introducció a la pneumàtica

UNITAT

ICE – UPC ANTONI HIDALGO ORTEGA

CQM1

L N

L N

ALIMENTACIÓ

6

13

COM

15

11

9

7

COM

14

12

10

8

3

7

11

15

CPU 24V DC

3

5

1

12

8

1413

109

0

4

1

5

2

6

4

2

0

IN

RS-232

CPU

FA

COM

15

COM

13

11

10

12

14

9

7

8

6

98

1

3

5

4

2

10 11 12

0

1413 15

OC222 (16) RELÈ10 2 3 4

OUT5 6 7

a0 a1 M

(-)

(-)

(+)

(-) (+)

MT

b0 b1 c1c0

Y2Y1 Y3 Y4 Y5 Y6 KM1

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

A2

3M

U V

2 4

KM1A1

2 4

1 3

I> I>

RT1

L3L2L1

31

W

6

5

6

I>

5N

ELECTROPNEUMÀTICA (APLICACIONS PRÀCTIQUES)

UN

ITA

T 2:

In

trod

ucci

ó a

la p

neum

àtic

a

UNITAT 2 (INTRODUCCIÓ A LA PNEUMÀTICA) ICE - UPC

ELECTROPNEUMÀTICA – APLICACIONS PRÀCTIQUES 2

ÍNDEX:

UNITAT 2: INTRODUCCIÓ A LA PNEUMÀTICA. INTRODUCCIÓ. 2.1. AVANTATGES I INCONVENIENTS.

AVANTATGES. INCONVENIENTS.

2.2. TRACTAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT. 2.3. CÀLCUL APLICAT A ACTUADORS PNEUMÀTICS. 2.4. SIMBOLOGIA.

2.5. APLICACIONS PNEUMÀTIQUES



UNITAT 2: SIMBOLOGIA I CONCEPTES BÀSICS. INTRODUCCIÓ:

L’energia pneumàtica és la que utilitza totes les propietats que sorgeixen de la utilització de l’aire comprimit. La pneumàtica és la part de la tecnologia que estudia les màquines i els aparells que funcionen amb aire comprimit. El primer pas és l’obtenció de l’aire comprimit per aplicar-lo a màquines, aparells i automatitzacions de diferents processos industrials. Les característiques principals que té l’aire comprimit les podríem resumir en tres propietats fonamentals de les quals se’n pot treure el màxim profit: • Fluïdesa: L’aire ofereix molt poca resistència al desplaçament. • Compressibilitat: L’aire es pot comprimir en un recipient o instal·lació augmentant la

pressió. • Elasticitat: La pressió exercida en l’aire comprimit es transmet amb igual intensitat en

totes les direccions, ocupant tot el volum que l’envolta. La pneumàtica és una tècnica molt estesa en el món industrial per la facilitat d’aconseguir moviments lineals amb la utilització d’elements relativament simples i de baix manteniment, com són els actuadors o cilindres pneumàtics. En els últims anys s’ha estès molt dins les aplicacions automatitzades industrials i, sobretot, utilitzant el control elèctric sobre els elements pneumàtics, és a dir, el comandament elèctric mitjançant electrovàlvules sobre cilindres pneumàtics. La pneumàtica la podríem separar en tres grans blocs: • Pneumàtica bàsica: Estudi dels components pneumàtics i dels circuits bàsics per a

comandar, regular la velocitat o controlar la posició d’un sol actuador. • Seqüències : Quan és necessari la utilització de la tècnica pneumàtica per a realitzar

moviments repetitius i encadenats de diversos actuadors d’una forma automàtica. • Electropneumàtica : Quan volem controlar cilindres pneumàtics, però el comandament i

control es realitza elèctricament. Quan s’arriba a un grau de complexitat avançat, per regla general, a no ser que la seguretat de la instal·lació requereixi la utilització de tècniques totalment pneumàtiques, s’utilitza el control elèctric i en un grau més avançat controlat per un PLC. Amb els avantatges de poder utilitzar elements de captació de dades més precises; utilització de la sensòrica.

Actualment, quan es parla de pneumàtica, podem pensar que, en realitat, s’ha de parlar d’electropneumàtica, ja que les aplicacions més esteses que utilitzen actuadors pneumàtics, estan controlades elèctricament per electrovàlvules i, en un tant per cent molt elevat, disposen d’un PLC per a realitzar totes les funcions d’automatització: temporitzacions, comptatge de cicles (producció), condicionaments de funcionament, repeticions, activacions seqüencials, activacions simultànies, canvis de seqüència de funcionament, comandaments complexos, etc. Tampoc s’ha de menysprear la pneumàtica clàssica com a tècnica d’automatització, ja que un bon tècnic ha de conèixer els fonaments, per tal que donin una visió més àmplia del tema i, sobretot, perquè ajuda en gran manera a entendre els circuits. Pensem que tot circuit pneumàtic és equivalent a un d’elèctric.



