Informe de Proyecto: Bomba Neumática - UTEPSA

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA PRIVADA DE SANTA CRUZ
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
INFORME DE PROYECTO
BOMBA NEUMÁTICA
Materia:
​
Grupo:
​
​ Docente:
1
OPERACIONES UNITARIAS
E2
​
WILLIAMS MONTALVO SANCHEZ
INTEGRANTE
CARRERA
Condori Ticona Alex Miguel
Ingeniería Industrial y Comercial
Santa Cruz – Bolivia
20/12/2025
ÍNDICE
2.- INTRODUCCIÓN
3.- OBJETIVO: La redacción en términos de objetivo de aprendizaje.
4.- FUNDAMENTO TEÓRICO: Desarrollar las bases o principios del funcionamiento
de la forma técnica del equipo(minimo 5 conceptos)
5.- DESARROLLO EXPLICATIVO DEL PROYECTO Incluye: 5.1. Descripción literal
de la función del equipo en el proceso
5.2. Características físicas y técnicas del equipo
5.3. Tipos similares al equipo en cuestión 5.4. Descripción del funcionamiento del
equipo
5.5.- Referencia bibliográfica (EN BIBLIOTECA UTEPSA Y GOOGLE ACADÉMICO)
Sobre el DTI software:
5.6 Desarrolle una propuesta de automatización con un diagrama DTI
5.7 Nombre de algunos programaS o software usados para su automatización
6.- productos innovadores relacionados al equipo
6.1 planteamiento de automatización para optimizar equipo
6.1 tendencias en base a nuevas tecnologías
7.- Conclusiones
8 BIBLIOGRAFÍA
Introducción
La bomba neumática es un tipo de máquina diseñada para proporcionar energía a
los fluidos, y su acción generalmente se realiza mediante el uso de aire comprimido.
En el contexto de los sistemas industriales, la neumática aprovecha la energía de un
gas comprimido, como el aire, para activar diversos dispositivos.
La mayoría de las bombas neumáticas son bombas de diafragma (o de membrana).
En estas bombas alternativas, el aumento de la presión se logra mediante el empuje
de paredes elásticas que varían alternativamente el volumen del cuerpo de la
bomba. Esta acción del fluido, que se mueve de una zona de menor presión a una
de mayor presión, es controlada mediante válvulas.
Las bombas neumáticas son conocidas por su versatilidad en el mercado. Por
ejemplo, las bombas neumáticas de doble diafragma operadas por aire están
especialmente indicadas para el trasvase y bombeo de productos altamente
abrasivos y corrosivos, como lodos, lechadas de cal, ácidos y bases. Sus
características de diseño las hacen idóneas para trabajos donde las aspiraciones
son complicadas, encontrando aplicación en la alimentación de filtros prensa o la
dosificación de reactivos.
Estos equipos pueden ofrecer un caudal y presión variables,, tienen capacidad para
funcionar en seco sin dañarse, son autocebantes, y permiten el paso de productos
viscosos y sólidos en suspensión,. Pueden desarrollar presiones de trabajo de hasta
17 bar, y en algunos modelos específicos de alta presión, las bombas manuales
pueden generar presiones manométricas de hasta 600 psi o vacío de hasta 13.9
psi,,.
Además de su uso industrial para fluidos corrosivos o abrasivos, las bombas
neumáticas se han explorado como alternativas en la agricultura, por ejemplo, para
accionar dosificadores rotativos de semillas en sembradoras de baja potencia,. El
diseño de una bomba de diafragma de caucho se analizó específicamente para este
fin, ya que las sembradoras neumáticas convencionales suelen utilizar ventiladores
radiales accionados por tractores de alta potencia (más de 40 kw).
En un contexto más portátil, una bomba de comprobaciones neumática manual
portátil es un componente esencial en sistemas de calibración, permitiendo a los
usuarios generar la presión necesaria para ajustar indicadores de presión,,.
Debido a su diseño robusto y funcional, las bombas neumáticas de membrana
(como las Wilden o ALMATEC) no requieren cierres mecánicos complejos, lo que
las hace una solución idónea para muchos procesos líquidos.
Objetivos
Comprender y aplicar los principios de operación, instrumentación y automatización
de una bomba neumática industrial, mediante el análisis técnico del equipo, la
propuesta de su automatización con DTI y la identificación de tecnologías
emergentes que optimicen su desempeño.
Fundamento teórico
1. Definición de Bomba y Energía en Fluidos: Las bombas son máquinas cuya
función es proporcionar energía a los fluidos. Los fluidos se mueven en respuesta a
un gradiente de energía, y su movimiento provoca una disminución de su energía
total.
2. Principio Operacional de la Neumática: La neumática aprovecha la energía de un
gas comprimido, generalmente aire, para activar dispositivos en sistemas
industriales. Esta tecnología es fundamental para impulsar una variedad de
herramientas, maquinaria, y equipos en industrias automatizadas,.
3. La Bomba Neumática de Diafragma (Membrana): La mayoría de las bombas
neumáticas son bombas de diafragma o de membrana. En este tipo de bombas
alternativas, el aumento de presión se consigue mediante el empuje de paredes
elásticas (diafragmas) que varían el volumen del cuerpo de la bomba de manera
alterna,.
4. Regulación de la Presión y Flujo en el Diafragma: En las bombas de diafragma, el
movimiento del fluido, que va de una zona de menor presión a una de mayor
presión, es controlado por medio de válvulas. El accionamiento de estas bombas
puede ser realizado por un motor eléctrico o mediante el uso de aire comprimido.
5. Componentes Esenciales de un Circuito Neumático: Los elementos
fundamentales incluyen el compresor (que aumenta la presión del aire aspirado), el
sistema de filtración y mantenimiento (para aire limpio), las válvulas (para controlar
el flujo), los actuadores (para generar fuerza o movimiento), y las tuberías (la
infraestructura por donde se desplaza el aire comprimido).
