PRESIÓN Y CAUDAL NEUMÁTICA 

La relación más importante para los componentes neumáticos es la que existe entre presión y caudal. 

Si no existe circulación de aire, la presión en todos los puntos del sistema será la misma, pero si existe circulación desde un punto hasta otro, está querrá decir que la presión en el primer punto es mayor que en el segundo punto, es decir, existe diferencia de presión, esta diferencia depende de tres factores:

• La presión inicial 
• El caudal de aire que circula 
• La resistencia al flujo existente entre ambas zonas

La resistencia a la circulación de aire es un concepto que no tiene unidades propias (como el ohmio en electricidad) sino que en neumática se usa el concepto opuesto, es decir, concepto que refleja la facilidad a la amplitud de un elemento para que el aire circule a través de él, el área de orificio equivalente "S" o el "Cv" o el "Kv". 

La sección de orificio equivalente "S" es expresada en mm2 y representa el área de un orificio sobre pared delgada que crea la misma relación entre presión y caudal que el elemento definido por él. 

Estas relaciones son en cierta manera, similares a la electricidad donde "Diferencia de Potencial = Resistencia * Intensidad. Esto trasladado de alguna forma neumática, será "Caída de Presión = Caudal - área efectiva", sólo que mientras más unidades eléctricas son directamente proporcionales, esta relación para el aire es bastante más compleja y nunca será simplemente proporcional. 

En electricidad de un amperio (1A), crea sobre una resistencia de un ohmnio una tensión de un volts (IV). Esto se cumple bien sea desde 100 V a 99 V ó desde 4V a 3V. En cambio, una caída de presión a través del mismo objeto y con el mismo caudal, puede variar la presión inicial y también con la temperatura. Razón, la compresibilidad del aire. 

Para definir uno de los cuatro datos interrelacionados que han sido mencionados, a partir de los otros tres, utilizaremos el diagrama que se muestra a continuación.

El triángulo de la esquina inferior derecha marca el rango del "flujo a velocidad sónica", cuando el caudal de aire alcanza una velocidad cercana a la del sonido. En este caso, el caudal ya no se puede incrementar independientemente de la diferencia de presión que pueda existir entre la entrada y la salida. Como puede verse, las curvas en esta zona caen verticalmente. 

Esto supone que el caudal no depende de la diferencia de presión, sino de la presión de entrada

Uso del Diagrama: 

La escala de presión en la izquierda de la figura 4.5 indica tanto la presión de entrada como la de salida. La primera línea vertical de la izquierda representa el caudal cero y evidentemente, la presión en la entrada y la salida; las diferentes curvas para las presiones de entrada desde 1 hasta 10 bar, indican como varía la presión de salida con el incremento de caudal.

Ejemplo 1: 

• Presión de entrada de 6 bar 
• Caída de presión de 1 bar - Presión de salida 5 bar. 

Seguiremos la línea que parte de 6 bar hasta que corta la horizontal del nivel de 5 bar. Desde este punto, nosotros seguiremos la línea a trazos que baja verticalmente hasta la escala de caudales, en la que obtendremos un valor de 55 l/min. Esta situación concreta define lo que se ha llamado el 'Volumen de flujo estándar (Qn)" un valor encontrado en los catálogos para una rápida comparación de la capacidad de caudal de otras válvulas. 

El caudal obtenido en este diagrama es para un elemento (válvula, tubería, etc.) con una presión equivalente "S" de 1 mm2 . Si el elemento en cuestión tiene según catálogo, una "S" de 4.5 mm2 , el caudal real será 4.5 veces mayor. 

En este caso 4.5 x 54.44= 245 l/min

Ejemplo 2. 

Dado un elemento con una presión equivalente "S" de 12 mm2 , con una presión de alimentación de 7 bar y un consumo de aire de 600 l/min. ¿Qué presión obtendremos a la salida? 

Un caudal de 600 l/min con una presión equivalente de 12 mm2 , corresponde a un caudal de 50 l/min por cada mm2 de presión equivalente (necesitamos esta conversión para poder utilizar el diagrama de la ñgura 4.5. Seguimos la curva que comienza en 7 bar hasta que corta la línea vertical de 50 l/min de Qn. A partir de este punto, seguimos la línea horizontal hasta la escala de presiones y obtenemos un valor de 6.3 bar.

Cuando se requiere un cálculo más exacto que el que pueda ser obtenido en este diagrama, el caudal puede ser calculado con alguna de las fórmulas siguientes: 

Observando el diagrama de la figura 4.9 nos lo pueden aclarar y lógicamente, deben existir dos fórmulas diferentes para los rangos de "flujo sónico" y para los rangos de "flujos subsónicos". La frontera entre el flujo sónico y el subsónico viene establecida por las siguientes fórmulas:

Vea como un sistema neumático nunca funcionaría de forma satisfactoria en condiciones de flujo sónico ya que, por ejemplo de una presión de alimentación de 6 bar no quedarían nada más que 2.7 bar para trabajar.

Ejemplo 3: 

Calculamos el flujo del ejemplo 2 asumiendo una presión de trabajo de 7 bar y una presión de salida de 6.3 bar con una sección equivalente "S" de 12 mm2 para el sistema de válvula y tuberías

Este dato nos muestra que la precisión del diagrama es suficiente para el uso práctico en neumática.