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TECSUP – PFR Neumática

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Unidad I

SSIISSTTEEMMAASS NNEEUUMMÁÁTTIICCOOSS 1. NEUMÁTICA Y OTRAS ENERGÍAS

1.1. AIRE ATMOSFÉRICO

Contenido: Nitrógeno N2 79% Oxigeno O2 21% Otros H2, CO2 y H2O

PRESIÓN ATMOSFÉRICA A NIVEL DEL MAR

• A 0ªC esta a 1013 mbar. • Variaciones entre 960 a 1040 mbar. Son registrados por barómetros.

1.2. NEUMÁTICA

a) De BAJA PRESIÓN la que se usa en fluídica, es decir, sin elementos de trabajo (llamados también NEUMATICA LOGICA) • Presión utilizado: hasta 1.5 bar. • Aplicación mandos.

b) NEUMÁTICA A PRESIÓN NORMAL O NEUMÁTICA CONVENCIONAL

• Campo de presión: 6 hasta 8 bar. • Aplicación: Elementos de trabajo y mandos.

c) NEUMÁTICA DE ALTA PRESIÓN

• Hasta 30 bar. • Aplicación: casos especiales, cuando existen riesgos en usar

elementos de trabajo de tipo eléctrico.

1.3. MEDIOS DE TRABAJO Y CRITERIOS DE SELECCIÓN

Se puede utilizar la: • MECÁNICA • ELECTRICIDAD • NEUMÁTICA • HIDRÁULICA

Neumática TECSUP – PFR

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Para la selección de estas tecnologías se pueden seguir los siguientes criterios: • Fuerza lineal • Fuerza rotativa • Carrera • Velocidad • Tamaño • Duración • Manejo (peligros) • Seguridad • Ruido • Sensibilidad • Costos • Medio ambiente

1.4. MEDIOS DE MANDO Y CRITERIOS DE SELECCIÓN

• MECÁNICA • ELECTRICIDAD • HIDRÁULICA • NEUMÁTICA: -A baja presión; - A presión normal • ELECTRÓNICA

CRITERIO DE SELECCIÓN

• Fiabilidad • Velocidad de la señal • Tamaño • Sensibilidad (influencia ambiental) • Duración • Manejo • Reparación • Costo

VENTAJAS DEL MANDO NEUMÁTICO FRENTE AL HIDRÁULICO

• Velocidad grande (3 m/s) frente al hidráulico (1 m/s) • Menos pesados (en muchos casos) • Manejo y reparación.

1.5. PROPIEDAD DEL AIRE COMPRIMIDO COMO MEDIO DE TRABAJO

VENTAJAS: • Hay en grandes cantidades • Puede conducirse a grandes distancias sin retorno


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• Se puede acumular • Es insensible a cambios de temperatura • No hay peligro de incendio • Es limpio • Fluye a mayor velocidad que los líquidos • Es controlable: presión, velocidad y caudal • Los elementos de trabajo son simples y baratos • Movimientos rectilíneos son simples de realizar y económicos • Movimientos rotativos san fáciles de realizar (hasta 500,000 RPM). • Alta velocidad de movimientos.

DESVENTAJAS: • El aire atmosférico contiene impurezas y humedad, debe ser preparado

(filtrado y secado). • El compresible (no permite movimientos uniformes) Stick-Slip • El aire de escape es ruidoso y desagradable • Sólo es económico hasta 6-8 bares • El rendimiento es bajo • El aire comprimido es una energía cara

2. PRODUCCIÓN DE AIRE COMPRIMIDO

• El aire es compresible • Producción mediante compresores

TIPOS DE COMPRESORES • De émbolo (da mayor presión)

• de una etapa (hasta 8 bares) • de varias etapas

• De membrana o diafragma • De paletas (multicelular) • Root (lóbulo) • De tornillo • Turbocompresor (axial y radial)

Figura 1.1


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2.1. PREPARACIÓN DE AIRE COMPRIMIDO Como el aire contiene agua (humedad), polvo, óxidos de metales, aceite, debe secársele utilizando el SECADOR DE AIRE.

• Adsorción (adhesión) • Absorción • Enfriamiento

Figura 1.2

FILTRO DE AIRE, retiene impurezas y filtra la humedad. Filtro Filtro con purga manual de condensados

Figura 1.3 Figura 1.4

LUBRICADOR, se basa en el principio Venturi; el aceite es aspirado proporcionalmente al flujo de aire. Use aceites especiales. Ejm: Shell Tellus 15.

