apuntes para 4 neumatica

IES CÉSAR RODRÍGUEZ

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA – NEUMÁTICA E HIDRÁULICA 4º

SANTIAGO CUERVO TAMARGO 1

Introducción.

La neumática y la hidráulica son técnicas empleadas en la industria en

general con el fin de automatizar un proceso o bien para hacer que este sea

más cómodo de realizar. Utilizan el aire en el caso de la neumática y un

aceite comprimido en el caso de la hidráulica, por lo que también se le

conoce como oleo hidráulica.

Los campos de aplicación de ambas técnicas ha ido aumentando y

diversificándose, gracias también a la mayor precisión que estas han ido

consiguiendo. Encontramos estas técnicas aplicadas en campos como la

aeronáutica, la automoción, maquinaría para la industria plástica, para la

elaboración de alimentos, la robótica, la minería, la siderurgia, las máquinas

herramientas, la industria naval, ascensores y maquinaria de elevación……

Ventajas de la neumática.

El aire es de fácil captación y gratis, el

aire no posee propiedades explosivas.

Se puede trabajar a velocidades

realmente altas y fácilmente regulables.

Cambios de sentido instantáneos.

Los cambios de temperatura no afectan

de forma significativa.

Las sobrecargas no constituyen

situaciones peligrosas.

Desventajas de la neumática

En circuitos muy extensos se producen

pérdidas.

Las presiones a las que se trabaja no

permiten desarrollar grandes fuerzas.

Provocan altos niveles de ruido debido a

los escapes a la atmósfera del aire

comprimido.

Ventajas de la oleo hidráulica

Permite trabajar con elevados niveles de

carga.

El aceite empleado es fácilmente

recuperable.

Permite una protección simple contra

sobrecargas.

Velocidad fácilmente controlable

Desventajas de la oleo hidráulica

Personal especializado para el

mantenimiento.

El fluido es más caro

El fluido es muy sensible a la

contaminación.




Conceptos previos.

Presión.

La presión es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie.

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) la presión se mide en una unidad que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza de un

newton actuando en un metro cuadrado.

En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión

absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica,

denominándose presión relativa, presión normal, o presión

manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión

atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el

manómetro).Esta es la presión con que nos encontraremos.

En la práctica en las aplicaciones neumáticas se cumple que:

Caudal

Caudal es la cantidad de fluido que pasa por una sección en un tiempo

determinado.

El caudal se mide en m3/h; l/min; l/s.

Principio de Pascal

En física, el principio de Pascal o ley de

Pascal, es una ley enunciada por el

francés Blaise Pascal (1623-1662) que se

resume en la frase: «el incremento de

presión aplicado a un fluido incompresible

(líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el

mismo valor a cada una de las partes del mismo».

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando

una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y

provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y

ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se

observa que el agua sale por todos los agujeros con

la misma presión.

P = F/S

1 Bar = 1 atm = 100 kPa

http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_Internacional_de_Unidades

http://es.wikipedia.org/wiki/Pascal_%28unidad_de_presi%C3%B3n%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Newton_%28unidad%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadrado

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9trica

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9trica

http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro




También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas

hidráulicas.

Ley de Boyle-Mariotte

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y

Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el

volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a

temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente

proporcional a la presión:

donde K es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen

constantes.

Cuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la

presión disminuye el volumen aumenta, manteniendo constante la cantidad

de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:

P V = K

P1 V1 =P2 V2




El circuito neumático




Producción del aire comprimido

Compresores

Un compresor es una máquina mediante la cual se obtiene y se

almacena aire comprimido.

Existen dos procedimientos fundamentales de compresión:

Compresión volumétrica: se obtiene por la admisión del aire en

un recinto cerrado donde se le reduce de volumen. Este puede ser el

sistema de compresión por pistón o por paletas giratorias, en este último

caso tenemos una rueda excéntrica que gira en el interior de una carcasa

pero con su centro desviado con respecto al de la carcasa, es decir,

excéntrica con ella. Lleva en su perímetro unas paletas que al girar tienden

a proyectarse contra el interior de la carcasa. Entre paleta y paleta al girar

se reduce el volumen de aire desde el orificio de entrada hasta el de salida.

Turbo compresión: el aire es aspirado y se le aumenta la velocidad de

circulación a través de varias cámaras, impulsado por paletas giratorias.




