Tema 12 Pneumàtica

28/08/2013 Unitat 12. Accionaments pneumàtics 1

• La pneumàtica és el conjunt de tècniques basades en la utilització del’aire comprimit com a fluid transmissor d’energia per a l’accionamentde màquines i mecanismes.

Tant aquesta tècnica com la hidràulica (oleohidràulica) ens permetobtenir els moviments més diversos –rotatius, alternatius,...-comunicant directament l’energia al fluid i utilitzant un dispositiu queens la transformi en el moviments desitjat, sense gairebé pèrdues i demanera neta i eficaç.

12.1 PNEUMÀTICA


manera neta i eficaç.

• No és una tècnica recent, els primers enginys que utilitzaven l’airecomprimit van aparèixer fa més de 20 segles (canó pneumàtic,...)

• Els avantatges de la utilització de l’aire comprimit són molts, entre elsque destaquem:

No és perillós, ja que no emet espurnes.

Es troba fàcilment disponible.

És un fluid net.

12.1 PNEUMÀTICA


És un fluid net.

S’emmagatzema amb facilitat (perquè és compressible).

Es desplaça amb rapidesa per l’interior de conduccions.

És un sistema senzill (simple) i per tant econòmic.

12.2 EL CIRCUIT PNEUMÀTIC• Un circuit pneumàtic és un conjunt d’elements disposats de tal manera

que mitjançant aire comprimit realitzen un treball o executen una sèried’accions destinades a l’accionament de màquines o mecanismes.

Els circuits pneumàtics consten, bàsicament, els següents blocsfuncionals: Subministrament d’aire

comprimit(determinades condicions deP, T i qualitat d’aire)

Transformació de l’energia pneumàtica en

treball


P, T i qualitat d’aire)

PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT

• La duen a terme els compressors, tot i que normalment en una mateixamàquina s’integren el compressor, el refrigerador i l’acumulador.

12.2 EL CIRCUIT PNEUMÀTIC



• Els compressors representen l’element central d’una instal·lació d’airecomprimit. Són mecanismes rotatius moguts per motors elèctrics otèrmics de combustió interna (gasolina o dièsel).

• La seva funció és aspirar aire a pressió atmosfèrica i comprimir-lo auna pressió més elevada.

• Les característiques tècniques fonamentals d’un compressor són:

COMPRESSORS



• Les característiques tècniques fonamentals d’un compressor són:

El cabal volumètric [m3/s] [l/min] [l/s] [m3/min] o el cabal màssic[kg/s] [kg/min] en condicions normals de P i T (P=1 atm; T=25 ºC).Aquests cabals es refereixen a l’entrada.

La pressió (de sortida de l’aire) [atm]

PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT• Els principals tipus de compressors són:

COMPRESSORS

Compressors de pistó o èmbol d’una etapa: És apropiat per acomprimir l’aire fins als 15 bar de pressió, encara que se’n solutilitzar generalment fins a uns 8 bar.



PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT COMPRESSORSCompressor de pistó o èmbol de dos etapa: Aquest tipus últimtipus de compressors s’utilitza quan s’ha de comprimir l’aire apressions d’uns 15 bar, a causa que presenta un millor rendiment queels compressors d’una etapa.

Comprimeixen l’aire a baixapressió (uns 4 bar) en laprimera etapa, després se’n



primera etapa, després se’nfa passar per unintercanviador de calor, ones refreda, finalment, passaa la segona etapa, ons’assoleix la pressiódesitjada (uns 15 bar).

PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT COMPRESSORS

Compressor de membrana: Aquests compressors s’utilitzen a lesindústries alimentària, sanitària, química, farmacèutica, etc., per lanetedat de l’aire que produeixen.

Una membrana elàsticasepara l’èmbol de la cambrade treball, de manera quel’aire no entra en contacte



l’aire no entra en contacteamb les parts mòbils.

