campos de aplicación neumatica

Campos de Aplicación

Presentar una lista de aplicaciones actuales de la neumática es un esfuerzo vano por lo interminable que ésta podría resultar.

En una apurada síntesis podría decirse que la neumática puede estar presente en cualquier proceso industrial manual o semiautomático que requiera incrementar su producción, aumentando la calidad del producto y mejorar su calidad.

La automatización de los diferentes procesos industriales, releva al hombre de ciertas actividades. Esto trae como consecuencia posibles pérdidas de puestos de trabajo en las empresas. La sociedad industrial tiene ante si, un reto importante en crear nuevos puestos de trabajo, con mayor especialización del personal. Resulta paradójico que en los países más industrializados a nivel mundial como Japón y Estados Unidos, las nuevas tecnologías han creado más puestos de trabajo que en los demás países.

El tejido industrial actual ha variado considerablemente con respecto al de hace pocos años y cada vez la velocidad de transformación es mayor. Adecuar la formación de los profesionales actuales y de aquellos que se están formando para serlo en el futuro, es una labor no sólo del mundo educacional, sino del mundo empresarial y social.

La progresiva sustitución de la energía humana por las energías neumática, hidráulica o eléctrica responde sobre todo a un intento de minimizar los costes de producción y conseguir la automatización de los diferentes procesos industriales.

De este modo, la neumática se ha convertido en un elemento imprescindible en la automatización de la producción de todos los sectores industriales:

- Industria del automóvil- Producción de energía- Industria textil- Refinerías e industrias petrolíferas- Imprentas y artes gráficas- Máquinas de embalaje- Industria del calzado- Construcción y obras públicas- Industrias agroalimentarias y cárnicas- Siderurgia y minería- Industria química- Maquinaria para la industria maderera- Robótica, alimentación, etc.

Mediante los circuitos neumáticos se pueden generar movimientos rectos como:

- Sujección de herramientas- Levantar y bajar objetos- Abrir y cerrar puertas- Arrastrar objetos- Frenar objetos

En las siguientes figuras se pueden ver algunas aplicaciones de la neumática.

Entre algunas de las ventajas de la energía neumática se encuentran:

- Limpieza- Disponibilidad gratuita del aire y en la cantidad que se desee

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1.- COMPRESORES.

Son maquinas de flujo continuo en donde se transforma la energía cinética (velocidad) en presión.

La capacidad real de un compresor es menor que el volumen desplazado del mismo, debido a razones tales como:

A) Caída de presión en la succión.

B) Calentamiento del aire de entrada.

C) Expansión del gas retenido en el volumen muerto.

D) Fugas internas y externas.

2.- TIPOS DE COMPRESORES.

2.1.- DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO:

2.1.1- COMPRESORES DE EMBOLO

2.1.2.- VETILADORES COMPRESORES

2.1.3.- VENTILADORES NO COMPRESORES

2.2.- DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, O DINAMICOS:

2.2.1.- VENTILADORES CENTRÍFUGOS DE FLUJO RADIAL.

2.2.2.- COMPRESORES DE FLUJO AXIAL.

2.2.3.- COMPRESORES DE FLUJO MIXTO.

3.- COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO.

Los tipos de desplazamiento positivo son de dos categorías básicas: Reciprocantes y Rotatorias. El compresor reciprocante tienen uno o más cilindros en los cuales hay un pistón o embolo de movimiento alternativo que desplaza un volumen positivo en cada carrera. Los rotatorios incluyen los tipos de lóbulos, espiral, aspas o paletas y anillo de liquido. Cada uno con una carcasa, o con mas elementos rotatorios que se acoplan entre sí, como los lóbulos o las espirales, o desplazan un volumen fijo en cada rotación.

3.1.-COMPRESORES RECIPROCANTES O ALTERNATIVOS.

Los compresores reciprocantes abarcan desde una capacidad muy pequeña hasta unos 3000 PCMS. Para equipo de procesos, por lo general, no se utilizan mucho los tamaños grandes y se prefieren los centrífugos. Si hay alta presión y un gasto más bien bajo, se necesitan los reciprocantes. El número de etapas o cilindros se debe seleccionar con relación a las o temperaturas de descarga, tamaño disponible para los cilindros y carga en el cuerpo o biela del compresor.

Los tamaños más bien pequeños, hasta unos 100 hp, pueden tener cilindros de acción sencilla, enfriamiento con aire, y se pueden permitir que los valores de aceite en el deposito se mezclen con el aire o gas comprimidos. Estos tipos sólo son deseables en diseños especiales modificados.

Los tipos pequeños para procesos, de un cilindro y 25 o 200 hp, tienen enfriamiento por agua, pitón de doble acción, prensaestopas separado que permite fugas controladas y pueden ser del tipo no lubricado, en el cual el lubricante no toca el aire o gas comprimido. Se utilizan para aire para instrumentos o en aplicaciones pequeñas para gas de proceso.

Los compresores más grandes para aire o gas son de dos o más cilindros. En casi todas las instalaciones, los cilindros se disponen en forma horizontal y en serie de modo que presenten dos o más etapas de compresión

3.2. -COMPRESORES ROTATORIOS.

Los sopladores, bombas de vacío y compresores rotatorios son todos de desplazamiento positivo, en los cuales un elemento rotatorio desplaza un volumen fijo con cada revolución.

El más antiguo y conocido es el soplador de lóbulos, en el cual dos o tres rotores en forma de ·8· se acoplan entre sí y se impulsan con engranes de sincronización montados en cada eje. Los sopladores de lóbulos van desde muy pequeños, para compresores producidos en serie, desde unos 2ft3/min., hasta los más grandes, para unos 20000 PCMS. Se usan principalmente como sopladores de baja presión, que

comprimen el aire o gases desde la presión atmosferica hasta 5 a 7 psig y, algunos hasta 25 psig, en tipos especiales. Tambien se utilizan mucho como bombas de vacío, que son en realidad compresores que funcionan con presiones de succión inferiores a la atmosférica y con presiones de descarga iguales a la atmosférica o un poco mayores.