6. Función de los Actuadores Lineales (Cilindros): Los actuadores lineales, como los
cilindros neumáticos, convierten la energía neumática en movimiento lineal. Los
cilindros de doble efecto tienen dos tomas de aire y pueden producir movimiento
tanto de avance como de retroceso.
7. Válvulas de Distribución y Control de Flujo: Las válvulas de distribución son
cruciales para controlar el flujo de aire comprimido hacia y desde los actuadores,.
Estas tienen la capacidad de cambiar la dirección del flujo de aire, detenerlo o
permitir su paso, según la lógica requerida por el sistema,.
8. Diferencia entre Válvulas Normales (NA/NC): Una Válvula Normalmente Cerrada
(NC) bloquea el flujo de aire en su estado de reposo y debe ser activada para
abrirse y permitir el paso. Una Válvula Normalmente Abierta (NA) permite el paso de
aire en su estado natural y debe ser activada para detener el flujo.
9. Características Clave de Bombas Neumáticas Industriales: Las bombas
neumáticas industriales (como Wilden o ALMATEC) ofrecen caudal y presión
variables y poseen la capacidad de funcionar en seco sin dañarse,. Son
autocebantes y son ideales para el paso de productos viscosos y sólidos en
suspensión,.
10. Aplicaciones de Bombas Neumáticas de Doble Diafragma (AODD): Están
especialmente indicadas para el trasvase de productos altamente abrasivos y
corrosivos, incluyendo ácidos, bases, lodos y lechadas de cal. Su diseño sin cierres
mecánicos complejos las hace idóneas para procesos líquidos difíciles, como la
alimentación de filtros prensa,.
11. Uso de Elementos Finitos en Diseño de Diafragmas: Las nuevas técnicas
computarizadas, como el método de elementos finitos (ej. SAP 90), permiten
modelar el comportamiento de estructuras alternativas como los discos de caucho
en las bombas de diafragma,. El diafragma se asimila a las estructuras superficiales
bidimensionales, como placas y cascarones,.
12. Comportamiento Elástico del Caucho: Para el diseño de componentes
elastoméricos, es fundamental determinar constantes como el Módulo de Young y el
Coeficiente de Poisson. La curva esfuerzo-deformación para el caucho es
esencialmente lineal para deformaciones específicas menores al 5%, permitiendo
usar el Módulo de Young para caracterizar esta región,.
13. Válvulas Lógicas AND y OR: La válvula AND (Y) se usa para requerir que
múltiples señales de entrada estén activas simultáneamente para activar la salida, lo
cual es útil para la seguridad,. La válvula OR (O) activa la salida si al menos una de
las señales de entrada está activa, ofreciendo flexibilidad,.
14. Métodos de Secuenciamiento Neumático (Cascada y Paso a Paso): El método
cascada es una estrategia para resolver circuitos neumáticos que coordinan
múltiples elementos en movimiento de forma secuencial y eficiente. El método paso
a paso es otra técnica que utiliza la energía del aire comprimido para realizar tareas
en una secuencia controlada.
15. Uso de Bombas Neumáticas Manuales en Calibración: Las bombas de
comprobaciones neumáticas manuales portátiles se usan para la calibración de
indicadores de presión,. Equipos como la FLUKE 700 PTP pueden generar
presiones manométricas de hasta 600 psi o vacío de hasta 13.9 psi. Estos sistemas
deben seguir normativas como la NTC 17025.
DESARROLLO EXPLICATIVO DEL PROYECTO
Descripción literal de la función del equipo en el proceso
La función de las bombas neumáticas y los sistemas basados en la tecnología
neumática varía ampliamente según el sector, abarcando desde el movimiento de
fluidos difíciles y la automatización industrial secuencial, hasta tareas de ingeniería
de precisión, como la calibración y el diseño de equipos agrícolas de baja potencia.
I. Función Central de Bombeo y Principios Neumáticos
La función primordial de una bomba, independientemente de su tipo, es
proporcionar energía a los fluidos. En el caso específico de la neumática, esta
tecnología se define por el aprovechamiento de la energía de un gas comprimido,
típicamente aire, para activar diversos dispositivos.
La mayoría de las bombas neumáticas son bombas de diafragma (o de membrana).
En estas máquinas alternativas, el aumento de la presión se logra mediante el
empuje de paredes elásticas (diafragmas o membranas) que alternan el volumen
dentro del cuerpo de la bomba. El movimiento del fluido, al pasar de una zona de
menor presión a una de mayor presión, es controlado mediante válvulas. El
accionamiento de estas bombas puede ser proporcionado por un motor eléctrico o,
fundamentalmente, mediante el uso de aire comprimido.
Para que un sistema neumático funcione, requiere varios elementos esenciales:
• El compresor, que aumenta la presión del aire atmosférico aspirado para que
pueda circular.
• El sistema de filtración y mantenimiento, cuya tarea es garantizar que el aire esté
limpio y libre de contaminantes, evitando así fallos o daños en el circuito.
• Los actuadores (como los cilindros), que generan la fuerza y el movimiento
requeridos.
• Las válvulas, que controlan, bloquean o desvían el flujo de aire.
• Las tuberías, que sirven como infraestructura para el desplazamiento del aire
comprimido.
II. Funciones en Procesos Industriales Exigentes
En el ámbito industrial, la bomba neumática, especialmente la de doble diafragma
accionada por aire (AODD), es valorada por su versatilidad y capacidad para
manejar productos difíciles.
Su función principal en este contexto es el trasvase y bombeo de productos
altamente corrosivos y abrasivos, como lodos, lechadas de cal, ácidos y bases.
Debido a sus características de diseño, estas bombas están particularmente
indicadas para trabajos donde la aspiración es complicada.
Entre las funciones específicas y ventajas operativas que desempeñan en los
procesos líquidos se encuentran:
• Alimentación de filtros prensa: Transportar los fluidos necesarios para este
proceso.
• Dosificación de reactivos y fangos: Utilizadas en tratamientos residuales
físico-químicos y plantas piloto.
• Manejo de sólidos y viscosidad: Permiten el paso de productos viscosos y sólidos
en suspensión, con la capacidad de manejar sólidos de hasta 80 mm en ciertos
modelos.