Així, s’aconsegueix que l’airecomprimit no es contaminiamb l’oli procedent delsistema de greixatge delpistó.

PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT COMPRESSORSCompressors rotatiu de paletes: Proporcionen cabals importantsd’aire a pressió intermèdia.

L’aire és portat d’un costat aun altre sense que el volumaspirat sigui modificat,només imprimint velocitat al’aire.



l’aire.

L’estanquitat s’aconsegueix através de les vores delsèmbols rotatius que han deser tallats amb gran precisió.

Compressors rotatiu de roots: Les característiques mésimportants d’aquests compressors són el poc soroll que produeixeni la uniformitat del cabal d’aire que subministren.

PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT COMPRESSORS

La pressió de l’aires’aconsegueix mitjançant elgir d’un rotor excèntric, dinsd’una carcassa cilíndrica.



d’una carcassa cilíndrica.

L’esmentat rotor va proveïtd’una sèrie de ranures ons’allotgen les paletes.

PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT COMPRESSORSCompressors rotatiu de cargols: Són més cars que els de pistó (perla precisió amb què han de tallar-se els cargols) i la carcassa que elsconté, proporcionen grans cabals d’aire i són molt silenciosos.

Es basen en 2 cargols helicoïdals. L’aire aspirat és arrossegat per leshèlixs dels cargols.

Poden treballar amb o sense lubricació entre les parts en moviment.



Poden treballar amb o sense lubricació entre les parts en moviment.


• Els refrigeradors són els aparells encarregats de refredar l’airecomprimit (escalfat al comprimir-lo) fins a una temperatura propera al’ambient (d’uns 25 ºC). També s’encarreguen d’eliminar humitat.

REFRIGERADOR

• És un senzill bescanviador de calor formatper una sèrie de tubs pels quals circula unfluid refrigerant (normalment aigua). L’airecomprimit circula en sentit contrari al delfluid refrigerant per fora dels tubs,



comprimit circula en sentit contrari al delfluid refrigerant per fora dels tubs,produint-se així l’intercanvi de calor.

Amb cabals d’aire elevats l’aire circula perl’interior dels tubs i el fluid per fora.

Els més usuals són els refrigeradors aire-aire i els refrigeradors aire-aigua.


• L’acumulador és el dipòsit encarregat d’emmagatzemar l’aire comprimiten un circuit. Les seves funcions principals són:

ACUMULADOR

� Fer front a les puntes de demandad’aire comprimit.

� Eliminar polsacions originades pelcompressor.



� Estabilitzar la pressió de sortida.

� Evitar el treball continu del motor delcompressor.

• Han d’estar proveïts d’accessoris deprotecció i control com ara manòmetre,vàlvula de seguretat, vàlvula de purga decondensats, connexions elàstiques,...

CONDICIONAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT

• L’aire comprimit procedent del compressor no pot ser utilitzatdirectament, ja que conté impureses nocives que poden malmetre lainstal·lació pneumàtica (pols, brutícia, aigua i oli arrossegat des delscompressor).

Les diferents fases en que es divideix el condicionament de l’airecomprimit són:



Assecament

Filtratge

Regulació de la pressió

Lubricació


• L’aire humit pot ocasionar oxidacions icausar avaries en els elements de lainstal·lació. Per tant, si el contingutd’humitat és massa elevat, caldrà fer passarl’aire a través d’un assecador pneumàtic.

ASSECAMENT



• L’assecador de la figura és un assecadord’absorció. L’aire que entra travessa unmaterial porós (diòxid de silici) queabsorbeix la humitat.

Caldrà anar canviant el material porósperiòdicament.


• L’aire presenta impureses (pols,llimadures de goma, olis cremats,vapors de diferents gasos,...) que convéeliminar per al bon funcionament de lainstal·lació.

FILTRATGE



• La funció del filtre és retenir aquestesimpureses.


• L’aire comprimit d’una instal·lació hade mantenir-se a una pressióconstant, independentment de lesfluctuacions de la xarxa i de lesvariacions de consum.