El segundo estilo es el de aspas o paletas deslizantes, que tiene un rotor con ranuras, dentro de las cuales se deslizan las aspas hacia dentro y afuera en cada revolución. Las aspas atrapan el aire o gas y en forma gradual reducen su volumen y aumentan la presión, hasta que escapa por orificios en la carcasa. En las industrias de procesos químicos los tipos de lóbulos y de aspas tienen aplicación limitada porque producen presiones bajas y sólo se pueden obtener, en general con carcasa de hierro fundido, que los hacen inadecuados para ciertos gases corrosivos o peligrosos.

Un tercer tipo es el compresor de espiral rotatorio que se utilizan para altas presiones y vienen en tamaños grandes. Están disponibles en estructuras enfriadas por aceite y secas. Sus capacidades van desde unos 50 hasta 3500 PCMS en el tipo inundado por aceite, y de 1000 a 20000 PCMS en los de tipo seco, estos pueden funcionar a velocidades de 10000 a 12000 rpm y con presiones de descarga de 200 a 400 psig, o sea un aumento de 50 psig por carcasa.

4. - COMPRESORES DINAMICOS - CENTRÍFUGOS.

Los compresores centrífugos son el tipo que más se emplea en la industria de procesos químicos porque su construcción sencilla, libre de mantenimiento permite un funcionamiento continuo durante largos periodos.

El compresor centrifugo más sencillo es el suspendido, de una sola etapa. Los hay disponible para flujo desde 3000 hasta 150000 PCMS. El impulsor convencional, cerrado o con placas se utilizaría para cargas adiabáticas hasta de unas 12000(ft-lb)/lb. El impulsor abierto, de álabes radiales producirá mas carga con los mismos diámetros y velocidad, sus variantes, con inductor o alabes tridimensionales producirá hasta 20000(ft-lb)/lb de carga.

Se utilizan diseños similares, hechos con materiales más resistentes y a velocidades más altas, en aplicaciones especiales como compresores de aire con engranes integrales, para aplicaciones aerospaciales, en los turbocargadores para motores de combustión, compresores de carga, etc.

4.1. - COMPRESORES DE FLUJO AXIAL.

En estos compresores, el flujo del gas es paralelo al eje o al árbol del compresor y no cambia de sentido como en los centrífugos de flujo radial. La carga por etapa del axial es mucho menor (menos de la mitad) que la de un tipo centrifugo, por ello, la mayor parte de los axiales son de cierto numero de etapas en serie. Cada etapa consta de aspas rotatorias y fijas. En un diseño de reacción de 50 %, la mitad del aumento de la presión ocurre en las aspas del rotor, y las de la segunda mitad en las del estator.

Los compresores de flujo axial están disponibles desde unos 20000 PCMS hasta más de 40000 PCMS y producen presiones de hasta 65 psig en un compresor industrial típico de 12 etapas, o de un poco más de 100 psig, con los turbocompresores de 15 etapas, estos tipos se emplean en turbinas de gas y motores de reacción (jet) para aviones, excepto los muy pequeños. También se emplean mucho en aplicaciones que requieren flujos de gas superiores a 75000 o 100000 PCMS en especial porque son más eficientes que los centrífugos de etapas múltiples, de tamaño comparable. El axial suele costar más que el centrifugo y, en tamaños más pequeños, solo se justifica por su mayor eficiencia.

5. - USO DE LOS COMPRESORES.

El aire comprimido se utiliza para la operación de máquinas y herramientas, taladrar, pintar, soplar hollín, en transportadores neumáticos, en la preparación de alimentos, en la operación de instrumentos y para operaciones en el sitio de uso (por ejemplo, combustión subterránea) las presiones van desde 25 psig (172 kpa)hasta 60000 psig (413,8 kpa). El empleo más frecuente es a presiones de 90 a 110 psig, que son los limites de la presión normal en casi todas las fabricas.

Los compresores para gas se emplean para refrigeración, acondicionamiento de aire, calefacción transporte por tuberías. Acopio de gas natural, ·craqueo · catalítico, polimerización y en otros procesos químicos.

6. - MANTENIMIENTO.

Una vez que se a puesto a funcionar el compresor, hay que seguir un estricto programa de mantenimiento preventivo. Los representantes técnicos, de los fabricantes, especializados en reacondicionar compresores, muchas veces entrenan el personal de la planta en los métodos de mantenimiento. Una importante ayuda para el mantenimiento, a lo cual no siempre se presta mucha atención, son los manuales de operación y mantenimiento que publica el fabricante.

Durante el funcionamiento normal hay que vigilar lo siguiente: flujo de agua de enfriamiento, nivel, presión y temperatura del aceite, funcionamiento de los controles y presión del control, presiones y temperaturas de succión y descarga, ruidos anormales y carga y temperatura del motor.

Es indispensable un registro diario del funcionamiento del compresor, en especial de los de etapas múltiples, para un mantenimiento eficiente. Se debe registrar cuando menos lo siguiente: 1) temperatura y presiones de succión, descarga y entre etapas 2) temperaturas del agua de las camisas de entrada, salida y entre etapas 3) temperatura y presión de aceite para lubricar los cojinetes 4) carga, amperaje y voltaje del motor 5) temperatura ambiente 6) hora y fecha.

Con ese registro, el supervisor puede observar cambios en la presión o temperatura que indican un mal funcionamiento del sistema. La corrección rápida evitara problema serios más tarde.

Hay que seguir asiendo inspecciones frecuente de la parte abierta de la carcasa entre el cilindro y el depósito de aceite, con una luz negra, para ver si hay contaminación arrastre de aceite del depósito.