Figura 1.5

La unidad de mantenimiento está compuesta para un filtro, reductor o regulador de presión y un lubricador (FRL).


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Figura 1.6

2.2. DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO

DEPÓSITOS, ACUMULADORES

• Ejecución vertical • Ejecución horizontal • Miniacumulador que se suspende en la tubería

El volumen del acumulador en m3 debe corresponder al consumo o flujo suministrado por minuto. Por ejm.: Para el flujo de 300 l/min., la capacidad del acumulador debe ser de 300 litros aproximadamente.

Figura 1.7

Es más económico instalar un depósito más bien grande que uno demasiado pequeño. Hay que respetar las reglas y recomendaciones de mantenimiento que da el fabricante.

2.3. TUBERÍAS

Es la red de aire comprimido. La selección de la tubería depende de:


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• La velocidad de circulación admisible (hasta 10m/s) • La pérdida de presión admisible (0,1 …. 0,3 bar) • La presión de trabajo (6 bar), todos los elementos de trabajo están

diseñados para 6 bar. • Número de puntos de estrangulación • La longitud de tuberías.

Figura 1.8

2.4. RACORES O CONECTORES

1. Con roscas (entre tubos) 2. Con casquillo (para plásticos o acero) 3. Con anillo trapecial 4. Con tuerca y nervadura 5. Con junta cónica 6. Para tubería plástica, con rosca interior y exterior 7. Conectores rápidos

Figura 1.9

Figura 1.10 Figura 1.11


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2.5. ELEMENTOS DE TRABAJO: CILINDROS

GENERALIDADES

Los equipos de mando neumático se componen de: 1. Elemento de trabajo (órgano de accionamiento) 2. Elemento de maniobra (órgano de potencia) 3. Elementos de tratamiento (de mando) 4. Elementos de emisión de señales (de introducción)

En la parte ejecutiva de trabajo se transforma la energía neumática por medio de cilindros y motores (actuadores) a trabajo mecánico.

2.6. EL CILINDRO DE SIMPLE EFECTO Símbolo:

Figura 1.12

Tipos: 1. De diafragma 2. De fuelle (permite mayor carrera que el 1) 3. De émbolo

El resorte interno limita la carrera de este cilindro hasta 100 mm. Cilindro neumático de simple efecto, retroceso por efecto de fuerza exterior:

Figura 1.13

FUNCIONAMIENTO La presión se aplica sólo a un lado, Un solo sentido de trabajo y retorno por resorte por fuerza exterior.


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APLICACIÓN • Sujetar • Expulsar • Remachar • Comprimir • Sellar.

FUERZA DEL ÉMBOLO

Teóricamente: Ft = P.A

Donde: F: fuerza teórica P: presión aplicada al cilindro A: área del émbolo En la práctica, la fuerza útil es:

Fu = P.A - Ff - Fr

Donde: Ff: fuerza de fricción Fr: fuerza de resorte Fu: fuerza útil

2.7. EL CILINDRO DE DOBLE EFECTO

Símbolo: de un solo vástago

Figura 1.14

La fuerza desarrollada por el vástago es mayor al salir que al regresar debido a que el área de retorno es menor (falta el área del vástago).

Carrera: hasta 2000mm.

Símbolo: de doble vástago

Figura 1.15


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La flexión es menor y la fuerza desarrollada por el vástago es la misma en ambos sentidos Símbolo: Cilindro con amortiguación regulable

Figura 1.16

FUNCIONAMIENTO DEL CILINDRO DE DOBLE EFECTO

• La presión se aplica a los dos lados del émbolo. • Permite producir trabajo en los dos sentidos del movimiento. • Existe peligro de pandeo.

APLICACIÓN

• Múltiple y de tipo universal. Ejm. Abrir y cerrar puertas.

