INSTITUTO TECNOLOGICO DE LEON

Ing. Mecatrónica.

Circuitos Neumáticos e Hidráulicos

1er UNIDAD

21 de Agosto del 2015, León Gto.

1.1.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA NEUMÁTICA

En sus comienzos el hombre utilizo el viento en la navegación y en el uso de los molinos para moler grano y bombear agua. En 1868 George Westinghouse fabricó un freno de aire que revolucionó la seguridad en el transporte ferroviario. Es a partir de 1950 cuando la neumática progresa ampliamente en la industria con el desarrollo paralelo de los sensores.

1.1.1.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA NEUMÁTICA

Las ventajas que presenta el uso de la neumática son el bajo coste de sus componentes, su facilidad de diseño e implementación y el bajo par o la fuerza escasa que puede desarrollar a las bajas presiones con que trabaja (típico 6 bar), lo que constituye en factor de seguridad. Otras características favorables son el riesgo nulo de explosión, su conversión fácil al movimiento giratorio así como al lineal, la posibilidad de transmitir energía a grandes distancias, una construcción y mantenimiento fáciles y la economía en las aplicaciones.

Entre las desventajas, figura la imposibilidad de obtener velocidades estables debido a la compresibilidad del aire, los altos costes de la energía neumática y las posibles fugas que reducen el rendimiento.

1.2 APLICACIONES COTIDIANAS E INDUSTRIALES DE LA NEUMÁTICA

Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con el empleo de cilindros y motores neumáticos, y se aplican en herramientas, válvulas de control y posicionadores, martillos neumáticos, pistolas para pintar, motores neumáticos, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales, vibradores, frenos neumáticos, etc.

Los sistemas neumáticos se complementan con los eléctricos y electrónicos, lo que les permite obtener un alto grado de sofisticación y flexibilidad. Utilizan válvulas de solenoide, señales de realimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de carrera. EL PLC les permite programar la lógica de funcionamiento de un cilindro o de un conjunto de cilindros realizando una tarea específica.

En determinadas aplicaciones, tales como en movimientos de aproximación rápida y avance lento, típicos de las fresadoras y rectificadoras, en la sujeción de piezas utilizada en los cortes a alta velocidad sobre materiales duros y en la automatización de procesos

de producción, se combinan la neumática y la hidráulica en un circuito oleoneumático, utilizando la parte neumática para el accionamiento y control y la parte hidráulica para el actuador.

1.3. CONCEPTOS.

1.3.1. HUMEDAD RELATIVA

Humedad relativa o "RH" mide la cantidad de agua en el aire en forma de vapor, comparándolo con la cantidad máxima de agua que puede ser mantenida a una temperatura dada.

Este se calcula de la siguiente manera:

HR=p(H2O)p¿(H 2O)

∗100%

Dónde:

HR es la humedad relativa de la mezcla de aire (%). p(H 2O) es la presión parcial de vapor de agua en la mezcla de aire (Pa). p¿ (H 2O) es la presión de saturación de agua a la temperatura de la mezcla de aire

(Pa)

Cuando el aire húmedo entra en contacto con el aire más fresco, o una superficie más fría, el vapor de agua se convertirá en gotas de agua. Cuando esto ocurre en una superficie se conoce como el 'Punto de Rocío'.

El grado o cantidad de humedad de aire se mide con el higrómetro. Cuando el higrómetro marca el 100% se dice que el aire está saturado, es decir, contiene el máximo de humedad y es incapaz de admitir más vapor de agua.

Ilustración 1 Un higrómetro o hidrógrafo es un instrumento que se utiliza para medir el grado de humedad del aire, u otro gas.

1.3.2. PRESIÓN.

La presión se define como la cantidad de fuerza aplicada por unidad de superficie. La fórmula es la siguiente:

P= FS

En donde:

P = Presión (en Pascales) F = Fuerza (en Newton) S = Superficie (en metros cuadrados)

Se puede constatar que el aire es muy compresible bajo acción de pequeñas fuerzas. Cuando está contenido en un recipiente cerrado, el aire ejerce una presión igual sobre las paredes, en todos los sentidos. Según Blas Pascal, tenemos: "una presión ejercida en un líquido confinado en forma estática actúa en todos los sentidos y direcciones, con la misma intensidad, ejerciendo fuerzas iguales en áreas iguales".

Un ejemplo de esto sería en la siguiente imagen, en el cual si suponemos un recipiente lleno de un líquido, el cual es prácticamente incompresible, si aplicamos una fuerza de 10 Kgf en un émbolo de 1 cm2 de área el resultado será una presión de 10 Kgf/cm2 en las paredes del recipiente.

Ilustración 2 Principio de Blaise Pascal.