Neumática ? Válvulas Neumáticas (aplicaciones en Ingeniería Industrial)

Enviado por ivan_escalona

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(aplicaciones en Ingeniería Industrial) Parte 1

1. Generalidades 2. Válvulas distribuidoras 3. Representación esquemática de las válvulas 4. Accionamiento de válvulas 5. Bibliografía y Sitios WEB de interés para Ingenieros Industriales

Generalidades

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y una porte de trabajo, Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.

Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en un depósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.

Esta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendación del CETOP (Comité Européen des Transmissions Oiéohydrauliques et Pneumatiques).

Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:

1. Válvulas de vías o distribuidoras 4. Válvulas de caudal

2. Válvulas de bloqueo 5. Válvulas de cierre

3. Válvulas de presión

Válvulas distribuidoras

Estas válvulas son los componentes que determinan el camino que ha de tomar la corriente de aire, a saber, principalmente puesta en marcha y paro (Start-Stop).

Representación esquemática de las válvulas

Para representar las válvulas distribuidoras en los esquemas de circuito se utilizan símbolos; éstos no dan ninguna orientación sobre el métodoconstructivo de la válvula; solamente indican su función.

Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadrados.

Para ver los gráficos seleccione la opción "Descargar" del menú superior

La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de. posiciones de la válvula distribuidora.

El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de las casillas (cuadros).

Las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, el sentido de circulación del fluido.

Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representan mediante líneas transversales.

La unión de conductos o tuberías se representa mediante un punto.

Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio de trazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposo o inicial.

Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

La otra posición se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados, hasta que las conexiones coincidan.Las posiciones pueden distinguirse por medio de letras minúsculas a, b, c ... y 0.

Válvula de 3 posiciones. Posición intermedia = Posición de reposo.

Por posición de reposo se entiende, en el caso de válvulas con dispositivo de reposición, p. ej., un muelle, aquella posición que las piezas móvilesocupan cuando la válvula no está conectada.

La posición inicial es la que tienen las piezas móviles de la válvula después del montaje de ésta, establecimiento de la presión y, en caso dado conexión de la tensión eléctrica. Es la posición por medio de la cual comienza el programa preestablecido.

Para ver los gráficos seleccione la opción "Descargar" del menú superior

Conductos de escape sin empalme de tubo (aire evacuado a la atmósfera). Triángulo directamente junto al símbolo.

Conductos de escape con empalme de tubo (aire evacuado a un punto de reunión). Triángulo ligeramente separado del símbolo.

Para evitar errores durante el montaje, los empalmes se identifican por medio de letras mayúsculas:

Rige lo siguiente:

Tuberías o conductos de trabajo A, B, C ........................ Empalme de energía P ...................................Salida de escape R, S, T .......................... Tuberías o conductos de pilotaje Z, Y, X ...........................


Accionamiento de válvulas

Según el tiempo de accionamiento se distingue entre:

1. Accionamiento permanente, señal contínua

La válvula es accionada manualmente o por medios mecánicos, neumáticos o eléctricos durante todo el tiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento. Este es manual o mecánico por medio de un muelle.

2. Accionamiento momentáneo, impulso

La válvula es invertida por una señal breve (impulso) y permanece indefinidamente en esa posición, hasta que otra señal la coloca en su posición anterior.

Características de construcción de válvulas distribuidoras

Las características de construcción de las válvulas determinan su duración, fuerza de accionamiento, racordaje y tamaño.

Según la construcción, se distinguen los tipos siguientes:

Válvulas de asiento esférico

disco plano

Válvulas de corredera émbolo

émbolo y cursor

disco giratorio

Válvulas de asiento

En estas válvulas, los empalmes se abren y cierran por medio de bolas, discos, placas o conos. La estanqueidad se asegura de una manera muy simple, generalmente por juntas elásticas. Los elementos de desgaste son muy pocos y, por tanto, estas válvulas tienen gran duración. Son insensibles a la suciedad y muy robustas.

La fuerza de accionamiento es relativamente elevada, puesto que es necesario vencer la resistencia del muelle incorporado de reposicionamiento y lapresión del aire.

Válvulas de asiento esférico

Estás válvulas son de concepción muy simple y, por tanto, muy económicas. Se distinguen por sus dimensiones muy pequeñas.

Un muelle mantiene apretada la bola contra el asiento; el aire comprimido no puede fluir del empalme P hacia la tubería de trabajo A. Al accionar el taqué, la bola se separa del asiento. Es necesario vencer al efecto la resistencia M muelle de reposicionamiento y la fuerza del aire comprimido. Estas válvulas son distribuidoras 2/2, porque tienen dos posiciones (abierta y cerrada) y dos orificios activos (P y A).

Con escape a través del taqué de accionamiento, se utilizan también como válvulas distribuidoras 3/2. El accionamiento puede ser manual o mecánico.


Válvulas de asiento plano

Las válvulas representadas en la figura 90 tienen una junta simple que asegura la estanqueidad necesaria. El tiempo de respuesta es muy pequeño, puesto que un desplazamiento corto determina un gran caudal de paso, También estas válvulas son insensibles a la suciedad y tienen, por eso, una duración muy larga.

Al accionar el taqué, en un margen breve se unen los tres empalmes P, A y R. Como consecuencia, en movimientos lentos una cantidad grande de aire comprimido escapa de P hacia R, a la atmósfera, sin haber rendido antes trabajo. Estas son válvulas que no tienen escape exento de solapo.


Las válvulas construidas según el principio de disco individual tienen un escape sin solapo. No se pierde aire cuando la conmutación tiene lugar de forma lenta.

Al accionar el taqué se cierra primeramente el conducto de escape de A hacia R, porque el taqué asienta sobre el disco. Al seguir apretando, el disco se separa del asiento, y el aire puede circular de P hacia A. El reposicionamiento se realiza mediante un muelle.

Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan para mandos con cilindros de simple efecto o para el pilotaje de servoelementos.

