Tema 0 – Dibujo, Simbología Y Esquemas

IES ANTONIO JOSÉ CAVANILLES 2017-2018

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P I

2º GS SISTEMAS ELECTROTÉCNICOS Y AUTOMATIZADOS

D A

“TÉCNICAS Y PROCESOS EN INSTALACIONES DOMÓTICAS Y AUTOMÁTICAS”

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7 −

TEMA 0 – DIBUJO, SIMBOLOGÍA Y ESQUEMAS.

Profesor: Andreu Ibáñez

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1. Dibujo simbología y esquemas

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NORMALIZACIÓN EN EL DIBUJO TÉCNICO

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En cualquier trabajo relacionado con las instalaciones eléctricas es imprescindible la lectura e interpretación de la información que nos proporcionan los planos. Para ello tenemos que partir de la idea de que para representar la realidad vamos a requerir de unas normas aceptadas y entendidas por todos.

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0 1

Utilizaremos diferentes sistemas de representación con los que podremos dibujar e interpretar planos de forma sencilla y correcta.

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Ventajas:

UNE-EN-ISO XXXXX.X:XXXX

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Las normas se identifican como:

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Normas UNE: En España las normas de representación se definen por la norma UNE, pero como pertenecemos a la comunidad Europea, también debemos cumplir sus normas que son las EN.

• Unificación de criterios • Facilidad de interpretación de la documentación • Facilidad de reorganización con un mínimo coste

Nº de norma Apartado específico Año de adopción

1.1.- Formatos normalizados

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Formato: hoja de papel en que se realiza un dibujo, cuya forma y dimensiones en mm. están normalizados. Dimensiones de los formatos UNE EN ISO 5457 enero 2000

1. 2.

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Dimensiones: responden a las reglas de doblado, semejanza y referencia, según las cuales:

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Un formato se obtiene por doblado transversal (lado mayor) del inmediato superior. La relación entre los lados de un formato es igual a la relación existente entre el lado de un cuadrado y su diagonal. El lado mayor toma el valor de √2 veces el lado menor.

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3. Y finalmente para la obtención de los formatos se parte de un formato base de 1 m2. Por lo que se parte de un formato de referencia de 841 x 1189 mm2 y 1 m2 de superficie.

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Aplicando estas tres reglas, se determinan las dimensiones del formato base llamado A0 siendo de 1189 x 841 mm. El resto de formatos de la serie A, se obtendrán por doblados sucesivos del formato A0.

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Y=√( x2 + x2 ) Y=√2x2 = √2*√x2 = √2*x Y=√2*x Y/X=√2=1,414, Por lo que: Y=1,414*x Por otro lado tenemos:

2

y*x=1m2

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con lo que tenemos: y=1,414*x y=1/x

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X = √0,7072= 0.841 m

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si despejamos tenemos que:

1,2.- Márgenes y recuadro

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Márgenes: El formato también define el recuadro interior y las distancias al borde. El margen del borde del área de dibujo será de 10 mm en parte superior, inferior y derecha.

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Margen de archivo: Para poder realizar el cosido, pegado o las perforaciones que permitan fijar el plano en un archivador. Anchura mínima: 20 mm en el borde izquierdo del formato.

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Recuadro: Se prevé un recuadro que delimita la zona de ejecución, debiendo realizarse mediante trazo continuo de una anchura mínima de 0,7 mm, del mismo modo se realizarán unas marcas de centro de igual grosor y 10 mm de longitud.

1.3.- Cuadro de rotulación o casillero

D A

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Dotado con una serie de indicaciones necesarias para facilitar la identificación y comprensión del dibujo. Uno o varios rectángulos adyacentes que pueden subdividirse en casillas, en las que se inscriben las informaciones específicas. La norma UNE EN ISO 7200 2004 establece dos tipos de casilleros, general o compacto. Ambos tendrán una longitud de 180 mm, ocupando la zona inferior derecha del plano.

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General

Compacto

1.4.- Rotulación

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En la realización de dibujos técnicos se debe cuidar la escritura de todo tipo de datos e indicaciones, de manera que éstas sean claras y legibles, para evitar cualquier posible confusión. La norma UNE EN ISO 3098-0 1998 especifica las características de las letras, números y signos utilizados en los dibujos técnicos con vistas a facilitar la legibilidad, homogeneidad y aptitud de los mismos para microfilmación y otros procedimientos de reproducción.

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Existen dos tipos normalizados de letras: verticales e inclinadas 75º. La rotulación vertical para esquemas y construcción, mientras que la inclinada se utiliza en la industria mecánica. La altura y anchura se relacionan con la altura nominal h, siendo las alturas normalizadas 1,8,2.5,3.5,5.7,10,14 y 20 mm. Hay rotulaciones tipo A y B con proporciones 14/14 y 10/10 respectivamente de h.

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Tipo A

Tipo B

1.5.- Plegado de planos

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La norma UNE - 1027 - 95, establece la forma de plegar los planos. Este se hará en zig-zag, tanto en sentido vertical como horizontal, hasta dejarlo reducido a las dimensiones de archivado. También se indica en esta norma que el cuadro de rotulación, siempre debe quedar en la parte anterior y a la vista.

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1.6.- Escalas, definición y finalidad

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La norma UNE-EN ISO 5455:2006. CONCEPTO

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Cuando no podemos representar un dibujo en su tamaño original, aplicamos la escala de ampliación o reducción según la necesidad, para que los objetos queden claramente representados en el plano del dibujo.

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Escala: relación entre la dimensión dibujada respecto de su dimensión real, o sea: E = Medida dibujo / Medida realidad

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Si el numerador de esta fracción es mayor que el denominador, se trata de una escala de ampliación, y será de reducción en caso contrario. La escala 1:1 corresponde a un objeto dibujado a su tamaño real (escala natural).

ELECCIÓN DE LA ESCALA:

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EJEMPLO 1 Se desea representar en un formato A3 la planta de un edificio de 60 x 30 metros. La escala más conveniente para este caso sería 1:200 que proporcionaría unas dimensiones de 40 x 20 cm, muy adecuadas al tamaño del formato. EJEMPLO 2 Se desea representar en un formato A4 una pieza de reloj de dimensiones 2 x 1 mm. La escala adecuada sería 10:1

2

E = Medida dibujo / Medida realidad

X=7,5x50000/1

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X=375000 cm

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1/50000=7,5/X

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EJEMPLO 3 Sobre una carta marina a E 1:50000 se mide una distancia de 7,5 cm (MD) entre dos islotes, ¿qué distancia real hay entre ambos?

ESCALAS NORMALIZADAS

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Podemos aplicar cualquier valor de escala, pero se recomienda el uso de ciertos valores normalizados para facilitar la lectura de dimensiones mediante el uso de reglas o escalímetros. Estos valores son:

D A

Ampliación

Reducción

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USO DEL ESCALÍMETRO

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2

No obstante, en casos especiales (particularmente en construcción) se emplean ciertas escalas intermedias tales como: 1:25, 1:30, 1:40, etc…

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Ejemplos de utilización:

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Regla con sección estrellada de 6 caras. Cada una va graduada con escalas diferentes, que habitualmente son: 1:100, 1:200, 1:250, 1:300, 1:400, 1:500

1º) Para un plano a E 1:250, se aplicará directamente la escala 1:250 del escalímetro. 2º) En el caso de un plano a E 1:5000; se aplicará la escala 1:500 y habrá que multiplicar por 10 la lectura del escalímetro; 27 unidades en el escalímetro, son en la realidad 270 m.

1.7.- Simbología eléctrica

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Es el lenguaje simbólico de representación, con el que se pretende una rápida y detallada interpretación de lo representado, incluso por personas de diferentes lenguas.

D A

Los símbolos representados a continuación son los recomendados por la norma EN IEC 61346 Y 61666. Algunos símbolos atienden a la forma más representativa del sector o fabricantes.

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T P I D A 2 0 1 7 − 2 0

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T P I D A 2 0 1 7 − 2 0

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T P I D A 2 0 1 7 − 2 0

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T P I D A 2 0 1 7 − 2 0

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T P I D A 2 0 1 7 − 2 0

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T P I D A 2 0 1 7 −

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La norma EN IEC 61346 en su apartado 1.1 define los métodos organizativos usados en los sistemas electrotécnicos:

Los contactos auxiliares se referencian en dos cifras. Las unidades indican la función 1 y 2 para contactos NC, y 3 y 4 para los NA. En temporización se referencian con 5 y 6 para NA, y 7 y 8 para NC. La cifra de las decenas marca el orden de los contactos en un mismo dispositivo. Los elementos de mando como las bobinas, se referencian como A1 y A2.

1.8.- Esquemas

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Al conjunto de conexiones coherente de símbolos se denomina esquema y representa un circuito eléctrico.

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Se representan en reposo, es decir, con los actuadores ( interruptores, pulsadores, etc) no accionados y los receptores (lámparas, relés, etc) desactivados. 1.8.1. Esquema unifilar

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Para representación en planta de los circuitos eléctricos en los edificios, definiendo la situación de cada elemento y canalización, también llamado plano de obra, facilitando su ejecución. Se dibuja una sola línea representando la canalización, indicándose sobre ella el número de conductores y características.

1.8.2. Esquema multifilar

D A

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Se representa el circuito en su totalidad, componentes conductores, conexiones, utilizándose cuando se desea mostrar la instalación en detalle o estudiar su funcionamiento.

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1.8.3. Esquema de bloques

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Cuando no interesa el detalle o porque estos están representados en otros esquemas, se utiliza este tipo de esquemas.

1.9.- Clases de líneas

T P I D A 2 0 1 7 − 2 0 1 8

1.10.- Cortes, secciones y roturas

GENERALIDADES SOBRE CORTES Y SECCIONES

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Cuando debido a la complejidad de los detalles internos de una pieza, su representación se hace confusa, utilizamos los cortes y secciones. Y para piezas de gran longitud utilizamos las roturas para añadir claridad y ahorrar espacio. Norma UNE 1-032-82

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Un corte es el artificio mediante el cual, en la representación de una pieza, eliminamos parte de la misma, con objeto de clarificar y hacer más sencilla su representación y acotación.

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Como puede verse en las figuras siguientes, las aristas interiores afectadas por el corte, se representarán con el mismo espesor que las aristas vistas, y la superficie afectada por el corte, se representa con un rayado.

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Se denomina sección a la intersección del plano de corte con la pieza (la superficie indicada de color rojo ), como puede apreciarse cuando se representa una sección, a diferencia de un corte, no se representa el resto de la pieza que queda detrás de la misma. Siempre que sea posible, se preferirá representar la sección, ya que resulta más clara y sencilla su representación.

1.11.- Acotación

D A

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CONCEPTO Y NECESIDAD Anotamos mediante líneas, cifras, signos y símbolos, las medidas de un objeto, sobre un dibujo previo del mismo, siguiendo una serie de reglas y convencionalismos, establecidos mediante normas.

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Principios generales:

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1. Una cota solo se indicará una sola vez en un dibujo. 2. No debe omitirse ninguna cota. 3. Las cotas se colocarán sobre las vistas que representen más claramente los elementos. 4. Todas las cotas de un dibujo se expresarán en las mismas unidades. 5. Las cotas se situarán por el exterior de la pieza. 6. No se acotará sobre aristas ocultas, utilizaremos secciones. 7. Las cotas se distribuirán, teniendo en cuenta criterios de orden, claridad y estética. 8. Las cotas relacionadas, diámetro y profundidad de un agujero, se indicarán sobre la misma vista. 9. Evitamos obtener cotas por suma o diferencia de otras.

ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN LA ACOTACIÓN

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Líneas de cota: Son líneas paralelas a la superficie de la pieza objeto de medición. Cifras de cota: Es un número que indica la magnitud. Podrá situarse en medio de la línea de cota, interrumpiendo esta, o sobre la misma, pero en un mismo dibujo se seguirá un solo criterio. Símbolo de final de cota: Podrá ser una punta de flecha, un pequeño trazo oblicuo a 45º o un pequeño círculo. Líneas auxiliares de cota: Son líneas que parten del dibujo de forma perpendicular a la superficie a acotar, y limitan la longitud de las líneas de cota.

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Líneas de referencia de cota: Sirven para indicar un valor dimensional, o una nota explicativa mediante una línea que une el texto a la pieza.

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Símbolos: En ocasiones, a la cifra de cota le acompaña un símbolo indicativo de características formales de la pieza, que simplifican su acotación, y en ocasiones permiten reducir el número de vistas necesarias, para definir la pieza. Los símbolos más usuales son:

En función de su cometido en el plano, las cotas se pueden clasificar en:

P I

T

Cotas de dimensión (d): Son las que indican el tamaño de los elementos del dibujo (diámetros de agujeros, ancho de la pieza, etc.).

Cotas de situación (s): Son las que concretan la posición de los elementos de la pieza.

D A 2 0 1 7 − 2 0 1 8

1.12.- Principios generales de representación

D A 2

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Estas vistas reciben las siguientes denominaciones: Vista A: Vista de frente o alzado Vista B: Vista superior o planta Vista C: Vista derecha o lateral derecha Vista D: Vista izquierda o lateral izquierda Vista E: Vista inferior Vista F: Vista posterior

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Vistas principales de un objeto, a sus proyecciones ortogonales sobre 6 planos, dispuestos en forma de cubo. Si situamos un observador según las seis direcciones indicadas por las flechas, obtendríamos las seis vistas posibles de un objeto.

D A

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POSICIONES RELATIVAS DE LAS VISTAS Para la disposición de las diferentes vistas sobre el papel, se pueden utilizar dos variantes de proyección ortogonal de la misma importancia: • El método de proyección del primer diedro, también denominado Europeo (antiguamente, método E) • El método de proyección del tercer diedro, también denominado Americano (antiguamente, método A) En ambos métodos, el objeto se supone dispuesto dentro de un cubo, sobre cuyas seis caras, se realizarán las correspondientes proyecciones ortogonales del mismo. La diferencia estriba en que, mientras en el sistema Europeo, se proyecta por detrás lo que observo por delante, en el sistema Americano, se proyecta por delante lo que observo por delante.

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0 1 7 − 2 0 1 8

El desarrollo del cubo de proyección, nos proporciona sobre un único plano de dibujo, las seis vistas principales de un objeto, en sus posiciones relativas.

T P I D A 2 0 1 7 − 2 0 1 8

D A

P I

T

Habitualmente con tan solo tres vistas, el alzado, la planta y una vista lateral, queda perfectamente definida una pieza. Dadas dos vistas cualquiera, se podría obtener la tercera, como puede apreciarse en la figura:

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D A

P I

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La norma UNE 1-032-82 especifica claramente que "La vista más característica del objeto debe elegirse como vista de frente o vista principal". En ocasiones, el concepto anterior puede no ser suficiente para elegir el alzado de una pieza, en estos casos se tendrá en cuenta los principios siguientes: 1. Conseguir el mejor aprovechamiento de la superficie del dibujo. 2. Que el alzado elegido, presente el menor número posible de aristas ocultas. 3. Y que nos permita la obtención del resto de vistas, planta y perfiles, lo más simplificadas posibles. Siguiendo las especificaciones anteriores, en la pieza de la figura 1, adoptaremos como alzado la vista A, ya que nos permitirá apreciar la inclinación del tabique a y la forma en L del elemento b, que son los elementos más significativos de la pieza.

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0 1 7 − 2 0

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En ocasiones, una incorrecta elección del alzado, nos conducirá a aumentar el número de vistas necesarias; es el caso de la pieza de la figura 2, donde el alzado correcto sería la vista A, ya que sería suficiente con esta vista y la representación de la planta, para que la pieza quedase correctamente definida; de elegir la vista B, además de la planta necesitaríamos representar una vista lateral.

Tema 1 Introducción a la Neumática

1.- Introducción

A ID TP

A lo largo de los últimos 150, años el ser humano ha sentido la necesidad de utilizar el aire para construir objetos y máquinas capaces de contribuir a mejorar su calidad de vida. Este es el caso, por ejemplo, de las ruedas de una bicicleta o de un automóvil o el de una pistola de aire comprimido. Pueden enumerarse multitud de máquinas capaces de realizar funciones muy diversas (taladro neumático, destornillador neumático, atracciones de feria, etc.).

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La neumática es la técnica que se dedica al estudio y a las aplicaciones prácticas del aire comprimido, realizadas mediante circuitos e instalaciones neumáticas. Por su parte, las instalaciones neumáticas abarcan desde las propias máquinas generadoras de aire hasta los aparatos o elementos que transforman la energía que les proporciona el aire en trabajo útil.

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Entre las ventajas que presenta la neumática se puede destacar la de que se trata de un tipo de energía abundante, ya que prácticamente en cualquier lugar puede disponerse de cantidades ilimitadas de aire, lo cual hace fácil su transporte y su almacenamiento, así como el mantenimiento, manejo y utilización de los componentes. Entre sus desventajas, quizás las más importantes son la necesidad de tratamiento del aire comprimido (limpiar y secar) antes de su utilización y el coste de las instalaciones.

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2.- El aire comprimido. Presión. El aire atmosférico es un elemento abundante en la naturaleza, limpio, fácilmente almacenable y de fácil transporte, lo que lo convierte en un fluido (gas) ideal para su utilización como elemento básico en los sistemas neumáticos.

A ID TP

Como todo gas, el aire se puede comprimir por medio de una acción mecánica exterior hasta alcanzar una presión determinada (superior a la atmosférica). Por lo tanto el aire comprimido es el aire sometido a una presión superior a la atmosférica.

Supóngase un cilindro de sección (S) en cuyo interior existe un gas y sobre el cual, por medio de un vástago (varilla), se ejerce una fuerza (F1). El cociente entre la magnitud de la fuerza aplicada y el valor de la superficie del cilindro (S) se denomina presión; es decir:

• F1 representa la fuerza aplicada en kilogramos fuerza (kgf) o newtons (N).

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• P1 representa la presión en kgf/cm2 o N/cm2.

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• S representa la sección en cm2.

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donde:

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Si en un momento determinado se aumenta la fuerza aplicada (F2), como consecuencia de la aplicación de dicha fuerza, la presión en el interior del cilindro habrá aumentado de una presión inicial P1 a una presión final P2 , de tal forma que la presión final en el interior del cilindro será ahora:

A ID TP viceversa.

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Charles descubrió en 1787 que el volumen del gas es directamente proporcional a su temperatura a presión constante: V = k · T (k es una constante).

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Por otra parte, si se mantiene constante la temperatura (T) en el interior del cilindro, se cumplirá que el producto de la presión absoluta y del volumen es constante para una determinada cantidad de gas (ley de Boyle-Mariotte 1662). Es lo que se denominan procesos isotermos (a la misma temperatura, T1=T2). Si aumenta la presión de un gas encerrado, manteniendo cte. la temperatura, el volumen disminuye y

Lo cual tiene como consecuencia que: Si T aumenta V aumenta Si T disminuye V disminuye

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Gay-Lussac descubre en 1802 que la presión del gas es directamente proporcional a su temperatura a volumen constante: P = k · T (k es una constante). Lo cual tiene como consecuencia que: Si T aumenta P aumenta Si T disminuye P disminuye

A ID TP

donde T1 y T2 son temperaturas absolutas en grados Kelvin (K), siendo:

°

+

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Ej. 1: Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su temperatura es de 25°C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea 760 mmHg?

Ej. 2: 4 litros de un gas están a 600 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si aumentamos la presión hasta 800 mmHg?

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3.- Unidades de presión Las unidades de presión más utilizadas son: • Pascal (Pa), del Sistema Internacional, que representa la presión ejercida por una fuerza de 1 newton (N) sobre una superficie de 1 metro. Puesto que el pascal es una unidad muy pequeña, en su lugar se utiliza el bar, que equivale a 105 Pa. • Atmósfera (atm), equivalente a la presión atmosférica tomada a nivel del mar.

A ID TP

• Milímetro de mercurio (mmHg), que es la unidad de presión más antigua que se conoce y mide la altura que alcanza una columna de mercurio en el interior de un tubo de cristal cuando varía la presión atmosférica. En la tabla 1 se resumen estas unidades de presión y algunas de sus equivalencias.

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Generalmente, las presiones ideales de utilización en las diferentes instalaciones neumáticas de aire comprimido suelen oscilar entre 4 y 8 bar. Conviene recordar que a efectos prácticos se suele considerar 1 bar = 1 atm = 1 kgf/cm2. Para apreciar más intuitivamente los niveles de presión que representan las unidades se presentan algunos datos sobre las presiones a las cuales están sometidos los fluidos en diferentes instalaciones o depósitos industriales.

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Debemos conocer los diferentes conceptos relacionados con la presión. El primero de ellos es la presión atmosférica, que es la presión ejercida sobre todos los cuerpos por los gases contenidos alrededor de la Tierra que no escapan al espacio exterior debido a la fuerza de la gravedad terrestre y forman una envoltura relativamente delgada alrededor de esta. Torricelli, con su famoso experimento, determinó que, a nivel del mar, la atmósfera ejerce la misma presión que una columna de Mercurio de 760mm de altura. Para medir la presión atmosférica se emplean unos aparatos llamados barómetros, los cuales vienen calibrados normalmente en escalas de milímetros de mercurio (mmHg) y de milibares (mbar).

A ID TP

También tenemos la presión absoluta, que es la que soporta un sistema respecto al cero absoluto. Decimos que existe sobrepresión si la presión absoluta es superior a la atmosférica, y depresión si esta es menor. La sobrepresión y la depresión son la presión relativa. Hay que tener en cuenta, que tanto la presión absoluta (Pabs) como la presión relativa (Prel) están en función de la presión atmosférica (Patm).

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Debido a que la presión atmosférica varía con la altura, para medir la presión del aire en un circuito neumático se utilizan los manómetros, los cuales se encargan de medir la diferencia de presión entre aquella a la que realmente está sometida el aire (presión absoluta) y la presión atmosférica. Esta presión que miden los manómetros es la relativa o manométrica ya que depende de la presión externa. En la siguiente figura se puede comprobar que la presión absoluta (P) es igual a la presión relativa (p) más la presión atmosférica (Patm):

+

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−2 Barómetro

Manómetro 6

Ejercicio: Realiza la conversión indicada de las siguientes unidades de presión: a) ¿A cuántas atmósferas y bares equivalen 5x106 Pa?

b) ¿A cuántas atmósferas, bares y pascales equivalen 1500 mmHg?

A ID TP

Ejercicio:

Un recipiente de 0,5 m3 de volumen de aire a una presión de 3 bar ha reducido en un 20% su volumen, permaneciendo constante su temperatura. Calcula: a) El valor de la nueva presión relativa (p2). Considera que 1 bar = 1 atm = 1 kgf/cm2. b) El valor de la fuerza aplicada para reducir el volumen, suponiendo que la superficie del émbolo compresor es de 100 mm2.

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a) Teniendo en cuenta que la presión relativa en el interior del recipiente es de 3 bar y que la presión atmosférica es aproximadamente de 1 atm = 1 bar, la presión absoluta (P1 ) del recipiente será:

Por su parte, el volumen final (V2) del recipiente después de haberse reducido en un 20%, será:

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Puesto que se trata de un proceso en el cual se mantiene constante la temperatura, se debe cumplir la ley de Boyle-Mariotte:

Pero esta es la presión absoluta final, luego la presión relativa será:

b) El valor de la fuerza a aplicar para reducir el volumen será:

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4- Propiedades y producción del aire comprimido Propiedades del aire comprimido: El hecho de comprimir aire es debido a que el aire comprimido constituye en realidad una forma de transporte de energía de muy fácil manejo y por esto su utilización se ha ido imponiendo paulatinamente en la industria. Las principales propiedades que han contribuido a que el aire comprimido sea tan ampliamente utilizado son:

A ID TP

-Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente en todo el mundo, en cantidades ilimitadas. -Transporte: El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno. -Almacenable: No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar en recipientes (botellas). -Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura, garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas. -Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones contra incendio, que son muy caras. -Limpio: El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de estanqueidad en elementos, no produce ningún ensuciamiento Esto es muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la madera, textiles y del cuero. -No recuperación: no requiere instalaciones especiales para la recuperación del fluido de trabajo (aire). -Constitución simple de los elementos: que implica precios económicos. - Velocidad: Permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas. (La velocidad de trabajo de cilindros neumáticos puede regularse sin escalones). - A prueba de sobrecargas y golpes de ariete: Los elementos de trabajo neumáticos pueden llegar hasta su parada completa sin riesgo de sobrecargas.