• Capacidad de trabajo: Ofrecen caudal y presión variables y pueden funcionar en
seco sin sufrir daños, además de ser autocebantes.
Estos equipos están diseñados para desarrollar presiones de hasta 8,6 bar en
modelos estándar y hasta 17 bar en algunos modelos especializados. Los
materiales de construcción, como el Polipropileno, PVDF, Teflón, y diversos aceros
inoxidables, garantizan su resistencia a la agresividad de los químicos procesados.
III. Funciones en Control y Secuenciamiento de Movimiento
En la automatización y el control de maquinaria, la neumática convierte la energía
de presión en movimiento lineal mediante actuadores lineales (cilindros).
La función de los componentes en un circuito secuencial es la siguiente:
1. Válvulas de Distribución y Actuadores: Las válvulas controlan el flujo de aire
comprimido hacia y desde los actuadores para realizar tareas específicas. Los
cilindros de doble efecto cumplen la función de generar movimiento en dos sentidos
(avance y retroceso) ya que poseen dos tomas de aire.
2. Válvulas Lógicas: Estos componentes se emplean para controlar las condiciones
y la secuencia de operación.
◦ La válvula AND (Y) funciona como un requisito de seguridad o precisión,
requiriendo que dos o más señales de entrada estén activas simultáneamente para
activar la salida. Esto asegura que varias condiciones se cumplan antes de ejecutar
una acción.
◦ La válvula OR (O) ofrece flexibilidad, ya que la salida se activa si al menos una
de las señales de entrada está activa.
3. Metodologías de Secuenciamiento: Técnicas como el método cascada y el
método paso a paso son utilizadas para resolver circuitos complejos. El método
cascada sirve para establecer un orden secuencial y eficiente en el funcionamiento
de sistemas que involucran múltiples elementos en movimiento. El método paso a
paso utiliza la energía del aire comprimido para realizar tareas de manera
controlada y secuencial.
IV. Función en la Calibración de Indicadores de Presión
En el laboratorio de instrumentación, la función del equipo neumático se centra en la
calibración y el ajuste de indicadores de presión.
La bomba de comprobaciones neumática manual portátil (como la FLUKE 700 PTP)
fue desarrollada para proporcionar una herramienta portátil y manual para realizar
ajustes. Su función es generar la presión neumática necesaria para elaborar un
procedimiento de ajuste de equipos de medición de presión.
Sus funciones operacionales clave son:
• Generar presiones manométricas de hasta 600 psi o vacío de hasta 13.9 psi.
• Se acciona manualmente, utilizando un mango para el ajuste grueso y una válvula
de ajuste fino para mediciones más exactas.
• Permite a los usuarios realizar prácticas de calibración y ajuste de errores
fundamentales en manómetros (como el error de cero, multiplicación y angularidad).
Este sistema se utiliza en el proceso de calibración para introducir una presión
controlada en los manómetros de prueba y verificar su precisión con respecto a un
manómetro patrón, siguiendo normativas como la NTC 17025.
V. Función de Diseño en Maquinaria Agrícola
Una función especializada de la bomba de diafragma se exploró en el diseño de
sembradoras neumáticas de baja potencia.
• Contexto de la necesidad: Las sembradoras neumáticas convencionales utilizan
ventiladores radiales accionados por tractores de alta potencia (más de 40 kW).
Para agricultores con menor potencia disponible, se buscó un mecanismo
alternativo.
• Función del diseño: La bomba de diafragma se diseñó para desplazar el caudal de
aire necesario para operar un dosificador rotativo de semillas acoplado a una
sembradora de baja potencia.
• Proceso de diseño: El análisis estructural buscó modelar los esfuerzos y las
deflexiones de los discos de caucho de la bomba cuando estaban sometidos a una
presión diferencial. Se determinó que la bomba necesitaba mantener una presión de
0.002 N/mm² (0.002 MPa) para retener semillas de maíz en el mecanismo
dosificador.
• Función de los discos: Discos con espesores mayores a 7 mm y desplazamientos
bajos (de 5 a 10 mm) lograron desplazar el caudal de aire requerido, manteniendo
los niveles de esfuerzo dentro de lo permisible. Las técnicas de elementos finitos
facilitaron este análisis estructural al modelar los discos con el comportamiento
combinado de placas y cascarones
Características físicas y técnicas del equipo
Las bombas neumáticas exhiben una variedad de características físicas y técnicas
que dependen de su aplicación, abarcando desde sistemas industriales robustos
para el trasvase de fluidos difíciles hasta equipos de precisión para calibración. La
mayoría de estos equipos se clasifican como bombas alternativas de diafragma o
membrana.
I. Características Físicas y Técnicas de Bombas Industriales (Doble Diafragma
Accionadas por Aire - AODD)
Las bombas de doble diafragma accionadas por aire (AODD), como las series
Wilden o ALMATEC, están diseñadas para ofrecer alta versatilidad y resistencia en
entornos industriales, especialmente en el trasvase de productos altamente
abrasivos y corrosivos, como ácidos, bases, lodos y lechadas de cal.
A. Especificaciones de Rendimiento y Operación
1. Presión y Caudal: Estos equipos proporcionan caudal y presión variables. Las
bombas Wilden, por ejemplo, están disponibles en ocho tamaños, desde 1/4" hasta
4".
◦ Presión Estándar: Pueden desarrollar presiones de trabajo de hasta 8.6 bar.
◦ Presión Máxima: Modelos especializados pueden alcanzar hasta 17 bar.
◦ Caudal: Los caudales de trabajo pueden superar los 60 m³/h. Los modelos
Wilden alcanzan hasta 1.060 l/min.
2. Manejo de Fluidos Difíciles: Son autocebantes y permiten el paso de productos
viscosos y sólidos en suspensión. Pueden manejar sólidos de gran tamaño, con
pasos de hasta 80 mm.
3. Condiciones Operacionales: Tienen la capacidad de funcionar en seco sin
dañarse.