REGULACIÓ DE LA PRESSIÓ



El regulador de pressió omanoreductor és l’elementencarregat de regularautomàticament la pressió desortida, ajustant-la al valorseleccionat.


• En la majoria dels elements queintegren una instal·lació pneumàtica hiha parts lliscants que es desgasten acausa del fregament. Per això cal ferun últim tractament de lubricació al’aire amb l’objecte de realitzar el

LUBRICACIÓ



l’aire amb l’objecte de realitzar elgreixat de les peces mòbils delscomponents pneumàtics, la qual cosafarà disminuir la fricció i evitaràl’oxidació.

CONDICIONAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT• Molt sovint el conjunt d’elements que tracten l’aire comprimit es troba

formant un bloc modular homogeni on es munten el filtre, el reguladori el lubrificant.



CONDICIONAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT• Esquema d’un conjunt de producció i tractament d’aire:



DISTRIBUCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT

• L’aire comprimit generat per la unitat de producció es canalitza finsals punts d’utilització mitjançant la xarxa de distribució, que és elconjunt de canonades emprades per connectar els diferents elementspneumàtics.

• Cal que la xarxa estigui dissenyada perquè la pèrdua de pressió siguipetita, no hi hagi pèrdua d’aire per fuites i la quantitat d’aigua a la



petita, no hi hagi pèrdua d’aire per fuites i la quantitat d’aigua a laxarxa sigui mínima.

• Les canonades solen ser de coure, d’acer o de plàstics (PE,poliamida,...).

• El pendent en el sentit de circulació de l’aire ha de ser d’1 a 3%.

DISTRIBUCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT



TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA (Epneumàtica �� Emecànica)

• En una instal·lació pneumàtica els receptors són els anomenatsactuadors pneumàtics o elements de treball, la funció dels quals éstransformar l’energia pneumàtica de l’aire comprimit en treballmecànic per l’accionament de màquines i mecanismes.

• Els actuadors pneumàtics els podem classificar segons la forma en querealitzin el treball en:



realitzin el treball en:

Cilindres

Actuadors de gir

Motors pneumàtics

TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA

• Els cilindres són actuadors que fan el treball de manera rectilínia,mitjançant moviments d’empenyiment-tracció, que transformenl’energia continguda en l’aire comprimit en treball mecànic (W), d’acordamb l’expressió:

CILINDRES

[J]ηlApW ⋅⋅⋅=ηΔxFW ⋅⋅=

ApF ⋅=



on p = pressió [Pa]S = superfície de la secció interior del cilindre [m3]l = cursa o trajecte del cilindre [m]η = rendiment

ApF ⋅=


• El cilindre està constituït per un tub cilíndric tancat en els extremsper dues tapes, dins del qual es fa lliscar un èmbol que separa duescambres o volums d’aire en que queda dividit el cilindre per l’èmbol. Al’èmbol va unida una tija que, en sortir d’una tapa, permet d’utilitzar laforça desenvolupada pel cilindre.

• El principal avantatge de la utilització de l’aire comprimit és la sevagran velocitat d’accionament.

CILINDRES



gran velocitat d’accionament.

La regulació de velocitat s’aconsegueix mitjançant estranguladors decabal que limiten el flux d’aire que surt del cilindre cap a l’escapament.També podem aconseguir aquesta regulació de la velocitat dedesplaçament ajustant el cabal d’alimentació o la pressió d’escapament.


• Actualment existeix una àmplia gamma de cilindres pneumàtics, essentels principals:

� Cilindres de simple efecte.

� Cilindres de doble efecte.

� Cilindres especials.

CILINDRES

Cilindres de simple efecte: només té una entrada de pressió i



Cilindres de simple efecte: només té una entrada de pressió idesenvolupa l’esforç en un únic sentit. El retorn a la seva posició iniciales realitza per mitjà d’una molla recuperadora que porta el cilindreincorporat o bé per l’acció de forces exteriors (gravetat,...).