En neumática, para medir la presión del aire se utiliza un dispositivo denominado manómetro. Tiene en su frente una escala con los valores de presión indicados en distintas unidades en algunos, en más de una unidad.

Ilustración 3 y 4 Manómetro de dos escalas y manómetro calibrado en bares.

1.3.3. CAUDAL.

Caudal: generalmente para cualquier fluido está relacionado con la cantidad de fluido que se mueve por unidad de tiempo. Más específicamente, el caudal es el volumen de fluido que pasa por un área dada en la unidad de tiempo, la fórmula es la siguiente:

Q=VT

Dónde:

Q = Caudal (metros cúbicos/segundo) V = Volumen (metros cúbicos) t = tiempo (segundos)

Para medir el caudal se utilizan caudalímetros, aunque su uso es poco frecuente debido al costo de ellos.

1.4 PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO

TIPOS DE COMPRESORES

Compresor de émbolo

Este compresor aspira el aire a presión atmosférica y luego lo comprime. Se compone de las válvulas de admisión y escape, un émbolo y una biela-manivela. Se distinguen dos etapas:

Admisión: El árbol gira en el sentido de las manecillas del reloj, la biela empuja el émbolo hacia abajo y la válvula de admisión deja entrar el aire mediante el vacío

que se crea durante el recorrido de 10° después del punto muerto superior hasta el punto muerto inferior.

Escape: En el punto muerto inferior, la válvula de admisión se cierra y al ascender el émbolo se comprime el aire. Bajo el efecto de la presión se abre y circula el aire comprimido hacia el tanque.

Es el tipo de compresor más difundido debido a su bajo costo, es apropiado para comprimir a baja, media o alta presión. Su campo de trabajo se extiende desde 1.1 kPa a varios miles de kPa.

Ilustración 4 Etapas de compresión

Algunos fabricantes ya usan tecnología libre de aceite, lo que los hace muy apetecibles para la industria farmacéutica y hospitales. Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer de varias etapas compresoras. El aire aspirado se somete a una compresión previa por el primer émbolo, seguidamente se refrigera, para luego ser comprimido por el siguiente émbolo. En general, el trabajo de compresión viene acompañado de una generación de calor.

Compresor de émbolo de dos etapas

El movimiento molecular provoca una elevación en la temperatura y según la ley de la transformación de la energía, si se requiere obtener presiones mayores es necesario disminuir la temperatura, por ello en estos compresores se agrega una cámara de enfriamiento que suelen emplear agua o aceite como método refrigerante incluso usan paletas de refrigeración.

Ilustración 5. Compresor de embolo de 2 etapas

Compresor de émbolo con membrana

Una membrana separa el émbolo de la cámara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles, por lo que el aire comprimido estará exento de aceite. El movimiento obtenido del motor acciona una excéntrica y por su intermedio, el conjunto biela-pistón. Esta acción somete a la membrana a un vaivén de desplazamientos cortos e intermitentes que desarrolla el principio de aspiración y compresión. Debido a que el aire comprimido no contiene aceite, éste compresor es ideal para la industria alimenticia, farmacéutica, química y para hospitales.

Ilustración 6. Compresor de membrana

Compresor radial de paletas

Un rotor excéntrico gira en el interior de un cárter cilíndrico provisto de ranuras de entrada y salida. Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silencioso y su caudal uniforme.

Ilustración 7. Compresor de paletas.

El rotor está provisto de un cierto número de aletas que se deslizan en el interior de las ranuras y forman las células con la pared del cárter. Cuando el rotor gira, las aletas son oprimidas por la fuerza centrífuga contra la pared del cárter y debido a la excentricidad el volumen de las células varía constantemente. Tiene la ventaja de generar grandes cantidades de aire pero con restos de aceite, por lo que en aquellas empresas donde no se requiere esterilidad pueden prestar un gran servicio. El aceite pulverizado lubrica las válvulas y los elementos de control.

Compresor de tornillo helicoidal de dos ejes

Dos tornillos helicoidales que engranan con sus perfiles cóncavos y convexos impulsan hacia el otro lado el aire aspirado axialmente. Los tornillos del tipo helicoidal engranan con sus perfiles y de ese modo se logra reducir el espacio de que dispone el aire. Esta situación genera un aumento de la presión interna y además por el sentido de las hélices es impulsado hacia el extremo opuesto. Los ciclos se traslapan con lo cual se logra un flujo continuo. A fin de evitar el desgaste de los tornillos, éstos no se tocan entre sí, ni tampoco con la carcasa, lo cual requiere de un mecanismo externo que ayude a sincronizar ambos elementos. Entrega caudales y presiones de medias a altas (600 a 4000 m 3/h y 25 bar) y menos presencia de aceite que el compresor de paletas. Se usa ampliamente en la industria de la madera por su limpieza y capacidad.