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Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer también las características adversas.

- Preparación: El aire atmosférico comprimido debe ser preparado, antes de su utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes). Desde el punto de vista microscópica, el aire presenta impurezas que, para su uso satisfactorio, deben eliminarse. - Compresible: Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos velocidades uniformes y constantes. - Fuerza: El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio normalmente usual de 700 kPa (7 bar), el límite, también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kp). Para masas superiores se debe recurrir a la Hidráulica. - Escape: El escape de aire (descarga a la atmósfera del aire utilizado) produce ruido. Se evitarse razonablemente con materiales insonorizantes y silenciadores. Cabe aclarar que el aire de descarga podría estar contaminado y que por lo tanto no puede recuperarse.

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- Costos: El aire comprimido es una fuente de energía relativamente cara; este elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio económico y el buen rendimiento (cadencias elevadas). - Los movimientos de los actuadores neumáticos no son rigurosamente regulares ni constantes debido a la calidad elástica del aire. Estas inexactitudes van en aumento en la medida en que la velocidad de dichos elementos se hace más lenta. Humedad:

A ID TP

La cantidad de humedad que el aire puede absorber en forma visible, depende de su temperatura. Cuando el aire atmosférico se enfría, alcanzará un cierto punto en el cual se encuentra saturado de humedad: Punto de rocío. Si la temperatura continúa descendiendo el aire ya no puede absorber toda la humedad y el excedente es expelido en forma de minúsculas gotas. Al principio, estas permanecen suspendidas en el aire, luego se hacen más grandes y precipitan como rocío o como lluvia. Estas gotas forman el condensado que extraemos de la línea de aire comprimido. Toda agua contenida en el aire atmosférico es absorbida por el compresor. En la práctica se sabe por experiencia que se deberá drenar mayor cantidad de condensado en días claros y cálidos de verano, que en los fríos y neblinas días de invierno. La explicación para esto es que el aire caliente puede absorber más agua que el aire frío.

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X= humedad absoluta XS= humedad absoluta de saturación

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• •

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Humedad absoluta: Se denomina así al peso de agua (en forma de vapor) existente en 1 Kg de aire seco, en cualquier condición de presión y temperatura al momento de efectuar la medición. / 100 Donde:

Humedad relativa: Es la relación entre la humedad absoluta existente en el aire y la humedad absoluta máxima que podría contener si estuviera saturado. Una humedad relativa del 100% indica que estamos en presencia de un aire saturado, es decir que ya no admite más humedad (X = Xs) X= Kg de vapor de agua / Kg de aire seco

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Consecuencias de la presencia de agua en el aire comprimido: 1) El aceite del compresor emulsiona con el aire comprimido y provoca adherencias en los componentes internos. 2) En segundo lugar, cuando se agrega al aire comprimido aceite finamente pulverizado para la lubricación de piezas internas del equipo, su capacidad lubricante se ve drásticamente reducida al mezclarse con agua. 3) El tercer punto a considerar, es el hecho de que un sistema neumático se transformará en hidráulico si no utilizamos todo método disponible para eliminar el agua de su interior. El agua acumulada en las tuberías, obstruye el flujo de aire y así retarda o aún detiene el trabajo normal, sin mencionar el perjuicio causado por la corrosión y el arrastre de los lubricantes.

A ID TP

Sobradas razones para hacer algo. Pero ¿qué? Por ello es muy importante la preparación del aire comprimido en la UNIDAD DE MANTENIMIENTO. Gráfico de humedad contenida en el aire.

20

Cuando la temperatura aumenta, el aire es capaz de tener más agua en suspensión. El gráfico da los valores para una humedad ambiente relativa del 100% (caso extremo). Ejemplo:

V1 = 2000 m3/h P1 = 1 bar T1 = 30 ºC HR = 70%

2000

30,078

70 100

8 01

!" #

V2 = 181,8 m3/h P1 = 11 bar T1 = 3 ºC HR = 100%

−2

Para 30ºC a nivel del mar, 1 bar, la máxima cantidad de vapor de agua en el aire sería de 30,078 g/m3. Con el 70% de humedad tendríamos la cantidad de agua en la aspiración:

corresponde con el punto de rocío del aire disponible para ser usado en la instalación. Los datos en esta etapa son:

17

Supongamos que tenemos un sistema de aire comprimido con las siguientes características:

42,12 +⁄,

Con el paso por el compresor, el volumen es de 181,8 m3/h debido a que hemos comprimido el aire a 11 bar abs. La temperatura es de 40 ºC y el aire está saturado, 100% de humedad relativa. La máxima cantidad de vapor de agua en el aire sería de 50,672 g/m3. Aplicando la misma fórmula obtenemos: .

42,12 / 181,8

50,62 100⁄100 32897 3⁄, 32,89 +⁄,

La última etapa es el paso por el secador frigorífico. En este punto bajamos la temperatura a 3 ºC para condensar el agua correspondiente a esa temperatura, que

La máxima cantidad de vapor de agua en el aire sería de 5,953 g/m3. Aplicando la misma fórmula obtenemos: 4

181,8

50,672 / 181,8 5,953 8129 3⁄, 5, 6⁄7

10

Producción de aire comprimido: El aire comprimido se obtiene por medio de compresores, que son máquinas capaces de elevar la presión del aire que aspiran de la atmósfera hasta un valor conveniente. En las instalaciones neumáticas se utilizan compresores capaces de producir y almacenar aire comprimido y de regular el suministro del circuito donde están conectados los diferentes dispositivos que funcionan con aire comprimido. A la cantidad de aire comprimido que fluye (circula) a través de una sección por unidad de tiempo se la denomina caudal (Q):

9 :

A ID TP 8

;

< :

;

=

donde:

20

• V representa el volumen de fluido que atraviesa la sección de la tubería en m3 o litros. • S representa la sección de la tubería en m2. • L representa la longitud de la tubería en metros. • t representa el tiempo en segundos o minutos. • v representa la velocidad de movimiento del fluido.

17

Puesto que el caudal es el cociente entre unidades de volumen y de tiempo, se puede medir en m3/h, m3/min, l/min o l/s.

8 01

−2

Para instalar dichas máquinas se debe elegir un lugar exento de polvo y lo más fresco posible. En cualquier caso, éstas toman el aire exterior a través de un conducto en cuyo interior se encuentra un filtro en el que quedan atrapadas las impurezas que lleva el aire en suspensión. El aire es comprimido en la cámara de compresión y enviado a un depósito (o acumulador) que dispone de una salida regulable de aire, la cual va conectada con el circuito de la instalación neumática. Dicho depósito lleva incorporada, a su vez, otra salida (o grifo) con el fin de eliminar el agua que genera la condensación.

Compresor de aire 11

Generalmente todos los compresores disponen de una serie de dispositivos de seguridad y de control del aire comprimido, tales como: • El regulador de presión. Se encarga de controlar la presión de trabajo del circuito neumático, para lo cual dispone de una llave de paso y de un manómetro que indica la presión de salida.

A ID TP

• El presostato. Se encarga de mantener la presión en el interior del depósito dentro de unos márgenes, conectando y desconectando el dispositivo de compresión del aire según proceda. Se trata de un sistema que actúa entre dos márgenes de presión a las órdenes de un manómetro y de un sistema de control. • Válvula de seguridad. Cuando la presión del depósito supera una determinada presión de calibración, se abre esta válvula y se deja escapar el aire al exterior. Dicho dispositivo es de vital importancia, pues evita que el depósito pueda romperse por exceso de presión.

17

20 Válvula reguladora de presión

8 01

−2

Válvula de seguridad

Presostato

12

Ejemplo: Calcula el caudal (m3/min y litros/min) de aire que circula por un tramo de tubería de 10 metros de longitud, 2 centímetros de diámetro exterior y 2 milímetros de espesor (e), durante un minuto. Calcula también la velocidad a la que circula el fluido. La superficie S, a través de la cual circula el aire comprimido, será:

A ID TP

Por su parte, el volumen de aire a lo largo de la tubería será:

El caudal de aire y su velocidad serán, por tanto:

8 01

−2

17

20 13

5- Distribución y acondicionamiento del aire comprimido El aire comprimido generado por el compresor no es consumido directamente por el órgano de trabajo. Las instalaciones industriales están provistas también de elementos de almacenamiento, distribución y tratamiento del aire, para que éste alcance las condiciones óptimas de empleo.

A ID TP

El aire comprimido generado por el compresor se pasa primeramente por un separador, el cual retiene la mayor parte del agua en suspensión que contiene dicho aire, para posteriormente acumularlo en el depósito y así poder pasarlo a la red de distribución, donde se encuentran las tomas de servicio con sus correspondientes unidades de mantenimiento.

Distribuidor neumático

8 01

−2

17

20 Las impurezas que arrastra el aire (polvo, residuos de aceite, humedad, etc.) son motivo de averías que en ciertos casos pueden llegar a dañar gravemente los componentes neumáticos. La mayor separación del agua y el aceite la realiza el separador, que no es otra cosa que un filtro muy sensible que retiene la humedad del aire y las partículas de aceite procedentes del compresor.

14

A ID TP

Por su parte, la red distribuidora está compuesta por diversas tuberías de un diámetro adecuado que conducen el aire comprimido con las menores pérdidas posibles hasta los puntos de consumo. El material con el que están construidos los tubos suele ser de cobre, latón, acero o plástico. Los tubos deben ser de fácil instalación y resistentes a la corrosión, y las tuberías permanentes suelen estar soldadas entre sí para evitar posibles pérdidas de presión. Las mangueras de goma y plástico flexibles se reservan para las derivaciones finales, ya que su resistencia mecánica es superior.

Accesorios

17

20

La red de distribución siempre debe ser cerrada, con el fin de que la presión de servicio sea más estable, y a ser posible con interconexiones, ya que de este modo se obtiene el control independiente de los diversos tramos. Además, la red debe tener una cierta pendiente (2%) para conseguir la acumulación del agua condensada en el punto más bajo (punto de purga).

La unidad de acondicionamiento, además de retener las impurezas que arrastra el aire por la red, sirve para establecer y mantener una presión de alimentación determinada, así como para proporcionar al aire comprimido el lubricante necesario para disminuir los rozamientos internos de los diversos componentes y reducir, por tanto, su desgaste. Dichas unidades constan de tres partes fundamentales:

8 01

−2

Para evitar posibles averías de los diferentes elementos de la instalación, se debe acondicionar el aire comprimido como ya es sabido, puesto que de lo contrario un mal acondicionamiento podría acarrear fallos tales como desgaste de juntas, válvulas encasquilladas por el líquido y las impurezas depositadas, etc.

Unidad acondicionamiento

• Filtro: su función consiste en liberar el aire comprimido de todas las impurezas y del vapor de agua que lleva en suspensión.

15

• Regulador: una vez filtrado el aire, se introduce en un regulador de presión, cuya misión es establecer y mantener la presión de salida (presión de trabajo) lo más estable posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red (mayor que la de salida) y del consumo de aire. Regulador más filtro

A ID TP

• Lubricador: los elementos neumáticos, al tener piezas móviles, deben recibir una pequeña dosis de aceite para su lubricación constante, de ahí que tras filtrarse y regularse la presión del aire, se pase éste a través de un lubricador, donde se mezcla con una fi na capa de aceite que arrastra en suspensión.

Lubricadores

8 01

−2

17

20 Principales elementos de una instalación neumática

16

A ID TP

8 01 −2 17 20

17

Tema 2 Actuadores neumáticos

1.- Introducción

A ID TP

El aire comprimido es de amplio uso en una instalación industrial. Desde funciones simples como soplar suciedad y virutas de las máquinas, inflar neumáticos, pintar con pistola, y hacer funcionar herramientas pequeñas de fuerza, hasta impulsar actuadores que mueven compuertas direccionales en líneas transportadora, cerrar puertas, o sujetar piezas de trabajo en un tornillo de banco, entre otras muchas aplicaciones. La energía de presión del aire comprimido es transformada por medio de actuadores en movimiento lineal alternativo, y mediante motores neumáticos o actuadores rotantes en movimiento de giro. Luego, los cilindros neumáticos son las unidades encargadas de transformar la energía potencial del aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras. Básicamente, consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo o pistón. Al introducir un determinado caudal de aire comprimido, éste se expande dentro de la cámara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al émbolo un vástago rígido, este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o simplemente sujetarlo.

20

2.- Cilindros neumáticos: Parámetros básicos y funcionales

17

 Funcionamiento:

8 01

−2

Los cilindros neumáticos son los elementos neumáticos que transforman la energía potencial del aire comprimido en desplazamiento lineal. Para ello disponen de una camisa herméticamente cerrada en cuyo interior se encuentra un émbolo (que divide el interior de la camisa en dos cámaras aisladas) sobre el que actúa el aire comprimido. Al introducir aire comprimido a una determinada presión por una de sus tomas en una de sus cámaras. Este ejerce una fuerza sobre el émbolo produciendo su desplazamiento lineal a lo largo de toda su carrera, llevando al émbolo a la posición contraria. Para regular la fuerza que ejerce un cilindro basta regular la presión del aire comprimido con que se alimenta: F

p

S

1

Para regular la velocidad de acción de un cilindro basta regular el caudal del aire comprimido con que se alimenta: v

⁄

A ID TP

3.- Amortiguación

Los cilindros neumáticos pueden adquirir elevadas velocidades de funcionamiento y desarrollar elevadas fuerzas de choque al final de la carrera. Para impedir que el cilindro o los elementos móviles se dañen se emplea la amortiguación, que puede ser de tres tipos diferentes:



Amortiguación elástica.

8 01

Amortiguación neumática regulable.

−2



17

20

Se emplea en los cilindros más pequeños que mueven elementos relativamente ligeros. Un anillo elástico de goma colocado en el émbolo es el encargado de absorber el choque e impedir que el cilindro se dañe internamente.

Se emplea en los cilindros más grandes. Consiste en decelerar el émbolo en la parte final de la carrera, para ello parte del aire de escape se evacua más lentamente a través de una restricción regulable (3) gracias a que la salida normal de aire se cierra cuando un casquillo de amortiguación (1) entra en la junta de amortiguación (2). La entrada de aire en la dirección contraria se realiza normalmente ya que la junta de amortiguación (1) por su forma actúa como una válvula anti-retorno (dejando pasar el aire en esta dirección e impidiéndole en la dirección contraria).

2



Amortiguación hidráulica. Se emplea en las aplicaciones donde exista problema de frenado de masas en sus puntos finales de carrera. Por el diseño de sus orificios, nos permite obtener un nivel de absorción óptimo adecuado a cada tipo de carga, sin necesidad de ningún tipo de regulación. La instalación de amortiguadores hidráulicos se realiza exterior al cilindro neumático, generalmente actuando directamente sobre la masa móvil.

A ID TP 17

 Cilindros:

20

4.- Tipos de cilindros neumáticos



8 01

−2

Existen dos tipos fundamentales de cilindros de los cuales derivan todas las demás construcciones especiales:  Cilindros de simple efecto. Con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido realizando el retorno por recorte. Cilindros de doble efecto. Con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo en sentido salida y retroceso.

Básicamente los cilindros se dividen en dos grandes grupos:  Cilindros con vástago. El émbolo o pistón está unido a un vástago que sale de la camisa al realizar la carrera de salida y se introduce al realizar el retroceso. 

Cilindros sin-vástago. El émbolo o pistón está unido a un carro que se mueve solidariamente con él a lo largo de la camisa del cilindro.

3



Partes integrantes:

A ID TP Cilindros de simple efecto:

−2

17

20 

8 01

Disponen de una sola vía de alimentación, por donde entra el aire comprimido, que empuja el émbolo haciendo salir al vástago. Para su retroceso, utiliza un muelle. Diferenciamos por tanto la cámara anterior al muelle y la que lo incorpora. Cuando el vástago se extiende, el aire de la cámara sale por un pequeño orificio.

4



Cilindros de doble efecto: Disponen de dos vías de alimentación, y se puede mecanizar tanto la extensión como la recogida del vástago. Para la salida se usará la vía anterior al émbolo y para la recogida la contraria. No dispone de entrada forzada, así que se usará aire comprimido.

A ID TP 20



Doble efecto magnético:

17

8 01

−2

Ésta es una configuración especial de cilindros de doble efecto, normalmente amortiguado, en la cual se diseña el émbolo para alojar un aro magnético que acciona los interruptores magnéticos exteriores. Se utiliza para indicar que el pistón ha llegado al final de su recorrido.

5



Cilindros de doble efecto sin vástago: Actúan a modo de ejes lineales. También se conocen como actuadores Iineales. Disponen de una pieza de material plástico duro o metálico de carácter móvil, donde se asocian las aplicaciones mecánicas. El perfil donde va encapsulado el conjunto incorpora railes para alojar sensores magnéticos a diferentes alturas, o medidas.

A ID TP Cilindro de doble vástago:

17

20



Imprime la misma fuerza en ambos sentidos. El vástago se desplaza por los dos extremos, y se suele utilizar en casos específicos.

8 01

−2 6



Cilindro tándem: Cilindro formado por dos cilindros de doble efecto unidos por un vástago común, para formar una sola unidad. Actuando simultáneamente (las dos cámaras de los cilindros sometidas a presión) el cilindro realiza una fuerza casi doble que la de un cilindro estándar normal del mismo diámetro. Con ello conseguimos doble fuerza (pues la superficie cobre la que actúa el aire comprimido es el doble) sin doblar el diámetro pero si aumentando la longitud del cilindro.

A ID TP 20



Cilindro de posición múltiple o multiposicional:

17

8 01

−2

En un mismo encapsulado, la suma de dos vástagos de diferente carrera aportan varias posiciones fijas. Note las vías de alimentación para la extensión de ambos vástagos y la recogida de los mismos.

7



Cilindro multiposicional de cuatro posiciones: Cilindro formado por dos cilindros independientes unidos por sus culatas traseras, lo que permite obtener cuatro posiciones distintas, siempre que el cuerpo del cilindro no se fije. Combinando tres cilindros se obtendrían cilindros multiposicionales de 8 posiciones, con cuatro de 16 posiciones,... siempre que estos cilindros tengan carreras diferentes.

A ID TP Cilindros con guía:

−2

17

20 

8 01

La guía es una varilla cilíndrica situada en paralelo con el vástago principal, que ayuda a que el movimiento de entrada/salida en situaciones con vibraciones y alteraciones propias del proceso productivo, no genere torsiones que acorten la vida funcional del cilindro. Permite realizar movimientos lineales perfectamente rectos. Son cilindros de doble efecto. Se puede fijar el cuerpo y que sean los vástagos los que se muevan o fijar los extremos de los vástagos y que sea el cuerpo el que se mueva.

8



Cilindros con vástago antigiro: El vástago de un cilindro estándar puede girar fácilmente debido a su forma cilíndrica, si no existen guías que lo eviten. En algunas aplicaciones, se requiere cilindros en los que no pueda girar el vástago (por ejemplo en el montaje directo de determinadas herramientas o en algunas aplicaciones de alimentación de piezas) y no se ejerce un par de giro elevado. Para evitar la rotación se emplean vástagos y casquillos guías con dos caras planas, o bien vástagos de sección rectangular o hexagonal.

A ID TP Cilindros con vástagos paralelos:

20



8 01

−2

17

Cilindro formado por dos cilindros de iguales dimensiones actuando simultáneamente (por ello, las dos cámaras delanteras y las dos traseras están conectadas entre sí). Con ello conseguimos un cilindro antigiro (pues los vástagos paralelos le evitan girar) con doble fuerza (pues la superficie sobre la que actúa el aire comprimido es el doble).

5.- Pinzas neumáticas 

Funcionamiento: Las pinzas neumáticas son los elementos neumáticos que transforman la energía potencial del aire comprimido en fuerza de sujeción de piezas. Para ello disponen de una camisa herméticamente cerrada en cuyo interior se encuentra una paleta 9

o un piñón cremallera o un émbolo (unidos a unos dedos exteriores) sobre el que actúa el aire comprimido. Al introducir aire comprimido a una determinada presión en una de sus cámaras, este ejerce una fuerza sobre la paleta o la cremallera del émbolo produciendo una apertura o cierre de los dedos de la pinza, llevándolos a la posición contraria. Para regular el par de amarre que ejerce una pinza basta regular la presión del aire comprimido con que se alimenta y las dimensiones de los dedos externos. Existen tres tipos fundamentales de pinzas neumáticas de las cuales derivan todas las demás construcciones especiales:

A ID TP

Pinza de apertura paralela. Con dos entradas de aire para producir una carrera de trabajo en los dos sentidos por parte del émbolo o paleta (aunque también existen de simple efecto con una sola toma neumática y retorno por muelle), los cuales transforman el desplazamiento lineal en movimiento paralelo de amarre mediante su unión a los dedos externos, (normalmente mediante un juego de levas) y un sistema de patines de rodadura que regulan a estos.



Pinza de apertura angular. Con dos entradas de aire para producir una carrera de trabajo en los dos sentidos por parte del émbolo o cremallera (aunque también existen de simple efecto con una sola toma neumática y retorno por muelle), los cuales transforman el desplazamiento lineal en movimiento angular de amarre mediante su unión a los dedos externos (normalmente pivotando mediante un juego de puntos).

8 01

−2

17

20



10



Pinza de apertura concéntrica. Con dos entradas de aire para producir una carrera de trabajo en los dos sentidos por parte del émbolo (aunque también existen de simple efecto con una sola toma neumática y retorno por muelle), el cual transforma el desplazamiento lineal en movimiento concéntrico de amarre mediante su unión a los dedos externos (normalmente por medio de una cuña). Las principales aplicaciones de este tipo de pinzas es para el amarre de piezas cilíndricas, existiendo variantes dependiendo del número de dedos del que dispone la pinza: 2, 3 o 4 dedos.

A ID TP 

Pinza de apertura angular de 180º:

8 01

−2

17

20

Pinza neumática provista de émbolo, con una cremallera tallada en su vástago, que engrana con dos piñones periféricos que, a su vez, están unidos sólidamente a los dedos externos. El recorrido del émbolo proporciona un arco de giro de 90º a cada dedo, pudiendo abrir y cerrar los dedos un ángulo de 180°, lo que permite eliminar un eje (el eje de aproximación a la pieza) en trabajos de manipulación.

11

6.- Actuadores rotatorios 

Funcionamiento:

A ID TP

Los actuadores de giro neumáticos son los elementos neumáticos que transforman la energía potencial del aire comprimido en desplazamiento circular. Para ella disponen de una camisa herméticamente cerrada en cuyo interior se encuentra una paleta o un piñón-cremallera sobre el que actúa el aire comprimido. Al introducir aire comprimido a una determinada presión por una de sus cámaras, este ejerce una fuerza sobre la paleta o la cremallera produciendo un giro del eje del actuador, llevándolo a la posición contraria. Para regular el par (fuerza de giro) que ejerce un actuador basta regular la presión del aire comprimido con que se alimenta.



20

Los actuadores de giro neumáticos pueden adquirir elevadas velocidades de giro y desarrollar elevadas fuerzas de choque (inercias) al final de la carrera. Para impedir que el actuador o los elementos móviles se dañen se emplea la amortiguación. Existen dos tipos fundamentales de actuadores de giro de los cuales derivan todas las demás construcciones especiales: Unidad de giro piñón cremallera:

17

8 01

−2

Dispone de dos entradas de aire para producir carrera de trabajo en los dos sentidos. El aire comprimido actúa sobre la cremallera, la cual transforma el desplazamiento lineal en circular mediante su unión a un piñón por uno de sus laterales dentados. Los ángulos de rotación varían entre 90° y 180°.

12



Unidad de giro piñón-doble cremallera: Dispone de dos entradas de aire para producir carrera de trabajo en los dos sentidos. El aire comprimido actúa sobre las dos cremalleras, las cuales transforman el desplazamiento lineal en circular mediante su unión a un piñón por uno de sus laterales dentados. Para asegurarse la actuación simultánea de las dos cremalleras las cámaras opuestas de estas se encuentran conectadas mediante unos pequeños conductos. Son capaces de sustentar cargas elevadas con relación a su tamaño y girarlas con suavidad y precisión. También disponen de la posibilidad de regulación del ángulo de giro y la colocación de amortiguadores.

