 
so o intuitivo. Sin embargo, muchos prefieren utilizar un procedimiento más metó- 
iico, de los cuales, se^encuentra que el método de cascada es el más sencillo y más 
fácil, en donde la interrupción de la señal se efectúa mediante el uso de una válvula 
le inversión. En este sistema, la alimentación de aire comprimido para las diversas 
/álvulas piloto de disparo se obtiene de una válvula selectora de grupo. Con esto se 
isegura la alimentación de aire comprimido a la válvula piloto de disparo (genera- 
lora de señales) sólo cuando se necesita y que en todos los demás momentos las 
/álvulas de disparo estén sin esa alimentación.
10 .5 .1 Principio y proced im ien to
1. Con base en la secuencia de movimientos de los cilindros, se agrupan las dife­
rentes posiciones de los mismos y, para determinación, a cada grupo se le asig­
na un número o letra de código.
2. A cada cilindro se le asigna una letra de código y se determina su secuencia; 
por ejemplo, A+, B+, A", B“, etcétera. La secuencia se divide en grupos de tal 
manera que cualquier letra, sin importar el signo, aparezca sólo una vez en el 
grupo. El signo (+) significa movimiento de avance y el (-) de retracción del 
cilindro.
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A utom atización y principio de diseño del circuito neum ático 195
1 2 3 4 5 6
B
Fig. 10.5 a) Diagrama posición-paso de un circuito neumático con los
dos cilindros A y B, b) Diagrama de circuito neumático según el 
diagrama posición-paso que se m uestra en la figura 10 .5 (a)
3. Los grupos se dividen como se indica a continuación. Los grupos se identifi­
can por números romanos como I, II, etcétera:
A+ B+ B" O C- A-
II m
En este caso, A+ y B+ se han designado como grupo I, B~ y C+ como grupo II y 
Cr y A- como grupo HL
‘ Este tipo de agrupación ayuda a verificar el diagrama de circuito con facilidad.
4. A continuación se traza el diagrama de circuito. El circuito consta de un núme­
ro de válvulas de control de dirección 4/2 menor en uno que el de grupos haya 
y las válvulas se conectan en serie o en cascada, como se muestra en la figura 
10.6. Estas válvulas actúan como fuente de energía neumática para las válvulas
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196 Capítulo 10
IV
IV
H>-
v la.
- t >
v
- - O - -
v
- < h
lla.
-------
lila.
Ó
Fig. 10.6 Líneas de flujo en un sistema en cascada: I, II, III, IV son las líneas 
de aire comprimido a diversos grupos de elementos neumáticos
5.
6 .
7.
piloto (válvulas de disparo) y se numeran la., lia., IHa., etc., de acuerdo con el 
grupo de líneas de alimentación (barra colectora) que sirvan.
A las líneas' de alimentación piloto respectivas, según lo indica el número del 
grupo, se le agrega la barra colectora (línea de energía neumática) y cada ali­
mentación piloto se conecta a las líneas correspondientes de esa barra.
Ahora se selecciona y se traza el cilindro para cada función. Para cada cilindro 
se selecciona una válvula de control de dirección de accionamiento por piloto, 
la cual actúa como el relevador principal. Se agregan las válvulas de control 
del flujo, los reguladores de presión, etc., según lo necesite el sistema. Enton­
ces se conecta la alimentación piloto I a la lumbrera piloto apropiada de la 
primera válvula (relevador) de accionamiento por piloto del grupo I, para ini­
ciar el primer movimiento del grupo.
De manera análoga, se trazan los otros cilindros y válvulas de este grupo (gru­
po I) y sus lumbreras de admisión se conectan a la línea de alimentación piloto
I. Cada lumbrera de salida se conecta a la lumbrera piloto apropiada de la 
válvula relevadora principal, excepto la señal que proviene de la última válvula 
de disparo del grupo. Esta es la válvula de cambio de grupo y se usa para 
extraer la alimentación de aire del grupo I y la introduce al grupo II del diagra­
ma posición-paso. En la figura 10.7, los tres grupos se denotan como A+ B+
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A utom atización y principio de diseño del circuito neum ático 197
1 2 3 4 5 6 7
0 0 1 0 O O O
0 0 0 0 1 0 0
Fig. 10.7 Diagrama posición-paso para un sistema neumático de tres 
cilindros: A+ B+, grupo I; B- C+, grupo II; C ' A", grupo III
(grupo I), B“ C* (grupo II) y C_ A" (grupo III). La última válvula de disparo del 
cilindro C se conecta a la lumbrera piloto de la válvula de inversión. Ésta des­
plaza el carrete, de la válvula en cascada e introduce el aire comprimido al 
grupo siguiente. Las válvulas de disparo (también conocidas como válvulas 
piloto o elementos señaladores) se denotan como a(), a bn, bp etc,, en donde el 
sufijo cero (0) corresponde a las válvulas que permiten el movimiento hacia 
adelante del cilindro y el sufijo uno (1) para las válvulas que efectúan el retor­
no de ese cilindro.