Ilustración 8. Compresor de tornillo helicoidal

Compresor Roots

En estos compresores, el aire es llevado de un lado a otro sin que el volumen sea modificado. En el lado de impulsión, la estanqueidad s asegura mediante los bordes de los émbolos rotativos. Como ventaja presenta el hecho de que puede proporcionar un gran caudal, lo que lo hacen especial para empresas que requieren soplar, mover una gran cantidad de aire, su uso es muy limitado. El accionamiento también debe asegurarse externamente, ya que por la forma de los elementos y la acción, el roce no es conveniente.

Ilustración 9. Compresor Roots

Compresor axial

La rotación acelera el fluido en el sentido axial comunicándole de esta forma una gran cantidad de energía cinética a la salida del compresor, y por la forma constructiva, se le ofrece al aire un mayor espacio, de modo que obligan a una reducción de la velocidad.

Ilustración 10. Compresor axial

Esta reducción de velocidad se traduce en una disminución de la energía cinética por haberse transformado en energía de presión. Con este tipo de compresor se pueden lograr grandes caudales (200,000 a 500,000 m3/h) con flujo uniforme pero a presiones relativamente bajas (5 bar).

Compresor radial

En este caso, el aumento de presión del aire se obtiene utilizando el mismo principio que en el anterior, con la diferencia de que en este caso el fluido es impulsado una o más veces en el sentido radial. Por efecto de la rotación, los álabes comunican energía cinética y la dirigen radialmente hacia afuera, hasta encontrarse con la pared o carcasa que lo retorna al centro. En esta parte del proceso, el aire dispone de un mayor espacio disminuyendo por tanto la velocidad y la energía cinética, lo que se traduce en la transformación de presión. Este proceso se realiza una vez por cada par de huecos; cada par da lugar a una etapa. Se logran grandes caudales pero a presiones bajas, aunque el flujo obtenido es uniforme.

Ilustración 11. Compresor radial

1.5.1.- TANQUES

Un sistema de aire comprimido está dotado, generalmente, de uno o más recipientes, ..desempeñando una importante función junto a todo el proceso de producción de aire. En general el recipiente posee las siguientes funciones:

Almacenar el aire comprimido Enfriar el aire ayudando a la eliminación de condensado Compensar las fluctuaciones de presión en todo el sistema de distribución Estabilizar el flujo de aire Controlar las marchas de los compresores

Ningún recipiente debe operar con una presión por encima de la presión Máxima de Trabajo permitida, excepto cuando la válvula de seguridad esté dando vacío; en esta condición, la presión no debe ser en más de 6% de su valor.

Los tanques deben ser instalados de modo que todos los drenos, conexiones y aberturas de inspección sean fácilmente accesibles. En ninguna condición, el recipiente debe ser ocultado o instalado en lugares de difícil acceso. Debe ser instalado, de preferencia, fuera de la casa de los compresores, y a la sombra, para facilitar la condensación de la humedad y del aceite contenidos en el aire comprimido; debe poseer un dreno en el punto más bajo para hacer la remoción de los condensados acumulado cada 8 horas de trabajo; el dreno, preferiblemente, deberá ser automático. Los recipientes deben ser dotados de: manómetro, válvulas de seguridad, y ser sometidos a un aprueba de presión hidrostática, antes de ser usados por primera vez.

La norma general se orienta a usar aproximadamente 0.4 a 0.7 m3 de almacenamiento por cada m 3/min de aire entregado por el compresor. Este almacenamiento también será función del tipo compresor, sistema de control, y la cantidad de eventos transitorios que ocurran.

Los tipos de tanques pueden clasificarse por el tipo de material del cual están fabricados:

Tipo 1: Todo de metal (acero, aleación o aluminio)

Tipo 2: Compuestos, alma metálica (interior), envueltos lateralmente (pared) con resina, fibra de vidrio o carbono.

Tipo 3: Compuestos, alma metálica, envueltos totalmente con resina, fibra de vidrio o carbono.

Tipo 4: Compuestos, alma plástica, envueltos totalmente con resina de fibra de vidrio o plástico.

1.5.2.- DESUMIDIFICACIÓN DEL AIRE:

La presencia de humedad en el aire comprimido es siempre perjudicial para las automatizaciones neumáticas, pues causas serias consecuencias.

TIPOS DE SECADO:

El método de desumidificación de aire comprimido por refrigeración consiste en someter el aire a una temperatura suficientemente baja, con el fin de que la cantidad de agua existente sea retirada en gran parte y no perjudique de modo alguno el funcionamiento de los equipos, porque, como mencionamos anteriormente la capacidad del aire de retener humedad está en función de la temperatura.

