CAPITULO-2-NEUMÁTICA-Y-ELECTRONEUMATICA (1)

7/30/2019 CAPITULO-2-NEUMTICA-Y-ELECTRONEUMATICA (1)

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Apuntes Asignatura Mecatrnica. Elaborado por Ricardo Acosta Acosta

CAPITULO 2.

FUNDAMENTOS DE NEUMTICA, SENSORES Y ACTUADORES


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2. FUNDAMENTOS DE NEUMTICA

La neumtica es la tecnologa que emplea el aire comprimido como modo detransmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

Figura 1. Divisin de la mecnica (Fuente: autor)

MECNICA

M.RELATIVISTA

Estudia los cuerpos que se muevencon velocidades cercanas a C

Los conceptos de M,L y T sondependientes entre s.

CUNTICA

Estudia las partculassubatmicas que se mueven a

velocidades cercanas a C.

CLSICA O NEWTONIANA

Estudia los cuerpos que semueven a velocidades


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2.1 EL AIRE Y SUS PROPIEDADES.

Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmsfera terrestre, quepermanecen alrededor de la Tierra por la accin de la fuerza de gravedad

Figura 2. Composicin del aire

Propiedades Fluidez: no ofrecen ningn tipo de resistencia al desplazamiento, el flujo de

aire de un lugar de mayor a menor concentracin sin gasto de energa Compresibilidad: un gas se puede comprimir en un recipiente cerrado

aumentando la presin, Reduccin de volumen del aire al verse presionadopor una fuerza, pero este llega a un lmite y el aire tiende a expandirsedespus de ese lmite.

Elasticidad: la presin ejercida en un gas se transmite con igual intensidaden todas las direcciones ocupando todo el volumen que lo engloba. Expansin: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la

presin ejercida por una fuerza o debido a la incorporacin de calor.

Volumen: Es el espacio que ocupa el aire. Masa (Presin atmosfrica) Densidad: Es de 1,18 kg/m (a 25 C) Viscosidad: Es de 0,018 cP (a 20 C) Propiedades de la mezcla Psicrometra


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APLICACIONES

Manejo de herramientas: Pulidoras, taladros, martillos, cinceles, llaves de impacto,remachadoras.

Transferencia (carruseles, conveyors).Atomizado y mezclado de sustancias.Elevacin de cargas.

Accionamiento de frenos.Control de procesos (automatizacin).

VENTAJASAbundante.Almacenable.Antideflagrante.

Fcil transporte.Soporta temperaturas de trabajo.Reversibilidad.

Alta velocidad (hasta 60 m/min).A prueba de sobrecarga en los actuadores.

DESVENTAJASRequiere preparacin.Fuerza limitada.Presin de trabajo mxima de 7 bar.Produce ruido en el escape.Es compresible, no soporta velocidades bajas.Tiene costos asociados (Instalacin, operacin y mantenimiento).


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El aire como gas ideal.

El aire a las temperaturas y presiones a las que se usan en aplicacionesindustriales puede ser considerado como un gas perfecto cometiendo un error

mximo de un 3%.


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Presin atmosfrica: Fuerza que ejerce la columna de aire sobre todos loscuerpos. Su valor depende del lugar donde se mida.

Experimento de Torricelli (1643). Experimento realizado por E. Torricelli alintroducir verticalmente un tubo de vidrio, cerrado por uno de sus extremos y delongitud superior a 76 cm, completamente lleno de mercurio y por el extremoabierto en el mercurio contenido en una cubeta. La diferencia de niveles demercurio en el tubo y en la cubeta permite calcular la presin atmosfrica. Parapoder seguir las variaciones de presin atmosfrica, se coloca una regla graduadaal lado del tubo, cuyo cero coincida exactamente con el nivel que tenga elmercurio en la cubeta. En un lugar determinado la presin atmosfricaexperimenta variaciones que, en parte, estn relacionadas con los cambios que

sufre el estado del tiempo. El valor medio de la presin atmosfrica al nivel del marcorresponde a una columna de mercurio de 76 cm de altura (presin normal).


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Figura 3. Presin atmosfrica con referencias.

Figura 4. Referencias de presiones positivas y negativas

Atmsfera estndar:


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PRESIN ATMOSFRICA EN CUALQUIER PUNTO, TOMANDO UNO COMOREFERENCIA

La presin atmosfrica vara segn la altura en la cual estamos ubicados y se

puede establecer mediante la siguiente ecuacin.

Consideremos una porcin de fluido en equilibrio de altura dyy de seccin S,situada a una distancia ydel fondo del recipiente que se toma como origen.

Las fuerzas que mantienen en equilibrio a dicha porcin de fluido son lassiguientes:

El peso, que es igual al producto de la densidad del fluido, por su volumen ypor la intensidad de la gravedad, (r Sdy)g.

La fuerza que ejerce el fluido sobre su cara inferior, pS La fuerza que ejerce el fluido sobre su cara superior, (p+dp)S


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La condicin de equilibrio establece que

(Sdy)g+(p+dp)S = pS

dp=-gdy Despejando

Ahora integrando a ambos lados y evaluando

Y aplicando logaritmo natural a ambos lados tenemos que

Y aplicando exponencial para despejar la presin.

Ejercicio.

Calcular la presin atmosfrica para la ciudad de Pereira, sabiendo que la ciudadest ubicada a 1411 m.s.n.m. y tiene una temperatura promedio de 20C.


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2.2. LEYES Y PRINCIPIOS QUE LA RIGEN.

El aire es un material elstico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime,mantiene esta compresin y devolver la energa acumulada cuando se le permitaexpandirse, segn la ley de los gases ideales.

2.2.1. Definicin de presin. Es la magnitud que relaciona la fuerza con lasuperficie sobre la que acta, es decir, equivale a la fuerza que acta sobre launidad de superficie.

2.2.2. Ecuacin de los gases ideales. A partir de observaciones experimentales seha establecido el comportamiento de P, v y T de los gases a baja densidadmediante la siguiente ecuacin.

De donde:P: presinV: volumenm: masaR: constante del aireT: temperatura

R del aire: De donde:

Existen ecuaciones que nos definen los estados en un proceso, para los estados 1y 2.


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Estado 1. Estado 2. Despejando mR e igualando las ecuaciones podemos llegar a la conocidaecuacin general de los gases.

2.3. Ley de Boyle-Mariotte. El volumen de un gas es inversamente proporcional asu presin para un proceso a T constante.

2.4. Leyes de Charles y Gay-Lussac. Proceso a presin constante o proceso isobrico Proceso a volumen constante o proceso iscoro.

2.5 Ecuacin de Bernoulli. Describe el comportamiento de un fluido movindosea lo largo de una lnea de corriente. Se supone que el fluido es incompresible, flujo

estable y el fluido no es viscoso o sea no tiene friccin.