4. Diseño Simplificado: Las bombas de membrana no requieren cierres mecánicos
complejos o especiales, ni controladores de velocidad variable complicados, lo que
las convierte en una solución idónea para muchos procesos líquidos.
B. Materiales de Construcción
La selección de materiales es clave para la resistencia química y la longevidad del
equipo en entornos agresivos:
• Materiales Plásticos: Polipropileno (PP), Kynar© (PVDF), y Teflón© (PTFE) son
opciones comunes. Las bombas ALMATEC se fabrican específicamente en diseños
totalmente de Teflón o Polietileno para resistir la agresividad de procesos químicos
severos.
• Materiales Metálicos: Se ofrecen en aluminio, fundición de hierro, acero inoxidable
316, y Hastelloy C.
• Diseños Especiales: Para zonas ATEX (atmósferas explosivas), las bombas se
fabrican con carga de grafito y su respectivo certificado.
-------------------------------------------------------------------------------II. Características Físicas y Técnicas de Bombas Especializadas
A. Bomba Neumática Manual Portátil (Calibración)
Este tipo de equipo, utilizado en laboratorios de instrumentación, se centra en la
precisión y la portabilidad:
1. Modelo y Propósito: Se utiliza una Bomba de Comprobaciones Neumática Manual
Portátil, como la FLUKE 700 PTP, diseñada para ser fácilmente transportada en una
maleta y generar la presión necesaria para ajustar indicadores de presión.
2. Rangos de Presión/Vacío: La FLUKE 700 PTP puede generar presiones
manométricas de hasta 600 psi. Alternativamente, puede trabajar para generar
vacío de hasta 13.9 psi.
3. Mecanismos de Control:
◦ Accionamiento Manual: Se acciona manualmente apretando el mango, que
funciona como un ajuste grueso.
◦ Ajuste Fino: Incluye una válvula de ajuste fino para lograr mediciones más
exactas. También posee una válvula de drenaje para liberar la presión del sistema.
4. Conexiones Físicas: Cuenta con dos puertos NPT (National Pipe Taper) de 1/8 de
pulgada y 1/2 pulgada.
B. Parámetros de Diseño Estructural (Bomba de Diafragma Agrícola)
El análisis estructural de la bomba de diafragma de caucho para sembradoras
neumáticas revela las características físicas y las constantes elásticas necesarias
para su dimensionamiento:
1. Material Elástico: El material estudiado fue caucho Nitrílico (Butadísimo
Acrilonitrila "NBR"). Este es un elastómero con una curva esfuerzo-deformación
esencialmente lineal para deformaciones específicas menores al 5%.
2. Constantes Elásticas:
◦ Módulo de Young (E): Se determinó experimentalmente un valor de 10.6 MPa (o
N/mm²), utilizado para la solución analítica y numérica bajo deformaciones
específicas controladas.
◦ Coeficiente de Poisson (μ): Se estableció en 0.4997 para el elastómero.
3. Presión Requerida: Para la aplicación específica de retención de semillas de
maíz, la presión diferencial (p) necesaria fue calculada en 0.002 N/mm² (o 0.002
MPa).
4. Características Geométricas Modeladas (Discos):
◦ Diámetros Fijos: Se modeló un disco de caucho con un diámetro interno fijado
en 100 mm y un diámetro externo en 300 mm (Ri = 50 mm, Re = 150 mm).
◦ Espesor (h): El análisis consideró espesores desde 1 mm hasta 10 mm. Los
espesores mayores de 7 mm fueron cruciales, ya que, combinados con
desplazamientos bajos (5 a 10 mm), conseguían desplazar el caudal de aire
necesario manteniendo los esfuerzos por debajo de los límites permisibles.
◦ Desplazamiento Estático: Los desplazamientos analizados para la deformación
del disco variaron en incrementos de 5 mm, hasta un máximo de 20 mm.
5. Técnica de Análisis: La modelación estructural de los esfuerzos y deflexiones en
los discos de caucho se realizó mediante el programa SAP 90, basado en la técnica
de elementos finitos. El diafragma fue asimilado estructuralmente a placas y
cascarones.
Tipos similares al equipo en cuestión
El equipo en cuestión, la bomba neumática, se clasifica principalmente como una
Bomba Alternativa (o de desplazamiento positivo), y más específicamente, como
una Bomba de Diafragma (o de membrana), dado que la mayoría de las bombas
neumáticas pertenecen a esta subcategoría.
A continuación, se presentan los tipos de bombas considerados similares o
relacionados, extraídos de las clasificaciones generales y las aplicaciones
especializadas que aparecen en las fuentes:
I. Tipos Similares por Principio de Desplazamiento (Alternativas)
Las bombas alternativas (o recíprocas) mueven el fluido mediante el empuje de una
pared móvil.
• Bomba de Diafragma (Membrana): Este es el tipo más directamente relacionado,
ya que la mayoría de las bombas neumáticas son de membrana. El aumento de
presión se logra por el empuje de paredes elásticas que varían alternativamente el
volumen del cuerpo de la bomba.
◦ Bomba de Diafragma de Caucho (Fuelle): Un subtipo cuyo dimensionamiento
fue estudiado específicamente para funcionar como alternativa en sembradoras
neumáticas de baja potencia.
◦ Bombas Neumáticas de Doble Diafragma (AODD): Usadas en la industria para
trasvase de productos corrosivos y abrasivos, y conocidas por su capacidad de
funcionar en seco.
◦ Bombas de Alta Presión: Variantes neumáticas especiales con relaciones de
presión de 3:1 o 2:1.
◦ Bombas de Diafragma Hidráulico (Hydra-Cell): Utilizan membranas y trabajan a
altas presiones, incluso con líquidos no lubricantes o con partículas pequeñas.
• Bomba de Pistón: Este tipo también es alternativo y volumétrico. Genera
movimiento en el fluido mediante el movimiento de un pistón, y se emplea para
fluidos a alta presión o de viscosidades elevadas.
◦ Bombas Dosificadoras de Pistón: Usadas en procesos de control y dosificación
de reactivos.