A ID TP Unidad de giro por paleta:

17

20



8 01

−2

Dispone de dos entradas de aire para producir carrera de trabajo en los dos sentidos. El aire comprimido actúa sobre la paleta, la cual transforma la energía potencial del aire en desplazamiento circular sobre el eje. La paleta hace un cierre hermético mediante una junta de goma. Los ángulos de rotación varían entre 90° y 270o, disponiendo de topes regulables para ajustar cualquier ángulo de giro.

13

 Ejemplo de uso de un actuador de giro de 180º:

A ID TP 20

 Ejemplo de funcionamiento de un conjunto rotolineal neumático:

8 01

−2

17 14

 Esquema neumático con sensores magnéticos:

A ID TP 17

20 7.- Fijaciones de los cilindros neumáticos

−2

8 01

El diseño último de un accionamiento lineal no finaliza con la selección del actuador más apropiado en términos de la capacidad de carrera o la fuerza que deba desarrollar, sino que debe contemplar consideraciones relativas a la estabilidad de la carga desplazada, la seguridad del accionamiento en una perspectiva global y el estado de reposo elegido para el sistema. En el desplazamiento de una carga a una velocidad determinada entra en juego una cantidad de energía considerable que conviene tener en cuenta. Es muy importante elegir el tipo adecuado de fijación para el cilindro, convenir la necesidad de guiado externo de la carga y poder bloquear el cilindro cuando se estime necesario.

15

La neumática ha resuelto satisfactoriamente esta clase de cuestiones mediante complementos:

A ID TP

Fijaciones disponibles en el mercado y su forma de conexión al cilindro.

A) Tirantes prolongados

C) Pies

8 01

−2

17

20 B) Brida posterior

G) Brida anterior

16

Las fijaciones articuladas pueden ser de: D) Fijación hembra posterior

F) Horquilla vástago

A ID TP UH) Unión central

M) Articulación vástago

8 01

−2

17

20

UL) Articulación posterior

17

R) Fijación macho posterior

UF) Rótula vástago

A ID TP

U) Fijación posterior orientable

8 01

−2

17

20 18

ANEXO I 8.- Cálculo de cilindros neumáticos  Fuerza del émbolo:

A ID TP

La fuerza ejercida por el émbolo de un cilindro depende de la presión del aire, del diámetro del cilindro y de la resistencia por fricción de los elementos estanqueizantes. Para calcular la fuerza teórica de un émbolo deberá recurrirse a la siguiente fórmula:

  

Fte : Fuerza teórica del émbolo (N) A : Superficie útil del émbolo (m2) p : Presión de trabajo (Pa)

17

20

La fuerza del émbolo es de importancia para la práctica. Para calcularla debe tenerse en cuenta la resistencia por fricción. En circunstancias normales de funcionamiento (gama de presiones de 400 a 800 kPa I de 4 a 8 bar) pueden aceptarse fuerzas por fricción con aproximadamente un 10% de la fuerza del émbolo teórica. Cilindro de simple efecto −

Carrera de avance ′

−



Fef : Fuerza del émbolo efectiva (N)



A:



A’ : Superficie útil anular del émbolo (m2)

    

P: FR : FM : D: d:

Superficie útil del émbolo (m2) Presión de trabajo (Pa) Fuerza de fricción (aprox. 10% de Fte) (N) Fuerza muelle recuperador (N) Diámetro del émbolo (m) Diámetro del vástago (m)

8 01

Carrera de retroceso

−

−2

Cilindro de doble efecto

+

−

19

 Ejemplo 1: D = 50 mm d = 12 mm p = 6 bar A = 19,625 cm2 A’ = 18,5 cm2 FR = 10 % (valor medio) Fef = ¿??????

A ID TP

Superficie útil del émbolo: D π 4

Superficie anular del émbolo: % − 4

5#$

5#$

% 4

19,625 #$

25#$ − 1,44#$

% 4

18,5#$

Fuerza teórica de empuje en el avance:

20

19,625

10. $

6

10/ 0⁄$

1177,50

−

19,625

17

Resistencia de rozamiento: FR = 117,75 N Fuerza real de empuje del émbolo en el avance: 10. $

6

10/ 0⁄$ − 117,75

1060 0

−2

Fuerza teórica de tracción del émbolo en el retorno: ′

18,5

10. $

6

10/ 0⁄$

Resistencia de rozamiento: FR = 111 N Fuerza real de tracción del émbolo en el retorno: ′

−

18,5

10. $

6

1110 0

8 01

′

10/ 0⁄$ − 11100

222 3

20

 Diagrama presión – fuerza:

A ID TP 20

8 01

−2

17

 Carrera: La longitud de carrera de los cilindros neumáticos no debería exceder de 2 m. Las carreras demasiado largas significan un esfuerzo demasiado grande para el vástago y el cojinete guía. Para evitar el peligro de pandeo, deberá tenerse en cuenta en carreras largas el diagrama de pandeo.

21

 Velocidad:

A ID TP

La velocidad del émbolo de los cilindros neumáticos depende de la contrafuerza, de la presión de aire, de la longitud de los conductos, de la sección entre la unidad de maniobra y de trabajo y, además, del caudal de la válvula de maniobra. La amortiguación de final de carrera también incide en la velocidad. La velocidad media de los émbolos de cilindros estándar oscila entre aproximadamente 0,1 y 1,5 m/s. Con cilindros especiales (cilindros de impacto) pueden alcanzarse velocidades de hasta 10 m/s. La velocidad de los cilindros puede ser reducida mediante válvulas de estrangulación y antirretomo, y para aumentarla deberá recurrirse a sistemas de escape rápido.

8 01

−2

17

20  Consumo de aire:

Para conocer los detalles relacionados con la alimentación de aire a presión y para calcular los costos respectivos, es importante saber cuánto aire consume la red neumática. El consumo de aire se indica en litros de aire aspirado por minuto. En valores determinados para la presión de aire, el diámetro del émbolo, la carrera y número de carreras por minuto. El consumo de aire puede calcularse de la siguiente manera: Consumo de aire = Relación de compresión x Superficie del embolo x Carrera x Número de carreras por minuto

22

A ID TP

101,3 + ?<5=8ó: @<7A7B; C?7 101,3

20

4567#8ó: 5 #;$ <5=8ó:

Las fórmulas para calcular el consumo de aire según el diagrama son las siguientes:

17

Para cilindros de simple efecto: DE

:

Para cilindros de doble efecto: G= -

4

%

−

+=

4

H

:

Utilizando el diagrama: DE

   

%

2

=

:

8 01

DE

DF

−2

=

<567#8ó: 5 #;$ <5=8ó:

DF

qB : Consumo de aire (l/min) s : Carrera (cm) n : Número de carreras por minuto (1/min) qH : Consumo de aire por cada cm de carrera (l/cm) DF

I

<567#8ó: 5 #;$ <5=8ó: 23

En estas fórmulas no se tiene en cuenta el distinto consumo de aire de los cilindros de doble efecto con carrera de avance y de retroceso. Debido a diferentes tolerancias en los conductos y válvulas puede despreciarse. Del consumo total de aire de un cilindro forma parte también el llenado de los espacios muertos. El consumo de aire para el llenado de los espacios vacíos puede significar hasta el 20% del consumo de aire de trabajo. Los espacios muertos de un cilindro son conductos de aire a presión en el propio cilindro y no los espacios útiles para la carrera en las posiciones finales del émbolo.

A ID TP 20

Espacios muertos de cilindros (1000 cm3 = 1l)

17

 Ejemplo 2:

8 01

−2

Calcular el consumo de aire de un cilindro de doble efecto de 50 mm de diámetro (diámetro del vástago: 12 mm) y 100 mm de longitud de carrera. El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. La presión de trabajo es de 600 kPa (6 bar). Relación de compresión: 4567#8ó: 5 #;$ <5=8ó:

101,3 C?7 + ?600 C?7 101,3 C?7

6,9

Consumo de aire: DE DE

G= G10 #$

4

%

+=

−

4

%

H

:

<567#8ó: 5 #;$ <5=8ó:

% 25#$ − 1,44#$ 25#$ + 10#$ 4 4 6,9 26302,8 #$K ⁄$8: LM, N O⁄PQR

%

H

10$8:.J

24

Si utilizamos el diagrama

A ID TP 20 DE

2

10#$

2

10#8# $8:

=

:

DF

17

DE

0,134 6 ⁄#$

LM, S O⁄PQR

−2

En los cálculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cámaras secundarias, que se rellenan en cada carrera.

8 01

Los valores al respecto están reunidos para cilindros Festo en la siguiente tabla:

Espacios muertos de cilindros (1000 cm3 = 1l)

25

 Ejemplo 3: Supuesto un cilindro de simple efecto con las siguientes características:    

Diámetro del émbolo: Diámetro del vástago: Presión de trabajo: Frecuencia:

5 cm 10 mm 6 bar 10 Hz

1. Determinar gráficamente la fuerza de avance en Kp:

A ID TP 1000 9,81

−2

17

20 10000

100T kilogramos − fuerza

8 01 26

2. La carrera admisible desde el punto de vista de pandeo:

A ID TP

Carrera = 230 mm = 23 cm

20

3. El consumo de aire en m3/h:

8 01

−2

17 Consumo = 0,144 l/cm = 0,144 x 23 x 10 x 3600 / 1000 = 119,232 m3/h

27

 Ejemplo 4:

A ID TP

Teniendo:  20 cilindros de doble efecto, carrera de 100 cm, F = 500 N y frecuencia de 4 carreras por minuto.  40 cilindros de simple efecto, carrera de 20 cm, F = 4000 N y frecuencia de 6 c.p.m.  Red de aire de: - Longitud: 300 m - Nº compuertas: 1 - Nº de piezas en T: 30 - Nº codos normales: 4 - Presión servicio: 6 bar - Pérdida admisible de presión: 0,1 bar Determinar gráficamente:

1º Diámetro de los vástagos de los cilindros de doble y simple efecto. 

Doble efecto:

Carrera = 100 cm, F = 500 N

8 01

−2

17

20

-

Diámetro = 20 mm (inmediato superior)

28



Simple efecto: -

Carrera = 20 cm, F = 4000 N

A ID TP

Diámetro = 14 mm (inmediato superior)

20

2º Diámetro de los émbolos de los cilindros de doble y simple efecto. Doble efecto: -

17



Presión = 6 bar, F = 500 N

8 01

−2 Diámetro = 35 mm

29



Simple efecto: -

Presión = 6 bar, F = 4000 N

A ID TP

Diámetro = 100 mm

20

3º Consumo de aire en l/min y m3/h. Doble efecto: -

17



Diámetro = 35 mm, Presión = 6 bar

8 01

−2 0,066 l/cm de carrera 30

DEbcIbdbIefg

2

=

:

DE

DE

DF j fg

j fg

2

100

4

52,8 6 ⁄min 20

3,168 $K ⁄ℎ

0,066

20

52,8 6 ⁄$8:

1056 6/$8:

3,168 $K /ℎ

MN, NM PN ⁄l

En los cálculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cámaras secundarias, que se rellenan en cada carrera. Los valores al respecto están reunidos para cilindros Festo en la siguiente tabla:

A ID TP

Espacios muertos de cilindros (1000 cm3 = 1l)

Simple efecto: -

20



Diámetro = 100 mm, Presión = 6 bar

8 01

−2

17 0,54 l/cm de carrera DEbcIbdbIefg

=

:

DE

DF

j fg

20

6

0,54

64,8 6 ⁄min 40

64,81 6 ⁄$8:

2592 6/$8:

3,888 $K /ℎ

31

DE

j fg

3,888 $K ⁄ℎ

40

mnn, nL PN ⁄l

En los cálculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cámaras secundarias, que se rellenan en cada carrera. Los valores al respecto están reunidos para cilindros Festo en la siguiente tabla:

A ID TP

Espacios muertos de cilindros (1000 cm3 = 1l)

4º Diámetro del tubo.

−2

17

20

- Longitud: 300 m - Nº compuertas: 1 - Nº de piezas en T: 30 - Nº codos normales: 4 - Presión servicio: 6 bar - Pérdida admisible de presión: 0,1 bar - El consumo total de aire es: 63,36 m3/h + 155,52 m3/h = 218,88 m3/h

300 m

0,1 bar

218,8 m3/h 50 mm

8 01

6 bar

El nomograma nos indica que el diámetro de la tubería es de 50 mm en el primer tanteo.

32

En el segundo tanteo comprobamos el diámetro teniendo en cuenta las longitudes supletorias que nos crean los elementos siguientes instalados en la red de distribución: - Nº compuertas: 1 - Nº de piezas en T: 30 - Nº codos normales: 4 Con el valor del diámetro de la tubería, y con la utilización de la tabla de longitudes equivalentes de tubería, calculamos las longitudes equivalentes de los accesorios.

A ID TP −2

17

20 Según la tabla anterior: 1 Válvula de compuerta 4 Codos normales 30 T angular

Longitud total equivalente

= 1 x 0,6 = 0,6 m = 4 x 0,6 = 2,4 m = 30 x 3 = 90m = 93 m

8 01

  

Longitud total a considerar ahora  Canalización recta  Longitud equivalente Longitud total

= 300 m = 93 m = 393 m

33

Si vamos al nomograma del diámetro de las tuberías:

393 m

0,1 bar

A ID TP

6 bar

218,8 m3/h 55 mm

20

 Ejemplo 5:

−2

17

Vemos que el diámetro de la canalización sería de 55 mm. Buscaremos el diámetro comercial inmediato superior, según consideremos la canalización de tubos flexibles o rígidos de aluminio calibrado (ver catálogo LEGRIS).

8 01

Teniendo:  10 cilindros de doble efecto, carrera de 60 cm, F = 5000 N y frecuencia de 5 carreras por minuto.  50 cilindros de simple efecto, carrera de 20 cm, F = 2000 N y frecuencia de 10 c.p.m.  Red de aire de: - Longitud: 400 m - Nº válvulas acodadas: 2 - Nº válvulas cierre: 50 - Nº codos normales: 10 - Presión servicio: 8 bar - Pérdida admisible de presión: 1% bar

34

Determinar gráficamente: 1º Diámetro de los vástagos de los cilindros de doble y simple efecto. 

Doble efecto: -

Carrera = 60 cm, F = 5000 N

A ID TP 20



Simple efecto:

Carrera = 20 cm, F = 2000 N

8 01

−2

-

17

Diámetro = 25 mm (inmediato superior)

Diámetro = 12 mm (inmediato superior) 35

2º Diámetro de los émbolos de los cilindros de doble y simple efecto. 

Doble efecto: -

Presión = 8 bar, F = 5000 N

A ID TP 20

Diámetro = 100 mm

Simple efecto: -

17



Presión = 6 bar, F = 2000 N

8 01

−2 Diámetro = 63 mm

36

3º Consumo de aire en l/min y m3/h. 

Doble efecto: -

Diámetro = 100 mm, Presión = 8 bar

A ID TP 20

0,675 l/cm de carrera

2

=

:

j fg

2

60

24,3 $K ⁄ℎ

5

0,675

10

405 6 ⁄$8:

24,3 $K /ℎ

−2

DE

DF

17

DEbcIbdbIefg

243 $K ⁄ℎ

8 01

En los cálculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cámaras secundarias, que se rellenan en cada carrera. Los valores al respecto están reunidos para cilindros Festo en la siguiente tabla:

Espacios muertos de cilindros (1000 cm3 = 1l)

37



Simple efecto: -

Diámetro = 63 mm, Presión = 8 bar

A ID TP 17

20 0,27 l/cm de carrera =

j fg

DF

20

10

3,888 $K ⁄ℎ

0,27 50

54 6 ⁄$8:

3,24 $K /ℎ

162 $K ⁄ℎ

8 01

DE

:

−2

DEbcIbdbIefg

En los cálculos del consumo de aire hay que tener en cuenta el llenado de las cámaras secundarias, que se rellenan en cada carrera. Los valores al respecto están reunidos para cilindros Festo en la siguiente tabla:

Espacios muertos de cilindros (1000 cm3 = 1l)

38

4º Diámetro del tubo. - Longitud: 400 m - Nº compuertas: 1 - Nº de piezas en T: 30 - Nº codos normales: 4 - Presión servicio: 8 bar - Pérdida admisible de presión: 0,08 bar - El consumo total de aire es: 243 m3/h + 162 m3/h = 405 m3/h

A ID TP 20

400 m

405 m3/h

8 bar

8 01

−2

17

70 mm

0,08 bar

El nomograma nos indica que el diámetro de la tubería es de 70 mm en el primer tanteo.

En el segundo tanteo comprobamos el diámetro teniendo en cuenta las longitudes supletorias que nos crean los elementos siguientes instalados en la red de distribución: - Nº válvulas acodadas: 2 - Nº válvulas cierre: 5 - Nº codos normales: 10

39

Con el valor del diámetro de la tubería, y con la utilización de la tabla de longitudes equivalentes de tubería, calculamos las longitudes equivalentes de los accesorios.

A ID TP Según la tabla anterior:

Longitud total equivalente

= 2 x 12 = 24 m = 5 x 24 = 120 m = 10 x 1 = 10m

17

2 Válvulas acodadas 5 Válvulas cierre 10 Codos normales

20

  

= 154 m

= 400 m = 154 m = 554 m

8 01

 Canalización recta  Longitud equivalente Longitud total

−2

Longitud total a considerar ahora

40

Si vamos al nomograma del diámetro de las tuberías:

0,08 bar 554 m

A ID TP

405 m3/h 70 mm

8 bar

20

8 01

−2

17

Vemos que el diámetro de la canalización sería de 75 mm. Buscaremos el diámetro comercial inmediato superior, según consideremos la canalización de tubos flexibles o rígidos de aluminio calibrado (ver catálogo LEGRIS).

41

A ID TP

8 01 −2 17 20

42

Tema 3 Válvulas neumáticas

1. Introducción Las válvulas neumáticas son los mecanismos que controlan el paso del aire comprimido dentro del sistema neumático. Son capaces de regular ciertos parámetros como la presión y el caudal.

A ID TP

Por su forma constructiva podrán ser de asiento o corredera.

17

20

2.- Válvulas distribuidoras

8 01

−2

Actúan de conmutadores neumáticos, distribuyendo el aire comprimido en función de una señal de mando que puede ejecutarse de diversos modos; manualmente, a través de finales de carrera, con pilotajes neumáticos, hidráulicos, por electroválvulas, entre otros. La válvula también cuenta con un esfuerzo que hace que vuelva a cambiar de posición o se conmute a una posición concreta.  Ejemplos:

Ejemplo de válvulas distribuidoras de dos y tres posiciones.

1

En el primer caso, la válvula está accionada por pulsador y tiene dos posiciones de trabajo, pero al "soltar", la válvula regresa a la posición inicial ayudada por un muelle. Tiene dos accionamientos, un pulsador manual, y un muelle automático para el retroceso. En el segundo caso, si no es accionada por ninguno de los dos pulsadores, los muelles obligan a que tenga la posición central (2) activa. Si es presionado el pulsador de la izquierda, funcionará la posición 1 y al soltarlo, la válvula vuelve al centro. Al presionar el pulsador de la derecha, funcionará la posición 3 y al soltarlo vuelve al centro. En este ejemplo se han utilizado cuatro accionamientos, dos pulsadores y dos muelles.

A ID TP

Las vías de las válvulas se designan por letras o números: (P ó 1) para origen de presión, (A y B ó 2 y 4) para líneas de trabajo y (Rnº y Snº, ó 3 y 5) para escape. Para señales de mando o pilotaje, se usarán (X, Y y Z, ó 12,14).

20

Ejemplo para la designación de las vías de trabajo de las válvulas.

 Ejemplo:

Válvula con dos vías y dos posiciones.

8 01

−2

17

La válvula distribuidora se designa por dos cifras, por ejemplo 5/3. La primera indica el número de vías que posee (entradas o salidas de aire, sin contar las vías de pilotaje), y la segunda las posiciones que puede adoptar, es decir, las conmutaciones neumáticas que puede realizar la válvula internamente. Las posiciones se representan por cuadrados.

Dos vías porque tiene una entrada y una salida; y dos posiciones porque puede, o bien comunicar las vías, o bien taponarlas.  Ejemplo: Válvula con posiciones.

cinco

vías

y

tres

2

Cinco vías porque tiene una entrada de presión, dos salidas de trabajo y dos vías de escape. Y tres posiciones porque puede: -

Posición central, todas las vías cerradas. Posición izquierda, conmuta de P a A y de B a R2. Posición derecha, conmuta de P a B y de A a R1.

2.1.- Válvula 2/2. Dos vías, dos posiciones

A ID TP

Tiene dos posiciones; paso abierto o bloqueo en ambas vías. Es importante indicar cuál es la posición inicial de la válvula; por ello se indica NC (normalmente cerrada) para las que inicialmente bloquean el aire y NA (normalmente abierta), para lo contrario. La posición inicial de la válvula se suele indicar con la numeración de las vías.

20

Válvula 2/2 cerrada y abierta.

 Ejemplo

8 01

Válvula 2/2 normalmente cerrada (NC) accionada por pulsador y retomo por muelle.

−2

17

Para completar el símbolo que define la válvula, hay que indicar qué accionamiento modificará la misma (pulsador manual, accionamiento eléctrico, neumático...), y que tipo de esfuerzo retornará la válvula a su posición inicial.

Descripción gráfica funcional de la válvula 2/2

3



Accionamientos típicos para válvulas y simbología:

A ID TP

 Ejemplos de accionamientos con válvula 2/2:

20

Se emplea la válvula a modo de interruptor simple, es decir, controlar el paso total del aire comprimido en un todo-nada.

17 −2

Válvula 2/2 accionada por palanca

8 01

A continuación se plantea un circuito en el cual una válvula tipo pulsador permite la extensión de un cilindro de simple efecto y otra válvula, permite su retroceso derivando el aire comprimido a escape a través de un silenciador.

Extensión y recogida de un cilindro a través de válvulas 2/2.

4

También podemos emplear una válvula 2/2, con cabezales de accionamientos mecánicos, tipo finales de carrera, para que en caso de actuación, ya sea por un mismo cilindro del propio sistema neumático o por otro elemento móvil participante en la instalación, accione un circuito auxiliar de trabajo que se pueda asociar al proceso productivo.

A ID TP

Empleo de válvulas 2/2 con accionamientos mecánicos.

2.2.- Válvula 3/2. Tres vías, dos posiciones

−2

17

20

Tiene dos posiciones, cuando accionamos una de ellas conmuta el paso de aire del origen de presión P hasta la vía de trabajo A. En este ejemplo, la válvula es una NC, normalmente cerrada. En caso de que la disposición de las vías sea NA (abierta), inicialmente el origen de presión fluye directamente hasta la vía de trabajo A, y al accionar la válvula en algún medio, por ejemplo un pulsador, se corta el fluido ya que el origen de presión P, queda taponado.

8 01

Válvula 3/2 normalmente abierta (NC), accionada por pulsador. Funcionamiento y simbología.

Válvula 3/2 normalmente abierta (NA), accionada por pulsador. Funcionamiento y simbología.

5

Ejemplo de accionamiento con válvulas 3/2 con retroceso automático de cilindros de simple y doble efecto. Una válvula con accionamiento tipo pulsador pilota a una segunda válvula que alimenta al cilindro. Cuando éste sale completamente, acciona una válvula con accionamiento tipo final de carrera, que obliga a la válvula pilotada a la recogida del vástago del cilindro.

A ID TP 8 01

−2

17

20 6

2.3.- Válvula 4/2. Cuatro vías, dos posiciones Tiene dos vías de trabajo (A y B), y otras dos vías que se pueden convertir en origen de presión ambas. Siempre existe comunicación neumática, ya sea de manera directa o cruzada, como se aprecia en los siguientes gráficos. En el primero la válvula está sin actuar, y el origen de presión P aporta aire directamente a la vía de trabajo A, mientras que la vía B, se une con la vía R. Cuando la válvula es actuada, el origen de presión P implementa aire comprimido a la vía B, mientras que la vía A, se deriva a escape.

A ID TP

Válvula 4/2 (de P a A y de R a B), accionada por pulsador. Funcionamiento y simbología.