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Velocidad de salida del fluido en un orificio. Aplicamos Bernoulli entre los puntos Ay B.

Suponiendo que la velocidad en el punto A es aproximadamente cero y que lapresin atmosfrica acta tanto en el punto A y el punto B, la ecuacin se reducequedando:

Humedad en el aire.

Humedad de saturacin: mxima cantidad de vapor que contiene un metro

cbico de aire a una presin y temperatura dadas.

T(C) g/m3-20 0,89-10 2,160 4,8510 9,420 17,330 30,3740 51,17


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Humedad absoluta: cantidad de vapor de agua por metro cbico del aire queestamos analizando

Humedad relativa: es el cociente de la humedad absoluta entre la humedad desaturacin, por lo general se expresa en porcentaje.


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Ejercicio. 3,5 m3 de aire atmosfrico a 20C y 65% de humedad relativa secomprimen con un compresor de 400l. Qu cantidad de agua se condensar si latemperatura dentro del tanque es de 40C y cul ser su presin final?

Densidad del aire. La densidad del aire es una propiedad que varia con lascondiciones externas y a las cuales este sometido, la densidad est definida comola masa sobre la unidad de volumen y se denota comnmente por la letra delalfabeto griego .

Ejercicio. Hallar la densidad del aire para la ciudad de Bogot sabiendo que lapresin atmosfrica es de 560mm de Hg y la temperatura promedio es de 20C.


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2.3. COMPONENTES PRINCIPALES DE UN SISTEMA NEUMTICO Y SUREPRESENTACIN.

La figura introduce el esquema bsico de una instalacin de aire comprimido para

una nave industrial. Los elementos principales que la componen son el compresor(que incluye normalmente un depsito de almacenamiento de aire comprimido), elenfriador (aftercooler), un deshumidificador (moisture separator), las lneas desuministro, y los puntos de consumo con su regulador y filtro.


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2.3.1. COMPRESORES Y TIPOS DE COMPRESORES

La produccin y consumo de aire comprimido se especifican en N l/min o N

mm/min es decir en aire libre (atmosfrico) cuando no es as se debe emplear lasiguiente formula para la conversin.

( )Donde:

Q: litros de aire libre por minutoQ1: litros de aire comprimido por minutoP: presin del aire comprimido en kgf/cm2

Existen diversas denominaciones utilizadas por los fabricantes para indicar lacantidad de aire que proporciona el compresor, tales como desplazamientovolumtrico volumen engendrado, etc. Bajo estos nombres genricos se consideraun caudal de aire expresado en cifras tericas que no responde al verdaderocaudal de aire suministrado por el compresor, mientras que el consumo de losequipos neumticos se da en cifras efectivas.

Es evidente que si adquirimos un compresor basndonos en alguna de las citadasespecificaciones, nos encontraremos con que la cantidad de aire realmentesuministrada es de un 20 a un 25% inferior a la indicada, pues ningn compresorrinde una prestacin del 100 %.

Para evitar estas ambigedades solamente se deben adquirir compresores quegaranticen el caudal de aire en consonancia con las condiciones de temperatura ypresin de la aspiracin, es decir, en litros o m de aire libre.

Como sea que el clima es variable y responde a las caractersticas propias de

cada lugar, sera dificultoso establecer unas tablas de consumos quecorrespondieran a los diferentes estados cismticos; por ello, se va imponiendo elestablecimiento de una normativa sobre la base de considerar unas condicionesnormales de temperatura y presin del aire aspirado, independientemente de lascondiciones atmosfricas en las cuales trabaje el compresor y que sirven dereferencia comparativa, aire que llamaremos "aire normal o "aire normalizado"


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distinguindolo con una N (Mayscula) que situaremos despus de las cifras yantes del volumen expresado. Por ejemplo: 600 N m/h, equivale a un sistema queproporciona 600 m/h expresados en condiciones normales.

Las condiciones normales varan segn el rea de influencia tecnolgica . Los quesiguen las indicaciones del "Compressed Air & Gas Institute" de U.S.A. 1 N m/hes un m de aire por hora a la temperatura de 20 C a la presin de 1.033 kg/cm 2 ycon una humedad relativa del 36 por ciento.

En la zona europea, la norma C.E.T.O.P. RP-44P, propone como condicionesatmosfricas normales las que estn especificadas en la ISO R 554, y quecorresponden a la temperatura de 20 C a la presin de 101.3 mbar y con unahumedad relativa del 65%.

El compresor es uno de los elementos primordiales en un sistema de airecomprimido, ya que es el encargado de la reduccin del volumen y en algunoscasos el almacenamiento. Gracias a este se pueden llevar a cabo la transmisinde la energa a lo largo de la tubera hasta sitios remotos donde se tienen losactuadores.


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SELECCIN DEL COMPRESOR

La seleccin del tipo de compresor y de su capacidad son parmetros crticos enel diseo de una instalacin de aire comprimido. Una acertada eleccin supone ungran ahorro energtico durante el funcionamiento normal de la instalacin.

Para elegir correctamente el tipo de compresor ms apropiado para lasnecesidades de diseo, es preciso conocer el consumo total de aire comprimido.

En general, el consumo total de aire comprimido es aquel que resulta de sumar elconsumo de todos los equipos neumticos y accesorios conectados en la planta,trabajando a pleno rendimiento.

Puesto que todos los elementos neumticos de una instalacin no trabajangeneralmente a toda su capacidad al mismo tiempo durante las 24 horas del da,es habitual definir un factor de carga como:


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Este factor de carga trata de tener en cuenta los consumos intermitentes de aire,para optimizar al mximo los tiempos de arranque del compresor que rellenan deaire comprimido los depsitos.

En general, se establecen cinco pasos bsicos para fijar correctamente lacapacidad del compresor. A saber:

1. Estimar el total de consumos de todos los dispositivos que emplean aire.2. Determinar la presin ms elevada que requieran estos elementos.3. Revisar los ciclos de trabajo y determinar los factores de carga de loselementos.4. Estimar un valor tpico de fugas.5. Fijar las mximas cadas de presin admitidas tanto para los diversoselementos como para las conducciones.

6. Otras consideraciones que afecten al diseo: condicionesmedioambientales del entorno, altura sobre el nivel del mar.Una vez determinado el consumo necesario y la presin demandada alcompresor, se ha de elegir el tipo ms adecuado para dicha aplicacin deacuerdo al consumo y la presin necesaria.

Especificaciones a tener en cuenta en la seleccin de un compresor.


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Caudal. Cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos tipos.Caudal terico el cual es propio de los compresores oscilantes. El caudalterico es igual al producto de la cilindrada x velocidad.Y existe el caudal efectivo o real, el cual depende del tipo de compresor,

de la presin y del rendimiento volumtrico. Presin. Fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes de un depsito.