Cal donar una força suplementària per comprimir la molla.

Normalment la seva cursa no supera els 100 mm, són de petit diàmetrei consumeixen poc aire.

TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA CILINDRES

Cilindres de simple efecte:




Cilindres de simple efecte:




Cilindres de doble efecte: l’aire comprimit exerceix la seva acció enles dues cambres del cilindre, d’aquesta manera pot realitzar treballen els dos sentits del moviment.

El seu camp d’aplicació és molt més extens que el dels cilindres desimple efecte.



No es perd força en no haver de comprimir cap molla i aprofita tota lalongitud del cos del cilindre com a cursa.

El seu inconvenient és que consumeixen una doble quantitat d’aire.


Cilindres de doble efecte:




Cilindres de doble efecte:http://www.tecnigal.com/gestion/descargas/docs/pneumatica-1.swf

http://www.tecnigal.com/gestion/descargas/docs/pneumatica-1.swf


http://www.tecnigal.com/gestion/descargas/docs/pneumatica-1.swf


Cilindres especials: s’utilitzen per algunes aplicacions especials. Elsprincipals són els cilindres de doble tija, els cilindres antigir, cilindresamb bloqueig de tija, cilindres sense tija, cilindres telescòpics,cilindres vibradors, cilindres flexibles, cilindres de múltiplesposicions,...

Cilindre de doble tija




Cilindre de cursa curta




Cilindre de doble tija i diverses posicions




• Els actuadors de gir s’utilitzen quan es necessita un accionamentangular limitat.

ACTUADORS DE GIR



TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA ACTUADORS DE GIR




• Les pinces pneumàtiques són un altre tipus d’actuadors de gir, moltutilitzats en robòtica.

ACTUADORS DE GIR



TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA ACTUADORS DE GIR




• Els motors pneumàtics transformen l’energia pneumàtica en energiamecànica de rotació, en un procés similar i invers al de la compressió.

Els principals avantatges i inconvenients dels motors pneumàticsenfront dels motors elèctrics són:

� Són insensibles a la calor, la pols, la humitat i les vibracions.

MOTORS PNEUMÀTICS



� Són insensibles a la calor, la pols, la humitat i les vibracions.

� Ofereixen millors solucions en ambients explosius.

� Major cost energètic.

TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA MOTORS PNEUMÀTICS



12.3 ELEMENTS DE COMANDAMENT, REGULACIÓ I CONTROL

• En una instal·lació pneumàtica es necessari comandar, regular icontrolar la pressió, el cabal i el sentit de circulació del fluid peraconseguir el moviment i el correcte funcionament de les partsoperatives o motrius.

• Els elements més importants que ens ho permeten de fer són:

Vàlvules de control direccional


Vàlvules de control direccional

Vàlvules de control, regulació i bloqueig

Sensors i detectors de senyal

• Les vàlvules de control direccional, més conegudes com a vàlvulesdistribuïdores o distribuïdors, són les encarregades de governarl’arrencada, l’aturada i el sentit del flux en un circuit pneumàtic.

La seva funció és governar, d’acord amb les ordres o senyals rebuts,les connexions entre els conductes connectats a les vàlvules perobtenir el corresponent senyal de sortida que accioni els actuadors.

VÀLVULES DE CONTROL DIRECCIONAL



obtenir el corresponent senyal de sortida que accioni els actuadors.

Quan actuen directament sobre cilindres fan les funcions d’òrgans degovern.

• Les vàlvules distribuïdores es componen d’un cos, una part mòbil i unselements d’accionament, que permeten de canviar l’estat de la vàlvula.

• Les vàlvules distribuïdores es defineixen per 2 característiquesfuncionals:


Nombre d’orificis o vies Nombre de posicions



• Una vàlvula distribuïdora es designaper 2 xifres: la primera indica elnombre de vies i la segona el nombrede posicions � vàlvula 3/2.

