tema 5: circuitos neumÁticos e...

TECNOLOGA INDUSTRIAL 1. Departamento de Tecnologa. IES Nuestra Seora de la Almudena M Jess Saiz

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TEMA 5: CIRCUITOS NEUMTICOS E HIDRALICOS

Neumtica es la tecnologa que utiliza la energa del aire comprimido para realizar un trabajo. Se utiliza para automatizar procesos productivos.

Hoy en da son muchos los sistemas tcnicos que basan su funcionamiento en este tipo de energa. Por ejemplo, las puertas de algunos autobuses y trenes se accionan con aire comprimido; en la industria son muy tiles los sistemas neumticos porque proporcionan movimiento lineal y desarrollan grandes fuerzas, utilizndose para empujar y levantar cargas pesadas, en cadenas de montaje automatizadas, etc.

El aire tiene las caractersticas de ser comprimible, capaz de absorber elevados niveles de energa potencial. Esta energa potencial se transforma en trabajo. El aire comprimido que se utiliza en la industria procede del exterior. En las redes industriales se comprime hasta una presin de 6 7 bares.

La unidad de presin en el SI es el pascal (Pa). Y otra unidad muy utilizada en la industria es el bar

1 atm 1 bar = 105 Pa

1.- Magnitudes bsicas:

Fuerza: la fuerza que ejerce el aire en un actuador neumtico depende de la presin y de la superficie sobre la que incide el aire

F = p . s (N)

Caudal: es la cantidad de aire que suministra el compresor

Q = V / t (m3 / s)

2.- Elementos bsicos de un circuito neumtico:

En los sistemas neumticos, el aire comprimido se produce en un elemento llamado compresor, que es una bomba de aire comprimido accionada normalmente por un motor elctrico. Este aire se almacena en un depsito denominado depsito o receptor. Desde ste, el aire es conducido a travs de vlvulas a los cilindros, que son los componentes encargados de realizar el trabajo.


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Cuando el aire comprimido fluye en el interior de un cilindro, aumenta la presin y obliga a desplazarse a un mbolo situado en su interior, proporcionando un movimiento lineal y realizando un trabajo.

Las vlvulas tienen como misin controlar el flujo de aire comprimido que entra y sale de los cilindros. Las vlvulas son los elementos de control del circuito.

Hablamos de electroneumtica cuando el accionamiento de las vlvulas neumticas es elctrico.

2.1.- Produccin y tratamiento del aire comprimido:

El aire comprimido es aire tomado de la atmsfera y confinado a presin en un espacio reducido en el compresor.

El aire necesita un proceso de secado y limpiado antes de llegar al circuito. Esto se consigue montando una serie de componentes. Estos componentes se dibujan con sus correspondientes smbolos neumticos.

Compresor: eleva la presin del aire a la presin de trabajo deseada. Los compresores pueden ser volumtricos o dinmicos.

- Volumtricos: el aire que entra se reduce de volumen. Ejs: compresores de mbolo o pistn.

- Dinmicos: el aire que entra aumenta de velocidad. Ejs: turbocompresores.

Refrigerador: enfra el aire que sale caliente del compresor. Se deja el aire a una temperatura de 25C

Secador-frigorfico: elimina la humedad que queda

Unidad de mantenimiento: lleva un grupo de tratamiento con: Filtro, Regulador de presin y Lubricador.

Filtro de aire comprimido: El filtro tiene la misin de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua acumulada por condensacin..

Reguladores de presin: El regulador tiene la misin de mantener la presin de trabajo lo ms constante posible,

Lubricador: aporta aceite a los elementos neumticos. El lubricante previene de un desgaste prematuro de las piezas, reduce el rozamiento y protege los elementos contra la corrosin.

2.2.- Redes de distribucin:

Son las tuberas empleadas para conectar los distintos elementos neumticos. Estas tuberas son de acero o latn, pudiendo estar soldadas o unidas mediante racores. Tambin pueden ser de polietileno o poliamida.

Vlvula reguladora de presin con manmetro

Filtro-secador

Lubricador

Toda la unidad de mantenimiento se puede representar de forma simplificada por el siguiente smbolo


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Las tuberas se colocan en pendiente descendente (del 1 al 2%) para eliminar la humedad (el agua cae y el aire, ms ligero, sube).

2.3.- Actuadores:

Son los elementos que transforman la energa del aire comprimido en movimiento:

Mediante cilindros: en movimiento lineal alternativo. Mediante motores neumticos: en movimiento de giro.

Mediante cilindros:

Son tubos cilndricos cerrados, dentro de ellos existe un mbolo que se desplaza fijo a un vstago que lo atraviesa. La carrera de los cilindros no est limitada, pero hay que tener en cuenta el pandeo y doblado que puede sufrir el vstago salido.

Cilindros de simple efecto: tienen una sola conexin de aire comprimido. Solo se aprovecha la fuerza a la salida del vstago. El vstago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.