Existen dos tipos de presin a tener en cuenta, la presin de servicio, lacual es suministrada por el compresor o acumulador y existe en lastuberas que alimentan a los consumidores y la presin del puesto detrabajo, la cual es la necesaria en el puesto de trabajo considerado.

Accionamiento. El compresor puede ser accionado por un motor elctricoo por un MCI.

Regulacin. Existen diferentes tipos de regulacin en los cuales la presin

vara entre dos valores lmites ajustados (Presin mxima y mnima)Regulacin de marcha en vaco:a. Regulacin por escape a la atmsfera, trabaja con unavlvula reguladora de presin a la salida del compresorb. Regulacin por aislamiento de la aspiracin, se bloquea ellado de aspiracin del motor.c. Regulacin por apertura de la aspiracin. Por medio demordazas se mantiene abierta la vlvula de aspiracin y el airecircula sin que el compresor comprima.

Regulacin de carga parcial:

a. Regulacin de velocidad de rotacin, este puede ser unelemento de control que acciona la apertura de la mariposa delcarburador o los inyectores del motor de combustin interna.Si el accionamiento es por motor elctrico se puede hacer pormedio de polos conmutables.b. Regulacin del caudal aspirado, se obtiene por medio deestrangulacin del caudal de aspiracin en compresoresrotativos o turbo compresores.

Regulacin por intermitencia:Este se caracteriza por que el compresor funciona a plena acarga o est desconectado. Esto se puede hacer por medio deun presstato.

Refrigeracin. la presin genera calor y este debe evacuarse, estarefrigeracin puede ser por aire, aletas y en algunos casos ventilador, o por


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agua cuando consta de un sistema de refrigeracin por circulacin de aguaen sistema cerrado o abierto.

Emplazamiento. La estacin del compresor debe situarse en un local

cerrado e insonorizado, debe estar bien ventilado y el aire aspirado debeser fresco, seco y libre de partculas.

ACUMULADOR O RESERVORIO. Este sirve para estabilizar el suministro de airecomprimido, compensar las oscilaciones en la red y enfriar el aire y condensar elagua debido a la superficie


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Aunque no existe una norma general para dimensionar depsitos, estos se debendisear teniendo en cuenta la demanda y el tamao del compresor, utilizando losarranques por hora y los tiempos mximos de funcionamiento del compresor comoparmetros de diseo.

Normalmente suele ir integrado dentro del compresor, como una parte ms de launidad que proporciona aire comprimido. De hecho, los compresores suelentrabajar de forma discontinua, arrancando cuando la cantidad de aire que quedaalmacenada en el compresor es baja. Adems, el depsito sirve para amortiguar

las fluctuaciones de caudal que vienen del compresor (especialmente en los CDP)y evitar que se transmitan a los puntos de consumo.

Por tanto, el compresor se regula para que arranque y pare y almacene el aire apresin en el depsito, tratando de espaciar al mximo sus ciclos de trabajo.Como norma general se acepta que los compresores alternativos trabajen duranteunas 10 veces a la hora, con un mximo de funcionamiento del 70%. Por elcontrario, compresores centrfugos, de husillo y de paletas deslizantes, puedentrabajar el 100% del tiempo

Si el compresor no funciona de modo continuo, ponindose en marcha nicamentesi la presin en un depsito disminuye hasta un nivel de presin previamentedefinido, entonces debe tenerse en cuenta la cantidad de operaciones de conexiny desconexin del motor. Para evitar un desgaste prematuro, el motor en cuestinslo debe ponerse en marcha entre 6 y 10 veces por hora.


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Seleccin del depsito en funcin de la frecuencia de conexin

Para calcular el volumen necesario del depsito (Vdep) en m3, deber aplicarse lasiguiente frmula

De donde:

p1: presin del entorno en barZs: frecuencia de conexin en h-1.

p: diferencia de presin de conexin en bar

Vef: cantidad efectiva en m

3

/minVdep: volumen del depsito en m3


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Otra forma es usar el siguiente diagrama:


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2.4.1. CLCULO DE TUBERAS Y CADAS DE PRESIN. La red de airecomprimido, se encarga de transportar el aire hasta los diferentes puntos donde serequiere. Su configuracin o tendido puede adoptar varias formas segn lanecesidad.

DIMETRO DE LA TUBERA

Una influencia directa en el rendimiento de los compresores, de los consumidoresy por lo tanto en los costos de la generacin de aire comprimido implicanaturalmente tambin el correcto dimensionamiento de la red de aire comprimido.

Los criterios ms importantes para el dimensionamiento de la red de airecomprimido son:

El flujo volumtrico,

La presin de servicio,El largo de la tubera,

La cada de presin.

Bajo consideracin de estos criterios puede determinarse el dimetro correcto dela tubera de aire comprimido. El dimensionamiento del dimetro de tubera sedefine de las siguientes maneras:

1. Sobre la base de los diagramas / nomogramas convencionales de

dimensionamiento

Ejemplo:

Clculo de una tubera:

El consumo de aire en una industria es de 4 m 3/min (240 m3/h). En 3 aosaumentar un 300%, lo que representa 12 m3/min (720 m3/h).

El consumo global asciende a 16 m

3

/min (960 m

3

/h) La red tiene una longitud de280 m; comprende 6 piezas en T, 5 codos normales, 1 vlvula de cierre. Laprdida admisible de presin es de A p = 10 kPa (0,1 bar). La presin de servicioes de 800 kPa (S bar).

Se busca: El dimetro de la tubera


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El nomograma de la figura 25, con los datos dados, permite determinar el dimetroprovisional de las tuberas.

Solucin:

En el nomograma, unir la lnea A (longitud M tubo) con la B (cantidad de aireaspirado) y prolongar el trazo hasta C (eje l). Unir la lnea E,(presin). En la lnea F(eje 2) se obtiene una interseccin. Unir los puntos de interseccin de los ejes 1 y2. Esta lnea corta la D (dimetro nominal de la tubera) en un punto queproporciona el dimetro deseado.En este caso, se obtiene para el dimetro un valor de 90 mm.

Tomado del manual de neumtica de FMA Pokorny, Francfort


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2. Utilizando las tablas convencionales en las cuales se puede consultar eldimetro directamente

Figura 5.Caudal mximorecomendado en tuberas de aire a presin paralongitudes no superiores a 15m (Fuente: Neumtica, hidrulica y electricidadaplicada de Roldan Viloria)


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3. Mediante clculos y usando una frmula de aproximacin


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CLCULO CAIDA DE PRESIN

Figura 6. Tabla prdidas en kgf/cm2 por rozamientos en accesorios usadosen tuberas (Fuente: Neumtica, hidrulica y electricidad aplicada de RoldanViloria)


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Figura 7. Clculo de prdida de carga y dimetro de tuberas en funcin de lapresin y el caudal de aire libre. (Fuente: Neumtica, hidrulica y electricidadaplicada de Roldan Viloria)


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CONVERSIN DE LITROS DE AIRE A PRESIN EN LITROS DE AIRE LIBRE

( )De donde:Q1 : litros de aire comprimido a presin PQ : litros de aire libreP : presin de aire comprimido en kgf/cm2

Ejercicio.