17

20 8 01

−2

Control de un cilindro de doble efecto. Una válvula 4/2 con accionamiento por pulsador, y retorno por muelle, permitirá la extensión de un cilindro de doble efecto. Si presionamos el pulsador se imprime aire a presión de manera directa en la parte anterior del cilindro para provocar la salida, y al "soltar" el cruce de la válvula obliga la recogida del mismo.

Control de un cilindro de doble efecto con válvula 4/2.

7

2.4.- Válvula 4/3. Cuatro vías, tres posiciones Es ideal -entre otros- para la puesta en marcha de motores neumáticos, ya que dispone de una posición intermedia que puede ser a centros cerrados y en cada una de sus otras dos posiciones, se puede ejecutar un sentido de giro diferente.

A ID TP

Inversión de sentido de giro de un motor neumático con válvula 4/3.

20

Con el siguiente ejemplo, la palanca podrá extender o recoger el cilindro de doble efecto, pero si se acciona hacia la posición central antes de que cumpla el recorrido, el cilindro se queda bloqueado en esa posición.

8 01

−2

17 Regulación de la velocidad de entrada y salida para este ejercicio.

Control de un cilindro de doble efecto con válvula 4/3

8

2.5.- Válvula 5/2. Cinco vías, dos posiciones Esta válvula también es muy versátil. Dispone de dos vías de trabajo A y B, una vía origen de presión P y dos vías de escape R1 y R2. Las combinaciones que realizan sus vías también son variadas.

A ID TP

Válvula 5/2 (de P a A y de B a R2 y R1 cerrada), accionada por pulsador. Funcionamiento y simbología.

Control de un cilindro de doble efecto con válvula 5/2.



Aplicaciones de las válvulas 5/x:

8 01

−2

17

20

Al disponer de dos vías de trabajo, y como sucede con la válvula 4/2, se puede emplear para la activación de cilindros de doble efecto, motores neumáticos y actuadores rotativos, principalmente.

Como sucede con la válvula 3/x, la válvula 5/2 se emplea en circuitos, donde los accionamientos se realizan de manera indirecta. En el siguiente circuito neumático, el cilindro de doble efecto es gobernado por una válvula 5/2 accionada (pilotada) por aire tipo biestable. La válvula además de las 5 vías (P, A, B, R1 y R2), dispone de dos vías para el pilotaje (12 y 14). Esto supone, que si se inyecta aire a través de la vía 12, la válvula se desplaza y habilita la cámara de trabajo de la izquierda.

9

Como es biestable, la aplicación de aire en la vía 12 se realizará un instante. Por otro lado, si el aire se implementa por la vía de pilotaje 14, la cámara de trabajo de la válvula será la derecha. Para inyectar aire a presión a las vías de pilotaje 12 y 14, se han usado dos válvulas 3/2 tipo pulsador, con retorno por muelle.

A ID TP

Cilindro de doble efecto gobernado de manera indirecta a través de una váIvula 5/2 biestable pilotada por aire.

Válvulas 3/2 NC, accionadas por pulsador y retorno por muelle

−2

17

20

Caso 1. Al presionar la válvula 3/2, (pulsar y soltar) se implementa aire apresión al pilotaje 12 de la válvula 5/2 biestable; ésta a su vez coge aire comprimido de otra fuente diferente, y lo suministra a la entrada del cilindro, lo que provoca la salida del vástago.

8 01

Caso 2. Al presionar la segunda válvula 3/2, (pulsar y soltar) se implementa aire a presión al pilotaje 14 de la válvula 5/2 biestable; esta a su vez coge aire comprimido de otra fuente diferente, y lo suministra a la salida del cilindro, lo que provoca la entrada del vástago.

Las válvulas 5/3, en sus diferentes combinaciones, son muy empleadas en la industria.

10

Válvula 5/3 conposición central a bloqueo.

2.6.- Válvulas monoestables y biestables 

Monoestables

A ID TP

Estas válvulas se caracterizan por tener retorno por muelle; tienen en reposo un sólo estado de funcionamiento.

Ejemplo 1. Válvulas accionadas manual o mecánicamente. Cuando deja de aplicarse el esfuerzo, vuelven a la posición inicial ayudadas por el muelle. Ejemplo 2. Válvula accionada por pilotaje de presión. Cuando el pilotaje en 12 se reduce, la válvula retorna a su inicio.

Biestables

Válvula 3/2 monoestable. Válvulas monoestables NC, pilotada por aire.

8 01



−2

17

20 Tanto la válvula accionada por pulsador, como la pilotada, son monoestables.

La palabra biestable indica dos estados, pero no a la vez, es decir, o uno, u otro, Esto implica que la válvula puede en reposo adoptar uno de los dos estados. Las aplicaciones características son las pilotadas por aire (u otro fluido), o las accionadas por solenoide tipo electroválvulas. Para alcanzar una de las dos posiciones, no es preciso que el accionamiento este activo de manera permanente, tan sólo un impulso es suficiente para desplazar la corredera.

11

A ID TP

Válvulas biestables

3.- Válvulas controladoras de presión

20

Actúan directamente sobre la presión del aire comprimido del circuito.

3.1.- Válvulas reguladoras de presión

17

−2

Esta válvula mantiene una presión constante de trabajo, aunque para ello, la presión de entrada ha de ser superior. La válvula se encarga de evacuar la presión que provoca la fluctuación. Se emplean en la unidad de mantenimiento, y en aplicaciones que requieran de esta utilidad. Suelen incorporar un manómetro.

8 01

Ejemplo de funcionamiento:  Caso 1. La presión entra y la válvula se abre parcialmente y deja pasar el aire hacia la vía de trabajo 'A".  Caso 2. La presión de entrada aumenta y la válvula cierra la salida, para regular la presión de trabajo.  Caso 3. Si los propios actuadores provocan una subida de presión, la válvula es capaz de evacuar aire comprimido a escape.

Funcionamiento de la válvula reguladora de presión neumática.

12

3.2.- Válvulas limitadoras de presión Es una válvula de seguridad. Prefija un valor máximo de trabajo con un mando rotativo y cuando este es superado, abre la vía de escape a la atmósfera.

Funcionamiento de la válvula limitadora de presión neumática.

A ID TP

3.3.- Válvulas de secuencia

Se comporta igual que la válvula limitadora de presión, salvo que en vez de expulsar el aire comprimido al exterior en caso de actuación, lo reutiliza dentro del circuito para el gobierno de otros componentes. Existe un conjunto válvula limitadora con válvula de vías pilotada por aire, para aprovechar directamente.

20

Conjunto válvula limitadora más válvula de vías, y símbolo compacto.

17

4.- Válvulas controladoras de caudal

−2

4.1.- Válvula estranguladora de caudal fijo y variable

8 01

Regular el caudal aporta efectos importantes en los circuitos neumáticos, como la variación de velocidad de trabajo de los actuadores. El gráfico que se muestra a continuación, indica que regula el caudal con un pequeño mando rotativo; tiene enganche rápido de conductos, y es de reducido tamaño para poder adaptarlo sin problemas al proceso productivo.

Regulador de caudal variable. Simbología de las válvulas reguladoras de caudal.

13

4.2.- Válvula estranguladora de caudal variable con antirretorno Este elemento de características similares al anterior, tiene además una válvula antirretorno, que la hace muy versátil. Normalmente se ubican antes de cada vía en los actuadores para poder regular el caudal de entrada y por tanto la velocidad de trabajo. Se puede utilizar en ambos sentidos, por lo tanto la combinación de la válvula estranguladora con la antirretorno, puede ofrecer varias combinaciones.

A ID TP

Funcionamiento de la válvula estranguladora antirretorno.

En el siguiente gráfico, se aprecia la posición que debe adoptar la válvula para regular la velocidad de entrada, o salida del cilindro de simple efecto.

8 01

−2

17

20 Combinaciones para regular la velocidad de un cilindro de doble efecto.

14

4.3.- Válvula de escape rápido Permite a ciertos actuadores incrementar su velocidad. Utiliza una vía de escape mayor de lo habitual para acelerar la descarga a la atmósfera.

A ID TP Ejemplos de uso de la válvula de escape rápido.

Válvula de escape rápido. Símbolo y funcionamiento.

5.- Válvulas antirretorno, de selección y bloqueo de vías 5.1.- Válvula antirretorno

Válvula neumática antirretorno.

Simbología de las válvulas antirretorno.

8 01

5.2.- Válvula selectora “OR”

−2

17

20

El funcionamiento de esta válvula es sencillo; dejan pasar el fluido en un sentido, pero no al revés.

La válvula neumática OR o válvula selectora, permite circulación de fluido a su salida, si en cualquiera de sus dos entradas existe origen de presión.

Válvula “OR”

Simbología de las válvulas neumáticas “OR” y “AND”

15

5.3.- Válvula “AND” Este mecanismo tiene tres vías de trabajo, dos entradas y una salida. Para que a la salida exista fluido, ha de haber en las dos de entrada. También se denomina válvula de simultaneidad.

Válvula "AND"

5.4.- Válvula de cierre

A ID TP Válvula de cierre

20

6.- Otros elementos y dispositivos neumáticos 6.1.- Temporizador neumático

17

Una válvula estranguladora con antirretorno, un pequeño depósito y una válvula distribuidora, abierta o cerrada, constituyen un temporizador neumático.

−2

8 01

En el primer gráfico, se plantea con retardo de NC a NA, y el segundo de NA a NC. La válvula 3/2 accionada por pulsador implementa aire comprimido que pasa a través de la válvula estranguladora antirretorno, llega al depósito y al pilotaje de la válvula de trabajo. La válvula estranguladora, es la que decide el tiempo que tardará en actuar la válvula, abriendo o cerrando el caudal que le llega al acumulador. Cuando el acumulador tiene suficiente presión para pilotar la válvula de trabajo, actúa.

En el siguiente gráfico, se plantea el caso que al presionar la válvula pulsador 3/2, el aire pasa por la válvula estranguladora, llega al depósito, y cuando este tiene la presión suficiente alimenta el pilotaje de la válvula 3/2, que implementa aire a presión al cilindro de simple efecto que se extiende. Cuando el pulsador se libera, el cilindro vuelve a su posición inicial.

16

A ID TP Aplicación de un temporizador neumático.

Esquemas neumáticos de Ia composición de temporizadores neumáticos.

20

El acumulador puede contar con entrada y salida de fluido.

17

6.2.- Válvulas accionadas magnéticamente

8 01

−2

Se colocan en la camisa del cilindro y cuando el émbolo está justo debajo, actúan permitiendo el paso de aire o no, según sean NC ó NA.

Válvula que se acciona magnéticamente. Funcionamiento de una válvula pilotada de manera magnética.

17

6.3.- Bloques de válvulas Sobre una misma placa bastidor, se montan las válvulas y se concentran en un sólo lugar. Dispone de una vía de presión y dos válvulas de escape común para todas las válvulas. Por otro lado, cada válvula es independiente en lo que se refiere a las vías de trabajo o pilotaje. Aunque están montadas en bloque, se pueden sustituir; se tendrá en cuenta la junta de estanqueidad necesaria que lleva debajo del soporte.

A ID TP

Bloque de electroválvulas

Bloque de válvulas

17

20 7.- Identificación de los actuadores neumáticos

8 01

−2

Montaje de válvulas en bloque

Los cilindros y motores neumáticos, se identifican por letras mayúsculas; A, B, C, D, etc., y su estado con los signos aritméticos + y -; por ejemplo:

A- indica que el vástago está recogido, mientras que A+ que está extendido. A las camisas metálicas de los actuadores se les puede acoplar detectores magnéticos de posición “reed”, que informan de la posición de salida o de giro del actuador. 18

Se identifican con letras minúsculas y un subíndice con un número sencillo, o incluso con la distancia de la carrera, por ejemplo:

a0 y a1; identifican mínima y máxima extensión.

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a0 y a100, identifican la distancia del vástago en mm. Los sensores mecánicos, tipo final de carrera están fuera de la camisa, y se indican como tal:

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Tema 4 Diseño de circuitos neumáticos 1.-Introducción El diseño de circuitos neumáticos requiere de métodos que faciliten su implementación. Los pasos generales para la modelación son:

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1. Definir las funciones necesarias y requisitos a cumplir. 2. Analizar los componentes requeridos para realizar las funciones. 3. Sistema de control de los actuadores (válvulas distribuidoras, reguladoras de caudal, de bloqueo y reguladoras de presión y elementos de control). 4. Forma de conexión entre los cilindros y las válvulas (racores, tubos flexibles y rígidos, silenciadores, transmisión de energía, roscas, etc.). 5. Generación de aire comprimido / Presión y unidades de mantenimiento, filtros, secadores, lubricadores, reguladores de presión, etc. 6. Secuencias de los movimientos y transmisión de las señales.

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Los actuadores neumáticos cubren una gama muy amplia de aplicaciones, mientras que los hidráulicos son los de elección si se precisa de grandes esfuerzos para ejecutar las maniobras.

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El planteamiento del grado de automatización de las instalaciones neumáticas, hidráulicas, electroneumáticas y electrohidráulicas tiene que ser formulado con el objetivo de conseguir el máximo grado de automatización a un precio razonable.

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2.-Mando neumático

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Las herramientas de modelación de circuitos de diseño tienen su utilidad en la optimización de componentes, rendimiento y funcionalidad para obtener mejores costos, preveer situaciones a manejar, planear mantenimientos y crecimientos futuros, entre otros.

En este apartado vamos a desarrollar una serie de montajes básicos de mando neumático. Se entiende por órganos de mando o simplemente mando al conjunto de elementos cuya función es gobernar un sistema controlando los órganos que realizan el trabajo.

La presión necesaria para el mando es mínima, al contrario de la necesaria para los órganos de trabajo, que debe ser elevada, por la fuerza necesaria de actuación. Atendiendo a la acción de mando, éste se divide en, mando directo y mando indirecto. Mando directo, es cuando la acción del operador incide directamente en los actuadores que gobiernan los órganos de trabajo. Mando indirecto, es cuando la acción del operador se aplica sobre válvulas de mando que gobiernan o pilotan a su vez, a los actuadores principales.

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Según su grado de autonomía el mando puede ser: -

Manual Semiautomático Automático

Manual, es si el ciclo de trabajo se interrumpe cuando el operador cesa su acción de mando. Semiautomático, es cuando el ciclo de trabajo se efectúa sin ninguna interrupción, aunque su repetición depende de una acción de mando del operador. Mando automático, es cuando se permite la repetición indefinida del ciclo de trabajo.

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1. Mando directo de un cilindro de simple efecto: Al accionar el pulsador, el aire a presión penetra desde la entrada (P) hacia el cilindro, a través de la salida (A), lo que ocasiona el avance o salida del vástago. Al soltar el pulsador, el aire escapa al exterior por el escape (R), mientras el vástago efectúa el retroceso o entrada del vástago a la posición inicial. Para evitar que el operador tenga que apretar todo el tiempo el pulsador puede emplearse una válvula con enclavamiento.

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20 2. Mando directo de un cilindro de doble efecto:

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Para el mando de cilindros de doble efecto se pueden utilizar válvulas 4/2 y 5/2. Al accionar el pulsador el aire a presión llega a la cámara posterior del cilindro a través del orificio (2) mientras que por el orificio (4) escapa el aire de la cámara anterior expulsado por el avance del vástago. Al soltar el pulsador se produce el retroceso del vástago porque el aire a presión llega ahora por (4) a la parte anterior del cilindro, mientras que la cámara posterior se comunica con el escape. El montaje con válvula 5/2, es igual con la única diferencia de que las cámaras del cilindro evacuan por escapes distintos.

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3. Mando indirecto de un cilindro de simple efecto: Cuando por problemas, la válvula de mando no puede colocarse cerca del órgano de trabajo y en un lugar accesible al operario debe realizarse el mando a distancia, o por seguridad cuando se quiere para el mando una presión inferior que para la fuerza. Al accionar el pulsador, se pilota la válvula accionada por presión y el vástago del cilindro se mueve hacia adelante. Al soltar el pulsador desaparece la señal de pilotaje, el muelle hace retroceder la válvula y por lo tanto, el vástago del cilindro retrocede.

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4. Mando indirecto de un cilindro de doble efecto:

5. Mando desde dos puntos distintos:

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El mando del cilindro de doble efecto, se efectúa como en el caso precedente, pero con el empleo lógico de una válvula 4/2 ó 5/2. Cuando queramos realizar el mismo esquema, para cilindros de simple o de doble efecto, el mando se ha de realizar de manera indirecta, diferenciando así el mando de la fuerza y entonces los montajes serán siempre iguales para el mando y únicamente se diferenciará en la fuerza según el tipo de cilindro a alimentar, si es de simple efecto con una válvula 3/2 y si el cilindro es de doble efecto indistintamente con válvulas 4/2 ó 5/2, pilotadas neumáticamente.

Para solucionar el problema hay que recurrir a una válvula selectora de circuito o a la función lógica “O", porque si no se emplean, al apretar el pulsador de una de las dos válvulas, el aire se dirige al escape de la otra válvula, en lugar de penetrar en el cilindro. Al accionar cualquier pulsador, se mandará el aire a presión por una de las entradas de la válvula selectora y el cilindro avanzará. En el caso de no accionar cualquiera de los dos pulsadores el aire se marcha por el escape de cualquiera de las válvulas y el vástago del cilindro retrocede.

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Sin selector de circuito

Con selector de circuito

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6. Mando condicional:

Para solucionar el problema hay que recurrir a una válvula de simultaneidad o a la función lógica "Y", respondiendo solo a la acción simultánea de dos pulsadores y cesando la acción sobre cualquiera de los pulsadores, el vástago retrocede a su posición inicial. Esta forma de mando puede obtenerse de dos maneras:  Montaje con válvula de simultaneidad. (Igual sería con función lógica 'Y")  Montaje en serie. (El aire no llega a la segunda válvula si no se acciona la primera).

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20 4

7. Control de velocidad:

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La regulación de velocidad de los actuadores se logra con los reguladores de caudal de aire. La válvula en cuestión se monta cuidando que la posición del antirretorno sea la correcta, según se desee regular el avance o retroceso. En los cilindros de doble efecto el regulador se colocará de tal manera que siempre se regule el aire a la salida del cilindro, evitando así en lo posible los tirones en el avance.

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También se puede regular la velocidad de los actuadores de doble efecto con reguladores bidireccionales colocados en los escapes, aunque esta solución resulta de difícil puesta a punto y mantenimiento. Igualmente puede interesar que el actuador, avance o retroceda lo más rápidamente posible, para ello se recurre a montar el escape rápido en la salida de aire adecuada.

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8. Automatización: Para realizar movimientos automáticos, se deben utilizar para la fuerza, siempre válvulas accionadas neumáticamente por ambos lados, es decir válvulas biestables. Como ya enunciamos la automatización puede ser: -

Semiautomática Automática



Semiautomática:

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Cuando el ciclo de trabajo se efectúa sin interrupción y la repetición depende de una acción de mando del operador. Si la automatización se realiza dependiente de la posición del cilindro, debemos accionar el pulsador para pilotar la válvula biestable y esta hace avanzar el cilindro, al final de su recorrido oprime el rodillo de la válvula final de carrera, la cual manda una señal a la válvula biestable para que invierta su posición, con lo que el cilindro retrocede. Si la automatización se realiza dependiente del tiempo, accionaremos igualmente el pulsador para pilotar la válvula biestable y hacer avanzar el cilindro, a la vez que empieza el recorrido se alimenta el temporizador, que después del tiempo establecido dará la nueva señal a la válvula biestable para que invierta su posición, con lo que el cilindro retrocede.

Automática:

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20 

Cuando se permite la repetición indefinida del ciclo de trabajo. En este caso el ciclo se reproduce indefinidamente una vez iniciado, hasta que aparezca la orden de detención.

Si la automatización se realiza dependiente de la posición del cilindro, debemos accionar la palanca de enclavamiento, al dar aire al sistema y estar accionado el final de carrera (a0), el cilindro inicia la carrera de avance, cuando el cilindro llaga a su posición más avanzada, acciona el final de carrera (a1), este dará la orden por el otro pilotaje a la válvula biestable y el cilindro retrocede hasta (a0), iniciando de nuevo inmediatamente el ciclo.

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Para detener el proceso es preciso desenclavar la palanca con objeto der que el sistema quede sin aire, el montaje así dispuesto permite controlar el punto de paro del cilindro, para que esto ocurra la válvula manual se monta en serie con el final de carrera (a0) para que cuando se cierre aquella, quede sin alimentación este último y así se garantiza el paro del cilindro en la posición de reposo.

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Si la automatización se realiza dependiente del tiempo, accionaremos igualmente la palanca para pilotar la válvula biestable y hacer avanzar el cilindro, a la vez que empieza el recorrido se alimenta el temporizador de retroceso, que después del tiempo establecido dará la nueva señal a la válvula biestable para que invierta su posición, a la vez que empieza el recorrido se alimenta el temporizador de avance, con lo que el cilindro retrocede. Para detener el proceso es preciso desenclavar la palanca con objeto de que el sistema quede sin aire, el montaje así dispuesto no permite controlar el punto de paro del cilindro, puesto que lo hace en función del tiempo.

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El avance y retroceso del cilindro se realiza en función del tiempo que se programe en cada uno de los temporizadores y por lo tanto dependerá de ese tiempo, el mayor o menor desplazamiento del cilindro.

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3.-Representación esquemática de la automatización El objetivo final del especialista neumático será la de conseguir el esquema adecuado para cumplir esa función, pero antes deberá pasar por un proceso previo, en el cual se establecerá de forma gráfica el trabajo que se va a realizar, y el desarrollo de las secuencias o fases que componen el ciclo. La realización de un circuito neumático, a partir del esquema constructivo de los mecanismos, exige una metodología previa y sistemática, para realizarlo de manera correcta. Realizaremos el proceso, con el siguiente ejemplo:

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Los pasos a seguir son:

Descripción del funcionamiento:

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Descripción del funcionamiento, secuencia de funcionamiento, actuadores que intervienen, etapas de la secuencia, grupos, secuencia paso a paso, tabla de la secuencia, diagrama de movimientos y relación de componentes.

Secuencia de funcionamiento:

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Es aconsejable explicar brevemente pero de manera precisa, el proceso de funcionamiento para saber cuál es el trabajo final que pretendemos conseguir con el montaje neumático. Según el ejemplo el nombre es (Doblado de una chapa en forma de vaso). El primer cilindro (A) acciona una chapa apoyada en un utillaje con forma de vaso, debajo de otro cilindro (B), que al salir la doblará sobre el utillaje, una vez doblada el cilindro (B) se retira para dejar que después se recoja el cilindro (A) a su posición inicial y pueda salir el cilindro (C) que expulsará la chapa doblada. Una vez concluido el ciclo puede volver a comenzar una vez que se coloque la nueva chapa sobre el utillaje.

La secuencia se realiza anotando los movimientos de los elementos de trabajo, tomando como referencia su posición inicial o de reposo y teniendo en cuenta que si el cilindro sale se identifica con el signo (+), mientras que si entra se identifica con el signo (-). Según el ejemplo la secuencia es (A+ B+ B- A- C+ C-). Actuadores que intervienen: Se hace una relación ordenada de los actuadores que tienen movimiento, identificándolos de acuerdo con las letras del alfabeto en mayúsculas, iniciando la relación por la letra A. Según el ejemplo los actuadores son los cilindros A, B, y C. 8

Etapas de la secuencia: Etapa se define como cada cambio de estado que se experimenta en los actuadores a lo largo de la secuencia, por lo tanto hay que contar cuantos cambios se producen en el proceso. Según el ejemplo el número de etapas es de "6" ---- (A+ B+ B-A-C+C-) 1 2 3 4 5 6

Grupos de la secuencia:

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Para la formación de los grupos se siguen las siguientes normas: - Partiendo de la secuencia se empiezan a formar grupos desde la izquierda y cuando aparece una identificación del mismo actuador repetida, se coloca una línea inclinada justo antes de la repetición, por lo que la repetición formará parte del grupo siguiente. - Cada línea inclinada de separación significa que se produce un cambio de grupo. - Son idénticas las líneas del principio y del final de la secuencia por lo que sé omiten. Según el ejemplo el número de grupos es de “3" ---- (A+B+/B-A-C+/C-) 1 2 3 Secuencia paso a paso:

Tabla de la secuencia:

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Tomando como referencia la secuencia de funcionamiento y teniendo en cuenta los captadores de información, es decir los detectores de señal, se procede a analizar qué detector es accionado en cada movimiento de la secuencia. Los detectores de señal que intervienen, se identifican con la letra asignada al actuador que los acciona, pero en minúscula y con el subíndice (x0) si esta al inicio del recorrido y con (x1) si esta al final del recorrido. Según el ejemplo la secuencia paso a paso es:

En la tabla de secuencia se recogen movimientos o estados de los actuadores en función de las fases o etapas del ciclo o programa, para su representación se emplea una tabla done se recojan las etapas y los actuadores que intervienen en cada etapa. Según el ejemplo la tabla de secuencia es:

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Esta tabla tiene poca aplicación, solo sirve para tener ordenado el desarrollo de la secuencia. Diagrama de movimientos:

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Movimiento de los actuadores. En el diagrama de movimientos se representan los movimientos o estados de los actuadores, en función de las fases o etapas del ciclo, para su representación se tendrán en cuenta los siguientes puntos:

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- Se representan con dos línea paralela horizontales los actuadores, una de máximo (+) y otra de mínimo (-), de manera que para cada nuevo actuador, se dibujan dos nuevas líneas paralelas debajo de las anteriores. - Las líneas paralelas anteriores se cortan por líneas perpendiculares y equidistantes, que representarán cada una, a una fase, numerándolas a partir de la primera fase desde la izquierda, siendo cada columna el tiempo total de la fase. Según el ejemplo el diagrama de movimientos de los actuadores es:

8 01 Movimiento de los detectores: El diagrama de mando se emplea para representar el estado de actuación o activación de los distintos elementos de mando en función de cada fase.

