Neuma Tica

Automatizacin Industrial: Ing. Manuel Fuentes 1

2. Neumtica.

Los sistemas neumticos estn compuestos de una concatenacin de diversos grupos de elementos.

Estos grupos de elementos conforman una va para la transmisin de seales de mando desde el lado de la emisin de seales ( entrada) hasta el lado de la ejecucin del trabajo ( salida).

Un sistema de control neumtico est compuesta de los siguientes grupos de elementos.

Abastecimiento de energa. Elementos de entrada (sensores,interruptores,etc). Elementos de procesamiento (procesadores). rganos de maniobra y accionamiento (actuadores,preactuadores).

Los elementos de un sistema son representados mediante smbolos que, por su diseo, explican la funcin que asume un elemento en un esquema de distribucin.


La vlvula de vas puede ser utilizada como elementos de emisin de seales, como elemento procesador o como elemento actuador. El criterio que se aplica para atribuir un elemento a un grupo es el lugar de su inclusin en el sistema neumtico.


2.1. Compresor y motor.

El sistema de abastecimiento de aire comprimido para un sistema neumtico, debe tener dimensiones suficientemente grande y adems, el aire comprimido debe tener la calidad necesaria.

Para tener la seguridad que el aire tiene la calidad requerida, se recurre a una unidad de mantenimiento.

Con el fin de evitar que surgan problemas en el sistema, deberan tomarse en cuenta los siguientes aspectos relacionados al acondicionamiento del aire.

Consumo de aire. Tipo de compresor. Presin necesaria en el sistema. Cantidad acumulada necesaria. Grado necesario de pureza del aire. Mnima humedad ambiental. Requisitos de lubricacin. Temperatura del aire y su incidencia en el sistema. Tamao de las tuberas y de las vlvulas. Seleccin de los materiales. Puntos de escape y de purga. Disposicin del sistema de distribucin.

Los elementos de sistemas neumticos suelen ser concebidos para presiones de servicio de 8 10 bar. ( 800 1000 KPa.). No obstante es recomendable que por razones econmicas, se trabaje en la practica con presiones entre 5 6 bar. El compresor debera suministrar una presin de 6,5 7 bar, para poder compensar cualquier fuga en el sistema de distribucin.


El aceite necesario en el sistema neumtico debera ser suministrado a travs de la unidad de mantenimiento. En el sistema de mando debern utilizarse normalmente elementos que no necesiten de lubricacin.

La unidad de mantenimiento combina los siguientes elementos.

Filtro de aire comprimido. Regulador de aire comprimido. Lubricador de aire comprimido. Manmetro indicador de la presin.

La combinacin correcta, el tamao y el tipo de estos elementos es determinado por la aplicacin concreta y por las exigencias que se planteen, al sistema. Para garantizar la calidad del aire necesaria en cada aplicacin, se instalan unidades de mantenimiento en todos los sistemas de control de la red neumtica.

2.2.Lneas de Flujo y Conexiones.

Si diversos conductos de distribucin de aire tienen un consumo considerable, es recomendable configurar un circuito principal con conexiones transversales para evitar oscilaciones de presin.

El circuito principal debera tener una inclinacin de 1 hasta 2 % con el fin de poder instalar puntos de purga de agua condensada a cierta distancia del compresor. Si el volumen de agua condensada fuese relativamente grande, es recomendable instalar unidades secadoras del aire con el fin de limitar la humedad del mismo a los niveles deseados.


2.3. Acumulador.

El estanque de acumulacin permite evitar el surgimiento de oscilaciones de presin, el cual permite suministrar en todo momento aire comprimido.

2.4. Actuadores.

Actuadores Neumticos y Electro neumticos.

El grupo de los elementos de accionamiento incluye diversas variantes de movimiento lineal y giratorio de diversos tamaos y ejecuciones. Los elementos de accionamiento son accionados mediante vlvulas que dejan pasar la cantidad de aire necesaria para el trabajo en cuestin. Estas vlvulas normalmente estn instaladas directamente al conducto principal de aire a presin con la finalidad de mantener en niveles mnimos la prdida del caudal de aire.

Los elementos de accionamiento pueden clasificarse de la siguiente manera:

Elementos de accionamiento lineal: cilindro de simple y doble efecto. Elementos de accionamiento giratorio: accionamiento giratorio y motor

neumtico.


a) Cilindro de Simple Efecto:

Los actuadores neumticos se utilizan para transformar la energa contenida en el aire comprimido en energa dinmica.