En el caso de una válvula abierta en reposo (abierta de P hacia A), al accionar se cierra con un disco el paso de P hacia A. Al seguir apretando, otro disco se levanta de su asiento y abre el paso de A hacia R. El aire puede escapar entonces por R. Al soltar el taqué, los muelles reposicionan el émbolo con los discos estanqueizantes hasta su posición inicial.

Las válvulas pueden accionarse manualmente o por medio de elementos mecánicos, eléctricos o neumáticos.


Válvula distribuidora 3/2 (abierta en posición de reposo)


Una válvula 4/2 que trabaja según este principio es una combinación de dos válvulas 3/2, una de ellas cerrada en posición de reposo y la otra, abierta en posición de reposo.

En la figura 94, los conductos de P hacia B y de A hacia R están abiertos. Al accionar simultáneamente los dos taqués se cierra el paso de P hacia B y de A hacia R. Al seguir apretando los taqués contra los discos, venciendo la fuerza de los muelles de reposicionamiento se abre el paso de P hacia A y de B hacia R.

Esta válvula tiene un escape sin solapo y regresa a su posición inicial por la fuerza de los muelles. Se emplea para mandos de cilindros de doble efecto.

Válvula distribuidores 4/2


Mando de un cilindro de doble efecto con una válvula distribuidora 4/2 .


Válvula distribuidora 3/2, de accionamiento neumático (junta plana de disco).

Al aplicar aire comprimido al émbolo de mando a graves de¡ empalme Z se desplaza el taqué de válvula venciendo la fuerza de¡ muelle de reposicionamiento. Se unen los conductos P y A. Cuando se pone a escape el conducto de mando Z. el embolo de mando regresa a su posición inicial por el efecto de¡ muelle montado. El disco cierra el paso de P hacia A, El aire de salida de¡ conducto de trabajo A puede escapar por R.

Válvula distribuidora 3/2 (de accionamiento neumático)


La figura muestra otra válvula 3 2 que trabaja según el principio de asiento plano. El aire comprimido, proveniente de¡ empalme de mando Z. actúa sobre una membrana. El émbolo de mando unido a esta cierra el paso con sus juntas y abre sucesivamente los diversos empalmes. Permutando los empalmes P y R se puede disponer esta válvula cerrada o abierta en posición inicial. La presión de accionamiento es de unos 600 kPa (6 bar), la presión de trabajo, de 120 kPa (1,2 bar). El margen de la presión de trabajo se encuentra entre 120 y 800 kPa (1.2 8 bar), El caudal nominal ¡/N es de 100 l/min.

Válvula distribuidora 3/2 según el principio de junta plana de disco.


La figura muestra una válvula distribuidora 5/2 que trabaja según el principio de las válvulas de disco flotante. Se invierte alternativamente por aire comprimido y permanece en la posición correspondiente hasta que recibe un impulso inverso. Al recibir presión, el émbolo de mando - como en una corredera longitudinal - se desplaza. En el centro de dicho émbolo se encuentra un disco con una junta anular, que une los conductos de trabajo A o B con empalme de presión P o los separa de este. El escape se realiza a través de R ó S.

Una placa de montaje universal, sobre la cual se fijan las válvulas, garantiza una intercambiabilidad rápida de las diversas válvulas.

Válvula distribuidora 5/2 (principio de disco flotante)


Electroválvulas (válvulas electromagnéticas)

Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico, presostatos o mandos electrónicos. Engeneral, se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extremamente largas y cortos tiempos de conexión.

Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas se dividen en válvulas de mando directo o indirecto. Las de mando directo solamente se utilizan para un diámetro luz pequeño, puesto que para diámetros mayores los electroimanes necesarios resultarían demasiado grandes.

Válvula distribuidora 3/2 (de mando electromagnético)


Al conectar el imán, el núcleo (inducido) es atraído hacia arriba venciendo la resistencia del muelle. Se unen los empalmes P y A. El núcleo obtura, con su parte trasera, la salida R. Al desconectar el electroimán, el muelle empuja al núcleo hasta su asiento inferior y cierra el paso de P hacia A. El aire de la tubería de trabajo A puede escapar entonces hacia R. Esta válvula tiene solapo; el tiempo de conexión es muy corto.

Para reducir al mínimo el tamaño de los electroimanes, se utilizan válvulas de mando indirecto, que se componen de dos válvulas: Una válvula electromagnética de servopilotaje (312, de diámetro nominal pequeño) y una válvula principal, de mando neumático.

Válvula distribuidora 4/2 (válvula electromagnética y de mando indirecto)

Funcionamiento:

El conducto de alimentación P de la válvula principal tiene una derivación interna hacia el asiento de la válvula de mando indirecto. Un muelle empuja el núcleo contra el asiento de esta válvula. Al excitar el electroimán, el núcleo es atraído, y el aire fluye hacia el émbolo de mando de la válvula principal, empujándolo hacia abajo y levantando los discos de válvula de su asiento. Primeramente se cierra la unión entre P y R (la válvula no tiene solapo). Entonces, el aire puede fluir de P hacia A y escapar de B hacia R.

Al desconectar el electroimán, el muelle empuja el núcleo hasta su asiento y corta el paso del aire de mando. Los émbolos de mando en la válvula principal son empujados a su posición inicial por los muelles.


Válvula distribuidora 3/2, servopitotada (principio de junta de disco)

Para que las fuerzas de accionamiento no sean grandes, las válvulas de mando mecánico se equipan también con válvulas de servopilotaje.

La fuerza de accionamierito de una válvula es decisiva para el caso de aplicación. En la válvula descrita de 1/8", con 600 kPa (6 bar), es de 1,8 N (180 p), aprox.

Válvula distribuidora 3/2 (cerrada en posición de reposo)


Funcionamiento:

La válvula de servopilotaje está unida al empalme de presión (P) por medio de un taladro pequeño, Cuando se acciona el rodillo, se abre la válvula de servopilotaje. El aire comprimido circula hacia la membrana y hace descender el platillo de válvula.