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No se tiene en cuenta para la representación gráfica, el tiempo que las válvulas necesitan para su conmutación, es decir el tiempo que tarda en pasar de abierta a cerrada o viceversa, considerando que el cambio es instantáneo. Para su representación se tendrán en cuenta lo siguientes: - Se representa de la misma manera que para los movimientos de los actuadores, pero con los detectores, representando como activado (1) y como desactivado (0). Según el ejemplo el diagrama de movimientos de los detectores es:

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20 Relación de componentes:

Los componentes que intervienen en el circuito neumático, se detallan para confeccionar un listado de elementos a emplear, actuadores, válvulas, detectores, etc...

- Tres cilindros de doble efecto. - Seis finales de carrera de rodillo, formados por válvulas 3/2. - Tres válvulas distribuidoras 4/2 biestables. - Una válvula 3/2 por pulsador para inicio del ciclo. - Unidad de mantenimiento.

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Según el ejemplo los componentes son:

Además de detallar los componentes, se puede reflejar el número de conexiones que hay que realizar para el circuito, que en el caso del ejemplo es de "22" conexiones.

4.-Estudio de las secuencias El diagrama de movimientos de los detectores es fundamental para estudiar la manera de realizar el esquema y resolver la secuencia.

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Si en una misma etapa se activan dos detectores que intervienen a la vez a ambos lados de la misma válvula biestable, se produce una duplicidad de órdenes y por lo tanto la secuencia se detiene. Según el ejemplo procedemos al estudio: - Colocamos cada amador en el accionamiento adecuado según la secuencia. - Miramos si aparecen activas las dos órdenes de las válvula biestables a la vez, en la misma etapa, para ello nos fijaremos en la gráfica de movimientos de los actuadores.

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Cilindro (A) Entre los detectores b0 y C0 se produce duplicidad de órdenes en la primera etapa, en el principio de la segunda, en el final de la tercera, en la cuarta en el principio de la quinta y en el final de la sexta. Cilindro (B) Entre los detectores a1 y b1 se produce duplicidad de órdenes en el final de la segunda etapa y el principio de la tercera. Cilindro (C) Entre los detectores a. y cl se produce duplicidad de órdenes en el final de la quinta etapa y el principio de la sexta.

Si no se produce duplicidad de órdenes, conectamos sin más cada orden en su sitio y la secuencia se realizará sin problemas.

Si se produce duplicidad de órdenes, resolvemos el problema por alguno de estos métodos. - Anulación de señales. - Montaje en cascada, con válvulas biestables 4/2. - Montaje paso a paso, con válvulas biestables 3/2. - Secuenciador.

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4.1.-Método intuitivo En los circuitos de mando, las válvulas distribuidoras de dos posiciones reciben señales de pilotaje que las sitúan en una posición o la otra para así accionar los cilindros con el vástago saliendo o retrayéndose. El diagrama de mando de la figura siguiente representa el estado de conmutación de las válvulas distribuidoras visualizando los instantes en que llega la señal de pilotaje a cada lado de la válvula.

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De este modo, se evita el error de la presencia de señal neumática en un lado de la válvula cuando se requiere pilotearla por el otro lado y se comprueba que no hay señales permanentes. Este diagrama ayuda al diseñador a trabajar de forma intuitiva en el desarrollo del circuito con la precaución de asegurarse de que no existen señales permanentes que entren en conflicto con las señales de mando.

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En el diagrama de mando, puede verse que la secuencia (A+ B+ A- B-) puede realizarse de manera intuitiva sin problemas de que no existen señales permanentes. En cambio, la secuencia (C- B+ C+ B-) tiene el problema de que estando el cilindro C pilotado en sentido c0 (o C-), le llega a señal de pilotaje c1 (c+).

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En la siguiente figura se muestra un circuito de lazo cerrado con la secuencia (A+ B+ C+ AB-C-) en el que se suministra aire al piloto a1 (A+) de la válvula distribuidora VA, se extiende el vástago del cilindro A a la posición a1 (A+), la válvula final de carrera a1 (A+) entrega aire a la válvula distribuidora B y así sucesivamente.

El circuito funciona correctamente en el mismo orden que se excitan. En caso contrario, puede ocurrir que el aire de la válvula actuara en ambos lados y la secuencia quedaría interrumpida.

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En la secuencia que se inicia con a1 (A+), continúa con b1 (B+) y c1 (C+) se para en este último punto ya que la retroalimentación va de c1 (C+) a b0 (B+) y a la vez se aplica aire b1 (B+) y b0 (B-) con lo que la válvula distribuidora no se mueve.

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Circuitos un poco más complejos:

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4.2.-Anulación de señales

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El método intuitivo es funcional para circuitos simples. En el caso de circuitos más complejos usamos el método de anulación de señales, cascada, paso a paso y secuenciador que pueden ser implementados por circuitos eléctricos o PLC’s (Controladores Lógicos Programables).

Dos sistemas pueden considerarse para solucionarlo:

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La existencia de duplicidad de órdenes es un problema habitual en circuitos neumáticos y electroneumáticos que debe ser solucionado para que el ciclo se desarrolle perfectamente. Los anuladores se usan para anular la señal que se produce primero de las que se solapan.



Anulación del efecto de la señal. - Válvula diferencial con accionamiento neumático. - Reductor de presión.



Eliminación de la señal. - Con válvula de accionamiento mecánico unidireccional. - Con temporizador de impulso.

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Válvula diferencial con accionamiento neumático: La válvula tiene los dos pilotajes de distinto diámetro, de forma que con una misma presión aplicada a ambos la fuerza es mayor en el pilotaje de mayor diámetro. (F = p x S) --- Actuamos sobre la superficie. Si la señal a anular se aplica al pilotaje de menor diámetro al presentarse la señal en el otro pilotaje dominará a la señal primera modificando la posición de la válvula. Reductor de presión:

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Otra forma de anular los efectos de la señal permanente es con un reductor de presión. En este caso la válvula principal o de potencia puede ser de pilotajes con accionamiento neumático normal. Se debe conectar un reductor de presión al pilotaje (12) de una válvula biestable con accionamiento neumático normal. (F = p x S) --- Actuamos sobre la presión.

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Si la señal a anular se aplica al pilotaje de menor presión al presentarse la señal en el otro pilotaje dominará a la señal primera modificando la posición de la válvula. Válvula de accionamiento mecánico unidireccional (rodillo escamoteable):

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Temporizador de impulsos (anulador de señal):

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Consiste en el empleo de válvulas con accionamiento mecánico de tipo unidireccional, llamadas válvulas con rodillo escamoteable. Cuando el actuador activa el rodillo lo hace de manera temporal y posteriormente se escamotea, desapareciendo la señal. La colocación de los mismos debe ser la adecuada en función del sentido en que se desee el accionamiento, puesto que en el otro sentido no se acciona.

En este sistema se emplea un temporizador de impulso normalmente abierto en la posición de reposo, este método es el más utilizado cuando la duplicidad de órdenes se produce de manera aislada, puesto que la orden desaparece y no depende de contacto mecánico.

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4.3.-Montaje en cascada La conexión de memorias en cascada es una de las formas clásicas para obtener las señales en cada uno de los grupos seleccionados anteriormente en la secuencia. Esta técnica de alimentación de grupos se empezó a utilizar en relés de circuitos eléctricos y después se adaptó al campo de la neumática. Como ya se sabe, una válvula neumática accionada neumáticamente por ambos lados es biestable o se dice que posee memoria, esta denominación es porque al proporcionar señal de presión por uno de los pilotajes, aunque sea una señal instantánea, la corredera permanece en esta última posición hasta que otra señal contraria la lleva nuevamente a su anterior estado, es decir, la válvula recuerda la última señal recibida y aunque esta desaparezca, la corredera mantiene su última posición.

A ID TP

Para el montaje en cascada se emplean válvulas de 4 ó 5 vías y 2 posiciones. El número de memorias o válvulas a utilizar será igual a: Número de memorias = Número de grupos – 1

Como se aprecia cuando se obtiene una señal de salida hacia uno de los grupos, todos los demás grupos están conectados a escape, en reposo el grupo de salida será siempre el último.

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El montaje en cascada es un montaje estándar y cambia sólo según el número de grupos.

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4.4.-Montaje paso a paso La conexión de memorias paso a paso es otra de las formas de evitar de una forma racional que existan señales permanentes en los pilotajes cuando dichas señales son innecesarias. Para este tipo de conexión se emplean, memorias o válvulas de 3 vías y 2 posiciones. El número de memorias o válvulas a utilizar será igual a: Número de memorias = Número de grupos

A ID TP

Todo lo enunciado para el montaje en cascada se produce de igual manera en este montaje. El montaje por lo tanto también es estándar y cambia solo según el número de grupos. El montaje paso a paso debe realizarse a partir de "3" grupos puesto que en el montaje de cascada se pierde presión en el mando al tener que pasar por varias válvulas para alimentar los grupos.

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Como resumen al respecto de la resolución de las automatizaciones con esquemas neumáticos, estableceremos las siguientes recomendaciones:

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- Cuando la duplicidad se produce en una sola válvula biestable de mando, resolver el ejercicio utilizando anulador de señal. - Cuando la duplicidad se produce en más de una válvula biestable de mando y la secuencia tiene "2" grupos, resolver el ejercicio utilizando el montaje en cascada. - Cuando la duplicidad se produce en más de una válvula biestable de mando y la secuencia tiene más de "2" grupos, resolver el ejercicio utilizando el montaje paso a paso.

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A ID TP

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4.5.-Secuenciador La resolución de una secuencia es inmediata, con la ayuda de un secuenciador. A cada fase del ciclo le corresponde un módulo de fase del secuenciador, es pues necesario un secuenciador de seis módulos, para resolver el ciclo del ejemplo. El conexionado de este sistema es inmediato: - La salida de cada módulo de fase manda el movimiento a los actuadores. - La señal del detector del movimiento efectuado está dirigida hacia la entrada del módulo de fase siguiente. Las ventajas del secuenciador son:

A ID TP   



La resolución de un ciclo secuencial es inmediata. El desarrollo de un ciclo secuencial es visualizado en todo momento por los pilotajes que indican la fase activa. El ciclo no puede desarrollarse más que en el orden previsto, una señal de retorno intempestiva no puede, perturbarlo. La introducción de otras marchas, paradas de urgencia, etc ., es inmediata.

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Tema 5 Electroneumática 1.-Introducción En electroneumática los actuadores siguen siendo neumáticos, los mismos que en la neumática básica, pero las válvulas de gobierno mandadas neumáticamente son sustituidas por electroválvulas activadas con electroimanes en lugar de pilotadas con aire comprimido.

A ID TP

Las electroválvulas son convertidores electroneumáticos que transforman una señal eléctrica en una actuación neumática. Por otra parte los sensores, finales de carrera y captadores de información son elementos eléctricos, con lo que la regulación y la automatización son, por tanto, eléctricas o electrónicas. Las ventajas de la electroneumática sobre la neumática pura son obvias y se concretan en la capacidad que tienen la electricidad y la electrónica para emitir, combinar, transportar y secuenciar señales, que las hacen extraordinariamente idóneas para cumplir tales fines. Se suele decir que la neumática es la fuerza y la electricidad los nervios del sistema.

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Le robótica, también se nutre de las ventajas neumáticas en forma de herramientas. El robot presenta los movimientos dinámicos para acceder a las zonas de trabajo y la neumática aporta los útiles finales, especialmente para fijación: pinzas, garras, y elementos de soplado.

La neumática aporta a la robótica herramientas finales de trabajo

2.-Sistemas electroneumáticos 2.1.-Circuitos neumáticos El pilotaje de las válvulas pasa a ser eléctrico en lugar del pilotaje por aire comprimido que nos ofrecía la neumática. Debido a su rentabilidad energética y funcional, los circuitos neumáticos se continúan utilizando. A lo largo del tema se analizarán dispositivos que combinan a la perfección los circuitos eléctricos y neumáticos en tareas de precisión, como por ejemplo las válvulas proporcionales.

1

2.2.-Circuitos eléctricos La lógica de funcionamiento de los circuitos electroneumáticos está soportada por dispositivos eléctricos, y será de bajo nivel cuando se utilicen relés, contactores, temporizadores neumáticos, electrónicos, etc., para tareas repetitivas que no requieran de consideraciones de aprendizaje a través de sensores, o situaciones que deben ser evaluadas por elementos de control más avanzados.

2.3.-Entradas de señal

A ID TP

Estos elementos tienen el cometido de introducir las señales eléctricas procedentes de diferentes puntos con distintos tipos y tiempos de accionamiento. Cuando el control de tales elementos sucede por la unión de contactos eléctricos, se habla de mando por contacto, en caso contrario de mando sin contacto o electrónico. En cuanto a la función, se distingue entre los de contacto de cierre, de apertura y de conmutación. El contacto de cierre tiene el cometido de cerrar un circuito, el de apertura ha de abrirlo y el de conmutación abre y cierra dos circuitos respectivamente

2.3.-Sensores en electroneumática

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Los sensores utilizados en automatismos cableados y los que son puramente neumáticos, también son empleados en electroneumática. Sensores neumáticos más importantes: Pulsadores. Interruptores. Interruptores de posición.

Sensores eléctrico-electrónicos más importantes:

Pulsadores. Interruptores. Finales de carrera. Detectores inductivos y capacitivos. Detectores de proximidad. Sensores magnéticos para ubicación en la camisa del cilindro y detectar la posición del émbolo.

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     

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  

Sensores mixtos que utilizan la neumática y algún componente eléctrico:    

Presostatos. Vacuostatos. Reguladores de presión proporcionales. Reguladores de caudal proporcionales.

2



Detector magnético (reed) Los interruptores “Reed” de proximidad se activan por un campo magnético. Para aplicaciones industriales se utilizan, generalmente, interruptores Reed con indicación LED. En la ilustración se representa un interruptor Reed de tres conductores. Cuenta con tres conexiones:  Una conexión para alimentación de corriente positiva,  Una conexión para alimentación de corriente negativa, y  Una salida de señales o de maniobra.

A ID TP

Se monta directamente en el cuerpo del cilindro siendo accionado por un anillo magnético situado en el émbolo. Cuando el anillo magnético pasa por el interruptor Reed, debido al efecto del campo magnético del anillo, se cierran los contactos de maniobra y el interruptor suministra una señal de salida.

Alimentación del sensor magnético “reed”

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Se colocan en el perfil metálico del cilindro. Este perfil actúa a lo largo de la carrera del cilindro y cuando el émbolo, que lleva un imán permanente, se sitúa debajo del sensor, este reacciona. Se pueden colocar en cualquier posición, y esta determinará la detección del recorrido del vástago, que podrá ser al principio de la cerrera (0%), al final (100%) o cualquier posición intermedia. Algunos actuadores multiposicionales invitarán a la colocación de sensores en puntos concretos, por ejemplo en actuadores de giro (semigiratorios).

Circuito eléctrico de un sensor “reed”

3

Colocación del sensor magnético en la camisa del cilindro

El sensor se identifica por la denominación del actuador y la posición de detección del émbolo.

A ID TP

Por ejemplo:

a50. Cilindro "A', y activación del sensor al 50% de su recorrido.

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Colocación y numeración de los

sensores magnéticos en la camisa del

tres hilos y símbolo genérico.

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Simbología de sensores magnéticos de dos y

cilindro.

Conexiones eléctricas de los sensores magnéticos

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

Interruptores de posición El interruptor de posición, también conocido como “final de carrera”, conmuta cuando el objeto a detectar acciona físicamente el elemento actuador del captador. Su emisión de señal es digital binaria (ToN) y se realiza por cierre o apertura de un contacto electromecánico, informando sobre: presencia o ausencia, paso, posicionamiento, final de carrera (recorrido de un móvil).

Composición:

A ID TP

Simbología

Dispositivo de accionamiento: 1. émbolo (tipo pulsador) 2. émbolo y roldana

4. palanca y roldana vertical 5. palanca y roldana angular

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3. palanca y roldana lateral

6. palanca y roldana angular de longitud variable

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7. varilla rígida

8. varilla flexible (muelle acerado o plástico flexible)

Diferentes cabezas de accionamiento

Contacto de ruptura brusca: la velocidad de desplazamiento de los contactos es independiente de la velocidad del elemento que lo acciona, de este modo se obtiene buen rendimiento, aún con velocidades muy bajas.

8 01

Contacto de ruptura lenta: la velocidad de desplazamiento de los contactos es igual o proporcional a la velocidad del elemento que lo acciona.

−2

Elemento de conmutación:

5



Sensores de proximidad Detectan la presencia de un objeto frente a la cara sensible del detector, enviando una señal eléctrica, normalmente de 24 V de corriente continua, cuando detectan algún material en su proximidad. Su emisión de señal puede ser digital binaria (ToN) o analógica, informando sobre: presencia o ausencia, paso, posicionamiento, final de carrera o rotación por contaje. En neumática suelen ser utilizados como fin de carrera de los vástagos de los cilindros. Envían una señal eléctrica, normalmente de 24 V de corriente continua cuando detectan algún material en su proximidad.

A ID TP Cualidades y ventajas:

−2

17

20 Los tres tipos básicos son: inductivos, capacitivos y ópticos.

8 01 6



Sensores inductivos

Son sensores que advierten la presencia de un material metálico.

A ID TP

Los bobinados del oscilador constituyen la cara sensible, creándose en la parte frontal de ésta un campo magnético alterno. Cuando se introduce una pantalla u objeto metálico en este campo, las corrientes inducidas producen una carga adicional que provoca la parada de las oscilaciones y el disparo en la etapa de transformación que ordenará a la etapa de salida emitir la señal correspondiente.

Detector inductivo a 3 hilos. PNP NPN.

8 01

−2

17

20 Detector inductivo a 2 hilos.

Colores y conexiones del sensor inductivo

Relé de DC excitado por un sensor inductivo con 4 contactos conmutados.

7



Sensores capacitivos

Adaptados a la detección de objetos aislantes, materiales líquidos y materiales polvorientos.

A ID TP

Los condensadores del oscilador constituyen la cara sensible. Cuando se introduce un material, conductor o aislante, en este campo, modifica las capacidades de acoplamiento y provoca oscilaciones, ocasionando el disparo en la etapa de transformación y, por tanto, la orden de emitir la señal en la etapa de salida. Clasificación por su señal de salida: Dos hilos

20



- Van provistos solamente de dos hilos y el detector está en serie con la carga a controlar. - Aconsejable proteger con un fusible de fusión rápida. - Elemento de conmutación NA ó NC. Modelos:

Tres hilos - Tienen dos hilos para la alimentación del detector y un hilo para la transmisión de la salida. - Normalmente están protegidos contra cortocircuitos y cambios de polaridad. - Elemento de conmutación NA ó NC. Modelos:

8 01

- c.c. no polarizados (+/- indistintos) - c.c. polarizados (ver polaridad) - c.a. ó c.c./c.a. (polaridad indistinta)

−2

17

Se conectan como los interruptores de posición:

- PNP (salida polo positivo) - NPN (salida polo negativo)

8



Sensores fotoeléctricos

Un detector fotoeléctrico (o célula fotoeléctrica) se compone esencialmente de un emisor de luz asociado a un receptor fotosensible. La detección de un objeto es efectiva cuando interrumpe o hace variar la intensidad del haz luminoso.

A ID TP

Detector fotoeléctrico de barrera Emisor y receptor están separados en sendos envolventes montados cara a cara.

Inconvenientes:

Detector fotoeléctrico réflex

Emisor y receptor están en el mismo envolvente. El retorno del haz se realiza mediante un reflector de prismas montado cara a cara.

Sistema mejor adaptado para:

8 01

−2

17

20

Sistema mejor adaptado para:

Inconvenientes:

9

Detector de proximidad Emisor y receptor están en el mismo envolvente. El haz luminoso es reflejado por el propio objeto.

Sistema mejor adaptado para:

A ID TP 2 Hilos

Inconvenientes:

3 Hilos

4 ó 5 Hilos

8 01

−2

17

20 

Presostato Es un dispositivo que cierra o abre un circuito eléctrico en función de la presión de un medio líquido o gaseoso. Está conectado al caudal en un tramo concreto de la instalación; cuando la presión que se le aplica supera un valor preseleccionado, actúa un contacto eléctrico, simple o conmutado.

10

Ejemplo: Si la presión supera el valor predeterminado, el presostato abrirá su contacto eléctrico para impedir la extensión del cilindro.

A ID TP



Presostato neumático

Vacuostato

Es muy parecido el presostato, pero actúa ante presiones inferiores a la atmosférica.

17

20

Ejemplo

8 01

−2

Si la presión supera el valor predeterminado, el vacuostato activará un relé que abrirá su contacto eléctrico para impedir la activación de la electroválvula Y2 y por lo tanto la acción del cilindro.

Vacuostato

11

3.-Electroválvulas Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de un fluido por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones: abierto y cerrado, o todo o nada. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones para controlar el flujo de todo tipo de fluidos. No se debe confundir la electroválvula con válvulas motorizadas, en las que un motor acciona el mecanismo de la válvula, y permiten otras posiciones intermedias entre todo y nada. Las electroválvulas se identifican con la letra Y, y el símbolo usado para representar su bobina de activación en automatismos es el siguiente:

A ID TP 20

3.1.-Funcionamiento

−2

17

Cuando alimentamos la bobina de una electroválvula, el campo magnético que genera desplazará un vástago que deja pasar el aire comprimido. Pueden ser de asiento o correderas, con juntas elásticas o metálicas. En esta figura podemos observar como en un principio la bobina no está alimentada y por lo tanto no se produce la atracción del vástago. Cuando alimentamos la bobina el eje es atraído dejando pasar el fluido.

8 01 Funcionamiento de una electroválvula simple

12

Al igual que en neumática, en electroneumática nos encontramos con numerosas variantes de electroválvulas, con diversas configuraciones, atendiendo a su posición, al número de vías y a su accionamiento. A continuación podemos observar una electroválvula biestable con accionamiento eléctrico.

A ID TP

Electroválvula biestable

La simbología representa a las electroválvulas teniendo en cuenta el número de posiciones y vías con pilotaje eléctrico.

17

20

3.2.-Válvulas servopilotadas

Ejemplo 1

8 01

−2

Internamente las válvulas servopilotadas contienen dos válvulas diferentes, una que se encarga del pilotaje y otra de la distribución de aire. La fuerza de accionamiento que se necesita para el mando de las válvulas de asiento, aumenta con la presión de trabajo, por lo tanto en ocasiones se requiere de ayudas al pilotaje del cilindro. En este caso el diafragma funciona como un amplificador de presión.

Al actuar sobre el rodillo, el mecanismo permite que la presión acceda a la válvula y actúe empujando la corredera. El esfuerzo o accionamiento es por tanto neumático, pero la "orden" o pilotaje es mecánica, por parte del rodillo.