Además de remover el agua, produce en el compartimento de enfriamiento, una emulsión con el aceite lubricante del compresor, ayudando a la remoción de cierta cantidad de aceite.

Ilustración 12. Etapa de secado

Secado por absorción

Es el método en el cual se utiliza en un circuito una sustancia sólida o líquida, con capacidad de absorber otra sustancia líquida o gaseosa. Este proceso es también llamado Proceso Químico de Secado, pues el aire es conducido en el interior de un volumen a través de un amasa higroscópica, insoluble y delicuescente que absorbe la humedad del aire, ocurriendo una reacción química. Las sustancias higroscópicas son clasificadas como insolubles cuando reaccionan químicamente con el vapor de agua, sin licuarse. Son delicuescentes cuando, al absorber el vapor del agua, reaccionan y se convierten en líquidas

Ilustración 13. Método de secado por absorción

Secado por adsorción

Es la fijación de las moléculas de una sustancia en la superficie de un adsorbente generalmente poroso y granulado, o sea, es el proceso de depositar moléculas de una sustancia en la superficie de otra sustancia generalmente solida. Es admitido como teoría que en la superficie de los cuerpos sólidos existen fuerzas desbalanceadas, influenciando moléculas líquidas y gaseosas a través de su fuerza de atracción; se admite por lo tanto que estas moléculas son adsorbidas en las cámaras mono o multa-moleculares de los cuerpos sólidos, para efectuar un balance semejante a la Ley de los Octetos

1.5.3.- RED DE DISTRIBUCIÓN

Se instala, para cada máquina o dispositivo automatizado, un compresor propio, el proceso más conveniente es efectuar la distribución del aire comprimido situando las tomas en las proximidades de los puntos de uso. Una red de distribución A.C. comprende todos los conductos que salen del depósito pasando por el secador, y todos juntos dirigen el aire comprimido hasta los puntos individuales de utilización o uso.

Un sistema de distribución perfectamente ejecutado debe presentar lo siguientes requisitos:

Que exista una pequeña caída de presión entre el compresor y los puntos de consumo.

No presentar escape de aire. Presentar gran capacidad para realizar la separación de condensado Cumplir con las normas establecidas, de acuerdo al sitio, y a la manera en que se

instalen las tuberías.

A través de un diseño correcto de la red podemos definir un mejor trazado obteniendo menores perdidas de carga, proporcionando economía en el uso del aire.

Válvulas de Cierre en la línea de Distribución: Permiten la división de la línea en secciones, especialmente en casos de grandes redes, haciendo que las secciones puedan ser aisladas para inspección, modificaciones y mantenimiento. De ésta manera se evita que otras secciones sean simultáneamente interrumpidas no habiendo por tanto interrupción del trabajo y de la producción,

Conexiones entre los tubos: Existen diversos tipos: roscadas, soldadas, con flange, de acoplamiento rápido, debiendo en todos los casos presentar perfecta estanqueidad. Sin embargo, para las instalaciones que deben presentar un mayor grado de confiabilidad, se recomienda el uso de conexiones con flanges y soldadas. Para instalaciones temporales lo ideal es el acoplamiento rápido, con diseño estanco (sin fugas). En los desmontajes de estas instalaciones, no hay pérdidas de tuberías y no hay necesidad de hacer cortes durante el desmantelamiento de la red de tuberías.

Las Curvas: Las curvas deben ser hechas con el mayor radio posible, a fin de evitar las perdidas excesivas por las turbulencias. Evitar siempre que se pueda la colocación de codos de 90o. Las curvas deben poseer un radio interior mínimo de dos veces el diámetro externo del tubo.

1.5.4.-UNIDAD DE MANTENIMIENTO

Después de pasar por todo el proceso de la producción, tratamiento y distribución, el aire comprimido debe sufrir un último acondicionamiento, antes de ser colocado para trabajar, a fin de producir mejores desempeños. En este caso, el beneficio del aire comprimido consiste en: filtración, regulación de presión e introducción de un acierta cantidad de aceite para la lubricación de todas las partes mecánicas de los componentes neumáticos. El uso de esta unidad de servicio es indispensable en cualquier tipo de sistema neumático, desde el más simple al más complejo. El mismo tiempo que permite a los componentes trabajar en condiciones favorables, y prolonga su vida útil.

Una vida útil prolongada y un funcionamiento regular de cualquier componente en un circuito dependen, antes que nada del grado de filtración, de la eliminación de la humedad, de una presión estable de alimentación al equipo y una adecuada lubricación a las partes móviles.

Todo eso es exactamente obtenido cuando se aplican en las instalaciones, dispositivos, máquinas, etc., los componentes de tratamiento preliminar del aire comprimido en los puntos de toma de aire: el filtro, la válvula reguladora de presión y el lubrificado, que reunidos forman la Unidad de mantenimiento.