La inversión se realiza en dos fases:

En primer lugar se cierra el conducto de A hacia R, y luego se abre el P hacia A. La válvula se reposiciona al soltar el rodillo. Se cierra el paso de la tubería de presión hacia la membrana y se purga de aire. El muelle hace regresar el émbolo de mando de la válvula principal a su posición inicial.

Este tipo de válvula puede emplearse opcionalmente como válvula normalmente abierta o normalmente cerrada. Para ello sólo hay que permutar los empalmes P y R e invertir el cabezal de accionamiento 180º.

Válvula distribuidora 3/2 (abierta en posición de reposo)


En la válvula distribuidora 4/2 servopilotada, a través de la válvula de servopilotaje reciben aire comprimido dos membranas, y dos émbolos de mando unen los diversos empalmes. La fuerza de accionamiento no varía; es también de 1,8 N (180 p).

Válvula distribuidora 4/2 (servopilotada)


Válvulas de corredera

En estas válvulas, los diversos orificios se unen o cierran por medio de una corredera de émbolo, una corredera plana de émbolo o una corredera giratoria.

Válvula de corredera longitudinal

El elemento de mando de está válvula es un émbolo que realiza un desplazamiento longitudinal y une o separa al mismo tiempo los correspondientes conductos. La fuerza de accionamiento es reducida, porque no hay que vencer una resistencia de presión de aire o de muelle (como en el principio de bola o de junta de disco). Las válvulas de corredera longitudinal pueden accionarse manualmente o mediante medios mecánicos, eléctricos o neumáticos. Estos tipos de accionamiento también pueden emplearse para reposicionar la válvula a su posición inicial. La carrera es mucho mayor que en las válvulas de asiento plano.

Válvula distribuidora 5/2 (principio de corredera longitudinal)


En esta ejecución de válvulas de corredera, la estanqueidad representa un problema. El sistema conocido «metal contra metal- utilizado en hidráulica exige un perfecto ajuste de la corredera en el interior de¡ cilindro. Para reducir las fugas al mínimo, en neumática, el juego entre la corredera y el cilindro no debe sobrepasar 0,002 a 0.004 mm. Para que los costos de fabricación no sean excesivos, sobre el émbolo se utilizan juntas tóricas (anillos toroidales) o de doble copa o juntas tóricas fijas en el cuerpo. Al objeto de evitar que los elementos estanqueizantes se dañen, los orificios de empalme pueden repartirse en la superficie del cilindro.

Diferentes métodos de estanqueización entre el émbolo y el cuerpo


muestra una válvula sencilla de corredera longitudinal manual. Al desplazar el casquillo se unen los conductos de P hacia A y de A hacia R. Esta válvula, de concepción muy simple se emplea como válvula de cierre (válvula principal)

delante de los equipos neumáticos.

Válvula de corredera longitudinal manual (válvula distribuidora 3/2)


Válvula de corredora y cursor lateral

En esta válvula, un émbolo de mando se hace cargo de la función de inversión. Los conductos se unen o separan, empero, por medio de una corredera plana adicional. La estanqueización sigue siendo buena aunque la corredera plana se desgaste, puesto que se reajusta automáticamente por el efecto de¡ aire comprimido y de¡ muelle incorporado. En el émbolo de mando mismo, hay anillos toroidales que hermetizan las cámaras de aire. Estas juntas no se deslizan nunca por encima de los orificios pequeños.

La válvula representada en la figura 108 es una válvula distribuidora 4/2 (según el principio de corredera y cursor lateral). Se invierte por efecto directo de aire comprimido. Al recibir el émbolo de mando aire comprimido de¡ empalme de mando Y, une el conducto P con B, y el aire de la tubería A escapa hacia R. Si el aire comprimido viene de¡ orificio de pilotaje Z, se une P con A, y el aire de B escapa por R. Al desaparecer el aire comprimido de la tubería de mando, el émbolo permanece en la posición en que se encuentra momentáneamente, hasta recibir otra señal del otro lado.

Válvula de corredera y cursor lateral (válvula distribuidora 4/2) .Inversión por efecto de presión


Mando por aplicación bilateral de presión:

Existe otro tipo de distribuidor que se distingue del precedente por su modo de accionamiento. Se trata de un distribuidor de impulsos negativos de presión.

En este caso el aire es evacuado de las dos cámaras de pilotaje. Por eso, el émbolo de mando tiene en ambos lados orificios pequeños que comunican con el empalme de presión P. Cuando hay aire comprimido en este empalme, también reciben presión los dos lados del émbolo de mando. Reinaequilibrio.

Cuando el empalme de mando Y abre el paso, en este lado disminuye la presión. En el otro lado Z reina una presión mayor, que empuja el émbolo de mando hacia el lado del que acaba de escapar aire. El empalme P se une con el conducto de trabajo B, y el conducto de trabajo A con el de escape de aire R.

Después de cerrar el empalme de mando Y, en esta cámara se forma de nuevo presión, y el émbolo de mando permanece en la posición en que se encuentra hasta que se abre el empalme Z y tiene lugar una inversión en el otro sentido. La segunda tubería de trabajo A se une entonces con el empalme de presión P y B con R.

La estructura de un mando con estas válvulas es sencilla y económica, pero el mando no es seguro, porque en caso de rotura de una tubería la válvula invierte automáticamente. No pueden resolverse los mandos y las exigencias adicionales en todo caso. Si las longitudes de tubería de mando ( volumen) son muy variadas, en el momento de conectar la presión puede producirse una inversión automática. Para garantizar una inversión correcta, es necesario que el volumen de aire de las dos cámaras sea lo más pequeño posible.