13

Válvula servopilotada por rodillo

Tenemos una válvula 5/2 servopilotada. Cuando el final de carrera no actúa, la presión va de 1 a 2 y el cilindro está recogido. Cuando el cabezal es accionado, la presión de 1 a 4 obliga la salida del vástago del cilindro de doble efecto.

A ID TP 20

Detalle del funcionamiento de la electroválvula 5/2 con rodillo, servopilotada

17

Ejemplo 2

Cuando tenemos electroválvulas, la bobina conseguirá desplazar un pequeño pistón que dejará pasar presión, y será ésta la que mueva el conjunto de la válvula.

8 01

−2 Válvula 5/2 servopilotada por solenoide

14

Electroválvula 5/2 con retorno por muelle, monoestable. Cuando la bobina Y1 esté alimentada (de manera permanente, recuerde el retorno por muelle), el origen de la presión de 1 a 4, obliga la salida del vástago del actuador, un cilindro de doble efecto. Cuando dejo de alimentar a la bobina, la válvula vuelve a su posición inicial por medio del resorte y el cilindro se recoge.

A ID TP 20

Detalle del mecanismo, diagrama de fases y circuito eléctrico.

17

3.3.-Electroválvula 2/2 NC con retorno por muelle

8 01

−2

Esta electroválvula dispone del circuito eléctrico basado en una bobina, que es la encargada de desplazar el conjunto neumático, que será el que produzca la distribución de aire a través de sus conductos. Cuando la bobina no está excitada, no hay paso de aire comprimido de P a A. Con la excitación de la bobina se desplaza el conjunto corredera, permitiendo la transferencia de aire de P hasta A. Una vez interrumpida la alimentación de la bobina, el muelle obliga al conjunto a retroceder a su posición inicial.

Funcionamiento interno de la electroválvula 2/2 NC con retorno por muelle

15

A continuación podemos observar una aplicación práctica de un sistema electroneumático comandado por una electroválvula 2/2 NC, que actúa sobre un cilindro neumático de simple efecto como actuador. Cuando presionamos el pulsador S1, se alimenta la electroválvula Y1, que a su vez aporta aire comprimido al cilindro de simple efecto.

A ID TP 20

Circuitos eléctrico y neumático con electroválvula 2/2 NC y cilindro de simple efecto

−2

17 3.4.-Funcionamiento de la electroválvula biestable 3/2

8 01

En este ejemplo podemos observar, como en principio no está activa ninguna bobina, por lo tanto el origen de la presión P se encuentra sin salida, no habiendo transferencia neumática.

Caso 1 las dos bobinas están sin activar

16

A continuación se activa la bobina 1 de la electroválvula, que desplaza la válvula de corredera hacia la derecha, produciendo comunicación neumática de origen P a la salida A.

Caso 2 se activa la bobina de la electroválvula Y1

A ID TP

Por último se activa la bobina 2, de la electroválvula que desplaza la válvula de corredera hacia la izquierda, provocando comunicación neumática de A a escape.

20

Caso 3 se activa la bobina de la electroválvula Y2

17

3.5.-Funcionamiento de la electroválvula monoestable 5/2 marcha-paro

8 01

−2

El pulsador de marcha S1 obligará la extensión del cilindro y un pulsador de paro S2, la recogida. El relé K1 es alimentado tras la pulsación del S1, quedando la electroválvula Y1 realimentada a través de uno de sus contactos.

Electroválvula 5/2 monoestable en reposo

17

Una vez excitada la bobina Y1 por la realimentación del relé K1, el origen de la presión de 1 a 4, obliga a la salida del vástago del actuador de un cilindro de doble efecto. Al pulsar S2, se fuerza la desactivación de la bobina de K1, lo que provoca la apertura de su contacto que deja sin tensión a la electroválvula Y1, volviendo a su posición inicial por efecto del resorte, con el consiguiente retroceso del vástago del cilindro al recibir aire a presión por las vías de 1 a 2.

A ID TP 20

Electroválvula 5/2 monoestable en activación

17

3.6.-Funcionamiento de la electroválvula biestable 5/2

−2 8 01

En este ejemplo podemos observar, como en un principio, no está activada ninguna bobina y el origen de la presión P se deriva hacia la vía B, por lo tanto obliga a la recogida del cilindro. La vía A deriva a R.

Caso 1 las dos bobinas están sin activar

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A continuación se activa la bobina 1 de la electroválvula Y1, produciendo el desplazamiento de la válvula de corredera hacia la derecha. Se produce comunicación neumática de B a escape y se transfiere presión de origen P a la salida A.

Caso 2 se activa la bobina de la electroválvula Y1

A ID TP

Por último se activa la bobina 2, de la electroválvula Y2 que desplaza la válvula de corredera hacia la izquierda. Se produce comunicación neumática de A a escape y se transfiere presión de origen P a la vía B.

20

Caso 3 se activa la bobina de la electroválvula Y2

17

3.7.-Accionamiento manual de las electroválvulas servopilotadas

8 01

−2

Manualmente se puede accionar la electroválvula, accediendo a un pequeño tornillo que incorpora un muelle, que permite el paso de aire del origen de presión a la cámara, produciendo el desplazamiento de la corredera. Se debe representar en el símbolo correspondiente.

Electroválvula monoestable con accionamientos suplementarios con pulsador

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En este caso tenemos una electroválvula 5/2 biestable, servopilotada por solenoide y manualmente. Podemos observar, como tanto la acción de entrada como la de salida del cilindro son ejecutadas por las bobinas Y1 e Y2 provocando en su activación el desplazamiento de la corredera. La activación también puede ser manual.

A ID TP 20

Ejemplo de uso de una válvula biestable servopilotada y esquemas representativos

8 01

−2

17 20

Tema 6 Compresores y tratamiento del aire comprimido. En el tema anterior ya describimos qué es un compresor, para que se utiliza y cuáles son sus componentes. En esta unidad vamos a profundizar en estos conceptos, además de estudiar los diferentes tipos de compresores que existen en el mercado.

1.- Introducción

A ID TP

17

20

Para producir aire comprimido se utilizan compresores, que elevan la presión del aire al valor de trabajo deseado. Todos los mecanismos y mandos neumáticos se alimentan desde una estación central de generación. De esta manera no es necesario calcular ni proyectar la transformación de la energía para cada consumidor. El aire comprimido viene de la estación compresora y llega a las instalaciones a través de tuberías. Las centrales de generación pueden ser fijas, como en la mayoría de las industrias, o móviles, como en la construcción o en máquinas que se desplazan frecuentemente. Como norma general, al planificar una instalación, es necesario prever un tamaño superior de la red, para alimentar aparatos neumáticos que se adquieran en el futuro. Por ello, es necesario sobredimensionarla, para que el compresor no resulte más tarde insuficiente. Toda ampliación posterior en el equipo generador supone gastos mayores que si se tiene en cuenta desde un principio.

−2

2.-Elementos y funcionamiento básico del compresor

8 01

Los compresores son máquinas cuya finalidad es aportar energía a los fluidos compresibles, para hacerlos fluir aumentando al tiempo su presión. Esta característica los distingue de los ventiladores, que manejan grandes cantidades de fluidos compresibles sin modificar sensiblemente su presión, de forma similar a las bombas. Veamos primero los elementos principales del compresor en los puntos muertos superiores en las etapas de aspiración y de compresión.

1

Básicamente, un compresor admite gas o vapor a una presión p1 dada, descargándolo a una presión p2 superior, comprimiéndolo en una cámara y haciéndolo pasar a través de un conducto de menor sección (para poder vencer la fuerza en la válvula generada por la sobrepresión conseguida). La energía necesaria para efectuar este trabajo la proporciona un motor eléctrico, de combustión o una turbina de vapor.

A ID TP 17

20

3.- Tipos de compresores

8 01

−2

Los compresores se clasifican por la forma de obtener el aumento de energía interna en el gas. Hay dos grandes grupos: los de desplazamiento positivo y los dinámicos. En los del primer grupo el aumento de presión se consigue disminuyendo el volumen de una determinada masa de gas. En los del segundo, el concepto cambia, el aumento de presión surge como consecuencia del aumento de energía cinética, que ha conseguido comunicársele al gas. Dentro de estos grandes, existen subgrupos con características bien definidas, en cuanto a su principio de funcionamiento y a su comportamiento. En la siguiente figura aparecen los tipos principales.

2

Los puntos que intervienen en la elección son numerosos e importantes: presión máxima y mínima pretendidas, caudal necesario, crecimiento previsto de la demanda, condiciones geográficas (altitud, temperatura, etc.), tipo de regulación, espacio necesario, tipo de refrigeración, accionamiento, lugar de emplazamiento exacto, etc. Es muy importante diferenciar a la hora de elegir si el compresor va a ser estacionario o de tipo portátil. Esta segunda situación se suele dar en los casos de campaña donde deben realizarse operaciones puntuales con ayuda del aire comprimido. Compresores alternativos:



Compresor de émbolo de una etapa. El aire aspirado a presión atmosférica, se comprime a la presión deseada con una sola compresión. El movimiento hacia abajo del émbolo aumenta el volumen para crear una presión más baja que la de la atmósfera, lo que hace entrar el aire en el cilindro por la válvula de admisión. Al final de la carrera, el émbolo se mueve hacia arriba, la válvula de admisión se cierra cuando el aire se comprime, obligando a la válvula de escape a abrirse para descargar el aire en el depósito de recogida. Este tipo de compresor, alternativo, se utiliza generalmente en sistemas que requieran aire en la gama de 3-7 bares.



Compresor de émbolo de dos etapas

A ID TP



8 01

−2

17

20

En un compresor de una sola etapa, cuando se comprime el aire por encima de 6 bares, el calor excesivo que se crea, reduce en gran medida su eficacia. Debido a esto, los compresores de émbolo utilizados en los sistemas industriales de aire comprimido son generalmente de dos etapas. El aire recogido a presión atmosférica se comprime en dos etapas, hasta la presión final. 3

A ID TP

Si la presión final es de 7 bares, la primera etapa normalmente comprime el aire hasta aproximadamente 3 bares, tras lo cual se enfría. Se alimenta entonces el cilindro de la segunda etapa que comprime el aire hasta 7 bares. El aire comprimido entra en el cilindro de segunda etapa de compresión a una temperatura muy reducida, tras pasar por el refrigerador intermedio, mejorando el rendimiento en comparación con una unidad de una sola compresión. La temperatura final puede estar alrededor de 120° C.

20

hasta 400 kPa (4 bar) una etapa hasta 1500 kPa (15 bar) dos etapas más de 1500 kPa (15 bar) tres o mas etapas

8 01

−2

  

17

Los compresores de émbolo son utilizados con frecuencia porque su gama cubre un amplio margen de presiones. Para generar presiones elevadas se recurre a un sistema escalonado de estos compresores. En ese caso, el aire es enfriado entre cada una de las etapas de compresión. Las presiones óptimas para los compresores de émbolo son las siguientes:

4



Compresor de diafragma Los compresores de diafragma suministran aire comprimido seco hasta 5 bares y totalmente libre de aceite puesto que el aire no entra en contacto con el mecanismo de accionamiento. Por lo tanto, se utilizan ampliamente en la industria alimenticia, farmacéutica y similares. El diafragma proporciona un cambio en el volumen de la cámara, lo que permite la entrada del aire en la carrera hacia abajo y la compresión y el escape en la carrera hacia arriba.

A ID TP 

20

Compresores rotativos:



Compresor rotativo de paletas deslizantes

17

Este compresor tiene un rotor montado excéntricamente con una serie de paletas que se deslizan dentro de ranuras radiales.

8 01

−2 Al girar el rotor, la fuerza centrífuga mantiene las paletas en contacto con la pared del estator y el espacio entre las paletas adyacentes disminuye desde la entrada de aire hasta la salida, comprimiendo así el aire. La lubricación y la estanqueidad se obtienen inyectando aceite en la corriente de aire cerca de la entrada. El aceite actúa también como refrigerante para eliminar parte del calor generado por la compresión, para limitar la temperatura alrededor de 190° C.

5



Compresor de tornillo

A ID TP

Dos rotores helicoidales engranan girando en sentidos contrarios. El espacio libre entre ellos disminuye axialmente en volumen, lo que comprime el aire atrapado entre los rotores. El aceite lubrifica y cierra herméticamente los dos tornillos rotativos. Los separadores de aceite, eliminan el mismo del aire de salida. Con estas máquinas se pueden obtener caudales unitarios continuos y elevados de más de 400 m3/min, a presiones superiores a 10 bares. Este tipo de compresor, a diferencia del compresor de paletas, ofrece un suministro continuo libre de altibajos. El tipo industrial de compresor de aire más común, sigue siendo la máquina alternativa, aunque los tipos de tornillo y paletas se están usando cada vez más.

Turbo compresor radial

−2

17

20 

8 01

Como su denominación indica, este compresor funciona de forma muy semejante a una turbina, sólo que aquí los álabes en lugar de producir trabajo, lo consumen. El recorrido del gas se realiza, entre etapa y etapa, siguiendo un camino radial. De ahí su nombre. El gas proyectado contra la carcasa transforma su energía cinética en energía de presión. Tomado de la atmósfera, el aire va recorriendo todas las etapas de compresión. Puede advertirse que a medida que se van superando etapas, la presión acumulada aumenta con la consiguiente disminución de volumen por unidad de masa. Dependiendo del tipo de construcción, pueden conseguirse resultados muy aceptables desde el punto de vista de la energía consumida. La figura nos presenta una construcción esquemática del eje común en la que todos los álabes son de igual diámetro y giran a la misma velocidad angular. En general, este tipo de compresores permiten manejar grandes caudales a grandes presiones (220.000 m3/h y 300 bar, como máximo).

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A ID TP

Rango de uso de compresores

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20 4.- Elección del compresor

8 01

−2

En estos diagramas están indicadas las zonas de aire aspirado y la presión para cada tipo de compresor.

 Caudal Por caudal se entiende la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos: 1. El caudal teórico 2. El caudal efectivo o real En el compresor de émbolo oscilante, el caudal teórico es igual al producto de la cilindrada x velocidad de rotación. El caudal efectivo depende de la construcción del compresor y de la presión. En este caso el rendimiento volumétrico (relación entre el caudal de aire aspirado y el obtenido realmente) es muy importante.

7

A ID TP

Es interesante conocer el caudal efectivo del compresor. Sólo este es el que acciona y regula los equipos neumáticos. Los valores indicados según las normas representan valores efectivos (p. ej.: DIN 1945). El caudal se mide en m3/min o m3/h. No obstante, son numerosos los fabricantes que solamente indican el caudal teórico.

 Presión

Se distinguen dos conceptos:

8 01

−2

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20

Los elementos neumáticos son concebidos, por lo general, para resistir una presión de 800 hasta 1000 kPa (8 hasta 10 bar). No obstante, para que el sistema funcione económicamente, es suficiente aplicar una presión de 600 kPa (6bar). Dadas las resistencias que se oponen al flujo del aire en los diversos elementos (por ejemplo, en las zonas de estrangulación) y en las tuberías, deberá contarse con una pérdida de presión entre 10 y 50 kPa (0,1 y 0,5 bar). En consecuencia, el compresor debería generar por lo menos una presión de 650 hasta 700 kPa (6,5 hasta 7 bar) con el fin de mantener una presión de servicio de 600 kPa (6 bar).

 La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores.  La presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. Para garantizar un funcionamiento fiable y preciso es necesario que la presión tenga un valor constante. De esta dependen:  Velocidad  Las fuerzas  El desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo.

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A ID TP

 Accionamiento Los compresores se accionan, según las exigencias, por medio de un motor eléctrico o de explosión interna. En la industria, en la mayoría de los casos los compresores se arrastran por medio de un motor eléctrico. Si se trata de un compresor móvil, éste en la mayoría de los casos se acciona por medio de un motor de combustión (gasolina, diésel).

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

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Regulación en vacío:  Regulación por purgado  Regulación por cierre  Regulación por pinza

−2

17

 Regulación A fin de poder adaptar la cantidad suministrada del compresor a un consumo variable, se requiere una regulación del compresor. Entre los márgenes ajustables para la presión mínima y máxima se regula la cantidad suministrada. Existen diferentes tipos de regulación:

En la regulación por purgado el compresor trabaja en contra de una válvula limitadora de presión. Una vez conseguida la presión ajustada, la válvula limitadora de presión se abre y el aire sale al exterior. Una válvula antirretorno evita el vaciado del recipiente. Esta regulación únicamente se aplica en instalaciones muy pequeñas. Depósito. .

Compresor.

Válvula limitadora de presión.

Motor eléctrico.

9

En la regulación por cierre se bloquea el lado de aspiración. El compresor no puede aspirar. Este tipo de regulación se aplica sobre todo en compresores de émbolo giratorio.

A ID TP

En compresores de émbolo más grandes se aplica la regulación por pinza. Una pinza mantiene la válvula de aspiración abierta, el compresor no puede comprimir el aire.



20

Regulación de carga parcial:  Regulación de velocidad  Regulación por aspiración estrangulada



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−2

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En la regulación de la velocidad se regula la velocidad del motor de accionamiento del compresor en función de la presión alcanzada. En la regulación por aspiración estrangulada, la regulación se realiza mediante un estrangulamiento en la conexión de aspiración del compresor. Regulación de todo o nada En esta regulación el compresor adopta alternativamente el régimen de marcha a carga máxima y reposo. El motor de accionamiento del compresor se desconecta al alcanzar la Pmáx y vuelve a conectarse al alcanzar la Pmín.

Se recomienda una duración de conexión de aprox. un 75% para el compresor. Para ello se requiere determinar el consumo promedio y máximo de aire de una instalación neumática y adaptar la elección del compresor al mismo. Si se prevé de antemano que el consumo de aire aumentará por una ampliación de la instalación, entonces la parte de alimentación de aire comprimido debería proyectarse más grande, ya que una ampliación a posterior representa siempre unos costes muy elevados. 10

 Refrigeración Por efecto de la compresión del aire se desarrolla calor que debe evacuarse. De acuerdo con la cantidad de calor que se desarrolla, se adoptará la refrigeración más apropiada. En compresores pequeños, las aletas de refrigeración se encargan de irradiar el calor. Los compresores mayores van dotados de un ventilador adicional, que evacúa el calor.

A ID TP  Lugar de emplazamiento

−2

17

20

Cuando se trata de una estación de compresión de más de 30 kW de potencia, no basta la refrigeración por aire. Entonces los compresores van equipados de un sistema de refrigeración por circulación de agua en un circuito cerrado o abierto. A menudo se temen los gastos de una instalación mayor con torre de refrigeración. No obstante, una buena refrigeración prolonga la duración del compresor y proporciona aire más frío y en mejores condiciones. En ciertas circunstancias, incluso permite ahorrar un enfriamiento posterior del aire u operar con menor potencia.

5.- Acumulador de aire comprimido

8 01

La estación de compresión debe situarse en un local cerrado e insonorizado. El recinto debe estar bien ventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco, limpio de polvo y seco posible.

El acumulador o depósito tiene la función de estabilizar el suministro de aire comprimido. Compensa las oscilaciones de presión en la red de tuberías, a medida que se consume aire comprimido. Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Por este motivo, en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedad del aire en forma de agua.

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A ID TP

 Funciones principales • Obtener una considerable acumulación de energía, para afrontar picos de consumo que superen la capacidad del compresor. • Contribuir al enfriamiento del aire comprimido y la disminución de su velocidad, actuando así como separador de condensado y aceite proveniente del compresor. • Amortiguar las pulsaciones originadas en los compresores, sobre todo en los alternativos. • Permitir la regulación del compresor compensando las diferencias entre el caudal generado y el consumido, los cuales normalmente son diferentes.

 Su capacidad dependerá de...

20

8 01

−2

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• Las características de la demanda del aire en la red. Esta puede ser constante, intermitente o instantánea. • Del sistema de regulación que tenga el compresor. Esto determina el número máximo de maniobras horarias “Z”: normalmente 10 cuando es por marcha y parada, 60 o más cuando es por carga y vacío. • De la amplitud del rango de presiones, dentro del cual regula el compresor (∆p de regulación): normalmente 0,8 - 1 bar con regulación por marcha y parada y 0,3 – 0,5 bar con regulación por carga y vacío.

La capacidad puede determinarse aplicando el siguiente procedimiento: 1. Determinar el consumo específico de todas las herramientas o equipos de la planta que consuman aire comprimido en Nm3/min. 2. Multiplicar dichos consumos por el coeficiente de utilización individual, que es el tiempo del equipo funcionando con relación al tiempo total de un ciclo completo de trabajo o el porcentaje del tiempo de utilización sobre una hora de trabajo. 3. Sumar dichos resultados. 4. Agregar entre un 5 a un 10% del valor computado en 3), para totalizar las pérdidas por fugas en el sistema. 5. Adicionar un cierto porcentaje para contemplar las futuras ampliaciones, esto es muy importante, ya que de otra manera las disponibilidades del sistema serían ampliamente superadas.

12

El resultado así obtenido (Qn) deberá ser cubierto por la capacidad del o de los compresores (Qc), que si bien podrían llegar a funcionar con un coeficiente de demanda del 100%, esto implicaría la marcha continua del compresor. Por lo tanto, elegiremos el mismo para un coeficiente de demanda del 80%, obteniendo la capacidad del compresor dividiendo el valor de Qn antes hallado por el valor 0,8 (80%), resultando:

0,8

1,25

A ID TP

Si se desea una elección más conservadora, puede realizarse el cálculo con un coeficiente de demanda del 70%, resultando:

0,7

1,43

Otra forma de cálculo es por medio de ábacos:

Volumen del acumulador

VB =15 m3 (véase diagrama)

8 01

Resultado:

−2

17

20 Cantidad suministrada: qL = 20 m3/min Diferencia presión: ∆p = 100 kPa (1 bar) Conmutaciones/h: z = 20 1/h

Diagrama: Determinación del volumen del acumulador

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 Particularidades constructivas El depósito debe: • Ubicarse en un lugar fresco, lo más cerca posible del compresor, preferentemente fuera del edificio donde pueda disipar parte del calor producido en la compresión. • Ser firmemente anclado al piso, para evitar vibraciones debidas a las pulsaciones del aire.

A ID TP

Los accesorios mínimos que deberán incluir son: • Válvulas de seguridad • Manómetro • Grifo de purga

6.- Válvulas de seguridad – Manómetro – Grifo o Válvula de purga

20

17

La válvula de seguridad debe ser regulada a no más del 10% por encima de la presión de trabajo y deberá poder descargar el total del caudal generado por el compresor. Deberá contar además, con un dispositivo de accionamiento manual para probar periódicamente su funcionamiento.

−2

Cuando el tanque se instala en el exterior y existe peligro de temperatura por debajo de 0°C, el manómetro y la válvula de seguridad, deben conectarse con tuberías para ubicarlos en el interior. Estas tuberías deben tener pendiente hacia el depósito para que sean autodrenantes.

8 01

Las cañerías para el control (regulación) deben ser conectadas al depósito en un punto donde el aire sea lo más seco posible. Es importante que esté provista de un filtro con válvula de purga, para permitir drenar el agua y aceite acumulado y asegurar un perfecto funcionamiento del sistema de regulación. Instale un regulador de presión que permita independizar la presión de trabajo del compresor de aquella con que operan los sistemas de regulación (normalmente 4 – 6 bar). En algunas instalaciones el presostato de regulación y la electroválvula que comanda el dispositivo de regulación (abre válvulas), se ubican cerca del depósito, en otros casos, estos elementos forman parte de un tablero de control general.