Calcular la prdida de presin en una tubera conociendo los siguientes datos:

Longitud de la tubera: 30mDimetro: Presin del aire: 7kgf/cm2Caudal de aire libre: 2000l/min


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DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO

El diseo de cualquier instalacin de aire comprimido sigue una serie de pasossecuenciales bsicos. En general, se pueden describir de la siguiente manera:

1.- Localizar e identificar cada proceso, estacin de trabajo, mquina oequipamiento que utiliza aire comprimido dentro de la nave o recinto industrialsobre el que se proyecta la ejecucin de una red de suministro de airecomprimido. Esta es la carga total que va a soportar la instalacin a disear. Esrecomendable situarlos en un plano y hacer un listado detallado de los mismos.

2.- Determinar el consumo de aire que se necesita en cada uno de esoselementos.

3.- Determinar el valor de presin necesaria en cada uno de esos puntos deconsumo.

4.- Determinar los requisitos de cada elemento con respecto al mximo nivel dehumedad, de partculas y de contenido en aceite que pueden admitir.

5.- Establecer el porcentaje de tiempo que estar operativo cada uno de esoselementos en un periodo de tiempo especfico. Esto se conoce como el tiempo defuncionamiento (duty cycle).

6.- Establecer el mximo nmero de puntos de consumo que pueden serempleados de forma simultnea en cada lnea de suministro, en la principal y entodo el proyecto. Esto se conoce como factor de carga (use factor or load factor).

7.- Estime un valor permisible de fugas.

8.- Incorpore un margen en caso de una ampliacin futura de la instalacin (30%cuando aplique).

9.- Realice una distribucin en planta preliminar (preliminar piping) y calcule cadasde presin y prdidas.

10.- Seleccione el tipo de compresor, equipos de acondicionamiento, etc,asegurndose de que se utilizan unidades consistentes.

11.- Ejecute el piping final y el tamao de la red.


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Consumos tpicos en herramientas.


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FUGAS PERMISIBLES EN SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO.

Puesto que las fugas dependen del nmero y tipo de conexiones, de la calidad dela instalacin, de los aos de la misma y de la presin de trabajo, es difcil

determinar un valor esperado de fugas en la instalacin. Como regla general, esde esperar que muchos puntos de consumo con necesidades bajas tendrnmuchas ms fugas que pocos puntos de consumo con necesidades de caudalaltas.

Instalaciones bien conservadas presentan normalmente fugas que rondan entre el2 y el 5%. Instalaciones con varios aos de servicio pueden llegar a tener fugasdel orden del 10%. Si adems, las condiciones de mantenimiento son malas, staspueden llegar a alcanzar valores del 25%.

Se debe tratar de tener el siguiente rango de valores en las velocidades del aire:

Lneas de distribucin de 6 a 10m/sLneas secundarias de 15 a 20 m/sMangueras hasta 30m/s


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EJERCICIO

CUANTO CUESTA TENER UN ORIFICIO DE 1/8 EN UN SISTEMA DE AIRE

COMPRIMIDO EN LA INDUSTRIA AL AO?

ASUMIR TODOS LOS VALORES QUE CREA CONVENIENTES


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OTRAS PRDIDAS DE ENERGA

El uso racional de la energa, requiere del uso de dispositivos que permitan larecuperacin de esta en los sistemas diseados e implementados.

A continuacin se muestra una grfica en la que se establece las posiblesprdidas de energa para un compresor de dos etapas.

Por que usar en compresor de dos etapas?


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TENDIDOS TPICOS DE RED.


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PREPARACIN DEL AIRE COMPRIMIDO

AIRE=AIRE+POLVO+VAPOR DE AGUA+ACEITE

Objetivo: retirar el agua, slidos y el aceite

Por qu se debe preparar el aire?Las impurezas contenidas en el aire son por lo general

Gotas de agua Polvo Rastros de aceite del compresor xido Cascarillas y similares

Gomas

Importancia de la preparacin del aire comprimido

Mediante la preparacin del aire comprimido se aumenta la duracin de loselementos.

Los tiempos de avera de los mandos y las reparaciones de los elementosse reducen

Clasificacin de las impurezas

El aire comprimido queda en contacto con diversos elementos de trabajo, mando yseal, por consiguiente se debe eliminar

Segn el origen se pueden clasificar en tres tipos de impurezas

Partculas slidas (proviene de corrosin en tanques de almacenamiento ytuberas)

Humedad (esta depende de las condiciones atmosfricas donde seencuentra instalado el compresor)

Residuos de aceite (del compresor)


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FILTRADO:

filtro

partculas

solidaspartculaslquidas


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Tipos y tamaos de las impurezas ms comunes contenidas en el aire (1 m = 0,001 mm)


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REGULACION DE LA PRESIN

regulacinpresin de

trabajo de lasherramientas


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LUBRICADORES


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SECADO DEL AIRE: su objetivo es retirar la humedad


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REFRIGERADOR FINAL:

Intercambiador

aire-agua tubos

aire-aireradiador-baratos

y eficaces


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PURGAS DE AGUA

Colector de condensado con flotador. La purga se controla mediante el nivel dellquido. Un flotador abre la vlvula de purga con lo que puede salir el condesado.

Colector de condensado con regulacin electrnica del nivelUn detector capacitivo de nivel emite una seal si el condensado alcanza un nivelmximo. Esta seal abre electrnicamente una vlvula de membrana. Acontinuacin, el lquido es vaciado por el conducto de salida.

Colector de condensado con purga temporizada y electrovlvulaPor experiencia se sabe con que frecuencia es necesario purgar el condensado.Este tiempo se programa en un sistema de control que abre y vuelve a cerrar lavlvula de purga peridicamente.


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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Identificar los elementos bsicos de una instalacin neumtica.

Condicin del problema:

La identificacin de los elementos se debe hacer de forma genrica yparticular tomando como referente las instalaciones neumticas dentro de lainstitucin.

El estudiante realizar un recorrido por la instalacin neumtica delLaboratorio de Sistemas Dinmicos (Postgrado Mecnica UTP), identificandocada uno de los elementos que componen la red y har nfasis en losaspectos de generacin, tratamiento, y transporte del aire comprimido hastalos sitios de uso en los laboratorios y talleres.

BSQUEDA DE INFORMACIN

Esta fase debe abordar temas relacionados con:

Fsica Electricidad Instrumentacin Neumtica

DESARROLLO DE LA SOLUCIN

Para el desarrollo de la solucin se debe trabajar en equipo, haciendo unaadecuada distribucin de roles entre los integrantes.

IMPLEMENTACIN DE LA SOLUCIN

Obtener las caractersticas de cada uno de los elementos. Realizar una tabla con las posibles fallas de cada uno de los elementos y su

posible mantenimiento.