8. Los circuitos se trazan de tal modo que, mientras la alimentación de energía 
esté asegurada para la válvula en cascada subsiguiente, la última válvula en 
cascada se repone hacia su posición original al derivar la energía neumática 
proveniente de las alimentaciones de señal de la válvula en cascada subsiguiente.
9. La posición ‘paro’ del sistema no tiene que ser al final de un grupo. Puede ser 
en cualquier posición. En la figura 10.8 se muestra el diagrama de circuito 
neumático para el problema antes expuesto con tres cilindros que tienen la 
secuencia de A+ B+, B- C+ y C~ A".
1 0 .5 .2 Ventajas del s istem a en cascada
1. El diseño, trazado y verificación del circuito se realizan con mucha rapidez.
2. El diagnóstico de fallas y la detección de éstas son muy sencillos.3. Se garantiza plenamente la tarea requerida por parte de cada cilindro y sus 
elementos señaladores.
1 0 .6 LÓGICA EN EL DISEÑO DE UN CIRCUITO NEUMÁTICO
En los capítulos 7 y 9 ya se han explicado la introducción de los elementos lógicos
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Fig, 10.8 Diagrama de circuito neumático para un sistema de tres cilindros (diseño en cascada)
198 
Capitulo 
10
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Autom atización y principio de diseño del circuito neum ático 199
ño de un circuito de control con base en el razonamiento que surge del principio 
deductivo. Se dice que el famoso filósofo griego Aristóteles (384-322 a.C.) es el 
padre de la lógica deductiva. Antes de explicar el uso de la lógica en el diseño de 
diagramas de circuitos neumáticos, sería mejor si se analiza en primer lugar el prin­
cipio básico que se encuentra detrás de las funciones lógicas.
Algunas funciones lógicas comunes son;
En este caso, deben activarse y sumarse todos los impulsos 
entrantes o señales neumáticas, 1, 2, 3, antes de que pueda ha­
ber una señal de salida [véase la figura 10.9(a) respecto a la 
disposición esquemática].
Aquí, cualquiera de las señales de entrada, 1, 2 y 3, producirán •
una señal de salida [véase la figura 10.9(b) respecto a la 
disposición esquemática].
En este caso, la señal de entrada pasa hacia la de salida hasta 
que un impulso detiene el flujo, como se ilustra esquemática­
mente en la figura 10.9(c). En otras palabras, el impulso hace 
que la señal de entrada NOT vaya hasta la señal de salida. 
(AND negativa). En este caso, todas las señales de entrada se 
aplican para eliminar una señal de salida.
(OR negativa). Aquí se eliminan todas las señales de entrada 
para tener una salida.
Un impulso momentáneo hace que se inicie una salida y ésta 
continúa a menos que se alimente un segundo impulso hace que 
desaparezca el estado de continuidad. Una válvula accionada 
por impulsos (de accionamiento por piloto) es un buen ejemplo 
[véase la figura 10.9(d)].
En el esquema de la figura 10.9(e), se ve que, por el sistema 
lógico neumático, se puede generar una memoria limitada. En 
este caso, el impulso es momentáneo y la acción entra la señal 
de entrada y la de salida se detiene hasta que transcurre un 
tiempo especificado. El dispositivo “recuerda” qué hacer y lo 
hace.
1 0 .6 .1 F un ción MEMORY ilim itad a
En este caso se puede controlar la señal de salida por medio de dos impulsos. Por 
MEMORY ilimitada se entiende que el impulso 1 detiene todas las acciones y esta 
condición se almacena hasta que el impulso 2 reinicia la acción. Los impulsos, se 
almacenan (se recuerdan) hasta el momento en que otros impulsos hacen que desa­
parezcan. Esto se ilustra esquemáticamente en la figura 10.9(0.
En la figura 10.9(g) se ilustra una forma de MEMORY limitada, al usar una 
válvula de control del flujo sin retomo, una válvula de control de dirección de retor­
no por resorte, de tres vías y de accionamiento por aire comprimido, así como un 
depósito, de aire comprimido. La entrada P se cierra y la: línea A se\abre hacia la
Función AND 
(Y)
Función OR (O)
Función NOT 
(NO)
Función NAND
Función ÑOR
Función
MEMORY
(MEMORIA)
MEMORY
limitada
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200 Capítulo 10
Entrada '
1
2 A N D
3 Salida
(a)
Impulso
Entrada
1
1 ° R
2 Salida
(b)
Entrada * NOT
Salida
{<?]
