Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
DOI: https://doi.org/10.46296/ig.v8i15.0268  
ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE UN COMPRESOR MONO CILÍNDRICO  
PARA ABASTECIMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO A DOS BANCOS  
DIDÁCTICOS UTILIZADOS EN EL MONTAJE DE CIRCUITOS NEUMÁTICOS  
THERMODYNAMIC ANALYSIS OF A CYLINDRICAL COMPRESSOR FOR  
COMPRESSED AIR SUPPLY TO TWO DIDACTIC BANKS USED IN THE  
ASSEMBLY OF PNEUMATIC CIRCUITS  
1
2
Guerrero-Ferrusola Oscar Xavier ; Rivera-Obando Raúl Arnaldo ;  
3
Burbano-Daquilema Christian Iván  
1
Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar. Guayaquil, Ecuador.  
Correo: o_guerrero@istsb.edu.ec. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0149-0833.  
2
Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar. Guayaquil, Ecuador.  
Correo: ra_rivera@istsb.edu.ec. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3448-2522.  
3
Instituto Superior Tecnológico Simón Bolívar. Guayaquil, Ecuador.  
Correo: c_burbano@istsb.edu.ec. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3550-4252.  
Resumen  
En este estudio se presenta un análisis termodinámico detallado de un compresor mono cilíndrico  
alternativo, diseñado para abastecer aire comprimido a dos bancos didácticos empleados en el  
montaje de circuitos neumáticos. El objetivo principal de esta investigación es realizar una  
caracterización del comportamiento del compresor mediante la aplicación de principios de la  
termodinámica clásica, tomando en cuenta variables como la presión, temperatura y caudal del  
aire comprimido. Además, se desarrollaron modelos matemáticos y simulaciones numéricas para  
predecir el desempeño del sistema cuando alimenta a dos bancos de práctica de montaje de  
circuitos neumáticos. Los resultados obtenidos revelan un notable acercamiento a los datos  
constructivos del compresor, destacando la pertinencia de las ecuaciones termodinámicas  
desarrolladas para el caso. Este estudio proporciona una base teórica y práctica para la mejora  
y optimización de sistemas de aire comprimido en aplicaciones didácticas y de laboratorio.  
Palabras clave: Neumática, compresor mono cilíndrico, termodinámica.  
Abstract  
This study presents a detailed thermodynamic analysis of an alternative cylindrical mono-  
cylindrical compressor, designed to supply compressed air to two didactic banks used in the  
assembly of pneumatic circuits. The main objective of this research is to perform a  
characterization of the compressor’s behavior through the application of principles of classical  
thermodynamics, considering variables such as the pressure, temperature and flow of  
compressed air. In addition, mathematical models and numerical simulations were developed to  
predict system performance when it feeds two tire circuit assembly practice banks. The results  
obtained reveal a notable approach to the constructive data of the compressor, highlighting the  
relevance of the thermodynamic equations developed for the case. This study provides a  
theoretical and practical basis for the improvement and optimization of compressed air systems  
in didactic and laboratory applications.  
Keywords: Pneumatic, cylindrical mono compressor, thermodynamics.  
Información del manuscrito:  
Fecha de recepción: 15 de octubre de 2024.  
Fecha de aceptación: 28 de diciembre de 2024.  
Fecha de publicación: 10 de enero de 2025.  
727  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
1
. Introducción  
cilindros de simple y doble efecto,  
utilizando válvulas direccionales de  
mando manual y mando indirecto  
con control neumático.  
La neumática, una tecnología  
fundamental en la automatización de  
máquinas se utiliza ampliamente  
para mejorar el control, la eficacia y  
la calidad de los procesos operativos  
en la fabricación de bienes. En el  
En este trabajo, se utilizarán  
ecuaciones termodinámicas para  
corroborar  
las  
características  
técnicas del compresor de aire.  
Además, se calculará el caudal de  
aire comprimido necesario para un  
circuito de automatización que  
controla la salida y entrada del  
vástago de un cilindro de doble  
efecto con control neumático.  
currículo  
de  
formación  
de  
profesionales técnicos en áreas  
como la mecánica, electricidad,  
electrónica  
y
mecatrónica, es  
esencial adquirir conocimientos  
sobre neumática.  
Actualmente, el uso de programas  
informáticos para simular circuitos  
1.1 Objetivo  
neumáticos  
permite  
aplicar  
Emplear  
termodinámicas  
obtener los  
las  
ecuaciones  
que permitan  
principios físicos y experimentar con  
diferentes grados de automatización  
en máquinas que siguen secuencias  
de movimientos. Sin embargo,  
siempre es necesario que los  
estudiantes trabajen con equipos  
reales para comprender el montaje y  
funcionamiento práctico de un  
circuito neumático.  
parámetros  
característicos de un compresor  
alternativo mono cilíndrico para el  
abastecimiento de aire comprimido a  
dos bancos didácticos de prácticas  
para  
montaje  
de  
circuitos  
neumáticos.  
1.2 Objetivos específicos  
En el Instituto Superior Tecnológico  
Simón Bolívar, los estudiantes han  
desarrollado dos bancos didácticos  
como parte de sus proyectos de  
titulación e integración de saberes.  
Estos bancos permiten realizar  
prácticas de activación directa de  
•
Examinar los conceptos  
termodinámicos aplicados al  
proceso de compresión de un  
compresor alternativo.  
•
Modelizar las ecuaciones para el  
caso de un compresor mono  
728  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
cilíndrico y para un cilindro  
neumático de doble efecto.  
Calcular el caudal normal,  
caudal de aire libre, trabajo por  
ciclo y potencia utilizando los  
parámetros constructivos del  
compresor.  
aplicaciones  
industriales  
especializadas. (Faires & Simmang,  
2001).  
•
•
Un compresor admite gas o vapor a  
una presión p1 dada, descargándolo  
a una presión p2 superior. La  
energía necesaria para efectuar este  
trabajo la proporciona un motor  
eléctrico o una turbina de vapor.  