Acumulador

Es un depósito de reserva de aire comprimido cuya misión es mantener el

consumo de la red y evitar pérdidas bruscas en la misma. Dispone de un

orificio de purga para eliminar parte del agua que se

condensa en el interior del mismo. Además el aire dentro

del acumulador se enfría y se normaliza, y es que tras el

proceso de compresión el aire puede conservar un efecto de pulsación.

Filtros

Antes de verter el aire a la red para su distribución por la instalación es

necesario filtrarla de nuevo. El polvo, restos de aceite y la humedad que

pueda contener son fuente de importantes averías, por lo que

es importante que el aire esté libre de impurezas. Para ello se

utilizan diversos filtros que por medio de medios físicos y

químicos dejan el aire comprimido preparado.

Red de distribución

La red distribuidora propiamente dicha está compuesta por diversas

tuberías de diámetro adecuado que conducen el aire comprimido, con las

menores pérdidas posibles, hasta los puntos de consumo. El material de los

tubos suele ser el cobre, latón, acero y plástico.

Los tubos deben ser de fácil instalación y resistentes a la corrosión. Las

tuberías permanentes suelen ser de uniones soldadas aunque, a veces, este

sistema presenta problemas de mantenimiento.

Las mangueras de goma y plástico flexibles se reservan para las

derivaciones finales, especialmente éstas últimas, ya que su resistencia

mecánica es superior. En este sentido, las tuberías de polietileno y

poliamida se utilizan cada vez más, tanto por su economía como por su fácil

montaje.

La red debe tener una pendiente del 2 al 3

% para conseguir la acumulación del agua

condensada en un punto y lograr su

evacuación por un orificio de purga.

Para ello se instalan pequeños depósitos

auxiliares en los bajantes provistos de grifo.

Las conexiones de los bajantes se harán por

la parte superior de la conducción principal, para impedir, en lo posible, el

paso de agua condensada.




Preparación del aire

Antes de la conexión a la máquina se somete al aire comprimido una

preparación previa, hasta este momento hemos intentado dejar el aire

limpio y con unas determinadas condiciones de presión.

Ahora de nuevo se pasa por un filtro, un engrasador, ya que utilizamos el

aire como vehículo que transporte el necesario aceite para

engrasar las diferentes piezas de la instalación. Y por

último un regulador de presión que proporciona las

condiciones de presión adecuadas. Este conjunto de

elementos se denomina unidad de acondicionamiento.

Elementos de trabajo

La energía del aire comprimido que se transmite a través de la red se utiliza

para obtener un movimiento rectilíneo (normalmente de vaivén) por medio de cilindros neumáticos o bien por medio de motores en un movimiento

giratorio.

Cilindros neumáticos

Los cilindros neumáticos consisten en un émbolo o pistón operando dentro de un cilindro. Es el dispositivo más

utilizado para convertir la energía neumática en mecánica.

Pueden ser de simple o de doble efecto y el de simple efecto el

más común es el de retorno por muelle.

Cilindros de simple efecto Esto significa lo siguiente, cuando

decimos de simple efecto quiere decir que introducimos y expulsamos el aire en el interior del cilindro por el mismo sitio, hay un solo camino para ello. Si decimos que tiene retorno por

muelle significa que en el camino (carrera) de retroceso es ayudado por la fuerza de un muelle.

Por lo tanto en estos cilindros introducimos aire comprimido por la parte posterior del cilindro y empujamos de esta manera el pistón (vástago). Estos cilindros por lo tanto solo pueden realizar

trabajo en un sentido.




Cálculo de la fuerza de empuje La fuerza o empuje que realiza un cilindro es igual a la presión manométrica multiplicada por la superficie total del pistón.

Es importante tener en cuenta en los cilindros de doble efecto que no es lo mismo la fuerza en la

carrera de avance que en la carrera de retroceso, puesto que la fuerza depende de la superficie del pistón, en la carrera de retroceso esta superficie es

menor ya que debemos de descontar la superficie del vástago.

En la práctica se debe de tener en cuenta el roce al

que se ve sometido el propio vástago dentro del

cilindro que puede suponer hasta un 10%

Cilindros de doble efecto

En estos cilindros al recibir el aire por la parte posterior se

evacua el aire de la parte delantera y sale el vástago. Cuando

el aire se introduce por la parte delantera, el vástago

retrocede. Estos cilindros sí pueden trabajar en los dos

sentidos.

Existen variaciones con respecto al cilindro inicial

utilizados para determinadas aplicaciones como el

cilindro de doble vástago, o el cilindro con amortiguación.