Funcionamiento En el caso de los cilindros de simple efecto, se aplica presin nicamente en

un lado del mbolo. El cilindro ejecuta trabajo nicamente en un sentido (carrera de til).

El vstago retrocede opr efecto de un muelle o por una fuerza aplicada desde fuera (carrera sin carga).

Accionamiento Vlvula de 3/2 vas

mboloMuelle derecuperacin Vstago

Culata anteriorCulata posterior

Taladro de escapeJuntaConexin de aire comprimido Camisa del cilindro


Cilindro de simple efecto de uso en laboratorio.

b) Cilindro de Doble Efecto:

Funcionamiento. En el caso de los cilindros de doble efecto se aplica presin en ambos lados. El cilindro trabaja en ambos sentidos. Fuerza del mbolo. En el caso de cilindros con vstago en un lado, la fuerza de avance es superior a la fuerza de retroceso (relacin entre la superficie del mbolo y la superficie del mbolo en el lado del vstago). Amortiguacin en las posiciones finales. La amortiguacin se utiliza si las masas a mover son grandes con el fin de evitar que el mbolo choque con fuerza. El mbolo amortiguador interrumpe el escape directo. El aire tiene que salir a travs de una seccin pequea que, con frecuencia, es regulable. Accionamiento Vlvula de 5/2 vas, vlvula de 5/3 vas


Construccin del cilindro y tipos de juntas: Construccin

Cilindro tubular. Culata anterior y posterior. mbolo con junta. Vstago. Casquillo de cojinete.

Cilindro de doble efecto

Cilindro de doble efectocon amortiguacin regulable en las posiciones finales


Anillo rascador. Piezas de unin. Juntas. Muelle de reposicin (nicamente en cilindros de simple efecto) .

Tipos de juntas Funcin: separar cmaras. Criterios para el montaje: fuerza de friccin, duracin, resistencia a

substancias qumicas. Materiales: perbunn, vitn, tefln

Junta trica Anillo perfilado

Junta cuadrada en estrella Collarines obturadores en ambos lados

Guarnicin embutida Guarnicin fija para ranura

Guarnicin embutida doble Collarnes en ambos lados, con anillo deslizante

Juntas en L

Vstago

Amortiguacin ajustableen los finales de carrera

Amortiguacin ajustableen los finales de carrera

Casquillo de guaJunta del mbolo

Junta yrascador de suciedad

CulataJuntamboloCulata

Camisa delcilindro

mbolo amortiguador


Elementos de Fijacin y accesorios. 1 Cabeza de rtula 2 Placa de acoplamiento 3 Horquilla 4 Rtula 5 Fijacin por brida 6 Pies de fijacin 7 Fijacin basculante 8 Fijacin basculante 9 Caballete 10 Vlvula reguladora de caudal 11 Racor rpido roscado 12 Piezas de fijacin 13 Detectores de posicin 14 Piezas de fijacin 15 Detectores de posicin 16 Piezas de fijacin 17 Detectores de posicin 18 Unidad de gua


2.5. Vlvulas Direccionales Manuales.

Las vlvulas tiene la funcin de controlar la presin o el paso del aire a presin. Segn su tipo, las vlvulas pueden clasificarse como:

Vlvulas de vas: sensores, procesadores y actuadores. Vlvulas de cierre: vlvulas antirretorno. Vlvulas reguladoras de flujo: vlvulas estrangulacin. Vlvulas de presin. Combinaciones de estas vlvulas.

Las vlvulas de vas o vlvulas direccionales controlan el paso de seales neumticas o del flujo de aire. Estas vlvulas abren, cierran o modifican la direccin del paso del aire a presin.

Parmetros de una vlvula de vas:

Cantidad de conexiones (vas) : 2, 3, 4 o 5 vas. Cantidad de posiciones de conmutacin: 2 y 3 posiciones. Tipo de accionamiento: mecnico, neumtico, elctrico y manual. Tipo de reposicin: por muelle ( resorte), por presin.

a ) Vlvulas de vas: la vlvula puede actuar como sensor, por ejemplo: mediante un rodillo con leva para detectar la posicin del vstago de un cilindro.