Dentro de la utilización, los  
compresores alternativos tienen una  
Obtener el caudal normal y de  
aire libre del cilindro de doble  
efecto del circuito neumático,  
con una frecuencia de salida y  
entrada del vástago de 48  
ciclos/min.  
amplia  
desplazados en el intervalo, 0 a 1  
00 m3/h, entrando en competencia  
con los de paletas y de tornillo  
Fernández Díez, 2000).  
gama  
de  
volúmenes  
0
1
.3 Desarrollo del arte  
La compresión de gases es tan  
fundamental en la industria que  
resulta adecuado destinar un  
espacio a este tema en los textos de  
Termodinámica. El aire comprimido,  
a una presión superior a la  
atmosférica, tiene numerosos usos  
prácticos, como la operación de  
(
Dentro de la corriente pedagógica  
del constructivismo en la cual el  
estudiante es el constructor de su  
conocimiento y el docente es un  
ayudante que propicia o facilita la  
adquisición de la experiencia  
educativa, se puede combinar clases  
magistrales con prácticas dirigidas  
utilizando simuladores y equipos  
reales como bancos para montaje de  
circuitos neumáticos llevando ideas  
específicas de lo que es la  
tecnología neumática, actuadores y  
elementos de control conectados  
para armar circuitos que utilizan la  
pequeños motores de aire  
herramientas neumáticas,  
y
el  
accionamiento de montacargas  
especiales, la limpieza por chorro de  
aire, el inflado de neumáticos de  
automóviles (en toda estación de  
servicio para automóviles hay un  
compresor de aire), el rociado de  
pintura, la elevación de líquidos por  
medios neumáticos y muchas otras  
729  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
energía acumulada en el aire  
comprimido (Ocampo, 2008).  
Politécnica del Chimborazo se  
desarrolló la construcción de un  
banco para prácticas de montaje y  
En el trabajo de Magos & Godínez  
funcionamiento  
de  
circuitos  
(2015), el equipo construido en el  
neumáticos y electroneumáticos. El  
campo de la electroneumática  
permite realizar prácticas de control  
y automatización sobre actuadores  
neumáticos por medio de controles  
eléctricos. El concepto bajo el cual  
fue diseñado el tablero es tener  
disponibles en bornes de conexión  
todas las señales de activación de  
los actuadores, así como de los  
elementos auxiliares de control, el  
usuario puede proponer diversas  
configuraciones de los elementos  
neumáticos, además de poder  
banco  
neumáticos  
electroneumático  
tiene  
cuatro  
un  
cilindros  
sistema  
permiten  
y
que  
trabajar en varias aplicaciones  
industriales con diferentes procesos  
secuenciales en simulaciones dadas  
por gráficos de producción. Estas  
actividades desarrollan de manera  
efectiva el conocimiento real de la  
neumática  
y
electroneumática  
utilizado en procesos de la matriz  
productiva en el sector industrial del  
país, donde los profesionales  
adiestrados contribuirán en el  
accionarlos  
con  
cualquier  
controlador que proporcione los  
niveles eléctricos adecuados para el  
accionamiento de electroválvulas. El  
tablero didáctico desarrollado ha  
sido empleado por distintos grupos  
de estudiantes en cursos de  
mejoramiento  
tecnológico  
y
desarrollo  
(Bonilla  
industrial  
Panimboza & Noriega Flores, 2014).  
Estudiantes de la Universidad  
Antonio Nariño - Sede Ibagué de la  
Facultad de Ingeniería cursan  
asignaturas relacionadas con la  
automatización de procesos, dichas  
Automatización  
Controladores  
Industrial,  
Lógicos  
Programables e Interfaces Hombre-  
Máquina durante cinco trimestres  
asignaturas  
se  
han  
estado  
(
Magos Rivera & Godínez Bravo,  
orientando de manera teórica con la  
ayuda de material complementario  
como vídeos y presentaciones.  
Teniendo en cuenta la ventaja que  
presenta el componente práctico,  
2
015).  
En la tesis de grado de estudiantes  
de la facultad de Ingeniería  
Mecánica de la Escuela Superior  
730  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
ellos han realizado la actualización  
de un banco de pruebas de  
neumática y electroneumática que  
se encuentra en los laboratorios de  
la Facultad de Ingeniería Mecánica.  
El resultado de este trabajo fue la  
no ensucia si se fuga ni produce  
incendios (Cerdá Filiu, 2018).  
El compresor es el elemento central  
para conseguir el aire comprimido.  
Para uso en talleres pequeños e  
industrias  
medianas  
los  
reconstrucción  
del  
banco  
de  
compresores de desplazamiento  
positivo tipo pistón alternativo son los  
más utilizados (Faires & Simmang,  
pruebas, el cual cuenta con un área  
de trabajo mayor, debido a la adición  
de un tablero en la parte posterior,  
donde se pueden llevar a cabo  
diferentes prácticas, mediante guías  
de laboratorio: 5 prácticas para el  
tema de neumática y 5 prácticas de  
electroneumática, garantizando a los  
estudiantes de esta manera un  
correcto aprendizaje y afianzamiento  
de conocimientos (Molina Conde &  
Sanchez Rojas, 2021).  
2001).  
Para determinar las características  
fundamentales de los compresores,  
se  
realiza  
una  
simulación  
termodinámica de los procesos  
ideales que rigen la compresión del  
aire dentro del cilindro de un  
mecanismo pistón, biela y manivela.  
Los cuatro procesos principales se  
identifican en la Figura 1; estos  
incluyen, desde la condición 1, que  
representa la presión y el volumen  
del aire al inicio de la compresión,  
1.4 Fundamentos técnicos  
La neumática tiene como principio el  
uso de la energía acumulada en un  
gas, como es el aire, y realizar con  
ella un trabajo mecánico al mover un  
actuador lineal, cilindro neumático o  
uno rotativo, motor neumático. La  
ventaja de esta tecnología radica en  
que utiliza el aire que es disponible y  
abundante, se transporta fácilmente  
por tuberías, se puede almacenar en  
tanques, es una energía limpia que  
hasta  
la  
condición  
2,  
correspondiente al proceso de  
compresión isoentrópica. De 2 a 3,  
se describe el proceso de expulsión  
del aire a presión constante, seguido  
por una expansión isoentrópica del  
gas que no ha salido del cilindro, de  
la condición 3 a la 4. Finalmente, de  
4 a 1, se detalla un proceso de  
731  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
admisión del aire a presión constante  
(Faires & Simmang, 2001).  