Válvula de corredera y cursor lateral (válvula distribuidora 4/2) . Mando por depresión


Distribuidor de disco plano giratorio

Estas válvulas son generalmente de accionamiento manual o por pedal. Otros tipos de accionamiento son difíciles de incorporar a ellas. Se fabrican generalmente como válvulas distribuidoras 3/3 ó 4/3. Dos discos, al girar, unen los diversos conductos.

Como puede verse en la figura 110, todos los conductos están cerrados en la posición media, permitiendo inmovilizar el vástago de un cilindro en cualquier punto de su recorrido, pero no fijarlo en una determinada posición. Debido a la compresibilidad del aire comprimido, al variar la carga el vástago pasa a otra posición.

Prolongando los conductos en el interior de los discos se obtiene una segunda posición intermedia.

En la figura 111 todos los conductos están conectados a escape. En esta posición media, el émbolo puede ser movido por fuerza externa, hasta la posición que se desee. Esta posición se denomina posición de ajuste o de flotación.


Figura 110: Distribuidor de disco plano giratorio

Figura 111: Válvula de disco plano giratorio (posición central, desbloqueo)

Mando de un cilindro de simple efecto por medio de una válvula distribuidora 3/3, cerrada en posición central. Un cilindro de simple efecto ha de ser parado entre las posiciones finales de carrera anterior y posterior. La posición central de la válvula cierra los empalmes P y A.


Inversión de un cilindro de doble efecto por medio de una válvula distribuidora 4/3, cerrada en posición central. Se trata de¡ mismo ejemplo anterior, pero con un cilindro de doble efecto.


En este mando se utiliza una válvula distribuidora 4/3. En la posición central, todos los conductos están en escape. En la posición central se ponen en escape los dos conductos de trabajo; esto significa que ambas cámaras de¡ cilindro están sin presión. Es posible mover el vástago con la mano.


Caudal de válvulas

Los datos de pérdida de presión y de caudal de aire de válvulas neumáticas son muy interesantes para la persona que las aplique. Para la elección de las válvulas deben conocerse:

- Volumen y velocidad de¡ cilindro

- Cantidad de conmutaciones exigidas

- Caída de presión admisible

Es indispensable, pues, marcar las válvulas neumáticas con su caudal nominal VN. En el cálculo de los valores de paso deben tenerse en cuenta diversos factores.


En la medición,, el aire fluye a través de la válvula en un solo sentido. Se conoce la presión de entrada, y puede medirse la de salida. La diferencia entre estos dos valores es igual a la presión diferencial Ap. Con un caudalímetro se mide la cantidad de aire que pasa a través de la válvula.

El valor VN es un valor de calibración, referido a una presión de 600 kPa (6 bar), una caída de presión Ap - 100 kPa (1 bar) y una temperatura de 293 K(20 C Si se trabaja con otras presiones, caídas de presión y temperaturas, hay que calcular con el valor VN (caudal de aire).

Al objeto de evitar pesadas operaciones de cálculo, los datos pueden tomarse de un monograma. La lectura de éste ha de mostrarse con ayuda de unos ejemplos.

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Resumen

Las válvulas de control de dirección, más conocidas en la práctica como válvulas distribuidoras, son las que gobiernan el arranque, paro y sentido de circulación del aire comprimido. la misión que se encomienda a los distribuidores dentro de un circuito de automatización es la de mantener o cambiar, según unas órdenes o señales recibidas, las conexiones entre los conductos a ellos conectados, para obtener unas señales de salida de acuerdo con elprograma establecido. Simultáneamente, los distribuidores actúan como transductores o como amplificadores, ya que controlan una potencianeumática con otra menor, también neumática,. o de otra naturaleza: eléctrica o mecánica.

De acuerdo con su uso, los distribuidores pueden dividirse en los siguientes grupos:

a) Distribuidores de potencia o principales. Su función es la de suministrar aire directamente a los actuadores neumáticos y permitir igualmente el escape.

b) Distribuidores fin de carrera. Estos distribuidores abren o cierran pasos al aire cuya función no será la de ir directamente al actuador, sino que se utilizan solamente para el accionamiento de otros mecanismos de control, tales como los distribuidores de potencia.

Distribuidores auxiliares. Son distribuidores utilizados en los circuitos y que, en combinación con válvulas fin de carrera y de potencia, se utilizan para dirigir convenientemente las señales de presión del aire.

Respecto a la localización de válvulas o distribuidores en máquinas o mecanismos, deben tenerse en cuenta los puntos siguientes:

1.- Los distribuidores principales deben montarse lo más próximos posible a los cilindros.

2.- La situación de las válvulas fin de carrera o manuales viene fijada por el punto y la manera en que han de ser controlados.

3.- La colocación de los distribuidores auxiliares es independiente, teniendo cuidado, sin embargo, de evitar las longitudes innecesarias de tubería.

Se ha de destacar que en general, salvo aplicaciones muy particulares, los distribuidores neumáticos no trabajan en forma proporcional sino que lo hacen en forma todo o nada, lo que significa que permiten el paso de aire o lo impiden.

Por lo tanto, los distribuidores proporcionan señales discretas, por lo que los automatismos en los que Intervienen se denominan digitales.

Para llevar a cabo la elección de una válvula neumática es conveniente recurrir a ciertos criterios de elección, los cuales pueden abarcar loS conceptossiguientes:

- Números de vías y posiciones.

- Sistemas de accionamiento.

- Características de caudal.

Se entiende por número de vías el número máximo de conductos que pueden interconectarse a través del distribuidor. El número de posiciones es el de conexiones diferentes que pueden obtenerse de manera estable entre las vías del distribuidor.

Las válvulas de vías se designan por el número de las vías controladas y de las posiciones de maniobra estables. Así, una válvula 3/2 vías quiere decirque posee tres vías y dos posiciones de maniobra. Hay que observar que la primera cifra es siempre indicativa del número de vías, indicando la segunda el número de posiciones.

Para evitar errores durante el montaje y además para identificarlos, se indican con letras mayúsculas o números.