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EVALUACIN

EVIDENCIASDEAPRENDIZAJE

CRITERIOS DEEVALUACION

TECNICAS EINSTRUMENTOS DE

EVALUACIONEvidencias deconocimientos

Reconoce los diferenteselementos que conformanuna instalacin neumticabsica.

Prueba de conocimiento

Evidencias deDesempeo

Planea las actividades arealizar.

Lista de chequeo


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SIMBOLOGIA NEUMATICA SEGN NORMA ISO1219-1


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CIRCUITOS NEUMTICOS

ANULACIN DE SEALES PERMANENTES

En la solucin de algunos circuitos neumticos y electroneumticos existe unacoincidencia de seales sobre los pilotajes de una misma vlvula de potencia elcual impide su funcionamiento.

Este problema se puede solucionar mediante dos formas

POR ANULACIN DEL EFECTO DE LA SEAL

La anulacin de la seal no consiste en eliminar la seal por completo, si no endominarla por otra seal de mayor fuerza de accionamiento. Esto se puede lograrusando los siguientes elementos:

1. Vlvula diferencial con accionamiento neumtico.

Usando una vlvula diferencial al cual tiene dos pilotajes de distinto dimetro, deforma que con una misma presin aplicada a ambos lados la fuerza es mayor enel pilotaje de mayor dimetro.

2. Reductor de presin

Otra forma de anular los efectos de la seal permanente usando un regulador depresin en uno de los pilotajes de una vlvula normal.

1

4

12142 4

3


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ELIMINACIN DE LA SEAL

Se puede eliminar la seal de las siguientes maneras:

Con vlvula de accionamiento mecnicos unidireccionalConsiste en emplear una vlvula con accionamiento mecnicounidireccional, las cuales son llamadas con frecuencia vlvulasescamoteables.

Se trata de una solucin mecnica que presenta algunos inconvenientes,entre ellos:

a) Se debe considerar el sentido de ataqueb) La palanca con rodillo debe abatirse por completoc) Dificultad en la aplicacin en cilindros con carrera cortad) La velocidad de ataque no puede ser elevada ya que la seal sera

muy cortae) La seal proporcionada por la vlvula en el sentido de accionamiento

no puede ser reutilizada puesto que desaparece al sobrepasar laleva de la vlvula.

Con temporizador de impulsoConsiste en emplear un temporizador de impulso del tipo normalmente abierto enla posicin de reposo.

3

2

a

b

0

1

1

0


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Se trata de un mtodo seguro de eliminar una seal permanente, pero tienealgunos inconvenientes

a) El temporizador queda cerrado al final de su temporizacin y no es posible

utilizar la seal que en su momento ha proporcionado, para operacionesposteriores.b) Se trata de un sistema caro, en especial si deben eliminarse varias seales.c) Ocupan mucho espacio

Con vlvula biestable

Consiste en utilizar una vlvula con accionamiento neumtico del tipo biestable lacual tiene la propiedad de usar la seal slo en el momento que se necesita.

Con las seales se pueden realizar adems muchas combinaciones, entre ellaspuede anularse varias seales al mismo tiempo ahorrando componentes en elsistema.

14

1 4

12

2 4

3


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TCNICAS AVANZADAS DE CONTROL EN SISTEMAS DE MANDONEUMTICOS

Una vez realizado el esquema neumtico de forma intuitiva pueden aparecer enciertos instantes del ciclo una coincidencia de seales sobre los pilotajes opuestosde una misma vlvula que impediran el desarrollo correcto del diagrama defuncionamiento. Debido a esto se requiere utilizar tcnicas avanzadas de controlelectroneumtico. Dentro de las tcnicas ms conocidas tenemos el mtodocascada Y el paso a paso.

1. MTODO CASCADA SISTEMA NEUMTICOS

Es utilizado para disear circuitos neumticos o electroneumticos de una formametdica y eliminar con ello las condiciones de bloqueo que se presentan en eldiagrama de funcionamiento, y que se producen cuando es necesario ordenar elmovimiento del vstago de un cilindro mientras todava persiste la orden delmovimiento opuesto del mismo cilindro.

REGLAS GENERALES

IDENTIFICACIN DE LOS ELEMENTOS DE TRABAJO.Se identifican de una manera ordenada los elementos de trabajo que tienenmovimiento (cilindros y motores) con letras maysculas, iniciando la relacin por laletra A y siguiendo con las dems B, C, etc.

IDENTIFICACIN DE LOS MOVIMIENTOS DE LOS ELEMENTOS DE TRABAJOSe realiza el diagrama espacio-fase para los movimientos de los elementos detrabajo tomando como referencia su posicin inicial o de reposo y teniendo encuenta lo siguiente:

Cilindros: si su vstago sale se identifica con el signo ms (+), por ejemplo 1A+,mientras que si su vstago entra se identifica con el signo (-), por ejemplo 1A-.

Motores: La identificacin de los motores se realiza segn su giro, de forma que sisu eje gira en sentido horario se identifica con el signo ms (+), por ejemplo 2A+, ysi su eje gira en sentido antihorario se identifica con el signo menos (-), porejemplo 2A-.

RELACIN FASE SECUENCIAA partir del diagrama espacio-fase se hace una relacin escrita de los movimientosa la que se designa relacin fase-secuencia. Seguidamente se escriben uno acontinuacin de otros separndolos por una coma, denominndose a estadisposicin escritura abreviada


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Cascada Electroneumtica, Mtodos ms usuales

Cascada Electroneumtica

Es utilizado para disear circuitos electroneumticos

1.- Mtodo dos grupos Un relEs uno de los mtodos ms utilizados, comprende el empleo de un nico rel quemanejar una funcin memoria, de tal manera que cuando est activo da seal aun grupo y cuando no da seal al otro.

Si analizamos el espacio fase, y agrupamos los movimientos de este ejemplo,vemos que se forman dos grupos. (A+,B+) y (A-,B-)

El primer paso ser asignar un solo rel K1. donde, segn su estado: 1.- Excitado: Habilita el Grupo I2.- Desexcitado: Habilita el grupo II.


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Para que comience la secuencia, es decir se excite K1, deber accionarse elpulsador de marcha, (S1) y adems estar pulsado el ltimo final de carrera de lasecuencia anterior. (B0), se trata de una memoria realimentada por medio de uncontacto NA de K1

El rel se desactivar cuando termine el grupo, es decir, con el final de carrera(B1).

El rel dar directamente seal al primer movimiento del grupo I, y al segundo atravs del final de carrera correspondiente.El rel sin excitacin dar seal directa al primer movimiento del grupo, y alsegundo a travs del final de carrera que corresponda.