Figura 1: Diagrama presión versus volumen de un compresor alternativo de pistón.  
volumen se relacionan con la  
Los procesos de compresión y  
expansión de forma idealizada  
pueden ser representados por líneas  
de proceso isotérmico, cuya relación  
presión y volumen es pV = C , siendo  
C una constante o línea de proceso  
n
expresión pV = C , donde n y C son  
constantes, en este proceso hay un  
intercambio de energía térmica entre  
el gas y su entorno (Çengel & Boles,  
2009).  
k
isoentrópico, con pV = C, siendo k la  
Los  
valores  
del  
coeficiente  
relación de calores específicos del  
gas y C una constante. Durante  
procesos termodinámicos reales de  
gases, pueden ser representados  
por líneas de procesos politrópicos  
donde la relación entre la presión y el  
politrópico para compresores de aire  
son menores que k =1,40 debido al  
enfriamiento del cilindro ya sea por  
agua o aire. Para el caso de  
compresores pequeños, el valor de n  
será de 1,35 o mayor y si las  
732  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
circunstancias son favorables se  
puede esperar un valor de n = 1,30 o  
menor; para compresores de aire  
con camisas enfriadas por agua los  
valores de n estarán entre 1,20 a  
de cilindraje Vcil por la frecuencia de  
ciclos alternativos del mecanismo f,  
se tiene  
푒푐. 3  
퐺 = 푉 푓  
ꢅ ꢂ푖푙  
1
,30 (Faires & Simmang, 2001).  
Según Faires & Simmang (2001),  
para determinar el rendimiento  
La relación entre las propiedades de  
un proceso politrópico son las  
siguientes:  
volumétrico  
volumen real que ingresa al cilindro  
-V ), con respecto al volumen de  
aire que debería ingresar (V -V ) el  
relacionamos  
el  
(
V
1
4
푛
푝2  
푝ꢀ  
푉
ꢀ
1
3
푒푐. 1  
= ( )  
;
푉
2
cual es el volumen de cilindrada, Vcil  
푛−ꢀ  
푛
( )  
푇2  
푇ꢀ  
푝
2
obteniendo la siguiente expresión:  
=
푝
ꢀ
푉ꢀ ꢆ 푉ꢇ  
→ 푉 ꢆ 푉  
ꢀ ꢇ  
Para determinar las características  
del compresor primero se debe  
conocer el volumen de cilindrada,  
que se obtiene conociendo el  
diámetro del cilindro D, la carrera del  
pistón L y el número de pistones N,  
se tiene  
푒푐. 4  
휂푣 =  
=
푉ꢂ푖푙  
휂 푉  
푣 ꢂ푖푙  
Para  
la  
determinación  
del  
rendimiento volumétrico a partir del  
espacio muerto del cilindro del  
compresor,  
se  
determina  
el  
휋
coeficiente de espacio muerto, c, con  
la siguiente expresión:  
2
푒푐. ꢁ  
푉ꢂ푖푙 = 푁 ꢃ 퐷 퐿ꢄ  
4
Para determinar el caudal de aire  
teórico que debería mover el  
compresor se multiplica el volumen  
푉ꢈ  
푒푐. 5  
푐 =  
푉ꢂ푖푙  
Puesto que el volumen total V  
1
= Vcil + V  
3
y V  
3
= cVcil , se tiene  
ꢀ
푛
ꢀ
푛
푝
푝
ꢀ
푝
푝
ꢀ
2
2
푉ꢂ푖푙 + 푉 ꢆ 푉 ꢃ ꢄ  
푉ꢂ푖푙 + 푐푉ꢂ푖푙 ꢆ 푐푉 ꢃ ꢄ  
ꢈ
ꢈ
ꢂ푖푙  
푉ꢀ ꢆ 푉ꢇ 푉ꢂ푖푙 + 푉 ꢆ 푉  
ꢈ
ꢇ
휂푣 =  
=
=
=
푉ꢂ푖푙  
푉ꢂ푖푙  
푉ꢂ푖푙  
푉ꢂ푖푙  
ꢀ
푛
푝
2
휂 = 1 + 푐 ꢆ 푐 ( )  
푣
푝
ꢀ
푒푐. 6  
733  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
Siendo  
v
rendimiento volumétrico  
c
coeficiente de espacio muerto  
presión de descarga del aire  
presión de admisión del aire  
p
2
1
p
n coeficiente politrópico del proceso de compresión. (Faires & Simmang, 2001).  
humedad relativa. En la normativa  
Para la determinación del caudal que  
ISO 2533 se mantiene los valores de  
maneja el compresor, utilizamos la  
presión y humedad relativa anterior  
expresión:  
pero la temperatura es a 15ºC  
푒푐. 7  
퐺푟ꢉ푎푙 = 휂 푉 ꢊ  
푣 ꢂ푖푙  
(
288,15 K), en ocasiones se le llama  
caudal estándar (KAESER  
COMPRESORES, 2025).  
Siendo:  
v
el rendimiento volumétrico  
Para determinar el caudal normal se  
aplica la ley de los gases ideales  
conociendo el caudal real a la  
presión y temperatura del ambiente  
local, por lo que se tiene  
adimensional  
V
cil el volumen de cilindrada  
n
la frecuencia de giro del cigüeñal  
que  
mueve  
el  
mecanismo  
alternativo.  
푒푐. 8  
El caudal Normal, según la norma  
DIN 1343, se mide bajo condiciones  
ꢋ푝 + 1,013ꢁꢌ퐺푟ꢉ푎푙ꢋꢁ73,15ꢌ  
퐺 =  
ꢅ
1
,013ꢁꢋ푇 + ꢁ73,15ꢌ  
estandarizadas  
de  
presión  
y
La expresión anterior se corrige para  
los casos en que el aire aspirado  
tiene un cierto valor de humedad  
relativa y se tiene la expresión:  
temperatura, las cuales son 1,0132  
bar abs de presión, temperatura de  
0°C (273,15 K) y con 0% de  
ꢋ푝 + 1,013ꢁꢌ퐺푟ꢉ푎푙ꢋꢁ73,15ꢌ 101,3ꢁ0 ꢆ ꢋ푝  
× 퐻푅ꢌ  
]
푣푎ꢍ표푟  
푒푐. 9  
퐺 =  
ꢅ
[
1
,013ꢋ푇 + ꢁ73,15ꢌ  
101,3ꢁ0  
Siendo  
p:  
presión manométrica en bar al nivel de altitud en que se aspire el aire.  
734  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
p
vapor: presión de vapor a la temperatura de aspiración en kPa  
HR: humedad relativa en tanto por uno  
T: temperatura del aire aspirado en ºC  
La ec. 8 también se aplica cuando se  
desea conocer el caudal normal del  
aire desde el caudal a la presión de  
trabajo del circuito o de la instalación  
de aire comprimido.  
La tabla adjunta muestra los valores  
de presión de vapor de agua a varias  
temperaturas en el rango de 19 a  
31°C, rango de temperaturas para la  
ciudad de Guayaquil, Ecuador.  
Tabla 1: Valores de la presión de vapor de agua para rango de temperaturas entre 19 a 31ºC.  