Cilindros de doble efecto: llevan dos tomas de aire (una a cada lado del mbolo). Pueden realizar trabajo en ambos sentidos, porque se les aplica la presin en ambas caras del mbolo.

Mediante motores:

El aire a presin incide sobre una rueda con paletas, haciendo girar su eje. Son compactos y ligeros. Buena potencia en relacin a su tamao. Par y potencia regulables, variando la presin de trabajo. Mantenimiento mnimo.

2.4.- Regulacin y control:

La presin y el caudal del aire comprimido, as como la puesta en marcha, paro y direccin de los actuadores neumticos, est controlado mediante vlvulas.

Las vlvulas se pueden clasifican en categorias:

Muelle

Red cerrada Red abierta

Con amortiguacin Con amortiguacin regulable


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Vlvulas de vas o distribuidoras Vlvulas de bloqueo Vlvulas de caudal

Vlvulas de vas o distribuidoras:

Son los componentes que determinan el camino que ha de tomar la corriente de aire.

Todas las vlvulas se definen por dos caractersticas funcionales: nmero de posiciones y nmero de vas.

Nmero de posiciones: Las posiciones se marcan por medio de cuadrados

1 2 3

Lo normal son 2 posiciones (reposo y trabajo). Pero hay vlvulas con otra posicin neutra central.

Nmero de vas: representa el nmero de agujeros de la vlvula, tanto de entrada como de salida de aire.

La identificacin de la vlvula se define con dos cifras, la primera indica el nmero de vas y la segunda el nmero de posiciones.

2/1 3/2 4/2

Las lneas internas dibujadas representan:

Las lineas representan tuberias. Las flechas, el sentido de la circulacin.

Posicin de cierre

Las lneas externas representan:

Toma de presin

Aire evacuado a la atmsfera (escape directo)

Aire evacuado a un conducto (escape indirecto)

Las posiciones:

La posicin inicial es la que se obtiene al dar presin, y en caso dado, conexin a la tensin elctrica. Es la posicin a partir de la cual empieza el programa establecido.

La segunda posicin se obtiene desplazando lateralmente los cuadrados.

Conexiones de entrada y salida


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Vlvulas ms utilizadas:

Accionamientos de vlvulas:

- Manual

- Mecnico

- Elctrico - Neumtico

Gobierno de un cilindro de SE:

Para gobernar un cilindro de simple efecto lo mnimo es emplear una vlvula 3/2.

2/2 3/2 4/2 4/3 5/2

Pulsador Pulsador Palanca Pedal Enclavamiento

Leva Rodillo Retorno por muelle

Por presin Servopilotaje (presin indirecta)

Electrovlvula

Cuando accionamos el pulsador (la vlvula de vas se desplaza hacia la derecha), el aire entra desde el compresor al cilindro por la cmara izquierda, el cilindro se desplaza hacia la derecha y el vstago sale

Cuando soltamos el pulsador (la vlvula de vas vuelve a la posicin inicial) y el cilindro deja de recibir aire y retorna a su posicin inicial, recogindose el vstago


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Gobierno de un cilindro de DE:

Para gobernar un cilindro de doble efecto lo mnimo es emplear una vlvula 4/2.

Servopilotaje

Se utiliza en vlvulas distribuidoras de gran tamao, para evitar un esfuerzo grande en el accionamiento manual. El servopilotaje es un pilotaje neumtico indirecto. Consiste en actuar de forma manual sobre una pequea vlvula, que se comunica y deja pasar el aire a otra vlvula principal de pilotaje neumtico, que ser la que mueva al cilindro. Todo el conjunto va montado sobre la misma vlvula.

Vlvulas de bloqueo: Son los componentes que bloquean el paso del caudal de aire.

Vlvula antiretorno: permiten la circulacin de aire comprimido en un solo sentido. En el dibujo permiten el paso del aire izquierda a derecha.

Vlvula selectora o vlvula OR: permiten la salida de aire cuando al menos una de las dos entradas tiene presin. No hay circulacin de aire cuando en ninguna entrada hay presin.

Vlvula de simultaneidad o vlvula AND: permiten la salida de aire cuando las dos entradas disponen de presin. No hay circulacin si no hay presin en alguna entrada o en ambas.

Vlvula de escape rpido: ahorra largos tiempos de retorno. Permiten evacuar lo ms rpidamente posible el aire del cilindro a la atmsfera.

Vlvulas de caudal: Son los componentes que regulan la cantidad de caudal de aire.

Vlvula estranguladora unidireccional: regula el caudal de aire en una sola direccin (mediante la apertura y cierre de un tornillo des de el valor 0 hasta el mximo). En el otro sentido el aire circula libremente.