Según DIN 24300, se indica así:

p = Alimentación de aire comprimido.

A,B,C = Salidas de trabajo.

R,5, T = Escape de aire.

X, Y;Z = Conexiones de mando.

Según normas CETOP, es:

1 = Alimentación de aire comprimido.

2 y 4 = Salidas de trabajo.

3 y 5 = Escape de aire.

12 y 14 = Conexiones de mando.

De acuerdo con estos conceptos podemos proceder a una primera clasificación de los distribuidores. Se indican cuáles son los principales tipos, sus aplicaciones más características y los símbolos respectivos.

VÁLVULAS 2/2 VÍAS

Estas válvulas difícilmente pueden llamarse distribuidores, ya que de hecho sólo abren o cierran un conducto. Tienen un orificio para la entrada de aire y otro para la utilización. Evidentemente sólo admiten dos posiciones: vías cerradas o vías abiertas. Si está en reposo, la válvula sin accionar y las vías están cerradas, se denomina válvula normalmente cerrada, en caso contrario normalmente abierta.

Para controlar un cilindro de simple efecto se necesitarían dos válvulas de dos vías. Para hacer salir el cilindro, una de las válvulas debe conectar lafuente de presión al cilindro, mientras que la otra debe cerrar la comunicación con la atmósfera. Para que el cilindro regrese a su posición inicial, la válvula, que anteriormente alimentaba el cilindro, debe cerrar la alimentación mientras la otra abre el escape a la atmósfera.

Es interesante comprobar que si pulsamos de forma intermitente la válvula de escape del aire a la atmósfera, se obtienen posiciones intermedias en la carrera del cilindro

Distribuciones de 3 vías

En lugar de emplear dos válvulas de dos vías para mandar un cilindro de simple efecto, se usa normalmente un distribuidor de tres vías y dos posiciones. Una válvula de tres vías consta de un orificio de entrada, otro de salida y un tercer orificio para la descarga del aire. El accionamiento de la válvula comunica la entrada con la salida, quedando el escape cerrado. Al retornar la válvula a su posición inicial, se cierra la entrada de aire y se comunica la salida con el escape.

Por lo general, los distribuidores de tres vías son de dos posiciones -3/2 vías- aunque también pueden ser de tres -3/3 vías- quedando en su posición central o de reposo todas las vías cerradas.

Normalmente, se emplean para el mando de cilindros de simple efecto, finales de carrera neumáticos, como válvulas de puesta en marcha y paro de la instalación o válvulas piloto para el accionamiento de válvulas de tamaño mayor.

En casos excepcionales se pueden utilizar las válvulas de tres vías para el mando de un cilindro de doble efecto; para ello se utilizan dos válvulas. Una de ellas alimenta a una de las cámaras del cilindro con aire a presión, simultáneamente la otra comunica la cámara contraria a escape.

Distribuciones de cinco vías

Para gobernar un cilindro de doble efecto, harían falta dos distribuidores de tres vías ya que, además de comunicar con la fuente de presión y cerrar el escape de una de las entradas del cilindro, hay que hacer simultáneamente la operación inversa por la otra entrada. En vez de ello, en la práctica se utiliza un distribuidor de cinco vías y dos posiciones.

La válvula de cinco vías Consta de un orificio para la entrada, dos salidas para utilización y los dos escapes correspondientes. Todas las válvulas de cinco vías son de émbolo deslizante. Cada desplazamiento de éste comunica la entrada con una u otra salida, quedando la otra salida conectada al exterior mediante el escape correspondiente.

Se utiliza para el control de cilindros de doble efecto o para accionamiento de válvulas piloto de mayor tamaño.

Aparte de los distribuidores 5/2, existen dos versiones de 5/3 vías: una con ambas salidas a escape en posición central, que deja el cilindro libre y puede usarse para hacer la descarga previa, y otra con todas las vías cerradas para dejar el cilindro inmovilizado o bloqueado en posición central.

Para las mismas funciones que los distribuidores de cinco vías se fabrican distribuidores de cuatro vías. La diferencia fundamental es que los dos orificios de escape se reducen a uno solo.

Todos los distribuidores neumáticos que permiten el escape de aire a la atmósfera producen ruidos. Para disminuir el nivel acústico del escape existen unos elementos, llamados silenciadores, que ayudan a insonorizar el escape del aire.

Tipos de Cierres

Las principales formas de cierre que pueden adoptar los distribuidores neumáticos para realizar su función son tres, que dan lugar a otras

tantas clasesde distribuidores: cierre por asiento, cierre por émbolo deslizante o corredera y cierre rotativo.

Válvulas de Asiento

El principio de las válvulas de asiento asegura un funcionamiento sin coincidencia con el escape, es decir, durante el proceso de conmutación el escape de aire se cierra antes de que pueda pasar el aire que entra.

En las válvulas de asiento el paso es abierto o cerrado mediante placas, bolas o conos. La estanqueidad del asiento de la válvula se realiza casi siempre con juntas elásticas.

El tiempo de respuesta de las válvulas de asiento es muy corto, pues con una pequeña elevación del cierre queda libre toda la sección de la válvula. Las válvulas de asiento son poco sensibles a la suciedad, tienen pocas piezas sometidas al desgaste y poseen una buena estanqueidad. Se construyen con asiento de bola y con asiento plano.

Las válvulas de asiento de bola son muy económicas debido a su construcción, pero como no siempre está garantizada la estanqueidad quedan relegadas para funciones secundarias. Este tipo de válvulas se fabrica como válvulas de 2/2 vías o también como de 3/2 vías

Las válvulas de asiento plano son más utilizadas por ofrecer mejores condiciones de estanqueidad. Pueden estar construidas como válvulas de 2/2, 3/2 y 4/2 vías. Sin accionamiento, estas válvulas se mantienen en posición normalmente cerrada, provocada por el muelle de retroceso.