Presión de vapor de agua  
T (ºC)  
P (mbar)  
21,983  
23,393  
24,882  
26,453  
28,111  
29,858  
31,699  
33,639  
35,681  
37,831  
40,092  
42,470  
44,969  
P (kPa)  
2,1983  
2,3393  
2,4882  
2,6453  
2,8111  
2,9858  
3,1699  
3,3639  
3,5681  
3,7831  
4,0092  
4,2470  
4,4969  
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
3
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
Fuente: https://ricuti.com.ar/no_me_salen/TABLAS/vapor%20_agua.html  
El caudal FAD (Aire Libre Entregado)  
La expresión para obtenerlo a partir  
de las condiciones normales utiliza la  
ecuación de los gases ideales, por lo  
que se tiene  
se refiere al caudal real de aire que  
un compresor puede proporcionar  
bajo condiciones específicas de  
entrada de aire, según la norma ISO  
1217 Anexo C, presión de 1 bar abs  
푒푐. 10  
퐺퐹퐴ꢎ  
y una temperatura de 20°C (293,15  
K) y 0% de humedad relativa  
ꢁ93,15 1,013ꢁ  
) ( )  
=
퐺 (  
ꢅ
ꢁ
73,15  
1
(KAESER COMPRESORES, 2025).  
En termodinámica, los principios de  
conservación de la energía y de la  
735  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
masa constituyen fundamentos  
físicos esenciales. En el presente  
estudio, que se enfoca en una  
Siendo:  
ꢆ ∫ 푉푑푝: trabajo detrás de la curva  
del proceso reversible  
sustancia  
compresible,  
la  
determinación del flujo de masa es  
un aspecto importante para evaluar  
otras características en el análisis de  
circuitos neumáticos con flujo  
estable (Çengel & Boles, 2009).  
훥퐾:  
cambio de la energía cinética  
del gas entrando y saliendo del  
compresor  
훥푃:  
cambio de la energía  
potencial del gas entrando y saliendo  
del compresor  
Para determinar el flujo de masa que  
es la cantidad de masa de gas que  
se mueve por unidad de tiempo,  
utilizamos  
En el caso del compresor alternativo  
de pistón y su diagrama indicado en  
la figura 1, la compresión asumiendo  
cambio de energía cinética y de  
energía potencial de cero, la  
ecuación de trabajo quedaría como:  
푒푐. 11  
Siendo  
푚̇ = 휌퐺  
푚
̇
flujo de masa de aire  
densidad del aire  
2
푒푐. 13 푊ꢀ→2 = ꢆ ꢏ 푉푑푝  
ꢀ
Para la compresión en la línea del  
proceso politrópico de 1 a 2, la  
ecuación de trabajo resolviendo la  
integral quedaría como:  
G caudal de aire  
La determinación del trabajo y la  
potencia del ciclo de compresión es  
un parámetro de importancia en el  
푛−ꢀ  
estudio  
de  
los  
compresores  
ꢊ푝 푉  
푝
2
ꢀ
ꢀ
푛
ꢑ ꢒ( ) ꢆ 1ꢓ  
푒푐. 14  
푊ꢀ→2 = ꢐ  
1
ꢆ ꢊ  
푝
ꢀ
alternativos.  
Para la expansión de la línea de 3 a  
que también es un proceso  
Según Faires & Simmang (2001) la  
ecuación de trabajo reversible para  
flujo constante es:  
4
politrópico la ecuación quedaría  
como:  
푒푐. 1ꢁ  
푊 = ꢆ ∫ 푉푑푝 + 훥퐾 + 훥푃  
푛−ꢀ  
ꢊ푝 푉  
푝2  
푝ꢀ  
푛
)
ꢆ 1ꢓ  
ꢀ
ꢇ
ꢑ ꢒ(  
푒푐. 15  
푊ꢈ→ꢇ = ꢐ  
1
ꢆ ꢊ  
736  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
Restando los trabajos de las dos  
v
v
1
volumen específico total  
líneas politrópicas obtenemos la  
expresión:  
4
volumen específico después  
de expansión desde el volumen de  
espacio muerto  
푒푐. 16  
푊푛ꢉ푡표  
푛−ꢀ  
푛
ꢊ푝 ꢋ푉 ꢆ 푉 ꢌ  
푝
ꢀ
ꢀ
ꢇ
2
n
coeficiente politrópico del  
=
[
] ꢒ( )  
ꢆ 1ꢓ  
1
ꢆ ꢊ  
푝
ꢀ
proceso de compresión  
Si en lugar del volumen total  
utilizáramos el volumen específico,  
obtendríamos el trabajo por unidad  
de masa del ciclo y la ecuación  
quedaría:  
Como se demostró en la ec. 4 la  
diferencia entre el volumen total y el  
volumen después de la expansión  
politrópica es el producto entre  
rendimiento volumétrico y el volumen  
de cilindraje, entonces el trabajo del  
compresor puede ser calculado por  
la siguiente expresión:  
푒푐. 17  
푤푛ꢉ푡표  
푛−ꢀ  
푛
ꢊ푝 ꢋꢔ ꢆ ꢔ ꢌ  
푝
2
ꢀ
ꢀ
ꢇ
=
[
] ꢒ( )  
ꢆ 1ꢓ  
1
ꢆ ꢊ  
푝
ꢀ
푛−ꢀ  
ꢊ푝 휂 푉  
푣 ꢂ푖푙  
ꢑ ꢒ(  
푝2  
푝ꢀ  
푛
)
ꢆ 1ꢓ  
ꢀ
Siendo, para las ecuaciones 16 y 17  
trabajo del ciclo de  
푒푐. 18  
푊푛ꢉ푡표 = ꢐ  
1
ꢆ ꢊ  
W
neto  
De aquí podemos tener una  
expresión para la potencia que será  
necesaria dar al compresor para que  
realice la elevación de presión desde  
la presión de admisión hasta la de  
presión de descarga de la  
compresión, como:  
compresión  
w
neto  
trabajo por unidad de masa  
del ciclo de compresión  
p
1
2
presión de admisión del aire  
presión de descarga del aire  
volumen total (volumen de  
p
푛−ꢀ  
ꢊ푝 퐺  
푝2  
푝ꢀ  
푛
)
ꢆ 1ꢓ  
ꢀ
푟ꢉ푎푙  
ꢑ ꢒ(  
V
1
푒푐. 19  
푃ꢕꢖ = ꢐ  
1
ꢆ ꢊ  
cilindrada + volumen de espacio  
muerto)  
También  
podemos  
utilizar  
la  
definición de potencia que es el  
trabajo realizado por una fuerza o  
V
4
volumen después de  
expansión desde el volumen de  
espacio muerto.  