FUERZA DEL ÉMBOLO DE UN SÓLO VÁSTAGO

Fuerza de extensión, teóricamente:

Fuerza de retracción, teóricamente:

En la práctica estas fuerzas son afectadas por la fricción. Fe = p.A1 - Ff y Fr = p.A2 - Ff

Fr = p (D2 - d2) π 4

Fe. = P. A 1 ; A1 = D2.π 4


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CON DOS VÁSTAGOS

Las fuerzas y velocidades son iguales

2.8. CONSUMO DE AIRE

En un cilindro

Figura 1.17

Si la temperatura es constante, la ley de Boyle - Mariotte dice: P1 V1 = P2 V2 El consumo de aire depende del volumen del cilindro Vc, del número de movimientos por unidad de tiempo y de la presión de trabajo.

Qs = Vc. n Pman + Patm Patm Qd = Vc.2n Pman + Patm Patm

En donde: Qs = Caudal o consumo del cilindro de simple efecto de aire de alimentación. Qd = Caudal o consumo de cilindro de doble efecto de aire de alimentación. Vc = Volumen del cilindro Vc = A.S S: carrera del émbolo A: Area del émbolo n = número de desplazamientos por minuto Pman = presión manométrica de trabajo (en bar) Patm = Presión atmosférica

Fr = p (D2 - d2) π 4


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2.9. ELEMENTOS DE MANDO

GENERALIDADES Las válvulas son dispositivos para controlar, dirigir, graduar el flujo, marcha-parada, presión, tiempo, dirección, posición. Se tiene las siguientes válvulas: • Válvulas distribuidoras • Válvulas de flujo o de caudal • Válvulas de presión • Válvulas de bloqueo.

2.10. VÁLVULA DE DISTRIBUCIÓN

Se emplean en la neumática como elementos emisores de señal, de mano y de maniobra. Las válvulas abren o cierran, o cambia la dirección y sentido del flujo.

2.11. SIMBOLOGÍA Toda válvula está representada por un cuadrado. El número de cuadrados indica el número de posiciones. Ejm.:

Figura 1.18

2 Posiciones 3 posiciones; posición o es de reposo 3 vías / 2 Posiciones 4 vías / 2 Posiciones con pase: P-B; A-R 5 vías / 2 Posiciones con pase: P-B; A-R; S


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DENOMINACIÓN DE LAS CONEXIONES

P (1) alimentación de aire comp. A,B,C (2,4) conexiones de trabajo R,S,T (3,5) conexiones de purga o escape Z,Y,X (12,14) conexiones de control y de accionamiento.

POSICIÓN DE REPOSO

La válvula no accionada llega a la posición de reposo por la fuerza de un resorte.

POSICIÓN DE PARTIDA

Posición de la válvula al inicial un ciclo de trabajo.

Figura 1.19

Figura 1.20

2.12. ACCIONAMIENTO DE VÁLVULAS

Puede ser: • Muscular • Mecánico


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• Combinado • Eléctrico • Neumático

Muscular:

Figura 1.21

Mecánico:

Figura 1.22

Neumático: (accionadas indirectamente, pilotadas)

Figura 1.23

Eléctrico:

Figura 1.24


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Combinado:

Figura 1.25

2.13. ELABORACIÓN DE ESQUEMAS DE MANDO

EL ESQUEMA DE CONEXIONES EN GENERAL

Es la disposición gráfica de los diferentes elementos correspondientes a la cadena demando.

REGLAS 1. Repartición del esquema en cadena de mando sin considerar su

disposición física. 2. La alimentación de energía debe ser desde abajo hacia arriba,

siguiendo el flujo de la señal. 3. En lo posible representar los elementos en posición horizontal

(cilindros con vástago a la derecha). 4. Trazar las líneas de conexión (tuberías) en forma recta, evitando

cruces. 5. Representar los elementos en la posición inicial de mando. 6. Usar la misma simbología e identificación de componentes en el

esquema y en los dispositivos

a) Numeración continua b) Numeración por grupo

ESQUEMAS O CIRCUITOS BÁSICOS

MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

Figura 1.26


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MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO

Figura 1.27

Nota: El mando directo sólo se utiliza para elementos de trabajo de pequeño volumen.

MANDO INDIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

Figura 1.28

MANDO INDIRECTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO El mando indirecto se utiliza para elementos de trabajo grandes, o cuando están ubicados a distancia. (Válvulas 1S Y 2S son pequeñas).

Figura 1.29


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RETROCESO AUTOMÀTICO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO MEDIANTE UNA SEÑAL DE FIN DE CARRERA La salida del vástago se produce por el pulsador 1S (arranque) el retorno se realiza mediante la válvula 2S accionada por rodillo al final de carrera.