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2.- Mtodo dos grupos, rel auxiliarSi ahora resolvemos el mismo ejercicio pero a travs de este mtodo debemosaadir otro grupo y trabajar como si fuesen tres grupos. Tomando en cuenta que eltercer grupo no activara ninguno de los solenoides


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3.- Mas de Dos grupos, Secuencia Larga

Se va a explicar este mtodo con una secuencia larga, de ms de dos grupos, ya

que en el caso de que nicamente haya dos grupos se actuar de otra manera.

1. Suponemos conocida la secuencia como ejemplo, la del siguiente diagrama deespacio-Fase.


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2. Se separa la secuencia en grupos de la misma manera que se haca paraejercicios con maniobra neumtica.

3. Designar cada uno de los grupos con cifras romanas.

4. Como en los circuitos con maniobra neumtica, hay dos partes en el circuito,

unaencargada de activar y desactivar cada grupo, asegurando que nicamente hayaen cada momento un grupo activo.

Grupo Quien Activa? Quin Desactiva?La parte de fuerza sigue siendo neumtica y la nica diferencia con los circuitosneumticos son los pilotajes de las vlvulas, que son elctricos. Los detectoresfinales de carrera son detectores de posicion mecnicos.


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Con los datos de la tabla anterior debemos realizar un circuito elctrico, dondedeber tenerse en cuenta: Hay un rel por grupo, de tal manera que activar un grupo significa que se excitala bobina de dicho rel.

Cuando un rel se activa, sus contactos cambian, los cerrados se abren y losabiertos se cierran. Para activar cada grupo se pone un contacto del rel del grupo anterior, en seriecon el contacto del emisor de seal que activa cada grupo Para desactivar un grupo se pone un contacto del rel del grupo siguiente, enserie y normalmente cerrado. Si se sigue al pi de la letra este mtodo, es necesario realimentar cada rel conun contacto normalmente abierto de s mismo. Es necesario dar seal al ltimo grupo la primera vez que se da corriente, ya queen caso contrario nunca se activar el grupo uno. Suele hacerse con un pulsadorde RESET.

El primer rel llevar en serie el pulsador de marcha, aunque ste tambin podracolocarse en todos los rels Si hay seales de activacion que deben aparacer a la vez Y son conectadas enserie.

Falta por realizar la ltima parte del circuito en la que se activarn los solenoidesque pilotarn las distribuidoras.Solenoide Como se


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A6. Como cada solenoide se activar cuando se cumpla una de las condiciones,O, es decir conexiones en paralelo.


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SENSORES

Un sensor es un aparato capaz de transformar magnitudes fsicas o qumicas,llamadas variables de instrumentacin, en magnitudes elctricas. Las variables deinstrumentacin dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo:temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin,desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, pH, etc. Una magnitudelctrica obtenida puede ser una resistencia elctrica (como en una RTD), unacapacidad elctrica (como en un sensor de humedad), una tension elctrica (comoen un termopar), una corriente elctrica (como un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est siempre encontacto con la variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirvenpara medir la variable, sino tambin para convertirla mediante circuitoselectrnicos en una seal estndar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener unarelacin lineal con los cambios de la variable sensada dentro de un rango (span),para fines de control de dicha variable en un proceso.[cita requerida]

Puede decirse tambin que es un dispositivo que aprovecha una de sus

propiedades con el fin de adaptar la seal que mide para que la pueda interpretarotro dispositivo. Como por ejemplo el termmetro de mercurio que aprovecha lapropiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la accin de latemperatura. Un sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierteuna forma de energa en otra. reas de aplicacin de los sensores: Industriaautomotriz, Industria aeroespacial, Medicina , Industria de manufactura, Robtica ,etc.

Entre las caractersticas tcnicas de un sensor destacan las siguientes:

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse elsensor.

Precisin: es el error de medida mximo esperado.


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Offset o desviacin de cero: valor de la variable de salida cuando la variable deentrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable deentrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.

Linealidad o correlacin lineal.Sensibilidad de un sensor: relacin entre la variacin de la magnitud de salida yla variacin de la magnitud de entrada.

Resolucin: mnima variacin de la magnitud de entrada que puede apreciarse ala salida.

Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cunto vare lamagnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir lasvariaciones de la magnitud de entrada.

Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada,que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condicionesambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento(oxidacin, desgaste, etc.) del sensor.

Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quieremedir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicacin directa(e.g. un termmetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador

(posiblemente a travs de un convertidor analgico a digital, un computador y undisplay) de modo que los valores detectados puedan ser ledos por un humano.

Por lo general, la seal de salida de estos sensores no es apta para su lecturadirecta y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito deacondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores yfiltros electrnicos que adaptan la seal a los niveles apropiados para el resto dela circuitera


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Magnitud Transductor Caracterstica

Posicin lineal o angular

Potencimetro Analgica

Encoder Digital

Desplazamiento ydeformacin

Transformador diferencial devariacin lineal Analgica

Galga extensiomtrica Analgica

Magnetoestrictivos A/D

Magnetorresistivos

Analgica

LVDT Analgica

Velocidad lineal y angular

Dinamo tacomtrica Analgica

Encoder Digital

Detector inductivo Digital
http://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Encoderhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformador_diferencial_de_variaci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformador_diferencial_de_variaci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformador_diferencial_de_variaci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetoestrictivos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetoestrictivos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetorresistivos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetorresistivos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/LVDThttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Detector_inductivo&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Detector_inductivo&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/LVDThttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetorresistivos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetoestrictivos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformador_diferencial_de_variaci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformador_diferencial_de_variaci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Encoderhttp://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metro


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Servo-inclinmetros A/D

RVDT Analgica

Girscopo

Aceleracin

Acelermetro Analgico

Servo-accelermetros

Fuerza y par(deformacin)

Galga extensiomtrica Analgico

Triaxiales A/D

Presin

Membranas Analgica

Piezoelctricos Analgica

Manmetros Digitales Digital

Caudal

Turbina Analgica

Magntico Analgica

Temperatura Termopar Analgica
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Servo-inclin%C3%B3metros&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=RVDT&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Gir%C3%B3scopohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceler%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Servo-acceler%C3%B3metroshttp://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Triaxiales&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Triaxiales&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricidadhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Man%C3%B3metros_Digitales&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Caudalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caudalhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Man%C3%B3metros_Digitales&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricidadhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Triaxiales&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Galga_extensiom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Servo-acceler%C3%B3metroshttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceler%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gir%C3%B3scopohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=RVDT&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Servo-inclin%C3%B3metros&action=edit&redlink=1