• Les vàlvules distribuïdores es representen segons les normesinternacionals (ISO-CETOP) mitjançant:


Símbol bàsic

Tipus de comandament



Localització dels orificis


Símbol bàsic

• Cada posició es representa per una casella quadrada, dins de les qualsse situen les fletxes que indiquen les connexions entre els orificis i elsentit del flux del fluid, així com el nombre de vies.

• Els conductes es dibuixen en lacasella que representa la posició



casella que representa la posicióde repòs. La lectura de laposició de treball es du a termedesplaçant l’altra casella delsímbol davant la representaciódels conductes.


Símbol bàsic




Tipus de comandament

• Els distribuïdors es representenamb el tipus de comandament, elqual s’afegeix al símbol base. Lafunció del comandament (opilotatge) és realitzar els canvisde posició de la vàlvula.



de posició de la vàlvula.

Poden ser manuals, mecànics,pneumàtics hidràulics i elèctrics.

VÀLVULES DE CONTROL DIRECCIONALAccionaments mecànics Accionaments pneumàtics



VÀLVULES DE CONTROL DIRECCIONALLocalització dels orificis

• La localització dels orificis dels distribuïdors es realitza segons uncodi que utilitza números o lletres.



VÀLVULES DE CONTROL DIRECCIONALVàlvula distribuïdora 2/2

• Són vàlvules de comandament, ja que només tanquen o obren unconducte. Tenen un orifici per a l’entrada d’aire i un altre per a lautilització.

Poden ser NO (en repòsdeixa passar l’aire) o NT



deixa passar l’aire) o NT(en repòs no deixa passarl’aire).


• Generalment no s’utilitzen vàlvules 2/2 per comandar un cilindrepneumàtic de simple efecte. És més usual utilitzar un distribuïdor 3/2per realitzar aquesta funció.

Aquest tipus de vàlvulesno se solen utilitzar en



no se solen utilitzar enoleohidràulica.

VÀLVULES DE CONTROLDIRECCIONAL

Vàlvula de bola




• S’utilitzen, juntament amb les vàlvules 4/2, per pilotar cilindrespneumàtics de doble efecte o per accionar vàlvules distribuïdores demajor mida.

Aquest tipus de vàlvulestenen cinc vies: un orifici



tenen cinc vies: un orificiper a l’entrada, duessortides i dos escapaments.

VÀLVULES DE CONTROLDIRECCIONAL

Vàlvula de corredora



Vàlvula de corredora

VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIG

Vàlvules unidireccionals

• Són les vàlvules que permeten d’ajustar les velocitats dedesplaçament dels actuadors i regular la seva força. Dins d’un circuitpneumàtic/oleohidràulic fan les funcions d’elements de comandament.

• Són les que permeten el flux del fluid en un únic sentit i les que evitenel pas de fluid en sentit invers. Poden ser:



el pas de fluid en sentit invers. Poden ser:

Vàlvules antiretorn

Vàlvules antiretorn pilotades

VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIGVàlvules unidireccionals

Vàlvula antiretorn



VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIGVàlvules unidireccionals

Vàlvula antiretorn pilotada



VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIG (4)

Vàlvules reguladores de cabal (1)

• Són les que s’utilitzen quan es vol modificar la velocitat dels elementsde treball. Per aconseguir-ho modificarem la secció de les canonadesper on passa l’aire. Així, al mateix temps que modifiquem la velocitatdels actuadors regulem el cabal d’alimentació. Poden ser:

Vàlvules bidireccionals



Vàlvules bidireccionals

Vàlvules unidireccionals

VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIGVàlvules reguladores de cabal

Vàlvula bidireccionals



VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIGVàlvules reguladores de cabal

Vàlvula unidireccionals




Vàlvules reguladores de pressió

• Tenen com a objectiu reduir lapressió d’entrada fins a un valorinferior regulable de sortida.