1.6.- ELEMENTOS DE TRABAJO

Los actuadores son elementos de trabajo y se pueden clasificar en dos tipos: lineales y rotativos.

1.6.1.- LINEALES

Entre los actuadores lineales destacan los cilindros. Los cilindros se emplean cuando se desea un movimiento rectilíneo alternativo, pueden utilizarse para desplazar objetos, para mover brazos de robots, etc. Los más conocidos son los de simple efecto y los de doble efecto.

Los cilindros de simple efecto (figura 1.6.1), se tratan de un tubo cilíndrico cerrado dentro del cual hay un embolo unido a un vástago que se desplaza unido a él. Por un extremo hay un orificio para entrar o salir aire y en el otro esta albergado un muelle que facilita el retorno del vástago.

Este tipo de cilindro trabaja en un solo sentido, cuando el aire entra en él. El retroceso y desalojo del aire se produce por la fuerza del muelle que esta albergado en el interior del cilindro. La fuerza de empuje que realiza hacia afuera el vástago corresponde a la ecuación:

Fuerza=Presióndel aire∗Superficio el é mbolo−Fuerzadelmuelle

Ilustración 14. Cilindro de simple efecto

Cilindro de doble efecto (figura 14), es un tubo cilíndrico cerrado con un diseño muy parecido al cilindro de simple efecto, pero sin el muelle de retorno, el retorno se hace por medio de otra entrada de aire. Este tipo de cilindro trabaja en los dos sentidos, cuando el aire entra en él, produce fuerza y desaloja el aire que está en el otro compartimiento. El retroceso y desalojo del aire se produce cuando el aire entra por el otro orificio.

Ilustración 15. Cilindro de doble efecto

La fuerza de empuje que realiza hacia fuera el vástago corresponde con la ecuación:

Fuerza=Presióndel aire∗Superficie del é mbolo

La fuerza de empuje de retroceso que realiza hacia dentro el vástago corresponde con la ecuación:

Fuerza=presi ó ndel aire∗(Superficie del é mbolo−Superficie del v á stago)

1.6.2.- ROTATIVOS

Los actuadores rotativos (figuras 1.6.3 y 1.6.4), se utilizan para hacer girar objetos o maquinas herramientas. También se utilizan los cilindros basculantes para producir movimientos circulares alternativos.

Motor de paletas genera movimiento rotativo continuo. El aire entra por una parte y hace que giren las paletas, la herramienta se encuentra sujeta sobre el eje de giro. Se trata del motor neumático más utilizado, puede dar potencia de hasta 20 CV y velocidades desde 3000 a 25000 RPM.

Ilustración 16 Motor neumáticos

El cilindro basculante genera movimiento alternativo en una dirección u otra. Se trata de un cilindro con dos entrada de aire que hacen mover una paleta que contiene un eje de giro al cual está sujeto el objeto que queremos mover, por ejemplo un limpia-parabrisas.

Ilustración 17. Paleta basculante

1.7.- ELEMENTOS DE CONTROL

La presión y el caudal del aire comprimido, que se va a utilizar para el movimiento de las partes operativas o motrices del sistema neumático, va a estar controlado mediante distintos tipos de válvulas. Las válvulas se clasifican como:

Válvulas de dirección del flujo: seleccionan hacia donde se dirige el flujo. Válvulas antirretorno: permiten la circulación del aire en un sentido único,

quedando bloqueado su paso en sentido contrario. Válvulas de regulación de presión y caudal: regulan y estabilizan la presión y el

caudal del flujo.

1.7.1.- DIRECCIÓN

Las válvulas de dirección se definen según dos características:

El número de vías u orificios que tenga la válvula, tanto de entrada de aire como de salida.

El número de posiciones (que normalmente son dos). Una define el estado de reposo y otra el estado de trabajo. Sin embargo existen válvulas con más de dos posiciones.

Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados. El número de cuadrados adyacentes indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora. Las vías (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos al cuadro que representa la posición de reposo o inicial.

Para identificar a una válvula se emplea el método de indicar: nº vías/nº posiciones. En el caso de la figura 18 seria 3/2

Ilustración 18. Configuración general de una válvula

El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de los cuadros. Los conductos que unen las distintas vías se representan mediante líneas rectas. Las flechas indican el sentido de la circulación del fluido, como se ilustra en la figura 19.

Ilustración 19. Vias

Los conductos obturados se representan mediante líneas transversales y la unión se representa mediante un punto rellenado (figura 20).

Ilustración 20 Intersecciones

La otra posición se obtienen desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan (figura 1.7.4)

Ilustración 21 Posición de las válvulas

La posición en reposo es aquella que corresponde a cuando la válvula no está excitada, por ejemplo la determinada por un muelle. La posición inicial es la que tienen las piezas móviles de válvulas después del montaje de esta, es la posición a partir de la que comienza el programa preestablecido.