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RTD Analgica

TermistorNTC Analgica

TermistorPTC Analgica

Bimetal I/0

Sensores de presencia

Inductivos I/0

Capacitivos I/0

pticos I/0 y Analgica

Sensores tctilesMatriz de contactos I/0

Piel artificial Analgica

Visin artificial

Cmaras de videoProcesamientodigital

CmarasCCDoCMOS Procesamientodigital

Sensor de proximidad Sensor final de carrera
http://es.wikipedia.org/wiki/RTDhttp://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/NTChttp://es.wikipedia.org/wiki/NTChttp://es.wikipedia.org/wiki/NTChttp://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/PTChttp://es.wikipedia.org/wiki/PTChttp://es.wikipedia.org/wiki/PTChttp://es.wikipedia.org/wiki/Bimetalhttp://es.wikipedia.org/wiki/CCD_(sensor)http://es.wikipedia.org/wiki/CCD_(sensor)http://es.wikipedia.org/wiki/CCD_(sensor)http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_CMOShttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_CMOShttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_CMOShttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_proximidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_proximidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_final_de_carrerahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_final_de_carrerahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_final_de_carrerahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_proximidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_CMOShttp://es.wikipedia.org/wiki/CCD_(sensor)http://es.wikipedia.org/wiki/Bimetalhttp://es.wikipedia.org/wiki/PTChttp://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/NTChttp://es.wikipedia.org/wiki/Termistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/RTD


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Sensor capacitivo

Sensor inductivo

Sensor fotoelctrico

Sensor acstico (presinsonora)

micrfono

Sensores deacidez IsFET

Sensor de luz

fotodiodo

Fotorresistencia

Fototransistor

Clula fotoelctrica

Sensores captura demovimiento

Sensores inerciales
http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_capacitivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_inductivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_inductivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sonorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sonorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sonorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sonorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Acidezhttp://es.wikipedia.org/wiki/Acidezhttp://es.wikipedia.org/wiki/Acidezhttp://es.wikipedia.org/wiki/IsFEThttp://es.wikipedia.org/wiki/IsFEThttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotodiodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fototransistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_fotoel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_fotoel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_fotoel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fototransistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotorresistenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotodiodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/IsFEThttp://es.wikipedia.org/wiki/Acidezhttp://es.wikipedia.org/wiki/Micr%C3%B3fonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sonorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sonorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_inductivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_capacitivo


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ACTUADORES


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Cilindros. Los cilindros neumticos son unidades que transforman la energapotencial del aire comprimido en energa cintica o en fuerzas prensoras.Bsicamente consisten en un recipiente cilndrico provisto de un mbolo o pistn.

Al introducir un determinado caudal de aire comprimido, ste se expande dentrode la cmara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al embolo unvstago rgido, este mecanismo es capaz de empujar algn elemento, osimplemente sujetarlo. La fuerza de empuje es proporcional a la presin del aire ya la superficie del pistn:


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Fuerza en cilindro. La fuerza disponible de un cilindro crece con mayor presin ycon mayor dimetro. La determinacin de la fuerza esttica en los cilindros estsustentada por la siguiente frmula, o el baco adjunto:


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Consumo de aire en cilindros. El clculo del consumo de aire en cilindrosneumticos es muy importante cuando se requiere conocer la capacidad delcompresor necesario para abastecer a la demanda de una instalacin. Puedecalcularse con la siguiente frmula, o mediante el baco adjunto:

Pandeo. El pandeo es un factor limitativo en la eleccin de cilindros cuyosvstagos estn sometidos a compresin, ya que slo bajo dicha solicitacin escuando aparece este fenmeno. ste se manifiesta por una flexin lateral del


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vstago que genera esfuerzos radiales sobre bujes y camisa de los cilindros,acortando su vida til y hasta produciendo la rotura. El vstago de un cilindropuede sufrir pandeo cuando est sometido a compresin, por lo que debe tener eldimetro adecuado para evitarlo. El clculo de dicho dimetro se realiza mediante

la teora de Euler. Segn esta teora, la mxima fuerza que el vstago puedesoportar sin pandeo es:

Un extremo libre,un extremoempotrado

Dos extremosarticulados

Un extremoarticulado y otroempotrado

Dos extremosempotrados

F

L

F

L

F

L

F

L

Lp= 2L Lp=L

2

LLp 2

LLp

m = 1/4 m = 1 m = 2 m = 4


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PRCTICA 1: NEUMTICA CONVENCIONAL: Consulta de catlogoscomerciales

En primer trmino la prctica consiste simplemente en observar con ciertodetenimiento la parte de los catlogos comerciales dedicados a actuadoresneumticos y sus accesorios. En la segunda se habr de seleccionar en loscatlogos comerciales aquellos actuadores que cumplan las siguientessolicitaciones:

1.- En este caso el cilindro de doble efecto ha de conducir en el aire y en

ambos sentidos el peso de una pinza de la marca SMC de referencia MHQ2-20D

adems de una masa de 9 kg con una carrera de 100 mm. Eljase un cilindro sin

guas y otro con guas. Presin de trabajo 6 bar.

L=100 mm

9 kg

Pinza SMCMHQ2-20D

2. Seleccinese el cilindro necesario en el caso en que se desee levantar ydescender verticalmente un objeto frgil cuyo peso sea de 1.500 N, con una

carrera de 320 mm. Presin de trabajo 5 bar.


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F=1500 N

L=320 mm

En cada caso se indicar el tipo y dimensiones del cilindro, la referencia delcatlogo y los elementos auxiliares necesarios (elementos de fijacin, racores y

accesorios del vstago). As mismo se calcular el volumen de aire necesario en

una hora y el caudal que debera proporcionar el compresor.

La velocidad deseable en el vstago del cilindro es de 0,4 m/s y se realizan

15 ciclos por minuto.

1.- En este caso el cilindro de doble efecto ha de conducir en el aire y en

ambos sentidos un peso de 100 N con una carrera de 100 mm. Eljase un cilindrosin guas y otro con guas. Presin de trabajo 6 bar.

L=100 mm

9 kg

Pinza SMCMHQ2-20D


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F=90,5 N

L=100 mm 19 mm

L2L1

FB1

Seleccin del dimetro

El peso de la pinza referida de SMC es de 237 g que sumados a los 9 kg dela masa de la pieza a desplazar nos dan un peso de:

F= (0,237+9)9,8 = 90,5 N

Para la distancia del centro de gravedad de las pinzas ms la masa hemos

tomado como simplificacin que est a ms o menos la mitad de la dimensin

correspondiente de las pinzas ms 5 mm de una supuesta pieza de unin cilindro -

pinza. Es decir 19 mm aproximadamente.

Siguiendo el catlogo de SMC en la pgina 5-15 se dispone de una tabla en

la que se nos da la carga mxima soportable por el casquillo gua del cilindro (F B)

en funcin del dimetro.

En el caso problema:

F(19+L2+L1) = FB1L1

1

12B1

L

LL(19FF

)

De esta forma:

cilindro

L1

(mm)

L2

(mm)

FB

(N)

FB1

(N)


90/99


(mm)

50 39 168 100

524

63 43 171 155

490

80 52 179 250

435

100 56 185 395

420

125 91 218 61

5

326

Por lo tanto el dimetro a elegir ser de 125 mm.