II. Tipos Relacionados por Uso de Aire/Gas
Estos equipos aprovechan la energía del aire o gas para funcionar o mover fluidos.
• Bombas Elevadoras de Aire (Airlifts): Son dispositivos que inyectan aire dentro de
un tubo (tubo interior) para empujar una mezcla de aire y líquido a través del
espacio entre dos tubos. Aunque no son bombas mecánicas de diafragma, su
principio operacional se basa en el aire/gas comprimido.
• Bombas de Comprobaciones Neumáticas Manuales Portátiles (Ej. FLUKE 700
PTP): Aunque son una herramienta de calibración y no una bomba de proceso
industrial, están estrechamente relacionadas porque se accionan manualmente y
utilizan la presión neumática (aire) para realizar procedimientos de ajuste de
indicadores de presión.
III. Otros Tipos de Bombas de Desplazamiento Positivo (Volumétricas)
Las bombas neumáticas de diafragma son de desplazamiento positivo. Otros tipos
importantes de bombas que comparten este principio (aunque no sean neumáticas)
son las Bombas Rotativas:
• Bombas de Lóbulos: Utilizadas comúnmente para líquidos de alta viscosidad.
Atrapan el líquido entre el lóbulo y la caja de la bomba y lo fuerzan hacia la salida.
• Bombas de Tubo Flexible (Peristálticas): Se forman por un tubo flexible y un rotor
que lo estrangula, forzando al líquido a desplazarse. Son útiles para líquidos
corrosivos o frágiles, o en dosificación de alta exactitud.
• Bombas de Engranajes: Constan de una caja y elementos rotativos que fuerzan el
fluido.
• Bombas de Tornillo Helicoidal (Rotor Excéntrico): Trasiegan fluidos viscosos o con
materia seca sin dañarlos.
• Bombas de Doble o Triple Tornillo (Doble Husillo): Bombas rotativas que
transportan fluidos de forma suave, incluso a altas revoluciones, y son aptas para
productos viscosos.
IV. Bombas Centrífugas (Diferente Principio, Misma Función)
Aunque operan bajo un principio diferente (fuerza centrífuga en lugar de
desplazamiento positivo), son la categoría de bombas más utilizada y se mencionan
como alternativas para diversas aplicaciones:
• Centrífugas de Voluta.
• Centrífugas Difusoras.
• Centrífugas de Turbina (para pozos profundos o sumergibles).
• Centrífugas de Arrastre Magnético: Ideales para químicos peligrosos sin riesgo de
fuga.
Descripción del funcionamiento del equipo
El funcionamiento de los equipos neumáticos, que engloban desde bombas de
trasvase industrial hasta sistemas de control de movimiento, se basa
fundamentalmente en la capacidad de aprovechar la energía de un gas comprimido,
generalmente aire, para activar dispositivos o conferir energía a los fluidos,.
I. Funcionamiento Mecánico y de Trasvase de Fluidos
A. Bomba Neumática de Diafragma (Membrana)
La función principal de las bombas, en general, es proporcionar energía a los
fluidos. La mayoría de las bombas neumáticas son bombas de diafragma o de
membrana. En este diseño, el aumento de la presión se logra mediante el empuje
de paredes elásticas (membranas o diafragmas).
Mecanismo de Acción Alternativa: El funcionamiento se basa en la variación
alternativa del volumen del cuerpo de la bomba.
1. Activación: La acción de estas bombas es impulsada por un motor eléctrico o
mediante el uso de aire comprimido.
2. Control de Flujo: El movimiento del fluido, que pasa de una zona de menor
presión a una de mayor presión, es controlado por medio de válvulas, típicamente
fabricadas con materiales como neopreno u otros elastómeros similares.
Aplicación Industrial (AODD): Las bombas neumáticas de doble diafragma (AODD)
se destacan por su versatilidad operacional, siendo adecuadas para el trasvase de
productos altamente abrasivos y corrosivos, como lodos, ácidos y bases. Sus
características de funcionamiento clave incluyen:
• Capacidad Operacional: Ofrecen caudal y presión variables.
• Tolerancia a Condiciones Adversas: Son autocebantes, permiten el paso de
productos viscosos y sólidos en suspensión, e incluso pueden funcionar en seco sin
dañarse,.
Funcionamiento Especializado (Ingeniería de Diseño): En contextos de ingeniería de
precisión, como el diseño para sembradoras neumáticas de baja potencia, el
funcionamiento de la bomba de diafragma se analiza estructuralmente para
asegurar un caudal de aire específico.
1. Modelo Estructural: El diafragma, hecho de caucho nitrílico, se asimila a placas y
cascarones para modelar sus esfuerzos y deflexiones bajo la presión diferencial,,.
2. Generación de Caudal: Se busca que los discos de caucho, al ser sometidos a
una presión diferencial (como 0.002 N/mm²), se deformen y desplacen el caudal de
aire necesario para retener semillas de maíz en el dosificador rotativo,,. La variación
del espesor del disco y del desplazamiento estático influyen directamente en el
volumen generado y en el nivel de esfuerzo soportado,.
B. Bomba Neumática Manual Portátil (Calibración)
El funcionamiento de la bomba de comprobaciones neumática manual portátil (como
la FLUKE 700 PTP) se centra en su papel como herramienta de precisión en la
instrumentación industrial,.
1. Generación de Presión: El equipo está diseñado para generar la presión
neumática necesaria para elaborar un procedimiento de ajuste. La presión se
genera manualmente apretando el mango, lo que funciona como un ajuste grueso.
2. Control de Precisión: Para lograr mediciones más exactas, la bomba cuenta con
una válvula de ajuste fino.
3. Rango de Trabajo: Este dispositivo puede generar presiones manométricas de
hasta 600 psi o vacío de hasta 13.9 psi.
4. Función de Calibración: El sistema se utiliza en conjunto con un manómetro
patrón digital y un manómetro de prueba. La presión controlada generada se
introduce en el manómetro de prueba, permitiendo a los usuarios identificar y ajustar
errores fundamentales como el error de cero, de multiplicación o de angularidad,
siguiendo la normativa NTC 17025,.