Motores neumáticos

Transforman la energía neumática en un movimiento giratorio. Los motores

pueden ser de émbolos, de aletas, de engranajes, turbinas. Aunque no sea

lo más común por que ya existen los motores eléctricos, en ciertas

industrias pueden llegar a ser necesarios como en la industria

alimentaria y farmacéutica, en este tipo de industria la higiene

es una cuestión vital y en determinados procesos productivos

de estas industrias el motor eléctrico ensucia.

F = P A




Motores de engranajes

Los motores de engranajes es un duplicado de una bomba

de engranajes. En donde el aire comprimido circula desde

uno de los laterales hacia el otro, provocando el movimiento

de giro de los engranajes.

Motores de paletas

Este motor de láminas está compuesto esencialmente de

un rotor, cilindro y dos tapas con cojinetes. En el rotor existen ranuras, en

las cuales se deslizan las láminas. El rotor está

apoyado excéntricamente con respecto al eje del

cilindro. Las láminas se empujan por la fuerza

centrífuga contra la pared interior del cilindro,

formando cámaras de diferentes tamaños. Al

introducir aire comprimido en la cámara menor,

se produce por la fuerza superficial y el radio, el

momento de giro. Por el movimiento giratorio, la

cámara se va ampliando, el aire se expande y

sale.

Motores de émbolos.

Por medio de cilindros de movimiento alternativo el

aire comprimido acciona el movimiento de un

cigüeñal. Se necesitan entonces varios cilindros al

objeto de que no se produzcan sacudidas.




Entrada y procesamiento de señales

La gran evolución de la neumática y de la hidráulica ha hecho que hoy en

día existan una gran cantidad elementos que nos permitan gobernar el

circuito. Además dentro de estos sistemas pueden coexistir diferentes

técnicas como la eléctrica o la electrónica.

Dentro de este grupo veremos algunos de los más importantes.

Válvulas distribuidoras

Son utilizadas para la puesta en marcha, paro, retroceso, avance rápido….,

se encargan de distribuir el aire comprimido, realizan por lo tanto funciones

de mando dentro del circuito.

Existen diferentes formas de construir las válvulas distribuidoras siendo una

de las más comunes las de corredera. En el siguiente esquema podemos ver

como puede ser una sección de una de estas válvulas.

Pero para poder estudiarlas adecuadamente vamos a verlas desde un punto

de vista tecnológico y funcional.

Pasaje A Pasaje B

Cuerpo de la

Válvula

Pasaje hacia la

bomba

Pasaje hacia el

tanque




Representación de las válvulas distribuidoras.

Necesitamos emplear una representación simbólica en donde las posiciones

que adopta la válvula (abierta, cerrada, en reposo) se representan por

cuadrados, tantos como posiciones existan dibujados unos a continuación

de otros.

La posición de paso abierto para una válvula se representa por medio de una flecha de un extremo a otro del cuadrado.

La posición de bloqueo de flujo se muestra por una T, esto simboliza la interrupción de flujo.

Las conexiones o vías se agregan con pequeñas líneas en la parte superior

e inferior de la válvula.

La salida de aire del circuito se representa por un triangulo equilátero.

Veamos algunos de los símbolos más comunes.

Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente cerrada

Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente abierta

Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente cerrada

Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente abierta




Válvula 3 vías 3 posiciones (3/3) con centro bloqueado

Válvula 4 vías 2 posiciones (4/2)

Válvula 4 vías 3 posiciones (3/3) con centro bloqueado




Vamos a repasar nuevamente la designación de estas válvulas




Válvula anti retorno.

Esta válvula tiene por misión dejar pasar el aire en un sentido

pero impedirlo en el contrario.

Válvulas reguladoras de caudal

Estas válvulas como su nombre indica están pensadas para reducir el caudal

y por tanto la velocidad de una parte del circuito o más

concretamente de un actuador (cilindro o motor). Pueden

estrangular el paso del aire en un sentido o en los dos. Suelen

venir acompañadas por una válvula anti retorno.

Válvula selectora

Estas válvulas permiten desde dos entradas la salida del aire hacia un

orificio común. El aire puede circular desde una de las

entradas hacia la salida pero no desde las dos entradas al

unísono. También se le llama función O o también modulo O.

Válvula de simultaneidad

En este caso es necesario que se produzca la entrada del aire

por las dos entradas al mismo tiempo para que se produzca la

salida del aire. Es muy utilizada como válvula de seguridad. También se le

conoce como módulo Y.

Válvula de escape rápido.