Figura 1.30

MOVIMIENTO DE VAIVEN CONTINUO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO CON PARADA EN UNA POSICIÓN FIJA

Después de accionar la válvula 3S. el cilindro realiza un movimiento de vaivén hasta que ésta se cierra, el cilindro finalizará su ciclo y se detendrá.

Figura 1.31


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VÁLVULAS DE CAUDAl Y DE BLOQUEO VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO Restringe el área de paso del aire

Bidireccional fija, y variable:

Figura 1.32

Ajustable por acción mecánica:

Figura 1.33

Ejemplo de aplicación:

Figura 1.34


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VÁLVULA DE BLOQUEO O ANTIRRETORNO

• VÁLVULA ANTIRRETORNO

Figura 1.35

APLICACIONES:

• Seguridad, en dispositivos de sujeción • Evitar el vaciado de las redes de distribución • Seleccionar y evitar la influencia de menor presión.

Ejemplo de aplicación

Figura 1.36

VÁLVULA DE ESTRANGULAMIENTO Y DE ANTIRRETORNO

Es la combinación de una válvula de estrangulamiento y otra de bloqueo en una sola unidad. Esto permite controlar el flujo de aire en un sentido y en el otro hay flujo libre.

Figura 1.37


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APLICACIONES • Control de velocidad en un sentido o dos sentidos, utilizando una o dos

válvulas respectivamente. • Para un inicio rápido de avance se estrangula la salida del aire. • Para mayor fuerza resultante se estrangula la alimentación (entrada). • En un cilindro de simple efecto se puede controlar la velocidad de

salida y entrada del vástago colocando dos válvulas en línea.

Figura 1.38

VÁLVULA SELECTORA

Son válvulas de bloqueo con dos entradas y una salida.

Figura 1.39

Esta válvula dará pase hacia A de una señal en P1 o en P2. Si se tiene a la vez dos presiones diferentes en P1 y P2, pasará la mayor. Ejemplo de aplicación

Figura 1.40


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APLICACIONES:

• Mando de un elemento de trabajo desde dos puntos. • En lógica, neumática cumple la función 0 (OR)

VÁLVULA DE SIMULTANEIDAD

Habrá presión de salida en A, solo si se tiene señal en P1 y en P2 a la vez.

Figura 1.41

APLICACIÓN

• Mando de seguridad de dos mandos • Enclavamiento para mando automático • En lógica neumática cumple la función Y (AND) •

Ejemplo de aplicación

Figura 1.42 Puede recurrirse al siguiente circuito para la misma finalidad.


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Figura 1.42 Pero en este caso la señal tarda más tiempo para ejecutar la acción.

VÁLVULA DE ESCAPE RAPIDO

Es una válvula de bloque con posibilidad de cerrar la entrada P o la purga R y con conexión A. Debe conectarse cerca al elemento de trabajo.

Figura 1.43

APLICACIÓN

• Purga rápida de cilindros grandes. • Alta velocidad de retroceso.

VÁLVULA TEMPORIZADORA

Combinación de válvula distribuidora 3/2, válvula de estrangulamiento con antirretorno y un acumulador de aire comprimido.

Figura 1.44


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APLICACIÓN:

• Para obtener un intervalo de tiempo entre la entrada de la señal de mando y su salida. Este tiempo es ajustable. Por ejemplo entre 1 y 30 seg.

VALVULAS DE PRESIÓN

VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN

(Válvula de seguridad) Protege de sobre presión en un sistema neumático.

Figura 1.45 Es un componente de todo equipo productor de aire comprimido.

VÁLVULA DE SECUENCIA

Es una válvula similar a la válvula limitadora de presión; se diferencia únicamente en su aplicación.

Figura 1.46

APLICACIONES:

• Para consumidores de preferencia. • Donde debe garantizarse una presión mínima • Para obtener una secuencia.


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VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN

Regula la presión de trabajo VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN SIN ESCAPE

No puede reducir la presión cuando A es excesiva:

Figura 1.47

VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN CON ESCAPE

Cuando en A la presión es excesiva ésta es purgada por 3.

Figura 1.48

APLICACIÓN:

En toda unidad de mantenimiento (Grupo FRL) para regular la presión secundaria o de trabajo.


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ANOTACIONES ................................................................................................................................

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