Los conductos de escape sin empalme de tubo es cuando el aire es evacuado a la atmosfera y se representa por un triángulo directamente unido al símbolo (figura 22).

Conductos de escape con empalme de tubo es cuando el aire es evacuado a un punto, éste se representa mediante un triángulo ligeramente separado del símbolo (figura 22).

Ilustración 22 Escapes

Según el accionamiento o elemento de pilotaje, las válvulas se pueden gobernar por:

Medios manuales: Por pulsado, por palanca o por pedal. Por medios mecánicos: Por palpador o leva, por rodillo o final de carrera, o por

rodillo escamoteable. Por medios neumáticos: Por pilotaje neumático con presión o depresión

Tabla 1.7.1

En la tabla 1.7.2 se muestran distintas representaciones de válvulas de dirección.

Tabla 1.7.2

Además se encuentran las válvulas lógicas (OR y AND). La compuerta OR (figura 23), se trata de una válvula que implemente la función lógica OR, esto es, cuando penetra el aire por cualquiera de sus entradas hace que este salga por la salida. Se utiliza para activar cilindros desde dos lugares distintos.

Ilustración 23. Válvula OR

La válvula AND (figura 24), se trata de una válvula que implementa la función AND, esto es, solo permite pasar el aire a la salida cuando hay aire con presión por las dos entradas a la vez. Se utiliza para hacer circuitos de seguridad, el cilindro solo se activara cuando existe presión en las dos entradas.

Ilustración 24. Válvula AND

1.7.2.- PRESIÓN

Las válvulas reguladoras son utilizadas para:

Limitar la presión máxima de un sistema. Regular la presión reducida en ciertos circuitos. Evitar sobrecargas en la bomba. Absorber picos de presión.

Una válvula limitadora de presión (figura 25) se encarga de que la compresión en el circuito se mantenga por debajo de un cierto límite y a presión constante. Dispone de una válvula de escape que libera aire cuando la presión aumenta.

Una válvula reguladora de presión tienen la misión de mantener constante la presión, es decir, de transmitir la presión ajustada en el manómetro sin variación a los elementos de trabajo o servo elementos, aunque se produzcan fluctuaciones en la presión de la red.

Ilustración 25. Válvula reguladora

1.7.3.- CAUDAL

A veces es necesario el control de la velocidad de un cilindro para sincronizarlo con otros movimientos que se verifican en un sistema. Para conseguirlo se controla el caudal de fluido mediante las válvulas reguladoras de caudal. Existen dos tipos de reguladores (figura 1.7.9): de un solo sentido (unidireccional) y de dos sentidos. De ellos el primero es el más utilizado. La regulación debe efectuarse manualmente, actuando sobre un tornillo de regulación.

Figura 1.7.9

1.8 TEMPORIZADORES NEUMÁTICOS

Ilustración 26 Esquema y visualización de un temporizador NC (Normalmente Cerrado)

El temporizador neumático, es una unidad formada por tres elementos básicos:

Una válvula direccional tipo 3/2 Una válvula reguladora de caudal unidireccional Un acumulador o depósito de aire

Dicho en otras palabras o a grandes rasgos, un temporizador neumático comprende un filtro por donde penetra el aire comprimido y un vástago de latón en forma de cono, solidario con un tornillo de regulación para el paso de aire, que asegura la regulación progresiva de la temporización (las gamas de temporización cubren desde 0.1 segundos a 1 hora)

Un fuelle de goma Un resorte antagonista situado en el interior de este fuelle Una bobina electromagnética para corriente continua o corriente alterna, según

los casos. Un juego de contactos de ruptura brusca, y solidarios al temporizador neumático

por medio de un juego de levas y palancas.

Esta es la descripción de los componentes a grandes rasgos.

Ilustración 27 Temporizador NA(Normalmente Abierto)

La regulación del tiempo se logra estrangulando el paso del fluido que llega por la línea Z al acumulador. Cuando la cantidad de aire que ha ingresado al acumulado genera una presión suficiente para vencer el resorte se acciona la válvula direccional para bloquear la señal de presión y establecer comunicación entre A y B. Cuando la línea Z se pone en descarga, el fluido sale del acumulador a través del conducto que en primera instancia cerraba la membrana flexible (antirretorno) en lugar de seguir por la estrangulación ya que esto significa un mayor esfuerzo.

El temporizador de la figura es normalmente abierto y cuando actúa, corta el suministro de aire. En cambio, uno del tipo normalmente cerrado cuando actúa, comunica la señal de presión a la línea A.