Cuando accionamos la palanca (la vlvula de vas se desplaza hacia la derecha), el aire entra desde el compresor al cilindro por la cmara izquierda, el cilindro se desplaza hacia la derecha y el vstago sale, perdiendo el aire de la cmara derecha

Cuando soltamos la palanca (la vlvula de vas vuelve a la posicin inicial) y el cilindro recibe aire por la cmara derecha, obligando al vstago a recogerse; el aire sale por la cmara izquierda

Vlvula servopilotada con accionamiento por pulsador y retroceso por muelle


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En el dibujo permiten el paso libre del aire de derecha a izquierda. Y lo estrangulan en sentido contrario.

Vlvula estranguladora bidireccional: regula el caudal de aire en ambos sentidos.

Temporizador: se utiliza para retardar la llegada de aire y el accionamiento del cilindro. Combinan una vlvula estranguladora unidireccional y un depsito de aire cuyo tiempo de llenado establece el retardo.

Ej:

3.- Clculos en cilindros:

Fuerza del vstago: F = p . S

Cilindro de simple efecto: F = p . S

Cilindro de doble efecto: F avance = p . Sa (Savance = Smbolo = re2)

Fretroceso = p . Sr (Sretroceso = Smbolo Svstago =

= re2- rv2)

Volumen de aire consumido: V = S . c (c = carrera= recorrido del vstago)

Cilindro de simple efecto: V = Se . c

Cilindro de doble efecto: Vavance = Sa . c = Se . c

Vretroceso = Sr . c = (Se Sv) . c

En el cilindro de DE el consumo de aire en un ciclo es la suma del volumen en el avance y del volumen en el retroceso

4.- Ejemplos:

1. El vstago de un cilindro de SE debe salir mandado desde cualquiera de dos pulsadores.

Hemos utilizado dos vlvulas 3/2 con pilotaje mediante pulsador y retroceso por muelle. Y una vlvula selectora.

Al soltar los pulsadores, el cilindro se recoge.

Sa

Sr

Sv

Se


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2. La velocidad de un cilindro de SE debe ser regulada al retroceso.

Hemos utilizado una vlvula 3/2 con pilotaje mediante pulsador y retroceso por muelle. Y una vlvula estranguladora unidireccional, que deja pasar el aire libremente al avance del cilindro y lo estrangula al retroceso.

Al soltar el pulsador, el cilindro se recoge lentamente.

5.- Oleohidralica

La hidrulica permite la creacin de fuerzas y movimientos mediante un fluido sometido a presin. El aceite o fluido hidrulico es el lquido transmisor de potencia, que se utiliza para transformar, controlar y transmitir esfuerzos. Ejemplos de utilizacin de la hidrulica son: transmisiones automticas de automviles, frenos; vehculos para levantar cargas; tractores; niveladoras; maquinaria industrial y aviones.

Lquidos utilizados: Suelen ser aceites minerales a los que se les aaden aditivos. Algunos ejemplos son:

Aceites derivados del petrleo Mezcla de agua y glicol Mezcla de agua con aceites

Los aditivos deben reforzar determinadas propiedades: antioxidantes, antiespumantes, mejoradores de la viscosidad, antienvejecimiento, etc.

Principales diferencias entre circuitos neumticos e hidrulicos.

Neumaticos Hidralicos

- Mayor velocidad de operacin - Ms econmicos para aplicaciones de poca

fuerza. - Ms verstiles - Menos contaminantes - Se usan ms en automatizacin de procesos

productivos. - No se pueden usar en aplicaciones de alta

fuerza.

- Menor velocidad de operacin - Control exacto de la velocidad y parada. - Mayor coste. - Menos verstiles - Contaminan ms - Requiere de sistemas de enfriamiento de

aceite adicionales - Se usan menos en automatizacin de procesos - Se usan donde las aplicaciones requieren de

mucha fuerza

Elementos de un circuito hidrulico:

Depsitos: almacenan el fluido. Su misin es recuperar el fluido despus de usarlo.

Filtros: son los encargados de la limpieza y separacin de partculas slidas. Suelen llevar incorporado un imn cuya misin es retener las partculas metlicas

Los filtros se sitan: Filtros de admisin: en la admisin del lquido, antes de la bomba

Filtro de aire: a la entrada del depsito para evitar el polvo o aire de la atmsfera

Filtro de retorno: antes de verter el aceite de retorno en el depsito

Microfiltros: en aquellos elementos de funcionamiento muy delicados.


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Manmetro: mide la presin del fluido.

Bombas: se encargan de impulsar el fluido transformando la energa mecnica en hidrulica. Van acompaadas de un motor de accionamiento.

Sistemas de vlvulas: son las encargadas de regular el paso del fluido desde la bomba a los elementos actuadores. El tipo de vlvulas, smbolos y accionamientos son iguales a lo estudiado en neumtica.

Actuadores: son los encargados de transformar la energa oleohidralica en energa mecnica. Se clasifican en:

- Cilindros (movimiento rectilneo alternativo): - De simple efecto - De doble efecto

- Motores (movimiento circular)

6.- Ejemplos:

1. El vstago de un cilindro hidrulico de SE debe salir y entrar mandado desde una palanca.

Pon nombre a cada uno de los componentes y explica el siguiente circuito.

M

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