Estas válvulas tienen el inconveniente de que la fuerza de maniobra resulta elevada, ya que es necesario vencer la fuerza d e los muelles y la presión.

Distribuciones de émbolo deslizante

El elemento móvil, un émbolo se desliza perpendicularmente al eje del orificio que debe cerrar. Este tipo de cierre se adopta en la mayoría de distribuidores neumáticos. Se les llama también válvulas de corredora.

En este tipo de válvulas se hace muy difícil la estanqueidad de la corredora. El procedimiento de cierre empleado para impedir el paso del aire en sentido diferente al deseado puede ser:

- Por juntas en el émbolo o corredora

- Por juntas en el cuerpo

- Por contacto metal-metal

Estos distribuidores de émbolo deslizante son los más empleados por la sencillez de su concepción y fabricación. Son de fácil mantenimiento y es de destacar la versatilidad que les confiere la posibilidad de adaptación de diversos sistemas de accionamiento.

Las válvulas de corredora prestan funciones generales, destacando entre ellas el mando del cilindros que requieren 5 vías, para lo que se disponen versiones de 5/2 y 5/3. las fuerzas de accionamiento son pequeñas incluso a presiones elevadas.

Distribuciones de Cierre Rotatorio

En este tipo de válvulas, el movimiento de giro de la pieza móvil abre o cierra las lumbreras de comunicación entre los distintos orificios. Por lo general, la estanqueidad se consigue por cierre entre superficies metálicas.

Generalmente debido a que se precisa un giro para la inversión de válvula, se fabrican para ser accionadas manualmente y en ejecuciones de 3/3 vías ó 4/3 vías. En la posición central están central están cerrados todos los orificios.

Accionamiento de los Distribuidores

En los apartados anteriores se han indicado los movimientos de los distribuidores, pero no se ha hecho referencia al modo de obtenerlos.

Una característica importante de toda válvula es su clase de accionamiento debido a que, de acuerdo con ello , dentro de la cadena de mando de unequipo neumático se la empleará como elemento emisor de señal, órgano de control o de regulación. Es fácil ver que la variedad de posibles accionamientos nace la riqueza de aplicaciones de una serie de distribuidores.

El mismo accionamiento puede ser montado opcionalmente en una válvula de 2,3,5 vías con dos o tres posiciones de maniobra según el tipo. En casos excepcionales, una determinada forma de accionamiento va unida por razones técnicas a un determinado tipo de válvulas.

Los accionamientos comprenden dos mecanismos, el de mando y el de retorno, que pueden ser distintos o iguales. Los retornos pueden ser automáticos, entrando en función al cesar la acción contraria.

Se debe tener siempre presente que, para cambiar el estado de un distribuidor, es preciso que se ejerza una acción en un solo extremo del distribuidor. Esta observación es muy importante en el caso de trabajar con distribuidores de doble accionamiento piloto, pues en ellos por error de diseño, puede darse el caso de que tenga presión piloto en los dos extremos, lo que inutiliza el circuito.

Dentro de las válvulas de carredera se suelen incluir las válvulas de:

- Accionamiento mecánicos que son necesarios en todas aquellas partes en las que la válvula deba ser accionada mediante un órgano mecánico del equipó.

- Accionamiento por fuerza muscular ya que por medio de este mando es posible supeditar una acción neumática a lo ordenado por el operario que se encarga de accionarla. Entre estos casos figuran todos los que son realizados con la mano o con el pie.

- Accionamiento neumático, estos utilizan aire a presión, se utilizan en accionamientos a distancia. También puede realizarse por impulso del aire a presión –accionamiento o pilotaje positivo- o por reducción de la presión- accionamiento o pilotaje negativo.

Accionamiento eléctrico por medio de este mando se subordina una acción neumática por el paso de la corriente a través de un electroimán. En el accionamiento eléctrico de una válvula, la longitud de la línea de mando es independiente de la completa eficiencia del funcionamiento, pudiendo preverse líneas de mando de varios centenares de metros. Los tiempos de mando son muy cortos.

Conclusiones

Concluimos que las válvulas son elementos importantes en la neumática, ya que como se vio en el marco teórico, es un estructura de un sistemaneumático; se van a ubicar los niveles donde se opera a un sistema neumático.

Aprendimos la importancia de conocer la simbología empleada en la neumática, o sea en las válvulas distribuidoras, pues bien, estos símbolos, explican una gran nomenclatura, el cual nos ayuda identificar la estructura de un sistema neumático, se fueron desmenuzando conceptos y se mostraron esquemas que nos ayuda a entender el proceso aunque es complejo, podemos decir que es sencillo, con sus simbologías, que son importante en materia, porque son la estandarización de esta simbología, uno se complicaría al armar un circuito neumático, y si queremos transmitir la idea del circuito no se podrá con facilidad, ya que no habría un estándar, por eso es que debemos tener en cuenta toda la simbología empleada e identificar la posición, la de reposo, la alimentación, servicios, escape, para poderla aplicar y poder determinar un designación - identificación.

Si no conocemos bien la DESIGNACIÓN e IDENTIFIACIÓN, la cuales se aprendieron durante la sesión, tendríamos muchos problemas técnicos,cuando se pide este tipo herramienta a un distribuidor autorizado, sólo le vamos a indicar el número de vías, número de posiciones, métodos de accionamiento y métodos de reposicionamiento, nosotros como futuros ingenieros industriales, debemos detener estos conceptos bien definidos para aplicarlos en la práctica, en la aplicaciones se pueden ver que en muchas máquinas, ciclos, etc, se aplican estas etapas, con el fin de lograr lo objetivosdeseados.

Otro punto importante, debemos ser analíticos en el diseño de un circuito, por ende, conocer bien la simbología, pues si no, podemos tener muchos errores en nuestros circuitos, la nomenclatura, la cual es la ISO, DIN y ANSI, es de importancia para ver el número de las válvulas que se designan en las válvulas.

campos de aplicación neumatica

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