Cuando se coloque una válvula de cierre en algunas de estas cañerías, deberá tenerse especial cuidado de que el compresor esté desconectado mientras la válvula esté cerrada. Se debe tener presente que el depósito constituye un elemento sometido a presión y por lo tanto existen regulaciones oficiales respecto a sus características constructivas. Además, existen normas y códigos que regulan su cálculo, diseño, fabricación y ensayos. 14

7.- Tratamiento del aire comprimido. La humedad (el agua) llega a través del aire aspirado del compresor a la red. El porcentaje de humedad depende en primer lugar de la humedad relativa del aire. La humedad relativa del aire depende de la temperatura del aire y de la situación meteorológica. La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua contenida realmente en un m3 de aire. La cantidad saturada es la cantidad de vapor de agua que puede absorber un m3 de aire con la correspondiente temperatura máxima. Si la relativa humedad del aire es indicada en tanto por cien, es válida la siguiente formula:

A ID TP ℎ

ℎ

100

Como la cantidad saturada depende de la temperatura, la humedad relativa cambia según la temperatura, incluso si la humedad absoluta permanece constante. Si se alcanza el punto de condensación, aumenta la humedad relativa a un 100%.  Punto de condensación

20

Secador por enfriamiento Secado por adsorción Secado por absorción

 Punto de condensación de presión

8 01

  

−2

17

Se denomina punto de condensación a la temperatura en la cual la humedad relativa alcanza el 100% Si se continúa reduciendo la temperatura, el agua que contiene comienza a condensarse. Cuanto menor sea la temperatura, tanta más agua condensará. El aire comprimido con un contenido demasiado elevado de humedad reduce la vida útil de los sistemas neumáticos. En consecuencia es necesario instalar secadores de aire con el fin de reducir el contenido de humedad del aire. Para secar el aire puede recurrirse a alguno de los siguientes métodos:

Para que puedan compararse distintos equipos de secado debe tenerse en Punto de condensación cuenta la presión de servicio del equipo. Para ello se utiliza el concepto punto de presión de condensación de presión. El punto de condensación de presión es la temperatura del aire que se alcanza en un secador con la presión de servicio. El punto de condensación de presión del aire secado debería estar de 2 a 30ºC aprox. por debajo de la temperatura ambiente más fría. 15

Los costos adicionales ocasionados por la instalación de un secador de aire son rápidamente amortizados debido a la disminución de los costos de mantenimiento, por tiempos de inactividad menores y por la mayor fiabilidad del sistema.  Tratamiento del aire a la salida del depósito: 

Secador por enfriamiento

A ID TP

El secador usado con más frecuencia es el secador por enfriamiento. En él, el aire que circula es enfriado en un intercambiador térmico. La humedad contenida en el aire es segregada y recogida en un recipiente. El aire que penetra en el secador por enfriamiento pasa antes por un proceso de enfriamiento previo en el que se recurre al aire frío que sale de un intercambiador térmico. En el conjunto de enfriamiento el aire es enfriado hasta llegar a una temperatura de entre +2 y +5ºC. El aire comprimido secado se filtra. Al salir del secador por enfriamiento, el aire comprimido es nuevamente calentado en el intercambiador térmico por el aire que penetra en él. El secado por enfriamiento permite alcanzar puntos de condensación de presión entre los + 2ºC y + 5ºC.

Secado por adsorción

8 01

−2

17

20



Depósito de materias en la superficie de cuerpos sólidos. El agente secador, también denominado gel secador, es un granulado con puesto principalmente de óxido de silicio. Siempre se utilizan dos unidades de adsorción. Si el gel de la primera unidad de adsorción está saturado, el equipo conmuta a la segunda unidad. Entretanto, la primera unidad es regenerada mediante un proceso de secado con aire caliente. El método de secado por adsorción permite alcanzar puntos de condensación de presión de hasta -90ºC.

16

A ID TP 

Secado por absorción

Una materia gaseiforme es fijada por una materia sólida o líquida. El proceso de secado por absorción es un método químico que es utilizado muy pocas veces a raíz de los elevados costos de servicio.

8 01

−2

17

20 Primero, el aire a presión es guiado a través de un filtro para retirar la mayor cantidad de gotas de agua y de aceite posible. Cuando el aire entra en el secador, es sometido a un movimiento rotativo al atravesar la cámara de secado, la cual contiene un agente de fundición (masa de secado). La humedad se une a este agente de absorción y la disuelve. El líquido obtenido de este modo pasa al depósito inferior. Este depósito tiene que ser vaciado regularmente y, además deberá sustituirse también con regularidad el agente absorbente. Características del método de absorción:   

Instalación sencilla del equipo Poco desgaste mecánico (por no incluir piezas móviles) No hay necesidad de recurrir a fuentes de energía externas 17

Después del secador debe preverse un filtro para captar el polvo arrastrado del agente de absorción. Pueden alcanzarse puntos de condensación de presión inferiores a 0ºC.

A ID TP 20

 Ejemplo de cálculo 1:

Cantidad de agua antes de la compresión:

1000 m3/h 700 kPa (7 bar) 143 m3/h 293 K (20ºC) 313 K (40ºC) 50%

8 01

−2

17

Rendimiento de aspiración: Presión absoluta: Cantidad comprimida por hora: Temperatura de aspiración: Temperatura después de la compresión: Humedad relativa

Con 293 K (20ºC) se obtiene el siguiente contenido de agua: 100% = 17,3 g/m3 en consecuencia 50% = 8,65 g/m3 de ello resulta 8,65 g/m3 x 1000 m3/h = 8650 g/h = 8,6 Kg/h Cantidad de agua después de la compresión: Con 313 K (40ºC) se obtiene la siguiente cantidad saturada: 51,1 g/m3 de ello resulta 51,1 g/m3 x 143 m3/h = 7307 g/h = 7,3 Kg/h

Por lo tanto, la cantidad de agua segregada después de la compresión es: 8650 g/h – 7307 g/h = 1343 g/h = 1,3 Kg/h = 1,3 l/h 18

 Ejemplo de cálculo 2: Cantidad de agua obtenida en las siguientes condiciones: 400 m3/h 800 kPa (7 bar) 143 m3/h 323 K (50ºC) 60% ?

Rendimiento de aspiración: Presión absoluta: Cantidad comprimida por hora: Temperatura: Humedad relativa: Humedad absoluta:

A ID TP

ℎ !

ó

100%

En el ejemplo se desea conocer la humedad absoluta. ℎ

! 100%

ó

8 01

−2

17

20

Del diagrama del punto de rocío se desprende para una temperatura de 323K (50ºC) un contenido de agua de 80 g/m3.

80!/ & 48!/ & 100% Con una cantidad aspirada de 400 m3/h se obtiene una cantidad de agua de: 60%

48!⁄

&

400

&⁄

ℎ

19200!⁄ℎ

19,2 )!⁄ℎ = 19,2 l/h 19

 Tratamiento del aire en el punto de utilización: 

Filtros:

A ID TP 

Sin regulación

Con regulación

Regulador de presión:

17

20 Con pilotaje

Lubricador:

8 01

−2



Estándar

20

 Accesorios modulares conjuntos FRL Los elementos: filtro, regulador de presión y lubricador constituyen una unidad indispensable para el correcto funcionamiento de un sistema neumático. Se instalan en la línea de alimentación del circuito suministrando aire seco, limpio, lubricado y regulado a la presión requerida.

A ID TP

Estos tres elementos si bien son considerados básicos e indispensables en el punto de utilización, no son los únicos que deben tenerse en cuenta a la hora de contar con aire comprimido en buenas condiciones de uso, para ingresar en los componentes neumáticos.

Por ello, y pensando en integrar soluciones de una forma modular, al clásico FRL se agregan algunos de los siguientes elementos, generando combinaciones funcionales y de seguridad.

20

8 01

−2

17

 Válvulas de corte y descarga Cumplen la función de interrumpir el suministro y descargar el aire del circuito, cuando la presión de línea desciende por debajo de una presión umbral de corte. Además, la utilización de esta válvula evita la puesta en marcha instantánea de la máquina, en el momento del restablecimiento de la presión después de su interrupción, accidental o voluntaria, a menos que no sea habilitada la perilla de mando.

Con el objetivo de asegurar aún más la interrupción del aire, y como opcional, puede incorporarse una válvula de corte y descarga con candado, que elimina en forma total la posibilidad de suministro cuando los componentes y accesorios se encuentren sin presión.

21

 Válvulas de presurización progresiva Estas válvulas cumplen la función de presurizar los circuitos en forma lenta y progresiva, durante la operación de inicio de tarea, garantizando una seguridad total tanto al personal como a los componentes neumáticos del circuito o a las piezas. De igual forma, se evita el golpe de los actuadores hacia su posición de inicio de ciclo, cuando quedan detenidos en posiciones intermedias, debido a interrupciones imprevistas de suministro de aire.

A ID TP

−2

17

20

 Brida intermedia Se utilizan entre el FR y el L y tienen la función de derivar aire sin lubricar a aquellos elementos que así lo requirieran. Pueden incorporar como opcional una válvula antirretorno, cuya función es la de impedir que el aceite retorne al filtro si este existiese.

8 01

 Válvulas de control a distancia Controlan la apertura y cierre de un circuito a distancia, por ejemplo desde un tablero de mando o un puesto remoto. El accionamiento puede ser neumático o eléctrico. En este último caso, una interface normalizada, permitirá incorporar solenoides estándar o por ejemplo diferentes tipos de solenoides de bajo consumo o antiexplosivos. Incluyen un silenciador de escape, para reducir el nivel sonoro de la descarga de aire en el momento de la despresurización del circuito.  Bloqueo de regulador Este mecanismo, que posee una cerradura con llave, se monta en la parte superior de la perilla de un regulador de presión, impidiendo levantarla y, por lo tanto, modificar la regulación establecida.

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 Drenajes Automáticos Son utilizados cuando se desea automatizar la acción de drenaje de los condensados acumulados en los vasos del filtro, existiendo distintos métodos para poder hacerlo:

A ID TP

• Por flotador: una válvula se abre automáticamente al alcanzarse cierto nivel de condensados, elevando un flotador y permitiendo que la corriente de aire entrante fuerce la evacuación de los condensados. • Temporizado eléctrico: una electroválvula temporiza los tiempos de drenaje y de pausa, es decir, el intervalo entre aperturas. Ambos intervalos son regulables. • Semiautomático por caída de presión: El drenaje de los condensados se logra cuando cae la presión de la línea, por ejemplo al fin de la jornada laboral.

17

20 • Clase de la calidad de las impurezas sólidas. • Clase de la calidad para el contenido del agua. • Clase de la calidad para el contenido de aceite.

8 01

−2

 Microfiltros En muchas aplicaciones es requerido un aire de mayor calidad que el obtenido a la salida de un filtro estándar. Industrias como la química, alimentaria o de instrumentación, exigen aire comprimido cuya calidad está clasificada y, en algunos sectores, normalizada de acuerdo a estándares como la ISO 8573 – 1. Esta clasificación incluye tres puntos, a saber:

 Filtro de carbón activado Aun así el aire comprimido puede contener vapores de hidrocarburos y olores que se deseen eliminar. En estos casos se utilizará un filtro de carbón activado, el cual será incorporado siempre después del resto de filtros.

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 Filtro de silicagel En casos especiales donde se requiera utilizar el aire comprimido exento de humedad, la incorporación de un filtro de silicagel como último elemento del bloque de tratamiento, permite obtener las mejores condiciones de utilización, sin afectar otros elementos de menor tamaño de filtrado, como los filtros de malla o los filtros submicrónicos.

A ID TP

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20

 Central inteligente de manejo del aire Son unidades para aplicaciones, donde el parámetro de alimentación del aire comprimido debe cumplir con requisitos complejos de seguridad o se necesiten controles y monitoreos permanentes, traducidos en señales para el operador o para el sistema. También esta información puede disponerse como dato de cada una de las señales, en un cable múltiple de salida, utilizando señal de 4 a 20 mA.

Las centrales inteligentes del manejo de aire AMS admiten dos posibles configuraciones:

−2

8 01

1. Conexión directa, donde las señales del módulo pueden ser enviadas a uno o más actuadores (válvulas o disparadores) 2. Conexión indirecta, donde la información es enviada a una computadora, a un bus de campo o a un programa de almacenamiento de datos para luego procesarlo.

 Funcionamiento Controlan la presión a través de un rango de regulación programable. El nivel de condensados es controlado por sensores con descarga automática cuando se alcanza el nivel máximo. En la lubricación, un indicador de nivel mínimo de aceite activa una alarma cuando éste se alcanza y tiene también la posibilidad de dosificación automática. Por otra parte, un display de tiempo indica la necesidad de reemplazo del filtro.

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Tema 7 Distribución del aire. Tuberías Para que la distribución del aire sea fiable y no cause problemas, es recomendable acatar una serie de puntos. Entre ellos, las dimensiones correctas del sistema de tuberías son tan importantes como la elección correcta de los materiales, de la resistencia al caudal del aire, así como la configuración del sistema de tuberías y la ejecución de los trabajos de mantenimiento.

A ID TP

1.- Introducción

Tratándose de instalaciones nuevas, siempre debe tomarse en cuenta una posible ampliación posterior del sistema de aire comprimido. Concretamente, la tubería principal debería tener dimensiones mayores a las que se necesitan para el sistema actual. Con miras a una posterior ampliación, también es recomendable instalar cierres y válvulas de bloqueo adicionales.

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20

En todos los conductos se producen pérdidas de presión a raíz de resistencias al flujo, especialmente en zonas de estrechamiento, en ángulos, bifurcaciones y conexiones de tubos. Estas pérdidas tienen que ser compensadas por el compresor. La disminución de presión en todo el sistema debería ser la mínima posible.

2.-Resistencia al caudal

8 01

−2

Para calcular las diferencias de presión es necesario conocer exactamente la longitud de las tuberías. Las conexiones de tubos, las desviaciones y los ángulos deberán ser sustituidos por las longitudes respectivas. Además, la selección del diámetro interior correcto depende también de la presión de servicio y de la cantidad de aire alimentado al sistema; en consecuencia, es recomendable calcular el diámetro mediante un nomograma.

Cualquier tipo de influencia que incida sobre el flujo de aire o cualquier cambio de dirección significan un factor de interferencia que provoca un aumento de la resistencia al flujo. Ello tiene como consecuencia una constante disminución de la presión dentro de las tuberías. Dado que es inevitable utilizar desviaciones, ángulos y conexiones de tubos en cualquier red neumática, es imposible evitar una reducción de la presión. No obstante, la instalación óptima de las conexiones, la elección de los materiales adecuados y el montaje correcto de las conexiones pueden contribuir a que la reducción sea mínima.

1

3.-Material de las tuberías Los sistemas neumáticos modernos exigen la instalación de tubos que cumplan con determinadas condiciones. Concretamente, los materiales tienen que cumplir con lo siguiente:     

Bajo nivel de pérdida de presión Estanqueidad Resistencia a la corrosión Posibilidad de ampliación Temperatura de trabajo

A ID TP

Durante muchos años, el cobre y el acero negro han sido los aplastantes favoritos para los sistemas de aire comprimido en fontanería. No obstante, los recientes avances en la tecnología de materiales han convertido los tubos termoplásticos en una alternativa segura y económica a los materiales tradicionales. Debido a sus inconvenientes, los usuarios de sistemas de aire comprimido han estado buscando alternativas a los tubos y canalizaciones metálicos tradicionales. Durante los últimos quince años, se han desarrollado plásticos industriales que presentan una alternativa atractiva a las canalizaciones metálicas.

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20

En lo que respecta al uso de materiales de plástico, no sólo tienen que tomarse en cuenta sus precios, sino que también los costos de instalación son más bajos. Los tubos de plástico pueden unirse al 100% de estanqueidad utilizando pegamentos. Además, las redes de tuberías de plástico pueden ampliarse fácilmente, siendo ligeras y resistentes a la corrosión y fáciles de instalar. Sin embargo, el PVC tiene un inconveniente importante: es frágil.

−2

8 01

Un golpe involuntario podría provocar la destrucción de la tubería, poniendo en peligro al personal que se encontrase a su alrededor. La mayoría de los fabricantes de tubos de PVC advierten frente al uso para aire comprimido debido a la posible responsabilidad derivada de dichos fallos. Algo que también tenemos que tener en cuenta, es que están más limitadas en presión y temperatura que las metálicas.

Mientras que el acero negro es económico, su instalación requiere mucho tiempo y una gran intensidad de mano de obra. Además, las juntas roscadas suelen ser fuente de fugas. Esto acarrea el aumento de los costes de explotación porque los compresores deben funcionar durante más tiempo para compensar las fugas. Las tuberías de aluminio o acero son más baratas que las de cobre, que aunque son más eficaces en instalaciones corrosivas y de alta temperatura, son más caras para diámetros superiores a 30 milímetros. Para unirlas hay que soldarlas o utilizar conexiones roscadas, requiriendo una gran intensidad de mano de obra, sobre todo en el caso de diámetros grandes. 2

Si estos trabajos no son llevados a cabo de modo esmerado, bien puede suceder que el sistema sea contaminado con virutas, residuos de soldadura, depósitos de partículas o de materiales de juntas. De este modo pueden surgir problemas durante el funcionamiento del sistema. Pero estos no son los únicos inconvenientes de los sistemas de canalizaciones metálicas. La corrosión interna puede provocar incrustaciones y picaduras en las superficies internas.

A ID TP

A medida que los productos de la corrosión se combinan con la humedad y otros contaminantes, se acumulan en las superficies interiores del tubo y los racores, aumentando su rugosidad. A medida que el diámetro interno se vuelve más rugoso, aumenta la caída de presión en el sistema. De nuevo, esto acaba costando dinero al reducir la eficiencia del sistema de aire comprimido. Y lo que tal vez es más importante, las partículas pueden desplazarse y atascar o dañar equipos.

20

Tratándose de tubos de diámetros pequeños y medianos, los de plástico ofrecen ventajas en comparación con todos los demás en lo que respecta al precio, al montaje, al mantenimiento y a la posibilidad de ampliar la red. Las metálicas son ideales para temperaturas extremas. Las de acero se utilizan cuando son necesarios grandes diámetros.

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En la siguiente tabla se detallan las presiones máximas aproximadas de trabajo en bares de estos materiales, en función del diámetro exterior del tubo:

8 01

−2 Dadas las oscilaciones de la presión en la red, es indispensable que los tubos sean montados sólidamente, ya que de lo contrario es posible que se produzcan fugas en las conexiones atornilladas o soldadas.

En las industrias son muy recuentes los rollos de tubo de plástico o muelles Pneuflex. Estos conductos flexibles, extensibles y retractables se encuentran en una gran variedad de diámetros y longitudes. Tienen el inconveniente de multiplicar la longitud de tubo necesaria para un uso concreto, con lo que aumentan las pérdidas de presión y el consumo energético.

3

A ID TP −2

17

20 Tubos de acero:

8 01

Estos tubos podemos clasificarlos en Hierro Negro o Galvanizado. Tubos de Hierro Negro: Estos requieren soldadura en las uniones y por lo tanto mano de obra calificada puesto que serán equipos sometidos a presión. Las uniones serán estancas y al colocarlas en el lugar definitivo, permitirá el ajuste exacto de las piezas. Estos tubos permitirán ejecutar redes de hasta 20 pulgadas (500 mm) y soportar presiones aproximadas del orden de los 25 bar. La desventaja principal que presentan estos tubos es el envejecimiento por oxidación. El peso de la instalación no es despreciable. Tubos de Hierro Cincado (comúnmente llamados de acero galvanizado): Estos tubos tienen uniones roscadas y por lo tanto con el tiempo son propensos a la aparición de fugas. La resistencia por fricción en su interior genera grandes pérdidas de carga (presión) a lo largo de la red. Realizar modificaciones en estas redes es complicado por la necesidad de mano de obra cualificada. El tamaño de estos tubos llega a las 6 pulgadas.

4

Tubos de acero inoxidable:

A ID TP

Los tubos construidos en acero inoxidable pueden requerir uniones soldadas (disponibles hasta 8 pulgadas) o bien el sistema de cierre por compresión hidráulica de alta compresión hasta diámetros de 60 mm. Estos tubos deben ser montados por personal altamente cualificados. El costo de la cañería es muy elevado frente a otros sistemas de montaje y la cantidad de piezas disponibles es también limitada por no ser un sistema pensado para el desarrollo de redes de aire comprimido.

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20

Tubos de cobre:

8 01

−2

Actualmente presentan una desventaja fundamental, que es la económica, frente a otros sistemas. Como ventajas podemos mencionar la provisión en rollos del tubo y la posibilidad de doblarlo y ejecutar curvas de cualquier radio así como también la baja rugosidad interna. La corrosión en este sistema es baja aunque puede existir corrosión por erosión. Los diámetros disponibles de estas tuberías son en función del tipo de cobre usado. El montaje de redes con este material requiere personal altamente capacitado.

5

Tubos de materiales sintéticos:

A ID TP

Normalmente están disponibles hasta diámetros máximos de 63 mm. Los sistemas de unión son muy diversos y es una de las tecnologías que más ha avanzado últimamente pudiendo ser por roscado, por fusión térmica y hasta con conexiones instantáneas. Los tubos pueden proveerse en rollos o bien en tubos rígidos. Estos tubos son libres de corrosión, son flexibles y exentos de mantenimiento. Como desventaja se puede mencionar la corta distancia apoyos, el gran coeficiente de dilatación y que la presión máxima de estos será función de la temperatura del entorno. Por último para ciertas aplicaciones puede llegar a ser una gran desventaja la posibilidad de generar cargas electrostáticas.

Tubos de aluminio:

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Tuberías de PVC

Tuberías de Polietileno

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8 01

−2

Sin duda es la tecnología que más se ha desarrollado y que actualmente está a la cabeza en recomendaciones. Estos son resistentes a golpes y roturas, la pared interior presenta muy baja rugosidad que trae aparejado una baja perdida de carga y su peso es muy liviano. Actualmente presentan diámetros hasta 120 mm, pudiendo conseguirse pintados con pintura electrostática para su correcta identificación. Las conexiones enchufables instantáneas con tubos de poliuretano, permiten mayor rapidez de montaje que otros sistemas, y la practicidad del montaje no requiera de personal altamente calificado. Los accesorios disponibles permiten fácilmente al usuario modificaciones a futuro así como también la conexión a redes existentes. Estas tuberías por contar con conectores instantáneos pueden ser reutilizadas 100%. Presión de trabajo: 20-80 mm 0,13-13 bar, 100 mm 0,13-16 bar. Límites de temperatura de funcionamiento: -20 °C (-4 °F) / +70 °C (158 °F).

6

Tipos de roscas:

A ID TP 

Roscas BSP (British Standard Pipe): Estas roscas de perfil «Gas» son de dos tipos: -

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20

-

Cilíndricas (BSPP): se montan en el mismo roscado cilíndrico. La estanqueidad queda asegurada por una junta tórica o por una arandela-junta incorporada. Cónicas (BSPT): se montan en el mismo roscado cilíndrico o cónico. La estanqueidad queda asegurada por un pre-coating en la rosca.

Roscas hembras: - BSP cilíndrica: G seguido de la denominación - BSP cónica: R seguido de la denominación 

8 01

−2

Denominación de las roscas - BSP cilíndrica (BSPP): G seguido de la denominación, según norma ISO 228-1. Ejemplo: rosca 1/8" BSP cilíndrica = G1/8 - BSP cónica (BSPT): R seguido de la denominación, según la norma ISO 7-1. Ejemplo: rosca 1/8" BSP cónica (BSPP) = R1/8

Roscas NPT (National Pipe Thread): Se trata de una norma americana, de tipo cónico, que se monta en el mismo roscado cónico. La estanqueidad queda asegurada por un precoating en la rosca. Ejemplo: rosca 1/8" NPT = 1/8" NPT

7



Roscas métricas: Estas roscas de perfil ISO son de tipo cilíndrico y se montan en el mismo roscado cilíndrico. La estanqueidad queda asegurada por una junta tórica o por una arandela-junta incorporada. Denominación de las roscas: M seguido de los valores del diámetro y del paso en milímetros, separados por el signo de multiplicación, según las normas ISO 68-1 e ISO 965-1. Ejemplo: rosca métrica Ø 7 de 1 mm de paso = M7x1

A ID TP

4.-Configuración de la red de tubos

Circuito anular

−2

17

20

La configuración de la red de tuberías es de gran importancia para el funcionamiento económico del sistema, aparte de escoger las dimensiones correctas de los tubos y de optar por una buena calidad de los materiales empleados. El compresor suministra al sistema aire a presión en ciertos intervalos. Por lo tanto es frecuente que el consumo de aire a presión aumente solo durante un breve plazo. Esta circunstancia puede provocar condiciones desfavorables en la red de aire a presión. Por lo tanto es recomendable instalar un circuito anular principal de aire a presión, ya que de ese modo se obtiene un nivel de presión relativamente constante.