Tal como su nombre indica su misión es provocar la salida del

aire rápidamente y de esta forma conseguir un aumento de

velocidad de actuación.

Válvula reguladora de presión

Si bien tenemos distintas posibilidades con este tipo de

válvulas, uno de sus empleos más típicos consiste en hacer

que la presión en el circuito no sea superior a la que previamente se ha

fijado manualmente. Cuando la presión es superior a la presión máxima, la

válvula permite la salida del aire a la atmósfera, esto provoca la reducción

de la presión con lo cual se vuelve a cerrar la salida del aire a la atmósfera.




Instalaciones Neumáticas

Veremos a continuación y con un grado de dificultad creciente algunos

circuitos.

Mando directo de un cilindro de simple efecto mediante

pulsador

Este es el circuito más sencillo,

se ha representado en dos imágenes, en donde como vemos en la primera

el cilindro está en reposo, el vástago se encuentra retraído, y en la segunda

imagen el vástago se ha desplazado al accionar la válvula 3/2.

Mando indirecto de un cilindro de simple efecto.




Regulación de la velocidad de un cilindro de simple efecto

En este circuito al accionar el pulsador la válvula reguladora de caudal

restringe el caudal de aire que pasa a la entrada del cilindro de forma que

regulamos el avance del cilindro. En el escape el aire sale a través del

escape rápido con lo que conseguimos un aumento de velocidad en el

retroceso.

Mando de un cilindro de simple efecto desde dos puntos

distintos




Mando condicional de un cilindro de simple efecto.

Este es un montaje que en ocasiones se utiliza como mando de seguridad,

puesto que es necesario accionar las válvulas 1.1 y la 1.2, al unísono para

que pueda llegar presión al cilindro, y el pistón pueda iniciar la carrera de

avance.

Accionamiento de un cilindro de doble efecto




Vemos en este circuito implicada por primera vez una válvula con 4 vías y 2

posiciones (4/2), esta es una de las válvulas típicas que se utilizan en el

mando de un cilindro de doble efecto. En el montaje que estamos viendo

disponemos de dos válvulas para regular la velocidad del pistón, tanto en el

avance como en el retroceso. Fíjate en la disposición del anti retorno. En la

figura de abajo tenemos un montaje similar, pero la válvula 4/2 aparece

“pilotada”, por dos válvulas 3/2, que envían una línea de presión de aire

para hacerla cambiar de posición.

En el esquema que ves debajo se han recogido algunas de las válvulas que

en circuitos anteriores ya habías visto para desarrollarlo.

Se disponen dos pulsadores en válvulas 3/2 para iniciar la carrera de

avance que accionan, pilotándola, la válvula de simultaneidad o módulo Y,




ésta a su vez pilota a la válvula 4/2 que gobierna el cilindro. Una vez que el

pistón ha realizado su recorrido, alcanza el final de carrera que enviará una

señal hacia la válvula 1.1 para que gobierne el cilindro de nuevo en su

carrera de retroceso.

Mando automático de un cilindro de doble efecto

El circuito una vez puesto en marcha continuaría de forma automática

realizando carreras de avance y retroceso, mientras que no se desenclavase

la válvula 3/2 de inicio.




Mando de un cilindro de doble efecto con control de tiempo en

el retroceso.

Este circuito encierra alguna dificultad nueva además de la que su nombre

indica. Se trata de un cilindro de doble efecto que inicia su carrera de

retroceso al finalizar la carrera de avance y tras haber pasado un cierto

tiempo que podemos graduar. Para conseguir esto necesitamos que la

orden que tenga que llegar a la válvula 4/2 que gobierna el cilindro se

produzca con el retraso que queramos para ello hacemos circular el aire a

través de un temporizador que consiste en una reguladora de caudal, un

depósito y una válvula 3/2. Con este grupo retardamos la señal al hacer

que el depósito tarde más o menos en llenarse y que por tanto la válvula

3/2 tarde más en pilotarse.

Fíjate además que para que la carrera de avance se produzca tiene que

estar el pistón completamente retraído por que si no el final de carrera FC2

no quedará activado y no podrá ser pilotada la válvula 4/2.




Mando de dos cilindros de doble efecto de manera coordinada.

En este caso disponemos de 4 finales de carrera que servirán para mandar

las señales que pilotaran las válvulas que gobiernan los cilindros de doble

efecto. El 2.2 enviará la señal al cilindro 2.0 para que inicie su carrera y el

1.3 al cilindro 1.0 para que retroceda.

apuntes para 4 neumatica

Documents