2.1. AVANTATGES i INCONVENIENTS:

Es poden exposar una sèrie d’avantatges i d’ inconvenients, quan parlem de tècniques d’automatització pneumàtiques. AVANTATGES:

• L’aire es pot trobar fàcilment i en abundància. • L’aire és un element ideal en condicions desfavorables i no és corrosiu, ni conductor, ni

deflagrant per si sol. • Es pot utilitzar en quasi tots els camps de la indústria. • És net en cas de fuga. Ideal per a indústries alimentàries i farmacèutiques. • És icnífug i, per tant, és ideal per a indústries manipuladores de productes perillosos

amb riscos de deflagració o incendi. • És relativament fàcil d’emmagatzemar a pressions superiors a l’atmosfèrica (en

acumuladors o dipòsits). • És fàcil de transportar, mitjançant canonades. • No requereix de mecanismes gaire complicats o sofisticats per al seu control. • Les sobrecàrregues no perjudiquen els elements, quan hi ha una pressió baixa. • Es poden aconseguir variacions de velocitat dels actuadors d’una forma relativament

fàcil. • Es poden aconseguir velocitats elevades en els actuadors i en els motors (1m/s i

500.000 rpm).

INCONVENIENTS:

• L’aire comprimit s’ha de preparar abans d’utilitzar-lo. És necessari eliminar les impureses sòlides i la humitat amb filtres.

• El comandament pneumàtic és lent (per aire). • No és una tècnica de precisió. No és aconsellable, quan és necessari obtenir precisió

per sota d’1 segon p.ex. • Limitació de la pressió en les instal·lacions de 6 a 7 bar. • Limitació de les forces d’utilització de 2.000 a 3.000 Kg. Força. • Dificultat d’aconseguir velocitats uniformes i constants en els cilindres, si les condicions

ambientals varien. • Dificultat d’aconseguir posicions intermèdies molt precises en cilindres, atès que l’aire

és relativament compressible. • L’aire dels escapaments provoca sorolls en les instal·lacions. S’han de silenciar,

esmorteir, canalitzar o agrupar les vàlvules dins d’armaris insonoritzats. • Provoca un consum continu per efecte dels escapaments en el funcionament normal. • L’aire comprimit és una font d’energia cara comparada amb l’ energia elèctrica.



2.2. TRACTAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT

Abans de ser utilitzat en un circuit pneumàtic, l’aire atmosfèric ha de ser sotmès a una sèrie de tractaments, entre els quals hi ha el filtratge previ, la compressió, la refrigeració, l’emmagatzematge i el manteniment. ● L’aire atmosfèric conté gran quantitat d’impureses en forma de partícules de pols, residus d’olis i humitat, que poden ser causa d’avaries en les instal·lacions pneumàtiques en cas de no eliminar-les; per això, cal fer un filtratge previ. ● Els compressors s’encarreguen d’efectuar la compressió de l’aire fins assolir una pressió adequada per a la seva utilització. En la indústria s’utilitzen pressions de fins a 12 bar. Els compressors són màquines destinades a produir aire comprimit, i s’accionen mitjançant motors elèctrics o tèrmics. Per escollir el tipus de compressor, s’han de tenir en compte dos aspectes fonamentals: el cabal de fluid necessari i la pressió de treball. El compressors es classifiquen en : TIPUS DE COMPRESSORS Volumètrics

Turbocompressors

Alternatius

Rotatius

De pistó de dos temps De pistons alternatius

De paletes

D’engranatges

Radials Axials

● Un cop comprimit, l’aire té una temperatura elevada (de 120 ºC a 150 ºC), motiu pel qual cal sotmetre’l a un procés de refrigeració i d’eliminació del percentatge d’aigua tant elevat com sigui possible, ja que es tracta d’aire humit.

● L’aire sec i refrigerat s’emmagatzema en dipòsits generals o en acumuladors. ● Finalment, aquest aire és sotmès a un tractament final en l’anomenada unitat de manteniment FRL, que és composta per un filtre, un regulador de la pressió proveït de manòmetre i també d’un lubricador



2.3. CÀLCUL APLICAT A ACTUADORS PNEUMÀTICS

Una vegada fixada la pressió de treball, la força desenvolupada depèn de la superfície útil de l’actuador pneumàtic o cilindre. Aquesta superfície serà diferent segons es tracti d’un cilindre de simple efecte o d’un cilindre de doble efecte .