En el caso de colocarle unas guas con cojinetes debemos usar el grfico

de la pgina 5-597 viendo que con un dimetro de 32 mm es suficiente.

Si usamos por contra un cilindro con guas del tipo MGP (catlogo de SMC

pgina 5-519).

90,5 N

19 mmFAFB

F

Como la tabla nos d la carga mxima aplicable en la placa del final del

vstago y la carga la tenemos en un punto a 19 mm de all, se toma momentos

respecto el casquillo gua teniendo que:

90.5(FA+FB+19+100) = F (FA+FB+100)


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En la tabla del catlogo para un cilindro de carrera 100:

Tipo gua cilindro(mm)

FA(mm)

FB(mm)

Fadmisible

(N)

F(N)

Friccin 25 10 6 100 105,3

A bolas 25 10 6 77 105,3

Friccin 32 12 10 159 104,6

A bolas 32 12 10 144 104,6

Como se v el dimetro de 32 mm es el elegido.

Consumo de aire comprimidoConsiderando una velocidad media de 0,4 m/s.

Caudal a la salida del vstago

l/min19,34

(0,4AvQ

2

1s

)032,0

l/min30,164

(0,4AvQ

2

1s

)04,0

l/min2944

(0,4AvQ

2

1s

)125,0

Caudal a la entrada del vstago

l/min16,64

(0,4AvQ

2

2e

)012,0032,0

2

l/min25,34

(0,4AvQ

2

2e

)016,004,02

l/min2704

(0,4AvQ

2

2e

)032,0125,02

De forma que en condiciones normales:

32 mm Qs= 19,3 7 = 135,1 lN/min Qe= 16,6 7 = 116,2 lN/min


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40 mm Qs= 30,16 7 = 211,12 lN/min Qe= 16,67 = 177,1 lN/min

125 mm Qs= 294 7 = 2.058 lN/min Qe= 2707 = 1.890 lN/min

Como se dice que realizan 15 ciclos por minuto la frecuencia ser:

125,0

60

15

sf

Es decir trabajan el 25% del tiempo mientras que el 75% est parado.

Amortiguamiento

Si elegimos un cilindro SMC del tipo MGPL32 (cilindro con guas), la

energa cintica a amortiguar ser:

vvvMm

Ec

4,12

)( 2

Ec: energa cintica (J)

M: masa del cuerpo desplazado (kg)

m: masa mvil del cilindro (kg)

v: velocidad mxima (m/s)

_v: velocidad media (m/s)

De esta forma: v = 1,40,4 = 0,56 m/s

M= 9,237 kg

m (segn tablas de catlogo para un cilindro de 32 y carrera 100)= 1,23

kg

Ec= 1,64 J

Este resultado no es admisible porque el mximo permitido es de 0,29J

para ese dimetro y amortiguacin elstica y 1 J con amortiguacin neumtica.


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En el caso de elegir un cilindro CP95 40 + guas GUM40-200 la energa

cintica admisible es de 3,4J por lo que no hay problemas.

Precio CP95SDB40-200 = 12.140 pts

Estimacin MGPL32-200 = 42.000 pts


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2. Seleccinese el cilindro necesario en el caso en que se desee levantar y

descender verticalmente un objeto frgil cuyo peso sea de 1.500 N, con una

carrera de 320 mm. Presin de trabajo 5 bar.

F=1500 N

L=320 mm

N25210,850,7

1500

pAF

FT

Por lo tanto se tiene que:

5105

425214

pFD T mmDmmD 8012,80

Realmente segn los clculos se debera optar por un dimetro de mbolomayor que 80 mm y el siguiente dimetro normalizado es de 100 mm perohemos usado un coeficiente bastante pequeo como se puede ver en el grficodel catlogo de SMC de la pgina 5-12 por lo que optamos por un dimetro de80 porque el de 100 no sera muy econmico. Adems al trabajar con 5 barsiempre se tiene un margen para ampliar la presin, en caso de problemas. Eldimetro del vstago ser de 25 mm. En el retorno como la carga va en el

mismo sentido que el movimiento no hay problemas en principio.Comprobacin a pandeo

Segn la frmula de Euler para el pandeo:

2

p

2

pL

IEF


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donde:

Fp: Fuerza en N a la que se produce pandeo

E: Mdulo de elasticidad del material con el que est construido el vstago,

en el caso del acero E = 2,1 1011 N/m2 , es decir, en Pa.

I: Momento de inercia en m4. Para secciones transversales circulares vale:

64

dI

4

siendo d el dimetro del vstago en m.

Lp: longitud libre al pandeo en m. Depende del tipo de fijacin que lleve el

cilindro. Su valor se indica en la tabla siguiente.

En el catlogo de SMC la expresin viene representada como:

2

2

pL

IEmF

Siendo m el coeficiente a aplicar segn la fijacin del cilindro tal y como se

describe en la tabla siguiente.

Un extremo libre,un extremoempotrado

Dos extremosarticulados Un extremoarticulado y otroempotrado

Dos extremosempotrados

F

L

F

L

F

L

F

L

Lp= 2L Lp=L

2

LLp 2

LLp


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m = 1/4 m = 1 m = 2 m = 4

Con una fuerza F = Fp se producir pandeo, luego la fuerza de servicio

deber de ser menor que Fp. Normalmente se toma como coeficiente de seguridad3,5 de forma que:

3,5

FF

p

Nuestros datos son:

Fp= 1500 N

E = 2,11011 N/m2 , es decir, en Pa.

L= 0,32 m

m =1/4

64

dI

4

siendo d el dimetro del vstago en m.

410-

2

2

2

2

p m102,96

14

mE

LFI

11101,2

32,0500

mm9m108,82

102,9664d 3-4-10

Como d=25 mm no hay problemas de pandeo.

Consumo de aire comprimido

Considerando una velocidad media de 0,5 m/s.

Caudal a la salida del vstago

l/min150,8m0,00254

(0,5AvQ 3

2

1s

s/)080,0

Caudal a la entrada del vstago

l/min136m0,00224

(0,5AvQ 3

2

2e

s/)025,0080,0

2


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Eso seran los caudales de aire a una presin relativa de 6 bar as que en

condiciones normales:

QS = 150,8 7 = 1055,6 lN/min

Qe = 136 7 = 952 lN/min

Amortiguamiento

La energa cintica que hay que amortiguar en el final de carrera es:

Ec = mv2 = 1500,52 = 18,75 J

En el catlogo de SMC pgina 5-101 correspondiente a un cilindro serie

CP95 da como energa cintica admisible para un cilindro de dimetro 80 con

amortiguacin neumtica un valor de 20 J por lo que estamos dentro del rango

admisible.


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SIMBOLOGA


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CAPITULO-2-NEUMÁTICA-Y-ELECTRONEUMATICA (1)

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