FUNCIONAMIENTO

El aire comprimido entre en la válvula por el empalme P. El aire de mando entra en la válvula por el empalme Z y pasa a traces de un regulador unidireccional; según el ajuste del tornillo del este, pasa una cantidad mayor o menos de aire por unidad de tiempo al depósito de aire incorporado. Una vez que existe suficiente presión de mando en el depósito, se mueve el émbolo de mando de la válvula distribuidora hacia abajo. Este embolo cierra el escape de aire de A hacia R. ahora el aire puede pasar de P hacia A. El tiempo que se tarda es regulado por la válvula estranguladora. Para que el temporizador recupere su posición inicial, hay que poner en escape el conducto de mando Z. así el aire que está dentro de nuestro sistema podrá salir a la atmósfera.

TIPOS DE TEMPORIZADORES

Dependiendo del sentido de la regulación del caudal de aire en la línea de pilotaje 12, se pueden encontrar temporizadores que regulan el tiempo de la primera conmutación de la válvula distribuidora o con temporizadores que regulan la vuelta a la posición de reposo de dicha válvula.

Con Retardo a la Conexión Con Retardo a la Desconexión

Dependiendo de la válvula distribuidora 3/2 que tengan, se pueden encontrar temporizadores normalmente cerrados (N.C.) o normalmente abiertos (N.A.- N.O.)

Normalmente Cerrados Normalmente Abiertos

Combinando estas posibilidades constructivas de temporizadores neumáticos, se pueden encontrar cuatro tipos diferentes de temporizadores:

Ilustración 28 Temporizador con Retardo a la Conexión, N.C. Ilustración 29 Temporizador con Retardo a la Conexión, N.A.

Ilustración 30 Temporizador con Retardo a la Conexión, N.C. Ilustración 31 Temporizador con Retardo a la Conexión, N.A.

1.8.1 TEMPORIZADORES AL TRABAJO

Son aquellos contactos temporizados que actúan después de cierto tiempo de que se ha energizado o alimentado el mismo. En el momento de energizar el temporizador (en este caso con aire), los contactos temporizados que tiene, siguen en la misma posición en estado de reposo y solamente cuando ha transcurrido el tiempo programado, cambian de estado, es decir que el contacto NA se cierra y el contacto NC se abre.

Los contactos cambian de posición pasado el tiempo prefijado Retornan a la posición de reposo cuando se desactiva el aire El actuador tiene que estar más tiempo alimentada que el tiempo prefijado Los contactos instantáneos cambian de posición con la alimentación del

temporizador

FUNCIONAMIENTO

En un temporizador al trabajo los contactos temporizados cambian de posición pasado un tiempo, fijado previamente, y vuelven a la posición de reposo cuando el aire se desactiva. Si el temporizador no se mantiene alimentado un poco mas al tiempo pre-establecido no conmuta ni cambia de un estado a otro. Los contactos instantáneos cambian de posición con la alimentación de del circuito neumático como en un relé normal.

1.8.2 Temporizador al reposo

Este tipo de temporizador, los contactos temporizados actúan como temporizados después de cierto tiempo de haber sido des-energizado. Cuando se energiza el temporizador, sus contactos temporizados actúan inmediatamente como si fueran contactos instantáneos, manteniéndose en esa posición todo el tiempo que el temporizador esté energizado.

CARACTERÍSTICAS

Los contactos cambian de posición cuando se alimenta el mismo. Retornan a la posición de reposo cuando se desactiva la entrada de aire y

transcurre e l tiempo prefijado El aire basta con que este un instante alimentando el circuito, pulso. Los contactos instantáneos cambian de posición con la alimentación del

temporizador

FUNCIONAMIENTO

En un temporizador al reposo los contactos temporizados cambian al alimentar la entrada de aire y vuelven a la posición de reposo pasado un tiempo, fijado previamente, desde que se quita la alimentación del circuito. Con que se alimente un mínimo instante de tiempo el temporizador funciona y los contactos cambian de posición. Los contactos instantáneos cambian de posición con la alimentación del circuito como en un relé normal.

1.9 ELABORACIÓN DE CIRCUITOS BÁSICOS DE CONTROL NEUMÁTICO

CONTROL DE CILINDRO DE SIMPLE EFECTO CON VÁLVULAS DE 2/2

Un par de válvulas 2/2 pueden controlar un CSE La posición de reposo de estas válvulas está forzada por el muelle La posición de trabajo se establece al presionar el pulsador Una válvula admite aire y la otra está a escape

CONTROL DE UN CSE CON UNA VÁLVULA DE 3/2

Una válvula de 3 vías es la ideal para controlar la entrada y salida de un CSE La posición de reposo la fuerza el muelle La posición de trabajo se establece por medio del pulsador Pulsaremos hasta que el cilindro efectúe la carrera que deseemos