737  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
por un sistema por unidad tiempo  
circuitos  
neumáticos  
(Serrano  
(Wilson y otros, 2007), por tanto:  
Nicolás, 2009).  
En el cilindro neumático de doble  
efecto, el aire a presión entra por el  
orificio de la cámara trasera y al  
llenarla, hace avanzar el vástago,  
que en su carrera empuja el aire de  
la cámara delantera hacia el exterior  
a través del correspondiente orificio.  
En la carrera inversa del vástago se  
invierte el proceso haciendo que el  
aire que entra por el orificio delantero  
empuje el vástago y el aire de la  
parte trasera salga (Creus Solé,  
푊푛ꢉ푡표  
푒푐. ꢁ0 푃ꢕꢖ =  
ꢖ
La ec.20 nos permite calcular la  
potencia necesaria para conseguir la  
compresión del aire, pero debemos  
considerar que hay que gastar  
energía para mover el mecanismo  
del compresor venciendo fuerzas  
friccionante de las partes móviles,  
esto se maneja como un rendimiento  
mecánico que nos dejaría con la  
potencia que debe suministrar el  
motor que mueva el conjunto del  
compresor. Los valores de estos  
rendimientos mecánicos oscilan  
entre 75 a 85% (Faires & Simmang,  
2011).  
La Figura 2 muestra las partes  
internas de un cilindro de doble  
efecto.  
2001).  
1.4.1 Cilindro neumático de doble  
efecto (CDE).  
Los cilindros son componentes  
neumáticos que convierten la  
energía acumulada en el aire  
comprimido en un trabajo mecánico  
al mover un actuador lineal o rotativo  
y este un mecanismo con una  
determinada carga. Los cilindros de  
simple efecto y de doble efecto son  
los actuadores neumáticos más  
frecuentemente utilizados en los  
738  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
Figura 2: Parte constitutivas de un cilindro de doble efecto. (Tomado del catálogo de cilindros  
neumáticos serie P1D de Parker Hannifin, España)  
A partir de la ecuación de los gases  
ideales, se puede obtener una  
expresión para determinar el caudal  
normal de aire que un cilindro  
neumático de simple efecto (CSE)  
1
debe recibir para realizar una cierta  
frecuencia de salida y entrada del  
vástago se puede utilizar la  
expresión:  
2
,013ꢁ + 푝 휋퐷 퐿ꢊ  
ꢁ73,15  
)
푇 + ꢁ73,15  
푒푐. ꢁ1  
퐺 = (  
ꢅ
) ꢗ  
ꢘꢙ (  
4 × 10  
1
,013ꢁ  
Siendo  
: consumo total de aire normal en L/min  
G
N
D: diámetro del cilindro en mm.  
L: carrera del pistón en mm  
n: ciclos por minutos  
p: presión del aire comprimido en bar  
T: temperatura del aire en ºC  
Para el caso de un cilindro de doble efecto (CDE) el valor anterior se lo multiplica  
por 2 (Creus Solé, 2011).  
739  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
2
. Metodología  
montaje de circuitos neumáticos los  
cuales tienen las siguientes  
características constructivas:  
Durante las clases de la materia de  
Hidráulica y Neumática dictada a los  
estudiantes de ultimo nivel de la  
carrera de Tecnología en Mecánica  
Industrial se construyeron dos  
bancos didácticos para prácticas de  
Longitud frontal:  
1 200 mm;  
Profundidad: 600 mm; Altura:  
800 mm.  
1
Figura 3: Plano con la estructura y dimensiones de un banco didáctico para prácticas de  
neumática.  
de los dos bancos construidos y  
armados en los talleres del instituto.  
La tabla 2 contiene los elementos  
neumáticos colocados en cada uno  
Tabla 2: Elementos neumáticos colocados sobre el panel vertical del banco didáctico.  
Elemento  
Cilindro de doble efecto  
Característica  
Ø 32 mm ; carrera 250 mm  
Cantidad  
1
2
2
Cilindro de simple efecto,  
retorno por resorte  
Válvula direccional 3/2  
Ø 32 mm ; carrera 200 mm  
2
2
2
2
1
3
4
5
6
mando por pulsador; NC; monoestable; G=  
2
00 N L/min  
Válvula direccional 3/2  
Válvula direccional 3/2  
Válvula direccional 5/2  
Botonera tipo hongo; NA; biestable; G=200 N  
L/min  
mando neumático; NC; biestable; G=400 N  
L/min  
mando neumático; biestable; G=400 N L/min  
740  
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Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
7
Válvula direccional 3/2  
mano mecánico por rodillo; NC; monoestable;  
G=200 N L/min  
4
8
9
Unidad de mantenimiento F.R.L. Caudal=750 N L/min  
Múltiple conector de 1 entrada y 7 salidas del aire  
comprimido  
1
1
industrial durante el proyecto  
integrador de saberes del primer  
período del año 2022.  
La Figura 4 muestra una fotografía  
del banco construido y armado por  
los estudiantes de del quinto nivel de  
la  
especialidad  
de  
mecánica  
Figura 4: Banco didáctico para prácticas de neumática de la carrera de Tecnología en  
Mecánica industrial  
circuitos neumáticos es de la marca  
2.1. Análisis del ciclo de  
BP, la Figura 5 muestra una  
fotografía junto con una tabla de las  
características técnicas obtenidas de  
la página web del proveedor en la  
ciudad de Guayaquil, Ecuador.  
compresión para un compresor  
alternativo mono cilíndrico.  