Impulso
(d)
MEMORY
limitadaEntrada Salida
Impulso 1
Fig. 10.9 Diversas funciones lógicas: a) Función AND, b) función OR,
c) NOT, d) MEMORY, e) MEMORY limitada, 1) MEMORY ilimitada, 
g) MEMORY limitada (dependiente del tiempo), h) función AND
atmósfera en R. Una corta presión señaladora a través de Z de la válvula de control 
del flujo sin retomo pasará por ella y, al mismo tiempo, actuará contra el resorte de 
la válvula de control de dirección en Y, también se acumulará en .el depósito y 
tendrá efecto una elevación lenta y paulatina de la presión en el acumulador la cual, 
cuando sobrepasa la presión del resorte, permitirá que P se abra hacia A. De este 
modo, se asegurará un.'retraso en el tiempo para que funcione la válvula de control 
de dirección.
En la figura 10.9(h) se muestra una disposición de una función AND. Básica­
mente, no hay mucha diferencia entre ésta y la que se muestra en la figura 9.2, por lo www.FreeLibros.com
A utom atización y principio de diseño del circuito neum ático 201
que toca a la función. Pero es preferible este circuito cuando se requieren dos pre­
siones. Por ejemplo, las líneas 1, 2 y 3 podrían ser de presión piloto baja y la 4 de 
presión principal plena.
1 0 .7 ARITMÉTICA BINARIA
El significado literal de binaria es dual o dos. La aritmética binaria es un sistema de 
cálculo basada en el 2 (base 2), en tanto que en el sistema de numeración decimal, 
se calculan los números respecto a la hase 10. Analícese el número decimal 234. El 
número 234 se puede escribir como
234 = 2 x 1 0 0 + 3 x 1 0 + 4 x 1 
= 2 x 102 + 3 x 101 + 4 x 10°
Esto hace ver con claridad que cada uno de los números para llevarlo a cada posi­
ción se ha multiplicado por una potencia de base 10 (decimal), como se muestra a 
continuación:
Potencia de la base =
Valores únicamente de las potencias de la base 10 =
Valor decimal de la potencia de la base =
102 101 10°
100 10 1
2 x 100 3X 10 4X 1
200 30 4
2 3 4
234
Los números binarios han ayudado a los ingenieros a expresar circuitos digitales 
complicados de una manera muy simplificada, En un sistema neumático de control, 
sólo son posibles dos posiciones probables de la válvula o del cilindro. Estas dos 
posiciones son: la válvula está cerrada (on) o abierta (off), el cilindro está afuera o 
adentro. Estas posiciones se expresan como 1 o 0, como ya se ha explicado. De 
donde, todos los estados (variables) de los elementos neumáticos se pueden expre­
sar en código binario y, entonces, estas variables de un circuito neumático se po­
drían formar para constituir una ecuación algebraica, con el fin de simplificar el 
diseño^del circuito y la selección de los elementos de control.
En el sistema decimal de numeración, el número avanza en múltiplos de 10, de 
derecha a izquierda, con el uso de 10 dígitos, de 0 a 9.
En el sistema binario, sólo se usan, dos dígitos: 0 y 1. En este caso, 0 representa 
o/f (abierto o desconectado) y 1 es para on (cerrado o conectado), en la lógica de 
control correspondiente, como una válvula de control de dirección o un interruptor 
eléctrico. Correspondiendo con labaSe 10 del sistema decimal, en el sistema binario
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202 Capítulo 10
los números se disponen en potencias de la base 2, ya que en el sistema binario sólo 
se tienen dos dígitos, 1 y 0. En el sistema^binario, los números se pueden escribir de 
la misma manera que en el sistema decimal. Por ejemplo, el número decimal 5 se 
escribe, tanto según el método decimal como el binario, como se muestra a conti­
nuación.
Decimal Binario
Potencia de la base 22 21 2° 22 21 2o
Valor de la potencia de 4 2 1 (en 100 10 1 (en
la base decimal) binario)
Valor de las potencias 1 x4 0x2 l x l 1x100 0x10 l x l
requeridas de la base
Valor de la potencia 4 0 1 100 0 1
obtenida de la base (decimal) (binario)
4 + 0 + 1 “ b^ase 10 100 + 00 + 1 = 101base 2
Por lo tanto, 101base2 = 5base K!.
En seguida se dan los números binarios equivalentes para ciertos números de­
cimales:
Decimal , Binario
1 = 1
2 = 10
3 = 11
6 = 110
8 1 000
10 = 1 010
16 = 10 000
25 = 11 001
33 100 001
1 0 .8 LÓGICA Y ÁLGEBRA BOOLEANA
George Boole (1815-1864) fue la primera persona en desarrollar un sistema mate­
mático con base en las leyes de los conjuntos, en 1847, la cual en la actualidad se 
conoce como álgebra booleana. El principio del álgebra booleana en realidad es el 
“álgebra de la lógica” y se utilizó en forma