Control de un Cilindro de Doble Efecto con una válvula de 5/2

Para controlar un CDE hay que cambiar simultáneamente la vías de presión y escape

Cuando el pulsador es accionado la vía 1 se conecta a la 4 y la salida 2 a escape por la vía 3 haciendo que el cilindro salga

Cuando dejamos de pulsar la vía 1 se conecta a la vía 2 y la 4 a la 5 haciendo que el cilindro entre

Control manual de un CDE

Control remoto manual de un CDE La válvula marcada con + hace que el cilindro salga La válvula marcada con + hace que el cilindro salga La válvula 5/2 pilotada por presión es biestable, es decir hasta que se pulse el

pulsador correspondiente mantendrá su posición

Control de una válvula 5/3

La válvula tiene en la posición central todas las vías bloqueadas Cuando se selecciona la posición intermedia con el cilindro en presión, se

bloqueará su posición Puede ser usado para bloquear el cilindro en una posición determinada

Válvula AND Lógica

Para tener presión Z debe estar accionada a la vez las válvulas X e Y. Si solo X está accionada el aire será bloqueado en la vía 1 de la válvula Y. Si solo Y está accionada no llegará presión a la vía 1. Si ninguna de las dos es presionada no llegará presión a Z.

VÁLVULA OR LÓGICA

Uso de una válvula OR Los mandos X e Y pueden ser remotos respecto a la salida Z. Cuando X ó Y son accionados la válvula OR bloquea la posible comunicación del

aire a presión con el escape de la otra válvula.

CONCLUSIONES

Los diferentes tipos de compresores se adaptan a diferentes necesidades de caudal y presión. En base a estas características se puede elegir el equipo adecuado. Además debe responder a las necesidades de limpieza. Según el sector donde se desea aplicar, es posible obtener aire exento de partículas de aceite, en este caso es aplicable el compresor

de membrana. Habrá otras aplicaciones donde la presión requerida es baja, pero se requiere un caudal constante, para ello se puede utilizar un compresor de paletas o uno de tornillos. Añadiendo que los compresores básicamente se calientan debido al trabajo de transferencia de energía de presión que realizan a partir la mayoría de energía cinética, es necesario también de añadir sistemas de refrigeración, los más óptimos son los de agua, es aquí donde los sistemas oleoneumáticos entran en empleo, sin mencionar las múltiples variedades de sistemas de control que se pueden realizar gracias a las tecnologías electrónicas, y de programación de circuitos eléctricos, manipulando los diversos accesorios de control mediante actuadores activados por solenoide. En base a los temporizadores existen de muchos tipos y dependiendo de la aplicación o la forma de trabajar de cada quien están los temporizadores al trabajo y al reposo, este tipo de elementos fue un reto encontrarlos pero después de algo de búsqueda y comparación de varios textos, así como videos, se pudo obtener o deducir su forma de trabajo.

Hay una gran variedad de elementos de trabajo, su implementación depende de las características del trabajo a realizar deseado, sin embargo los más empleados son los cilindros lineales. Dichos cilindros son de gran utilidad en la industria ya que son generalmente empleados para equipos de carga o incluso para remover productos durante una línea de producción.

Para controlar la dirección, presión y caudal del aire, se emplean las válvulas, hay una amplia gama de éstas, además de que hay diversas maneras de activarlas. Las válvulas se identifican de acuerdo a su nomenclatura (válvulas de dirección) o de acuerdo a su función (válvula reguladora, válvula lógica, etc.). Con esta variedad de válvulas, se pueden crear diversos circuitos neumáticos que realicen diversas funciones, las cuales el único límite para dichas funciones es la creatividad de la persona que diseña los circuitos.

Tener en cuenta los conceptos básicos de la neumática como lo son la presión y el caudal, son muy necesarios para la adecuada compresión del tema. Gracias a que en la neumática el aire es un fluido que puede ser comprimido hasta cierto punto, es necesario tener en cuenta lo que es la presión en éste, como se calcula y como se puede medir. Poder realizar lo que se describió anteriormente es de vital importancia para la selección de equipamiento de neumática, teniendo en cuenta que pueda cumplir con la función requerida y minimizando los costos de este.

El caudal es otro término importante muy utilizado, es muy importante calcular y medirlo, aunque en este se mide indirectamente, ya que es muy poco usual usar un caudalímetro.

En los circuitos neumáticos la humedad relativa puede afectar la funcionalidad del equipo o del proceso que se está llevando a cabo, para minimizar la humedad relativa del aire se usan distintos aparatos que ayudan a que las pequeñas partículas de agua que hay en el aire no puedan entrar al sistema. Para poder medir la humedad del aire se ocupa un higrómetro, el cual es utilizado ampliamente en la industria.

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