● Cilindre de simple efecte

En aquest cilindre la pressió de l’aire s’exerceix sobre tota la superfície de l’èmbol o pistó. En calcular la força s’ha de tenir en compte l’empenyiment de la molla, que a efectes pràctics és la dècima part de la força de

l’aire, (E = 0,1 F) Quant a les fórmules pel seu càlcul són : Superfície de l’èmbol :

=

=

2

2. DS π

4.

2Dπ

Volum d’aire: Força exercida per l’aire: Consum d’aire :

eDeSV .4..

2π==

EDpF −=4..

2π

VnQmaniobra .=

S = Superfície de l’èmbol D = Diàmetre de l’èmbol e = cursa de l’èmbol F = Força exercida per l’aire E = Força d’empenyiment de la molla Q = Consum d’aire durant una maniobra N = nombre de cicles per minut d = Diàmetre de la tija



● Cilindre de doble efecte En la cursa d’avançament la pressió s’exerceix sobre tota la superfície de l’èmbol, mentre que en la cursa de retrocés només actua sobre tota la superfície útil, la de l’èmbol menys la de la tija. Quant a les fórmules pel seu càlcul són : Superfície d’avançament

4. 2DS π

=

Superfície de retrocés Volum d’aire

( )

4.2. 22 dDVVV retrocèsavançament

−=+=π

.e

Força d’avançament Força de retrocés Les lletres es corresponen pels mateixos apartats que pels càlculs del cilindre de simple efecte.

4..

2DpFaπ

=

( )4

..22 dDpFr

−=

π

( )4

. 22 dDS −=π



2.4 SIMBOLOGIA:

ACOBLAMENT RÀPID AMB VÀLVULA DE RETENCIÓ.

MANÒMETRE

PRESA D'AIRE O PRESSIÓ

ESCAPAMENT

LUBRIFICADOR

FILTRE AMB PURGADOR

VÀLVULA LIMITADORA DE PRESSIÓ

VÀLVULA REGULADORA

UNITAT DE MANTENIMENT

FILTRE

ACOBLAMENT RÀPID SENSE VÀLVULA DE RETENCIÓ.

LÍNIA DE TREBALL

LÍNIA DE COMANDAMENT O PILOTATGE

CONNEXIÓ

LÍNIA FLEXIBLE

PURGA D'AIRE

DE PRESSIÓ AMB MANÒMETRE



MOTOR PNEUMÀTIC NO REVERSIBLE

COMPRESSOR

CILINDRE TELESCÒPIC

MOTOR PNEUMÀTIC REVERSIBLE

CILINDRE DE GIR

CILINDRE DOBLE EFECTEAMB ESMORTEIMENT

CILINDRE MULTIPOSICIONAL

CILINDRE TÈNDEM

CILINDRE DE DOBLE VÀSTEG

CILINDRE DOBLE EFECTE

CILINDRE SIMPLE EFECTE

CILINDRE PLA O ANTIGIR

ACTUADORS:



VÀLVULA 5/3 CENT. TANC.

VÀLVULA 4/3 APLIC. ESC. (J)

VÀLVULA 4/3 CENT. TANC. (E)

VÀLVULA 5/2

VÀLVULA 4/2

VÀLVULA 3/2 N.O.

VÀLVULA 3/2 N.T.

VÀLVULA 2/2 N.O.

VÀLVULA 2/2 N.T.

VÀLVULES DISTRIBUÏDORES:

PER DEPRESSIÓ

SERVO-PILOTATGE

ELECTROIMANT

AMB ENCLAVAMENT

EMISSOR D'IMPULSOS

MUSCULAR O MANUAL

PALANCA MANUAL

PER POLSADOR

PER RODET ABATIBLE

PER RODET (F.C.)

PER BOBINA

AMB MOLLA

PER PRESSIÓ

PER LLEVA

PEDAL

ACCIONAMENTS:



1 3

X

DETECTOR REFLEX

DETECTOR DE BARRERA INTEGRAT (FORQUETA

RECEPTOR DETECTOR PNEUMÀTIC DE BARRERA

EMISSOR DETECTOR PNEUMÀTIC DE BARRERA

AMPLIFICADOR PNEUMÀTIC

TEMPORITZADOR

VÀLVULA DE SEQÜÈNCIA

1 3

3

2

12

1

1

X

1

X

2

3X(2)

1

1

CAPTADOR DE FUGA

TOVERA D'ASPIRACIÓ I VENTOSA.