-------------------------------------------------------------------------------II. Funcionamiento en Sistemas de Automatización y Control
La tecnología neumática también se utiliza para impulsar herramientas y maquinaria
mediante circuitos secuenciales y controlados, aprovechando el aire comprimido
para generar movimiento.
A. Componentes Fundamentales del Circuito
El funcionamiento de un sistema neumático depende de la interacción secuencial de
varios componentes clave:
• Compresor: Su función es aumentar la presión del aire aspirado de la atmósfera
para que este pueda circular por el circuito.
• Unidad de Mantenimiento: Limpia el aire (filtrando partículas y agua) y regula la
presión de salida, mostrada en el manómetro, asegurando que sea la adecuada
para el funcionamiento de los dispositivos,.
• Válvulas de Distribución: Controlan el flujo de aire comprimido hacia los
actuadores, teniendo la capacidad de cambiar la dirección, detenerlo o permitir su
paso,. Por ejemplo, una Válvula Normalmente Cerrada (NC) bloquea el flujo en
reposo y debe ser activada para abrirse.
• Actuadores Lineales (Cilindros): Convierten la energía neumática en movimiento
lineal. Los cilindros de doble efecto tienen dos tomas de aire y producen movimiento
en ambos sentidos (avance y retroceso).
B. Funcionamiento de Válvulas Lógicas y de Secuencia
Para gestionar secuencias y condiciones de operación complejas, se emplean
válvulas lógicas que procesan las señales neumáticas:
• Válvula AND (Simultaneidad): Requiere que dos o más señales de entrada estén
activas simultáneamente para que la salida se active,. Esto se usa para establecer
condiciones de operación precisas y seguras.
• Válvula OR (Selectora): Permite que la salida se active si al menos una de las
señales de entrada está activa,. Se utiliza para crear flexibilidad, permitiendo que
múltiples condiciones activen una acción.
• Válvulas de Rodillo: Se instalan físicamente en la trayectoria del vástago de un
cilindro para detectar el final de carrera del actuador, sirviendo como señales de
control para la siguiente acción en la secuencia,.
• Válvulas de Secuencia: Desempeñan un papel crucial en el control de la secuencia
y el tiempo de funcionamiento de los actuadores en un ciclo automático.
C. Funcionamiento en Secuenciamiento Automatizado (Métodos Cascada y Paso a
Paso)
Para lograr ciclos automáticos que ejecutan tareas repetitivas y precisas, se aplican
metodologías estructuradas,:
• Método Cascada: Se enfoca en establecer un orden secuencial y eficiente.
Involucra la creación de un diagrama de espacio-fase (donde ‘+’ indica la salida del
vástago y ‘-’ indica la entrada) para visualizar la secuencia de movimientos y evitar
bloqueos,.
• Método Paso a Paso: Utiliza la energía del aire comprimido para realizar tareas de
manera secuencial y controlada. El control de las válvulas se programa o activa
manualmente para que los componentes (como los cilindros) realicen las tareas en
una secuencia específica, lo cual es esencial en la automatización industrial,.
D. Sistemas de Seguridad (Paros de Emergencia)
Para garantizar la seguridad del sistema, se implementan paros de emergencia,
cuyo funcionamiento consiste en detener rápidamente la operación. Al accionar el
paro de emergencia (que puede ser una válvula específica), se interrumpe el
suministro de energía al actuador, deteniendo el sistema inmediatamente,. El
concepto de "reset" (reinicio) se refiere a la acción de restablecer el sistema
después de un paro, permitiendo que el circuito vuelva a funcionar de manera
segura y controlada.
Desarrolle una propuesta de automatización con un diagrama DTI
La propuesta de automatización básica para una bomba neumática de doble
diafragma (AODD), utilizada para transferir un producto químico corrosivo, se basa
en un sistema de control lógico programable (PLC) que gestiona la operación de la
bomba en función de las señales de nivel en el tanque de almacenamiento.
Dada la naturaleza corrosiva del producto químico, la selección de una bomba
neumática (AODD) es adecuada, ya que los sistemas neumáticos se utilizan en
casos especiales donde el uso de elementos de trabajo de tipo eléctrico puede
presentar riesgos. La neumática emplea aire comprimido como medio de
transmisión de energía,.
Componentes Clave de la Automatización
El sistema automatizado se compone de tres elementos principales: los sensores
(entrada), el controlador (lógica) y los actuadores (salida).
1. Sensores (Elementos de Entrada)
Los sensores son dispositivos que obtienen información sobre el estado del sistema
y la transmiten al control. Para el control de nivel, se requieren interruptores de nivel
para definir los puntos de operación de la bomba.
• Interruptores de Nivel (LS): Se requieren al menos dos puntos de detección de
nivel. En la simbología ISA, L se usa para Nivel.
◦ LAL (Level Alarm Low): Interruptor de nivel bajo. Señaliza que el nivel del tanque
ha caído al punto de arranque (arranque de bomba).
◦ LAH (Level Alarm High): Interruptor de nivel alto. Señaliza que el nivel del
tanque ha alcanzado el punto de parada (parada de bomba).
• Presostato (PS): Aunque el control se basa en el nivel, un presostato (interruptor
de presión) en la línea de aire comprimido a la bomba podría ser útil para verificar la
disponibilidad de aire. El presostato convierte las señales neumáticas (presión) en
señales eléctricas para el PLC.
2. Controlador (PLC)
El Controlador Lógico Programable (PLC) es el cerebro del automatismo. Es un
equipo electrónico inteligente, diseñado con base en microprocesadores, que se
encarga de procesar la lógica de control.
• El PLC recibe la información de los sensores de nivel (LAL, LAH) a través de sus
módulos de entrada,.
• El PLC utiliza su lógica interna (software) para determinar cuándo enviar una señal
eléctrica a los actuadores (salidas) para encender o apagar la bomba,,.