Són vàlvules de dues viesnormalment obertes gràcies a la



Són vàlvules de dues viesnormalment obertes gràcies a laforça de la molla, les qualsredueixen la pressió quan el valor enla sortida supera el de regulació,tot barrant el pas mitjançant unpistó o corredora.


Vàlvules reguladores de pressió




Vàlvules limitadores de pressió

• Anomenades també vàlvules de seguretat.

Impedeixen superar la pressiómàxima permesa pel sistema, ja quesi la pressió s’eleva per sobre delvalor prefixat, la vàlvula obre cap a



valor prefixat, la vàlvula obre cap al’atmosfera l’orifici de sortida ideixa escapar l’excés de pressió finsque es restableix el valor nominal.


Vàlvules limitadores de pressió




Vàlvules de seqüència (similar limitadora de pressió)

• Serveixen per realitzar una commutació, quan s’ha assolit unadeterminada pressió, en aquest moment s’obren o tanquen.




Vàlvules d’escapament ràpid

• Estan destinades a accelerar la velocitat dels cilindres, totassegurant l’escapament directe a l’atmosfera o al dipòsit, senseretencions del fluid contingut en el cilindre.




Vàlvules selectores de circuit

• Permeten d’obtenir a la sortida un senyal procedent indistintamentde dos punts d’entrada diferents.




Vàlvules de simultaneïtat

• Només s’obtindrà senyal pneumàtic ala sortida si hi ha pressió a les duesentrades.



SENSORS I DETETORS DE SENYAL

• Són dispositius encarregats de captar informació en un moment donati transmetre-la a l’equip pneumàtic.

En un sistema automàtic són els elements capaços de detectar, perexemple, la posició de cilindres, actuadors o fenòmens dels sistema(pas d’una peça, presència de producte,...), així com de captarmagnituds físiques (P, T,...).



magnituds físiques (P, T,...).

En un circuit fan la funció d’emissors de senyal.

12.4 DISSENY DE CIRCUITS

• La fase de disseny d’un circuit pneumàtic/oleohidràulic comporta:

� El càlcul i la definició concreta els components d’acord amb lesnecessitats del sistema (P, Q,...)

� Confecció del croquis o esquema del circuit.

• Els diferents tipus de diagrames o representacions són:Esquema pneumàtic


Esquema pneumàticPlànol de situació o representació esquemàtica del mecanismeOrganigrama o plànol de desenvolupament del programa d’accionsQuadre de seqüència de movimentsDiagrama espai-faseDiagrama espai-tempsDiagrama de senyals de comandamentGRAFCET

ESQUEMA PNEUMÀTIC



PLÀNOL DE SITUACIÓ O REPRESENTACIÓ ESQUEMÀTICADEL MECANISME



ORGANIGRAMA O PLÀNOL DEDESENVOLUPAMENT DEL PROGRAMAD’ACCIONS



QUADRE DE SEQÜÈNCIA DE MOVIMENTS



DIAGRAMA ESPAI-FASE



DIAGRAMA ESPAI-TEMPS



DIAGRAMA DE SENYALS DE COMANDAMENT



GRAFCET



12.5 APLICACIONS PNEUMÀTIQUES

Comandament directe

CIRCUITS PNEUMÀTICS AMB UN ACTUADOR


Comandament indirecte




Regulació de la velocitat




Comandament simultani




Comandament des de diferents punts




Accionament continu d’un cilindre




Comandament temporitzat




Circuits amb control de posicióCIRCUITS PNEUMÀTICS AMB UN ACTUADOR



Mecanisme pneumàtic d’estampació

CIRCUITS PNEUMÀTICS AMB DOS ACTUADORS



Sistema pneumàtic de transport de peces




Unitat de mecanització






A+B+B-A




A+B+B-(A-C+)C-



EXERCICIS


Tema 12 Pneumàtica

Documents

Transcript of Tema 12 Pneumàtica