La vlvula puede actuar como procesador, en cuyo caso se encarga de fijar o cancelar seales o de desviarlas, segn sea la seal de mando.

a-1) Vlvula de 3/2 vas: cerrada en posicin normal, vlvula de asiento(3 vas, 2 posiciones).


Sin activar: Un plato con muelle bloquea el flujo de aire comprimido desde 1 hacia la utilizacin 2. La utilizacin 2 est unida a la conexin de descarga 3.

Activada: Primero se bloquea la conexin de descarga 3. A continuacin se abre el paso desde la conexin 1 hacia la conexin 2.

Caractersticas: Conmutacin sin solapamiento, Gran seccin y carrera de accionamiento corta, Insensible a la suciedad y Gran duracin.

a-2) Vlvula biestable de 5/2 vas, corredera longitudinal (5 vas, 2 posiciones).

La vlvula tiene funcin de memoria. Para su conmutacin, es suficiente una seal corta (impulso).

Una seal neumtica en la conexin 12 abre el paso entre la conexin 1 y la conexin 2.

Una seal neumtica en la conexin 14 abre el paso entre la conexin1 y la conexin 4.

Si ambas conexiones reciben una seal, predomina la que primero llega. Caractersticas: Para el accionamiento de cilindros de doble efecto

2 3514 124 1

2 3514 124 1

24

35 1

14 12

24

35 1

14 12

3

2

13

2

1

Cerrada en posicin normal Activada

2

31

2

31


b ) Vlvulas de cierre: las vlvulas de cierre o antirretorno permiten que el flujo de aire pase en una sola direccin. Este tipo de vlvula es utilizado, entre otros, en vlvulas selectoras, o en combinacin con una vlvula reguladora de caudal, en vlvulas de estrangulamiento y antirretorno ( vlvulas reguladoras de caudal unidireccionales).

b-1) Vlvula antirretorno Abre el paso en un sentido. Bloquea el caudal en el sentido contrario. El elemento hermetizante se separa de su asiento cuando la fuerza del aire

comprimido es superior a la fuerza del muelle ( resorte) pretensado.

b-2) Vlvula de escape rpido Se utiliza para descargar rpidamente el aire contenido en los elementos de

trabajo. La velocidad del mbolo de un cilindro puede ser casi mxima porque se

reduce la resistencia al caudal del aire de escape durante la ejecucin del movimiento.

Montaje directo o lo ms cerca posible del cilindro.

b-3) Vlvula de Simultaneidad:

La vlvula de simultaneidad se utiliza para establecer un enlace lgico de Y. Las seales recibidas en las entradas 1 y 1(3) generan una seal en la salida

2. La ausencia de seales de entrada significa que no hay seal de salida.

Seales de salida Si las seales de entrada se reciben desfasadas, la recibida de ltimo pasa a

la salida. Si las seales de entrada tienen presiones diferentes, la que tiene menos

presin pasa a la salida.

2

1

3

2

1/ 31


Procesadores : Para accionar las vlvulas de vas y activar el nivel de trabajo del sistema puede recurrirse a varios elementos de maniobra que se encargan de procesar lgicamente las seales emitidas por los sensores.

Vlvulas de simultaneidad ( elemento Y). Vlvulas selectoras ( elementos O ).

Las vlvulas se simultaneidad ( vlvulas de doble presin o vlvulas mixtas) permiten enlazar dos seales de entrada con la funcin Y. Este elemento tiene dos entradas y una salida, la cual es alimentada con aire solo mientras las dos entradas reciben presin. Si las presiones en las entradas son diferentes, pasa a la salida A la presin ms baja.

( fig ).

Vlvulas Selectoras:

El Selector de circuito se utiliza para establecer un enlace lgico de O. Las seales de aire comprimido en la entrada 1, en la entrada 1(3) o en las

dos entradas, generan una seal en la salida 2.. Si no ha y seal de entrada, no hay seal de salida.

Seales de salida Si las dos entradas reciben seales, llega a la salida la seal de mayor

presin.

2

1 1(3)

2

1 1(3)

2

1/ 31


2.6. Control de Flujo.

Vlvulas reguladoras de flujo: Las vlvulas reguladoras de flujo ( o de estrangulacin ) bloquean o estrangulan el caudal y , en consecuencia, regulan el paso del aire. De ser posible, las vlvulas reguladoras de flujo deberan instalarse en las inmediaciones del elemento de trabajo, debindose efectuar su ajuste en concordancia con las condiciones dictadas por la aplicacin. Si en paralelo funciona adems una vlvula de antirretorno , entonces el paso es limitado en una direccin y el la direccin contraria, el paso de aire es mximo.