El compresor destinado para la  
realización de las prácticas de  
741  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
Figura 5: Compresor de aire mono cilíndrico de la marca BP como motor de 1,5 kW (Tonado  
de https://bpecuador.com/categoria-producto/neumatica/)  
Presión máxima  
8 bar (116 psig)  
Potencia del motor 2,0 hp (1,5 kW)  
Voltaje  
120 VAC ; 60 Hz  
Caudal de aire  
libre  
7 cfm (200 L/min)  
Reservorio  
50 litros  
Datos iniciales:  
Diámetro del cilindro: 48,00 mm; Carrera del pistón: 45,00 mm;  
Espacio muerto: aproximadamente 3,0 mm  
Determinación de los volúmenes característicos del compresor para el cálculo  
termodinámico:  
퐷ꢂ푖푙 = 48,0 mm; 퐿 = 45,0 mm; 푠 = 3,00 mm  
휋
4
휋
퐷 퐿 = ꢋ48ꢌ 45 = 81 430,08 mm = 8,1430 08 × 10 푚ꢈ  
2
2
ꢈ
−ꢚ  
푉ꢂ푖푙  
=
4
휋
4
휋
퐷 푠 = ꢋ48ꢌ 3 = 5 4ꢁ8,67ꢁ mm = 5,4ꢁ8 67ꢁ × 10 푚ꢈ  
2
2
ꢈ
−ꢘ  
푉ꢂáꢛ푎푟푎  
=
4
푉푡표푡푎푙 = 푉 = 푉 + 푉ꢂáꢛ푎푟푎  
ꢀ
ꢂ푖푙  
푉ꢀ = 8,143 008 × 10−ꢚ + 5,4ꢁ8 67ꢁ × 10−ꢘ = 8,685 88 × 10−ꢚ 푚ꢈ  
푉ꢂáꢛ푎푟푎 = 푉 = 5,4ꢁ8 67ꢁ × 10 푚ꢈ  
−ꢘ  
ꢈ
Figura 6: Diagrama presión vs volumen para el cálculo termodinámico del compresor mono  
cilíndrico BP50  
p
3
2
p
2
4
1
p
1
V
3
V
1
V
V
4
V
2
Porcentaje de espacio muerto o relación de volúmenes, con la ec.5:  
푉ꢈ  
5,4ꢁ8 67ꢁ × 10−ꢘ  
× 100 = 6,67 %  
8,14301 × 10−ꢚ  
푐 =  
× 100 =  
푉ꢂ푖푙  
Volumen al terminar la compresión politrópica, uso de la ec.1:  
742  
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Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
ꢀ
ꢆ0,01 + 1,013ꢁ ꢀ,ꢈꢚ  
ꢋ8,685 88 × 10−ꢚꢌ  
)
ꢀ
푛
푝
ꢀ
푛
ꢀ
푛
푝 푉 = 푝 푉 → 푉 = ( ) 푉 = (  
ꢀ
2 2  
2
ꢀ
푝
2
8 + 1,013ꢁ  
=
1,708 14 × 10−ꢚ 푚ꢈ  
Volumen después de la expansión politrópica, de la ec.1:  
ꢀ
ꢀ,ꢈꢚ  
ꢀ
푛
푝
8 + 1,013ꢁ  
ꢈ
푛
푛
ꢋ5,4ꢁ8 67ꢁ × 10−ꢘꢌ  
푝 푉 = 푝 푉 → 푉 = ( ) 푉 = (  
)
ꢈ ꢈ  
ꢇ ꢇ  
ꢇ
ꢈ
푝
ꢇ
ꢆ0,01 + 1,013ꢁ  
=
ꢁ,760 47 × 10−ꢚ 푚ꢈ  
Trabajo del ciclo, utilizando la ec. 16:  
푛−ꢀ  
ꢊ푝 ꢋ푉 ꢆ 푉 ꢌ  
푝
푛
] ꢒ( ) ꢆ 1ꢓ  
ꢀ
ꢀ
ꢇ
2
푊푛ꢉ푡표 = [  
1
ꢆ ꢊ  
푝
ꢀ
푊푛ꢉ푡표 = ꢆ17,58ꢁ 704 J  
base de las relaciones geométricas y  
de los procesos termodinámicos  
ideales relacionados, pero que  
podemos utilizar como un buen  
acercamiento para tener valores con  
suficiente detalle, así el rendimiento  
volumétrico será de:  
2
.1.2 Rendimiento volumétrico,  
caudal normal y caudal FAD del  
compresor.  
Reemplazando  
numéricos,  
los  
valores  
un  
obtendremos  
rendimiento volumétrico teórico a  
ꢀ
푛
ꢀ
,ꢈꢚ  
푝
2
ꢀ
휂 = 1 + 푐 ꢆ 푐 ( ) = 1 + 0,0667 ꢆ 0,0667ꢋ8,9844ꢌ  
푣
푝
ꢀ
휂푣 = 0,7ꢁ7 67 ꢋ∼ 7ꢁ,8 %ꢌ  
Conociendo  
el  
rendimiento  
Siendo n la frecuencia de giro del  
cigüeñal del compresor que para  
este caso es de 3 420 rpm,  
tendremos:  
volumétrico podremos desarrollar el  
caudal real que entra al compresor,  
por tanto, el caudal real será de:  
퐺푟ꢉ푎푙 = 휂 푉 ꢊ  
푣 ꢂ푖푙  
푚ꢈ  
푚ꢈ  
푠
−ꢚ  
퐺푟ꢉ푎푙 = 0,7ꢁ7 67ꢋ8,143 01 × 10 ꢌꢋ34ꢁ0ꢌ = 0,ꢁ0ꢁ 65  
= 0,00337 748  
푚ꢜꢊ  
퐿
퐺푟ꢉ푎푙 = ꢁ0ꢁ,65  
푚ꢜꢊ  
743  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
presión manométrica es de -0,01  
bar, la temperatura media del aire es  
de 28,0ºC y la humedad relativa del  
El caudal real lo llevamos a  
condición normal, la cual es a  
presión de 1,0132 bar abs,  
temperatura de 0°C (273,15 K) y 0%  
de humedad relativa. Asumimos que,  
en las condiciones de aspiración, la  
aire  
absorbido  
del  
60%.  
Reemplazando valores numéricos  
en la ec. 9, obtendremos:  
ꢋꢆ0,01 + 1,013ꢁꢌꢋꢁ0ꢁ,65ꢌꢁ73,15 101,3ꢁ ꢆ 3,7831ꢋ0,6ꢌ  
퐿
퐺 = [  
ꢅ
] ꢐ  
ꢑ = 177,9ꢁ 푁  
1,013ꢁꢋꢁ8 + ꢁ73,15ꢌ  
101,3ꢁ  
푚ꢜꢊ  
potencia, que es el trabajo realizado  
por unidad de tiempo:  
Ya  
que  
los  
fabricantes  
de  
compresores utilizan el caudal de  
aire libre (FAD) para ajustar el valor  
del caudal conviene indicar que esta  
condición es del aire a presión de 1,0  
bar abs, temperatura de 20°C y  
humedad relativa del 0% por tanto,  
aplicando la ec. 10 obtendremos  
푊
푒푐. ꢁꢁ  
푃ꢕꢖ =  
ꢖ
El tiempo que dura un ciclo de  
compresión va ligado con la  
frecuencia  
de  
rotación  
del  
compresor, la relación entre período  
y frecuencia en movimiento circular  
constante es:  
ꢁ
93,15 1,013ꢁ  
) (  
퐺퐹퐴ꢎ = 177,9ꢁ (  
)
ꢁ
73,15  
1
=
193,43 퐿/푚ꢜꢊ  
ꢀ
푒푐. ꢁ3  
ꢖ = 푇 = ꢝ (Giancoli, 2008).  