3. Actuador (Elemento de Salida y Control Final)
El actuador directo del PLC es un dispositivo eléctrico que, a su vez, controla el flujo
de aire a la bomba AODD.
• Válvula Distribuidora Electroneumática (Solenoide, HV): La bomba AODD (el
elemento de trabajo o actuador neumático) se activa y desactiva controlando el
suministro de aire comprimido a través de una válvula de dirección o distribuidora,,.
◦ Dado que el PLC produce una señal eléctrica, se necesita un sistema
convertidor electroneumático, es decir, una electroválvula, accionada por un
solenoide (designado comúnmente con la letra Y o un número de salida Oxx en el
PLC),.
◦ Una electroválvula 3/2 vías (3 vías - 2 posiciones) puede ser adecuada para la
conexión y desconexión del aire comprimido a la bomba. Al recibir una señal
eléctrica de la salida del PLC, el solenoide conmuta la válvula, permitiendo o
bloqueando el paso del aire comprimido hacia la bomba,.
Secuencia de Control Simple (Encendido/Apagado Automático)
El control de la bomba es un mando secuencial forzado a pasos, donde la
conmutación de un paso al siguiente depende de condiciones de la instalación (las
señales de nivel),.
La bomba se usa para transferir el químico hacia el tanque de almacenamiento.
Paso
Condición (Entrada del PLC)
Acción (Salida del PLC - Solenoide de Válvula)
Descripción de la Lógica
0
Nivel ALTO (LAH activado)
Desactivado (OFF) [O0,1 = 0]
La bomba se detiene cuando el nivel alcanza el sensor superior (LAH). Se requiere
una función de memoria (como el principio SET/RESET,) para mantener la bomba
apagada hasta que se cumpla la condición de arranque.
1
Nivel BAJO (LAL activado) y LAH desactivado
Activado (ON) [O0,1 = 1]
El PLC detecta que el nivel ha caído al punto inferior (LAL) e inicia el ciclo de
bombeo. Una vez que la bomba comienza a funcionar, un circuito de retención
(memoria) mantiene el solenoide activado, incluso si el nivel sube inmediatamente,
desactivando LAL,.
2
Bombeo Continuo
Activado (ON) [O0,1 = 1]
La bomba continúa operando (el solenoide se mantiene energizado) hasta que la
señal del nivel ALTO (LAH) se activa, lo cual reinicia el ciclo al Paso 0.
En resumen, la secuencia permite que la bomba se encienda automáticamente
cuando se detecta el nivel bajo (LAL) y permanezca encendida (función de
memoria) hasta que el nivel alto (LAH) indique la finalización de la transferencia y la
detenga.
Nombre del algún programa o software usado para su
automatización
• EdrawMax: Utilizado para el diseño técnico de diagramas P&ID (DTI).
• SAP 90: Software de análisis estructural por elementos finitos para el diseño de
membranas.
• KNIME: Plataforma de analítica de datos para el análisis de redes complejas y
árboles de decisión en procesos industriales.
• Python: Lenguaje de programación empleado para el procesamiento de datos y
algoritmos de inteligencia artificial aplicados a la monitorización.
Productos innovadores relacionados al equipo
La innovación en los equipos neumáticos, especialmente en las bombas y sistemas
asociados, se manifiesta en tres áreas principales: mejoras en la eficiencia y
especialización industrial, desarrollo de equipos portátiles de precisión, y aplicación
de ingeniería avanzada en el diseño.
I. Innovaciones en Bombas Neumáticas Industriales (AODD)
Los fabricantes han desarrollado tecnologías y diseños de bombas neumáticas de
doble diafragma (AODD) para abordar requisitos industriales exigentes, tales como
eficiencia energética, manejo de productos difíciles y aplicaciones higiénicas:
1. Sistemas de Ahorro de Aire de Alta Eficiencia: Uno de los avances más
significativos es el sistema ProFlo Shift para bombas Wilden, el cual es descrito
como un sistema revolucionario que permite un ahorro de consumo de aire de hasta
un 60%.
2. Bombas de Alta Presión Especializadas: Existen modelos de bombas neumáticas
diseñadas para alcanzar presiones considerablemente altas, como las bombas
Wilden que pueden desarrollar presiones de hasta 17 bar, y modelos de alta presión
con relaciones de 3:1 o 2:1. Las bombas ALMATEC también ofrecen tamaños de
alta presión que alcanzan hasta 16 bar.
3. Modelos para Manejo de Sólidos Grandes: La línea Wilden incluye bombas de
clapetas de hasta 3 pulgadas para el trasiego de líquidos que contienen sólidos de
gran tamaño en suspensión.
4. Diseño Ultra-Corrosivo (ALMATEC): Las bombas ALMATEC están
específicamente desarrolladas para procesos químicos agresivos donde solo el
Teflón© o el polietileno son capaces de resistir, con un diseño totalmente en estos
materiales.
5. Innovaciones Sanitarias y Farmacéuticas: Se han creado bombas neumáticas con
características higiénicas avanzadas para sectores sensibles:
◦ Serie BIOCOR: Una bomba farmacéutica que es completamente drenable
gracias a un sistema patentado de imanes, ideal para procesos de máximo grado
higiénico y biotecnología.
◦ Serie HS (High Standard): Bombas higiénicas de acero inoxidable 316L pulido
que son fácilmente desmontables y aptas para CIP/SIP (Limpieza y Esterilización en
el Lugar).
◦ Bombas de alta presión (Serie H) pulidas 3:1: Optimizadas para productos
viscosos y abrasivos a presiones elevadas, diseñadas para una mínima pérdida de
producto.
II. Desarrollo de Sistemas de Calibración Neumática Portátil
En el campo de la instrumentación, la innovación se centró en la portabilidad y la
precisión para sustituir equipos de calibración voluminosos y fijos:
1. Sistema de Bombeo Manual Portátil: Se desarrolló un sistema de bombeo
neumático manual y funcional para la calibración de indicadores de presión,. Esta es
una innovación de proceso o procedimiento que surge de la necesidad de
herramientas portátiles y de uso manual para el ajuste de indicadores de presión en
laboratorios y campo,.