( fig reguladora).

c-1) Vlvula estranguladora Las vlvulas estranguladoras regulan el caudal del aire comprimido. Las vlvulas estranguladoras suelen poderse regular. La regulacin puede

fijarse. Las vlvulas reguladoras nunca cierran del todo.

c-2) Vlvula de estrangulacin y antirretorno Combinacin de vlvula estranguladora y vlvula antirretorno. Esta vlvula permite el libre flujo en un sentido. En el sentido contrario, el

aire comprimido slo puede pasar a travs de una seccin regulable. Montaje en el cilindro o lo ms cerca posible de l

2

1 1(3)

2

1 1(3)

2

1/ 31


2.7. Control de Presin.

Vlvulas de presin: las vlvulas de presin se clasifican segn tres grupos principales:

- vlvulas reguladoras de presin. - vlvulas de secuencia. - vlvulas limitadoras de presin.

Las vlvulas limitadoras de presin son instaladas junto con el compresor con el fin de limitar, por razones de seguridad, la presin en el estanque acumulador y , adems para que pueda ajustarse correctamente la presin de alimentacin.

Las vlvulas reguladoras de presin se encargan de mantener constante la presin de trabajo, independientemente de las oscilaciones de presin que puedan haber en la red.

Regulador de presin con abertura de descarga El regulador de presin se ocupa de mantener constante la presin de

funcionamiento, independientemente de las oscilaciones de la presin y del consumo de aire comprimido.

La presin de entrada siempre tiene que ser superior a la presin de funcionamiento.

Si aumenta la presin de funcionamiento (por ejemplo, debido al cambio de carga en el cilindro), el aire comprimido puede escapar a travs de una abertura de descarga.

Estrangulacin Librepaso

1

2

1

2


Las vlvulas de secuencia son utilizadas en aquellos casos en los que se necesite una seal de presin para activar un mando.

Vlvula de secuencia: Si la presin en la toma de pilotaje 12 aumenta un valor determinado,

ajustado previamente, conmuta la vlvula de 3/2 vas. En la utilizacin 2 se aplica presin.

La vlvula de 3/2 vas vuelve a conmutar si la presin en la toma de pilotaje vuelve a ser inferior al valor ajustado previamente.

Aplicacin: Para activar el siguiente paso de un sistema de control se necesita una seal que depende de la presin. Ejemplo: presin de sujecin de un cilindro.

p1 p2 p1 p2

2

3

1

23 1 12

2

3112


2.8. Acondicionamiento de Flujo.

Filtro para aire comprimido.

El filtro para aire comprimido tiene la funcin de eliminar impurezas y condensado de aire a presin que pasa por l. El aire comprimido fluye hacia el vaso del filtro, donde se produce la separacin de las partculas de liquido y de suciedad mediante fuerza centrifuga. Las partculas de suciedad se depositan en el fondo del vaso. El condensado tiene que ser evacuado antes de que llegue al nivel mximo, ya que de lo contrario sera alimentado otra vez al flujo de aire.

Regulador de aire a presin.

El regulador tiene la funcin de mantener constante la presin de servicio (presin secundaria ), independientemente de las oscilaciones que se produzcan en la presin de potencia ( presin primaria ) y del consumo de aire.

Lubricador del aire a presin.

Este tiene la funcin de agregar aceite al aire en determinado tramo del sistema de distribucin de aire, en caso de que el funcionamiento del sistema neumtico as lo requiera.

2.9. Simbologa y Normas en Neumtica.

Para desarrollar sistemas neumticos es necesario recurrir a smbolos uniformes que representen elementos y esquemas de distribucin. Los smbolos deben informar sobre las siguientes propiedades.

Tipo de accionamiento. Cantidad de conexiones y denominacin de dichas conexiones. Cantidad de posiciones. Funcionamiento. Representacin simplificada del flujo.

Los smbolos aplicados en la neumtica corresponden a la norma industrial DIN ISO 1219 smbolos de sistemas y equipos de la tcnica de fluido


Smbolos de los componentes:


2.10. Instrumentacin.

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