2
.1.3 Determinación de la potencia  
Para el caso estudiado en que la  
frecuencia de giro es de 3 420 rpm o  
para el compresor.  
5
7 r.p.s, entonces el período será:  
Para estimar la potencia el  
compresor utilizaremos la siguiente  
expresión de la definición de  
1
푇 =  
= 0,017 54 s  
57  
La potencia desarrollada durante el ciclo de compresión del aire será de:  
ꢆ17,58ꢁ 704 J  
푃ꢕꢖ = |  
| = 1 00ꢁ,ꢁ W ꢋ1,34 hpꢌ  
,017 543 9 s  
0
Otra forma de encontrar la potencia de compresión del aire por parte del  
compresor es el uso de la ec. 20, que, reemplazando por los valores del  
compresor, tendremos:  
744  
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didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
푛−ꢀ  
ꢊ푝 퐺  
푝
푛
ꢑ ꢒ( )  
ꢀ
푟ꢉ푎푙  
2
푃ꢕꢖ = ꢐ  
ꢆ 1ꢓ  
1
,35ꢋꢆ0,01 + 1,013ꢁꢌ × 10 ꢋ0,00337 748ꢌ  
[
ꢆ 1,35  
ꢟꢆ1 00ꢁ,ꢁ Wꢟ = 1 00ꢁ,ꢁ W  
1
ꢆ ꢊ  
푝
ꢀ
ꢚ
ꢞ,ꢈꢚ  
] ꢐꢋ8,9844ꢌꢀ,ꢈꢚ ꢆ 1ꢑ  
=
=
1
Para compresores alternativos de pistón tenemos un rendimiento mecánico de  
fluctúa en valores de entre 75 a 85%, si para este caso seleccionamos 80 %,  
entonces la potencia mecánica del motor será de:  
푃ꢕꢖꢂ표ꢛꢍ 1 00ꢁ,ꢁ  
푃ꢕꢖ =  
=
= 1 ꢁ5ꢁ,8 W ꢋ1,ꢁ5 kWꢌ ꢋ1,68 hpꢌ  
0,80  
휂ꢛꢉꢂ  
2
.1.4 Determinación del flujo de  
Dadas las condiciones iniciales del  
aire en la succión del compresor y  
aplicando la ecuación de los gases  
ideales en que relacionamos las  
variables de presión, volumen y  
temperatura con la masa de la  
sustancia (Festo Didactic GmbH &  
Co., 2003), la densidad del aire será  
de:  
masa de aire comprimido del  
equipo.  
Para la determinación del flujo de  
masa, utilizaremos la siguiente  
expresión:  
푚̇  
= 휌퐺푟ꢉ푎푙  
ꢋꢆ0,01 + 1,013ꢌ × 10ꢚ  
푝
kg  
푚ꢈ  
휌 =  
=
= 1,158ꢁ86  
푅푇  
ꢁ87,6ꢋꢁ8 + ꢁ73,15ꢌ  
Así determinamos un flujo de masa de:  
kg  
푚̇  
= 1,158ꢁ86ꢋ0,ꢁ0ꢁ 65ꢌ = 0,ꢁ35  
푚ꢜꢊ  
que cubra aspectos de mando de  
cilindros de simple o doble efecto de  
forma directa o indirecta. También  
2
.1.5 Análisis del banco didáctico  
con un circuito neumático  
automatizando la salida y entrada  
del vástago de un cilindro de  
doble efecto.  
permite  
realizar  
ciertas  
automatizaciones  
y
secuencias  
utilizando dos cilindros de doble  
efecto.  
El banco didáctico tiene como  
finalidad armar circuitos neumáticos  
745  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
Las imágenes de las Figuras 7,8 y 9  
los circuitos neumáticos que se  
pueden montar en el panel.  
muestran  
tres  
planos,  
que  
corresponden con tres prácticas, de  
Figura 7: Mando directo de cilindros de simple efecto (CSE), plano y fotografía del montaje.  
Figura 8: Mando directo de un cilindro de doble efecto (CDE), plano y fotografía del montaje.  
Figura 9: Mando indirecto de un cilindro de doble efecto (CDE), plano y fotografía del montaje.  
Ahora analizamos el consumo de aire y las características que presenta un  
circuito neumático que automatiza la salida y la entrada del vástago de un cilindro  
de doble efecto, con una frecuencia de 48 ciclos por minuto. El diagrama y una  
fotografía del montaje del circuito neumático está representada en la Figura 10.  
746  
Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
Figura 10: Mando indirecto de un CDE con automatización de la salida y entrada del vástago.  
Datos del cilindro neumático de doble efecto para desarrollo de la práctica:  
Presión de trabajo: 4,0 bar manométrico (levantar una carga de aprox. 300 N).  
Diámetro émbolo, D=32 mm.  
Diámetro vástago, d=12 mm  
Carrera, L= 250 mm; ciclos de entrada y salida del vástago: 48 por minuto.  