VÀLVULES AUXILIARS DE BLOQUEIG I DE FLUX:

VÀLVULA D'ESCAPAMENT RÀPID

VÀLVULA D'ESCANYAMENT AMB ANTI-RETORN

VÀLVULA D'ESCANYAMENT

VÀLVULA ANTI-RETORN AMB MOLLA

VÀLVULA ANTI-RETORN SENSE MOLLA

VÀLVULA DE SIMULTANEÏTAT (AND)

VÀLVULA SELECTORA DE CIRCUIT (OR)

2

1 3



MARXA

SIMBOLOGIA COMANDAMENT

PARADA

MARXA / PARADA

MARXA AUTOMÀTICA

POLSADOR (MARXA POLSATÒRIA)

PARADA D'EMERGÈNCIA (VERMELL)

CICLE CONTINU O MOVIMENT CONTINU.

CICLE ÚNIC O UNA REVOLUCIÓ.

REVOLUCIONS MINUT (rpm).min.

SISTEMA PNEUMÀTIC.

SIMBOLOGIA TIPUS DE TECNOLOGIA:

SISTEMA HIDRÀULIC.

SISTEMA MECÀNIC.

SISTEMA ELÈCTRIC.



2.5. APLICACIONS PNEUMÀTIQUES: A les diferents accions que es poden realitzar utilitzant la tècnica pneumàtica també rep el nom de manipulació. Són les accions que en última instància s’han de realitzar mitjançant els actuadors pneumàtics i de les quals s’obtenen les aplicacions industrials. És molt difícil suplir la mà de l’home com a element de treball, ja que aquesta, pràcticament, pot realitzar la majoria de funcions com: distribuir, ordenar, alimentar, posicionar, subjectar, treure, posar, traslladar, etc. Un procés de treball automàtic ha de portar, generalment, més d’un element mecànic de manipulació, tants com operacions individuals s’hagin de realitzar. Tanmateix, també s’hauran d’incorporar els elements de comandament necessaris, els detectors de posició i els diferents elements de control i de regulació de cabal. Un actuador pneumàtic es pot transformar en un muscle mecànic. Amb tres cilindres de dimensions adequades es pot arribar teòricament fins qualsevol lloc dins un espai limitat. Afegint-hi un accionament giratori podem augmentar les possibilitats de moviment i acostar-nos a la idea que tenim del braç humà, i si incorporem en l’extrem una mordassa pneumàtica podem dir que estem simulant el moviment de la mà de l’home. No es tracta de comparar la mà mecànica amb les possibilitats immenses que té la mà de l’home. Aquesta tècnica, utilitzant actuadors pneumàtics, s’anomena manipulació, que és la tècnica que estudia els moviments controlats d’una forma limitada, arribant a poder-se controlar els següents paràmetres:

• Posició inicial. • Posició final. • Posicions intermèdies no molt precises. • Velocitat. • Força d’aplicació.

En tot cas, per a controlar d’una forma precissa tots aquests paràmetres s’ha d’utilitzar la tècnica proporcional o també anomenada pneumàtica intel·ligent, que tracta dels sistemes servocontrolats electrònicament mitjançant vàlvules proporcionals i sensors analògics de les diferents magnituds a controlar. La tècnica de manipulació culmina quan s’arriba a l’estudi de la robòtica, que segons la Federació Internacional de Robòtica (IFR) defineix el robot com: “Màquina de manipulació automàtica reprogramable i multifuncional amb tres o més eixos que poden posicionar i orientar matèries, peces, eines o dispositius especials per a l’execució de treballs diversos en les diferents etapes de la producció industrial, ja sigui en una posició fixa o en moviment”. En aquest curs no pretenem ni de bon tros acostar-nos a les tècniques o tecnologies que desenvolupa la robòtica, però sí que en algun moment ens hi podem acostar realitzant algun símil sobre les accions de manipulació. Algunes de les accions o funcions mecàniques que es poden realitzar utilitzant mitjans estrictament pneumàtics poden ser:

SÍMBOL

DESCARREGAR

FUNCIÓ EXEMPLE

MULTIVIBRADOR

ACTUADOR

EMMAGATZEMAR CILINDRES DE SIMPLEI DOBLE EFECTE



ALIMENTARI DOBLE EFECTECILINDRES DE SIMPLE

COMPROVARVÀLVULA FI DE CURSA

DETECTOR PROXIMITAT

POSICIÓ

GIR CILINDRES DE GIR

DESPLAÇAR

SUBJECTAR I DOBLE EFECTECILINDRES DE SIMPLE

EXEMPLESÍMBOLFUNCIÓ ACTUADOR

PLAT CIRCULARCIRCULARAVANÇ

AVANÇLINEAL

ALIMENTADOR

AVANÇALTERNATIU

HIDRÀULICPNEUMÀTIC

EXPULSIÓ EXPULSORCILINDRES DE SIMPLEI DOBLE EFECTE

introducció a la pneumàtica

Documents