2. Bomba de Comprobaciones FLUKE 700 PTP: Este equipo es un componente
clave del sistema portátil, que se acciona manualmente para generar la presión
necesaria,. Es técnicamente avanzado porque puede trabajar en dos modos:
generar presiones manométricas de hasta 600 psi o generar vacío de hasta 13.9
psi. Además, posee un mango para el ajuste grueso y una válvula de ajuste fino
para mediciones más exactas.
3. Integración de Patrón Digital: El sistema portátil de calibración se implementa con
un manómetro patrón digital. Este patrón es una mejora significativa ya que ayuda a
suprimir los errores de paralaje e interpolación que se presentan con los
manómetros análogos convencionales.
III. Innovaciones en Ingeniería y Diseño de Sistemas
En el diseño estructural de las bombas de diafragma y en la automatización de
procesos, se han aplicado técnicas y conceptos innovadores:
1. Diseño Asistido por Elementos Finitos (FEA): Se ha aplicado el método de
elementos finitos mediante programas como SAP 90 para modelar el
comportamiento de las estructuras superficiales bidimensionales (placas y
cascarones) de los discos de caucho en las bombas de diafragma,,. Esta técnica
computarizada permite simular los esfuerzos y deflexiones de los diafragmas bajo
presión para optimizar su funcionamiento.
2. Alternativa Neumática para Baja Potencia: El trabajo de investigación se centró
en la innovación de encontrar una alternativa de bomba neumática adecuada para
dosificadores rotativos de semillas acoplados a sembradoras que utilizan tractores
de baja potencia (menos de 40 kw),. Aunque el diseño inicial demostró no ser viable
debido a los altos costos y peso, el enfoque de dimensionar una bomba de
diafragma de fuelle para este propósito representa una búsqueda de mecanismos
generadores de vacío o presión para fuentes de potencia menores,,.
3. Métodos de Secuenciamiento Avanzado: En la automatización de procesos, la
implementación de sistemas de control mediante estrategias como el método
cascada y el método paso a paso permite resolver circuitos neumáticos complejos.
Estos métodos son herramientas innovadoras para establecer un orden secuencial y
eficiente en el funcionamiento de múltiples elementos y actuadores.
6. PRODUCTOS INNOVADORES RELACIONADOS AL EQUIPO
6.1 Planteamiento de automatización para optimizar equipo
Se propone la integración de sensores inteligentes (IoT) en las bombas de doble
diafragma para monitorizar el desgaste de la membrana en tiempo real y prevenir
fallos catastróficos. El uso de algoritmos de Machine Learning puede optimizar el
consumo de aire comprimido, ajustando el ciclo de la bomba según la viscosidad
detectada del fluido, lo que reduce costos energéticos significativamente.
6.2 Tendencias en base a nuevas tecnologías
• Industria 5.0: Evolución hacia sistemas donde el operario humano y la tecnología
colaboran en simbiosis, enfocándose en el bienestar del trabajador y la
sostenibilidad del proceso.
• Gemelos Digitales (Digital Twins): Creación de homólogos virtuales de la bomba
para realizar simulaciones de rendimiento y predecir mantenimientos sin detener la
producción.
• Cobots Neumáticos: Robots colaborativos que utilizan actuadores neumáticos de
alta precisión para interactuar de forma segura con humanos en tareas de
ensamblaje.
• Manufactura Aditiva (Impresión 3D): Uso de impresión 3D para fabricar
componentes internos optimizados o prototipos rápidos de válvulas personalizadas.
7. CONCLUSIONES
• La bomba neumática de diafragma es una solución técnica superior para el manejo
de fluidos agresivos debido a su diseño hermético y robusto.
• El desarrollo de sistemas portátiles manuales ha democratizado la calibración de
precisión en laboratorios, reduciendo errores de medición mediante el uso de
patrones digitales.
• La implementación de metodologías de diseño avanzadas (FEA) permite optimizar
componentes críticos como los discos de caucho, aunque se deben equilibrar los
costos y el peso para la viabilidad comercial.
• La transición hacia la Industria 4.0 y 5.0 es imperativa; el uso de analítica de datos
y sensores IoT transformará las bombas tradicionales en sistemas inteligentes y
predictivos.
8. BIBLIOGRAFÍA
Manual de Principios de Hidráulica y Neumática – Propiedades y
Automatización [PDF]. (n.d.). maquinariaspesadas.org.
https://www.maquinariaspesadas.org/blog/2884-manual-principios-hidraulica-n
eumatica-propiedades-automatizacion Maquinaria Pesada
Manual de Neumática, Hidráulica y Electricidad Aplicada [PDF]. (n.d.).
maquinariaspesadas.org.
https://www.maquinariaspesadas.org/blog/2391-manual-neumatica-hidraulicaelectricidad-aplicada-fisica-fluidos Maquinaria Pesada
Manual de Neumática – Sistemas, Componentes y Automatización [PDF].
(n.d.). maquinariaspesadas.org.
https://www.maquinariaspesadas.org/blog/2822-manual-neumatica-sistemas-n
eumaticos-componentes-electricos-automatizacion Maquinaria Pesada
Curso Neumática e Hidráulica – Válvulas, Bombas y Circuitos [PDF]. (n.d.).
maquinariaspesadas.org.
https://www.maquinariaspesadas.org/blog/6742-curso-neumatica-hidraulica-va
lvulas-bombas-acumuladores-cilindros-circuitos Maquinaria Pesada
Bombas neumáticas [Manual PDF]. (2020). imestre.cl.
https://www.imestre.cl/wp-content/uploads/2020/12/Bomba-Neumatica.pdf
Imestre
Neumática e Hidráulica (Creus Solé, A.) [PDF]. (2012). welib.org.
https://welib.org/md5/1b99b5c2a32e1a6ef6fa665a36f2fe67 Welib
Biblioteca de libros sobre Neumática en PDF. infolibros.org.
https://infolibros.org/libros-pdf-gratis/fisica/neumatica/