Volumen de cilindraje cuando el émbolo se mueve haciendo salir el vástago:  
휋
2
푉 = 퐷 퐿  
ꢀ
4
Volumen de cilindraje cuando el émbolo se mueve haciendo entrar el vástago:  
휋
2
2
푉 = ꢋ퐷 ꢆ 푑 ꢌ  
2
4
El volumen total de llenado en un ciclo será de:  
휋
휋
휋
2
2
2
2
2
푉 = 푉 + 푉 = 퐷 + ꢋ퐷 ꢆ 푑 ꢌ = ꢋꢁ퐷 ꢆ 푑 ꢌ  
ꢀ
2
4
4
4
Remplazando valores numéricos, obtenemos:  
휋
2
2
ꢈ
−ꢇ  
ꢈ
푉 = ꢠꢁꢋ3ꢁꢌ ꢆ 1ꢁ ꢡ = 373 849,5mm = 0,373 85퐿 = 3,738 5 × 10 푚  
4
Sin embargo, es muy común despreciar el volumen del cilindro anular en el  
retorno del émbolo, y se duplica el volumen del cilindro completo lo cual sería:  
휋
2
ꢈ
−ꢇ  
ꢈ
푉 = ꢁ ꢢ ꢋ3ꢁꢌ ꢋꢁ50ꢌꢣ = 40ꢁ 1ꢁ3,9 푚푚 = 0,40ꢁ 1ꢁ3 9 퐿 = 4,0ꢁ1 ꢁ39 × 10 푚  
4
747  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
Si el cilindro realiza una secuencia de salida y entrada del vástago de 48 veces  
por minuto, tendremos el caudal necesario para su movimiento:  
퐿
mꢈ  
ꢗ3,ꢁ16 99 × 10−ꢇ  
ꢙ
퐺 = 푉ꢊ = 0,40ꢁ 1ꢁ3 9ꢋ48ꢌ = 19,301 9  
min  
s
Aunque la velocidad del émbolo varia durante el recorrido es posible hacer una  
estimación de velocidad media del mismo, utilizado la siguiente ecuación:  
휋
4퐺  
휋퐷2  
2
퐺 = ꢤꢔ  
̄
= 퐷 ꢔ  
̄
→ ꢔ  
̄
=
푒푐. ꢁ4  
4
Aquí hacemos la concesión de que nos manejamos con un área igual en el  
avance y retroceso del vástago del émbolo. Reemplazando los valores  
numéricos obtendremos:  
−ꢇ  
4
ꢋ3,ꢁ16 99 × 10 ꢌ  
= 0,400  
휋ꢋ0,03ꢁꢌ2  
푚
푠
ꢔ̄  
=
Por la ec. 21 se puede determinar el flujo de aire normal que consume un cilindro  
de doble efecto por lo que se tiene  
2
ꢋ4,0 + 1,013ꢁꢌ 휋ꢋ3ꢁꢌ ꢋꢁ50ꢌ48 ꢁ73,15  
퐿
퐺 = ꢁ [  
ꢅ
] ꢗ  
ꢙ (  
) = 86,6ꢁ 푁  
301,15  
1,013ꢁ  
4 × 10ꢘ  
푚ꢜꢊ  
De utilizarse dos bancos didácticos de las mismas características físicas, la  
cantidad de aire que se necesitaría sería el doble del calculado, G = 173 N L/min  
lo que está dentro del rango de caudal del compresor. Si el cilindro se mueve  
solo venciendo la fricción interna sin carga exterior y utilizando ec. 21 con una  
presión de 2,0 bar, el caudal de aire será de 52,1 N L/min por cada banco.  
3
. Resultados y discusión  
compresor el cual suministra aire  
comprimido a los bancos didácticos  
del presente estudio.  
En la tabla 3 se muestra el resumen  
de los cálculos realizados al  
Tabla 3: Resultados de los cálculos realizados al compresor de aire.  
Ítems  
Caudal normal  
Caudal de aire libre (FAD)  
Caudal a la presión de 8 bar  
Flujo de masa  
Valor  
178  
193  
40,0  
0,279  
1,25  
50  
Unidad  
N L/min  
L/min  
L/min  
kg/min  
kW  
Potencia  
Capacidad del tanque  
L
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Revista Científica ‘‘INGENIAR”: Ingeniería, Tecnología e Investigación. Vol. 8 Núm. (15) 2025. ISSN: 2737-6249  
Análisis termodinámico de un compresor mono cilíndrico para abastecimiento de aire comprimido a dos bancos  
didácticos utilizados en el montaje de circuitos neumáticos.  
analizado es la salida y entrada del  
La tabla 4 contiene el resumen del  
cálculo realizado al circuito  
vástago de un CDE con una  
frecuencia de alrededor de 48 ciclos  
por minuto.  
neumático que más exigencia de  
caudal demanda a la instalación de  
aire comprimido, el circuito que fue  
Tabla 4: Resultado de los cálculos realizados al cilindro de doble efecto de un banco didáctico.  
Ítems  
Valor  
86,6  
94,2  
19,3  
0,114  
0,40  
Unidad  
N L/min  
L/min  
L/min  
kg/min  
m/s  
Caudal normal de consumo  
Caudal de aire libre  
Caudal de presión de 4,0 bar  
Flujo de masa del aire  
Velocidad media del émbolo  
4. Conclusiones  
de los principios termodinámicos,  
reveló que el caudal de aire libre de  
La identificación de las principales  
características de un compresor es  
fundamental desde el punto de vista  
1
93 L/min es muy cercano al  
especificado por el fabricante (200  
L/min), siendo este último un valor  
técnico  
para  
seleccionar  
redondeado. En cuanto  
a
la  
adecuadamente una unidad que  
cumpla con los requerimientos de  
una instalación de aire comprimido.  
En el caso estudiado, la unidad  
compresora puede abastecer de  
manera eficiente hasta dos bancos  
didácticos, equipados para la  
potencia, el valor calculado de 1,25  
kW está dentro del rango máximo  
que puede entregar el motor  
instalado (1,50 kW o 2 hp). Estos  
resultados validan las ecuaciones  
desarrolladas  
en  
el  
análisis  
termodinámico.  
práctica  
de  
instalación  
y
Para el estudio del consumo de aire  
del cilindro de doble efecto, se  
asumió una velocidad media  
constante del émbolo con el fin de  
simplificar la modelización. A través  
de este enfoque y con la ecuación de  
los gases ideales, se desarrollaron  
funcionamiento automatizado de un  
cilindro de doble efecto, cuya  
operación no es continua, sino  
únicamente durante las pruebas  
funcionales  
de  
los  
circuitos  
montados por los estudiantes. El  
cálculo de los parámetros del  
compresor, mediante la aplicación  
ecuaciones matemáticas que  
permiten determinar tanto el caudal  
749  
Guerrero-Ferrusola et al. (2025)  
normal como el caudal de aire libre,  
así como la velocidad media del  
émbolo del vástago. El caudal de  
aire libre promedio se calculó en 94,2  
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Termodinámica (Sexta ed.).  
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D.F.,  
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McGraw-Hill/Interamericana  
Editores, S.A. de C.V.  
L/min  
funcionamiento, y 188 L/min cuando  
dos bancos operan  
simultáneamente, cual se  
para  
un  
banco  
en  
Cerdá  
Filiu,  
L.  
M.  
(2018).  
Automatismos Neumáticos e  
hidráulicos (1era. Edición  
ed.). España:  
Madrid,  
lo  
Ediciones Paraninfo, SA.  
encuentra dentro de la capacidad de  
entrega de la unidad compresora.  
Christiani, D.-I. P. (2015). Tablas de  
Metalmecánica. GmbH&Co  
KG.  
Este  
análisis  
garantiza  
un  
rendimiento óptimo de los bancos  
didácticos durante las prácticas  
operativas.  
Creus Solé, A. (2011). Neumática e  
Hidráulica.  
Marcombo.  
España:  
Faires, V., & Simmang, C. (2001).  
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751