8 01

Para efectuar trabajos de mantenimiento, de reparación y de ampliación de la red sin interferir en la alimentación del aire a presión, es aconsejable segmentar la red por partes individuales. Con ese fin deben instalarse bifurcaciones con conexiones en T y colectores con acoplamientos enchufables. Los conductos de bifurcación deberían estar equipados con válvulas de cierre o con válvulas de bola tipo estándar.

Red múltiple

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Aunque el sistema de evacuación de aire del sistema generador de presión sea eficiente, siempre puede haber residuos de condensado en el sistema de tuberías debido a caídas de presión o de la temperatura exterior. Para evacuar ese condensado, todo el sistema debería tener una inclinación de 1 hasta 2% en dirección del flujo de aire. Los puntos de evacuación también pueden instalarse escalonadamente. De esta forma, el condensado puede ser evacuado en los puntos respectivamente más bajos a través de un separador de agua.

A ID TP

Sistema de abastecimiento de aire

5.-Elementos de unión

Tener dimensiones reducidas y mínima pérdida de presión. Ser de conexión rápida y estanca. Resistir las vibraciones y los esfuerzos mecánicos. Ser químicamente estables y no agresivos con el entorno.

−2

Racordaje:

17

   

20

Los elementos de interconexión se utilizan para conectar entre sí válvulas y tubos, y para el empalme, prolongación o derivación de conductos. Son accesorios necesarios para transportar el aire comprimido, y deben cumplir con unos mínimos requisitos:

     

8 01

Se conoce con el nombre racor el accesorio de conexionado que se utiliza en neumática. La práctica cotidiana ha extendido mucho su uso y ha generado diversidad de variantes constructivas que se han ido adaptando a las necesidades específicas de la industria. Entre las variantes con que pueden distinguirse racores distintos, se hallan las siguientes: El tipo de conexión La rosca utilizada El tamaño del tubo de conexión y el número de orificios o vías El material El ángulo de conexión Una función específica

Es normal referirse a las diferentes familias por el tipo de conexión que utilizan. También hay familias enteras de racores dedicadas a un tipo de industria específico.

9

Racor por el tipo de conexión: 

Racor instantáneo de conexión muy rápida con tubo. Se usa básicamente con tubo de nailon o poliuretano.

Racor de espiga de conexión rápida, ideal para sistemas de vacío o el conexionado de herramientas.



Racor de compresión para uniones firmes de metal y/o plástico por anillo bicono (racores de anillo). Puede ser de dos tipos básicos: de tuerca de roscado interno/hembra o externo/macho.

A ID TP 

8 01

−2

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Tipos de racores según catálogo: Racordaje con conexión instantánea:    

Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico. Rosca de conexión: M, R, Rc Material del tubo: FEP, PFA, nylon, nylon flexible, poliuretano Diámetro exterior del tubo: O 2, 3.2, 4, 6, 8, 10, 12, 16

10

A ID TP

8 01 −2 17 20

11

Racordaje metálico con conexión instantánea:     

Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico. Resitente al calor, a prueba de chispas. Rosca de conexión: M5, R, Rc Material del tubo: FEP, PFA, nylon, nylon flexible, poliuretano, niquelado. Diámetro exterior del tubo: O 3.2, 4, 6, 8, 10, 12, 16

A ID TP

Racores rotativos con conexión instantánea: Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico. Rosca de conexión: M, R Material del tubo: FEP, PFA, nylon, nylon flexible, poliuretano. Diámetro exterior del tubo: O 4, 6, 8, 10, 12

8 01

−2

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   

Racores rotativos con conexión instantánea, modelo de rotación suave. Aplicable para uso en secciones oscilantes y giratorias de robots. Especificación exenta de cobre (con niquelado electrolítico).

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Racordaje con rosca: Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico. Resitente al calor, a prueba de chispas. Rosca de conexión: R Diámetro exterior del tubo: O 3.2, 4, 6, 8, 10, 12, 16 Material / Cuerpo, tuerca de unión: Latón (Manguito de latón) Manguito: Resina o latón Temperatura máxima de trabajo / 150 °C (Manguito de latón) 60 °C (Manguito de resina)  Material de tubo aplicable: FEP, PFA, PTFE desnaturalizado, nylon, nylon flexible, poliuretano, poliolefina, poliolefina flexible  Se puede utilizar con vapor, (Para manguito de latón).  Exento de grasa

      

A ID TP

Manguito resina

8 01

−2

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20

Manguito latón

Racordaje miniatura: • •

Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico. Rosca de conexión: M3, M5, R1/8

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Espacio de conexionado compacto:  Sencilla conexión/desconexión de tubos con racores con tuerca, manteniendo una gran fuerza de retención. Diversos estilos:  Para conexión de aire en lugares reducidos. Acepta numerosos tipos de tubos de plástico:  Los racores con tuerca y codos con tuerca aceptan tubos de nylon, nylon flexible y poliuretano.

A ID TP 20

Racores de anillo:

• Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico.

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• A prueba de chispas. • Rosca de conexión: R, RC • Diámetro exterior del tubo: O 4, 6, 8, 10, 12

−2

8 01

Anillo de reborde abocardado:  Previene la pérdida accidental del anillo cuando se inserta el tubo en el cuerpo del racor. Anillo de reborde endurecido:  Previene la rotura del anillo cuando se aprieta la tuerca. Diám. int. abocardado:  Proporciona una baja resistencia al fluido en el interior del racor. Amplia variedad de diseños y tamaños:  10 modelos y 5 diám. ext. de tubos proporcionan un amplio rango de racores que se adaptan a cualquier aplicación.

14

A ID TP Enchufes rápidos con antirretorno:

• Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico.

• Rosca de conexión: M,R, RC • Diámetro exterior del tubo: O 4, 6, 8, 10, 12

Enchufes rápidos:

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−2

17

20

 Racordaje instantáneo (con mecanismo antirretorno integrado) que evita que el aire se escape al extraer el tubo.  Ideal para múltiples usos cuando no se puede desconectar la presión.  Aplicaciones exentas de cobre.

• Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico. • •     

Tipo de conexión: R, RC, racordaje instantáneo y conexión por tuerca. Diámetro exterior del tubo: O 3.2, 4, 6, 8, 10, 12, 16. Gran área efectiva, peso ligero, racordaje instantáneo estandarizado. Posibilidad de flujo desde el lado de la clavija o del enchufe. Fluidos: aire y agua. Racordaje instantáneo. Conexión sencilla (con una mano) simplifica el trabajo. 15

 Mecanismo de bloqueo del manguito.  Previene accidentes ocasionados por una apertura imprevista.

A ID TP Regletas de conexión múltiple:

20

• Diámetro exterior del tubo aplicable: Sistema métrico.

17

• Tipo de conexión: M, R, RC. • Diámetro exterior del tubo: O 4, 6, 8, 10, 12, 16.

8 01

−2

Adecuado para distribución centralizada de suministro de aire. Fácil distribución gracias al uso de conexión instantánea. Instalación con conexión instantánea sin necesidad de herramientas. El sistema de bloqueo hace innecesario el uso de herramientas y aumenta la eficiencia del conexionado.  Posibilidad de salida de aire a 360°.    

16

Regletas de conexión múltiple no inflamable (equivalente a la norma UL-94 V-0):

A ID TP

Racordaje instantáneo no inflamable (equivalente a la norma UL-94 V-0):

17



20

Racores antiestáticos:

Máxima protección para los componentes eléctricos y electrónicos.

8 01

−2 Racordaje instantáneo de acero inoxidable:

17

Racordaje con rosca de acero inoxidable:

Racores miniatura de acero inoxidable:

A ID TP Conex. instan. sala limpia (para soplado):

8 01

−2

17

20

Enchufe rápido / Acero inoxidable:

18

Totalmente exento de aceite (las piezas de caucho presentan revestimiento fluorado de alta pureza). Las áreas en contacto con líquidos son no metálicas. Limpieza, montaje y doble embalaje de piezas en una sala limpia. La serie KP es una línea de racordaje instantáneo especial para uso en líneas de soplado y lavado de salas limpias.

A ID TP

Garantiza una mejora de la productividad y un aumento de la seguridad de los procesos y de las personas para todas las aplicaciones en las que la limpieza es el criterio de exigencia principal en el sector médico, las salas blancas y los procesos limpios. Racores de polímero fluorado de alta pureza (PFA): Resistente a la abrasión para fluidos como disolventes.

17

20 Flexibilidad Mínimo desgaste de la capa exterior del tubo que mejora la desinfección Peso ligero Resistencia química superior, no se ve afectado por los agentes desinfectantes y limpiadores químicos. Por lo tanto, se le puede limpiar de forma repetida sin acortar su vida útil.

Aplicaciones:   

Industria del automóvil Industria alimentaria Industria médica

8 01

−2

   

19

ANEXO I Cálculo de tuberías Las conducciones de aire comprimido quedan definidas por su diámetro interior (i/d – input diameter) o exterior (o/d –output diameter) y por el material de que están hechas, el cual les confiere las propiedades de resistencia mecánica y térmica, de maleabilidad y conformado necesarias.

A ID TP

Los tamaños de tubo suelen identificarse por su diámetro exterior (o/d). Así se facilita su identificación y el conexionado con los racores y las válvulas. 

En el ámbito métrico, los diámetros son: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 22, 28, etc. todos en milímetros o/d (mm o/d).



En el ámbito de pulgadas: 1/8, 5/32, 3/16,1/4, 5/16. 3/8,1/2, 5/8, 3/4, etc., en pulgadas o/d (“ o/d).

20

En los cálculos de pérdidas se presión debe usarse el diámetro interno del tubo y no el externo.

8 01

−2

17

En la tabla se muestra la paridad entre los distintos diámetros expresados en milímetros y pulgadas para tubos de tamaño estándar nominal. Esta equivalencia varía con el material del tubo y debe tomarse sólo como referencia aproximada. También es útil recordar que una pulgada corresponde exactamente a 25,4 milímetros.

En tubos de nailon la relación aproximada entre los diámetros externo e interno es la siguiente:

20



Tubería principal: Es aquella que sale del depósito y conduce la totalidad del caudal de aire comprimido. Velocidad máxima recomendada = 8 m/seg.



Tubería secundaria: Son aquellas que se derivan de la principal, se distribuyen por las áreas de trabajo y de la cual se desprenden las tuberías de servicio. Velocidad máxima recomendada = 10 a 15 m/seg.



Tuberías de servicio: Se desprenden de las secundarias y son las que alimentan a los equipos neumáticos. Velocidad máxima recomendada = 15 a 20 m/seg.

A ID TP

Para el cálculo de las tuberías será necesario tener en cuenta: • La presión de servicio. • El caudal en m3/min.



Pérdida de carga: es una pérdida de energía que se va originando en el aire comprimido, ante los diferentes obstáculos que se presentan en su recorrido hacia los puntos de utilización.

20

La pérdida de carga o pérdida de presión se origina de dos maneras:

17

• En tramos rectos, producida por el rozamiento del aire comprimido contra las paredes del tubo. • En accesorios, originada en curvas, T, válvulas, etc. de la tubería.

La primera puede ser calculada con la siguiente fórmula: ∆=

×

×

8 01

−2

El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la pérdida de presión entre el depósito y el consumidor no sobrepase aproximadamente 20 kPa (0,2 bar). Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidad del sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerablemente. Siempre debe preverse una futura ampliación de la demanda de aire, por cuyo motivo deberán sobredimensionarse las tuberías. El montaje posterior de una red mayor supone grandes sobrecostes.

× ×

Donde:  

∆p =Caída de presión Β = índice de resistencia, grado medio, rugosidad, variable con la cantidad suministrada G (ver tabla). 21

      

G = Cantidad de aire suministrado en Kg/hora = 1,3 m3/min. 60 R = Constante del gas = 29,27 para el aire T = Temperatura absoluta (t+273) V = Velocidad del aire D = Diámetro interior de la tubería L = Longitud del tramo recto P = Presión de trabajo (bar)

A ID TP

Índices de resistencia β para G de peso del aire comprimido que circula a la hora

20

Con la fórmula anterior se puede calcular, si no es conocido, el diámetro de la tubería, definiendo una pérdida de carga admisible.

8 01

−2

17

Dicha fórmula se encuentra resuelta en el siguiente gráfico:

Nomograma diámetro tubería 22

La segunda la evaluamos a través del concepto de longitud equivalente. Es decir, igualamos la pérdida en el accesorio con la pérdida de carga producida en un tramo de cañería de longitud igual a la longitud equivalente del accesorio. Esta longitud deberá ser sumada a la longitud original (L) del tramo recto. La tabla siguiente muestra la longitud equivalente de diversos accesorios de cañerías en función del diámetro. 

Pérdidas de carga por fricción en accesorios de tuberías Valores equivalentes en metros de canalización recta

A ID TP 8 01

−2

17

20 Es posible hacer un cálculo aproximado de las longitudes equivalentes de los accesorios mediante la tabla anterior o se puede suponer aproximadamente un incremento de un 60 % de la longitud de la tubería recta, es decir longitud nominal = longitud recta de la tubería x 1,6.

23

 Ejercicio 1: ¿Cuál es el diámetro de un tramo recto de cañería de 100m de longitud por el que circulan 3 m3/min. a 7 bar, siendo la pérdida de carga admisible en ese tramo del 3%? 

Cálculo del Δp

A ID TP

∆ = 3% 1 = 3% × 7 = , La pérdida de carga por unidad de longitud será: 0,21 $ 100 # = ,

Teniendo calculada la Δp vamos al nomograma para el cálculo del diámetro de la tubería:

17

20

100 m

7 bar

3 m3/min

8 01

33 mm

−2

180 m3/h =

0,21 bar

El nomograma nos indica que el diámetro de la tubería es de 33 mm.

24

 Ejercicio 2: Supongamos que la misma canalización no fuera recta y tuviera montados accesorios como por ejemplo 1 válvula de compuerta, 7 curvas a 90º, y una derivación en T (salida angular). Con el valor del diámetro de la tubería, y con la utilización de la tabla de longitudes equivalentes de tubería, calculamos las longitudes equivalentes de los accesorios.

A ID TP 1 Válvula de compuerta 7 Curvas de 90º 1 T angular

= 0,5 m = 7 x 2,4 = 16,8 m = 2,4 m

Longitud total equivalente

= 19,7 m

Longitud total a considerar ahora  Canalización recta  Longitud equivalente Longitud total

= 100 m = 19,7 m = 119,7 m

8 01

−2

  

17

20 Según la tabla anterior:

Con lo que la pérdida de carga total resultará: 0,0021

⁄# × 119,7# = 0,25

25

Como vemos este incremento de pérdida de carga producida en accesorios es pequeña, cuando se trata de canalizaciones de gran longitud y el número de los accesorios no es muy grande. Consideremos ahora el mismo caudal circulante y la misma presión, pero para una canalización de 10 m con la misma pérdida de carga total, Δp = 0,21 bar. La pérdida de carga por unidad de longitud será: ∆ = 0,21⁄10 = 0,021

A ID TP

Si vamos al nomograma del diámetro de las tuberías:

10 m

3 m3/min

22 mm

0,21 bar

8 01

−2

17

20 180 m3/h =

7 bar

Vemos que el diámetro de la canalización sería de 22 mm.

26

Considerando ahora los mismos accesorios:

A ID TP 20

1 Válvula de compuerta 7 Curvas de 90º 1 T angular

= 12,3 m

Longitud total a considerar ahora  Canalización recta  Longitud equivalente Longitud total

= 10 m = 12,3 m = 22,3 m

Con lo que la pérdida de carga total resultará: 0,021

8 01

−2

Longitud total equivalente

= 0,3 m = 7 x1,5 = 10,5 m = 1,5 m

17

  

⁄# × 22,35# = 0,47

Como resultado tendremos un aumento de la pérdida de carga del 50% aproximadamente, con lo que verificamos que la influencia sobre las pérdidas de carga en accesorios es realmente notable en canalizaciones cortas, aun no siendo el número de éstos excesivamente grande.

27

 Ejercicio 3: En relación a la distribución de aire hallar, utilizando el nomograma “diámetro de tubería”, el caudal, en l/s, en la tubería principal de una red de aire comprimido conociendo los siguientes datos:    

Longitud de tubería: Presión de trabajo: Pérdida de presión: Diámetro de tubería:

500 m 8 bar 0,5 % 15 cm

A ID TP 500 m

0,04 bar

2000 m3/h

150 mm

 Ejercicio 4:

1ℎ 2000 × 1000 = = 555,55 + 36003600

8 01

2000 #) ⁄ℎ × 1000 + ⁄#) ×

−2

17

20

8 bar

Supuesta una red de aire comprimido de las siguientes características:  Longitud: 500 m  Nº piezas en T: 10  Nº codos normales: 15  Nº válvulas cierre: 3  Presión de servicio: 6 bar  Pérdida de presión: 5 % = 0,3 bar  Caudal: 250 l/s

28

Hallar diámetro de tubería. 250 + ⁄- = 15000 + ⁄#./ =

15000 × 60 = 900 #) ⁄ℎ 1000

A ID TP 500 m

900 m3/h 6 bar 82 mm 0,3 bar

17

20 Primer tanteo, diámetro de 82 mm.

8 01

−2 29

  

10 pieza en T (80 mm): 10 codos normales (80mm): 3 válvulas de cierre (80 mm):

10 x 4,8 = 48 m 10 x 1,3 = 13 m 3x1=3m

Longitud supletoria: Longitud real: Longitud total:

64 m 500 m 564 m

A ID TP 564 m

900 m3/h 6 bar 87 mm 0,3 bar

17

20 8 01

−2

Segundo tanteo, diámetro 87 mm, iríamos al diámetro comercial inmediato superior.

30

Tema 8 Motores neumáticos 1.-Introducción

A ID TP

Los motores neumáticos son máquinas que transforman la potencia neumática en potencia mecánica rotativa. Tienen básicamente las mismas propiedades de robustez, rapidez y versatilidad que el resto de los actuadores, pero también sus mismos inconvenientes: su velocidad depende de la carga y están limitados en par por el nivel de presión de trabajo máxima. Un inconveniente adicional de los motores es que son ruidosos, aunque también lo son sus competidores hidráulicos. Los motores neumáticos pueden ser de un solo sentido de rotación, reversibles o no y de desplazamiento variable.

8 01

−2

17

20 2.-Características comunes a los motores neumáticos

Diseño compacto y ligero, por lo que pesa menos que un motor eléctrico de la misma potencia y tiene un volumen más pequeño. Los motores neumáticos desarrollan más potencia con relación a su tamaño que la mayoría de los otros tipos de motores. El par del motor neumático aumenta con la carga. No se dañan cuando se bloquean por sobrecargas y no importa el tiempo que estén bloqueados. Cuando la carga baja a su valor normal, el motor vuelve a funcionar correctamente. Se pueden arrancar y parar de forma ilimitada. El arranque, el paro y el cambio de sentido de giro son instantáneos, incluso cuando el motor esté trabajando a plena carga.

1

Control de velocidad infinitamente variable simplemente con una válvula montada a la entrada del motor. Par y potencia regulables, variando la presión de trabajo.

A ID TP

Como no hay ninguna parte eléctrica en el motor, la posibilidad de que se produzca una explosión en presencia de gases inflamables es reducida. Cuando el motor gira, el aire expandido enfría el motor, por lo tanto pueden usarse en ambientes con temperaturas altas (70 grados centígrados). El aire comprimido debe estar limpio y bien lubricado, lo que reduce desgastes en el motor y elimina tiempos de parada al alargar la vida del motor, requiriendo un mantenimiento mínimo. Pueden trabajar en cualquier posición y en ambientes sucios, sin que se dañe el motor. No pueden quemarse. Comparándolos con los motores hidráulicos, los motores neumáticos tienen las siguientes ventajas: No se calientan cuando se sobrecargan, aun estando bloqueados durante un largo tiempo. Las líneas neumáticas de suministro de aire son más baratas que las hidráulicas y su mantenimiento también. Las presiones son mucho más bajas. Las conexiones y los empalmes de las tuberías neumáticas son limpias. Pequeños escapes de aceite en las líneas hidráulicas pueden causar caídas, incendios, atacar a partes pintadas o contaminar productos. Estas ventajas pueden suponer un ahorro importante en el entorno de trabajo de los motores neumáticos.

20

MOTORES REVERSIBLES O CON UN SOLO SENTIDO DE GIRO.

17





PRESIÓN DE TRABAJO.

8 01

−2

Los motores neumáticos con un solo sentido de giro, tienen ligeramente mayor potencia, par y velocidad que los motores reversibles.

Los motores neumáticos pueden trabajar entre 3 y 7 bar, aunque la presión normal de trabajo es cercana a 6 bar. Los motores, están diseñados para dar sus mejores características a esta presión. Aunque pueden trabajar por debajo de 3 bar, a esta presión tan baja, el rendimiento de los motores puede ser insuficiente para el trabajo solicitado. Por otra parte, también pueden trabajar por encima de 7 bar, pero con riesgo de favorecer el desgaste y aumentar el mantenimiento del motor.

2



POTENCIA

A ID TP

La curva de potencia correspondiente a un motor sin regulador de velocidad es de forma aproximada a la que figura a continuación. La velocidad se sitúa sobre el eje horizontal, mientras que la potencia y el par lo hacen en el eje vertical. En la figura se ve que la potencia es cero para velocidad cero y que va incrementándose cuando se incrementa la velocidad hasta un máximo que corresponde con la mitad de las revoluciones libres del motor. A partir de ese punto si se incrementa la velocidad, la potencia disminuye hasta cero cuando el motor gira a las máximas revoluciones (revoluciones libres). Los motores neumáticos obtienen la mayor parte de su potencia por la fuerza con que el aire actúa sobre las paletas o los pistones. Otra parte de la potencia se obtiene por la expansión del gas comprimido. La expansión del aire no es de ningún modo la principal fuente de creación de potencia ya que no es práctica. Cuando el aire se expande, se enfría. Una expansión excesiva ocasiona la formación de hielo en los orificios de salida del aire ahogando al motor. La mayor cantidad de expansión que puede usarse con seguridad sin que se forme hielo es del 20%.

8 01

MOTORES CON REGULADOR DE VELOCIDAD.

−2

17

20 

Un motor sin regulador de velocidad y girando a velocidad libre, puede dañarse si se le sobrecarga bruscamente. Para evitar que esto ocurra, se pueden montar reguladores de velocidad en los motores. Un motor con regulador de velocidad gira a velocidad libre a unas revoluciones cercanas a las de potencia máxima por lo que el motor reacciona mejor cuando se le somete a una carga inesperada. Los motores con regulador se emplean para accionar máquinas en las que hay que garantizar que el motor no pase de ciertas revoluciones.

3

PAR MOTOR.

A ID TP 

8 01

−2

17

20

El par alcanza su valor máximo cuando el motor comienza a girar (velocidad cercana a cero) y cae rápidamente (casi linealmente) hasta cero cuando el motor gira a velocidad libre. Si se va aumentando la carga al motor, la velocidad del motor baja y el par se incrementa hasta que al llegar a velocidad cero, se bloquea el motor. Si por el contrario, la carga disminuye, el motor aumenta su velocidad y el par disminuye hasta ajustarse a la carga aplicada. El par al cual el motor se atasca es, aproximadamente, el doble del par que tiene el motor girando a máxima potencia. El par de arranque de un motor es el que el motor puede desarrollar cuando arranca bajo carga. Dependiendo de la posición de las paletas en el cilindro con respecto a la entrada y la salida de aire, en el momento del arranque, el valor del par de arranque está entre dos valores: máximo y mínimo. El par de arranque mínimo es el que figura en los catálogos como par de arranque y suele ser el 75% del par de atascamiento o bloqueo del motor. Este último también puede considerarse cercano al valor del par máximo de arranque. Hay que considerar que la fricción estática de las paletas es mayor que la dinámica. (Cuesta más arrancar el motor que mantenerlo en marcha.)

4



VELOCIDAD.

La velocidad libre de los motores neumáticos, varía desde cero hasta 30000 R.P.M. La velocidad en carga, debe ser la mitad de la velocidad libre de un motor sin regulador. La velocidad en carga para un motor con regulador es aproximadamente el 80% de la velocidad libre del motor. Para poder obtener velocidades más bajas de trabajo, los motores neumáticos se equipan con diferentes reducciones. Con la misma potencia se obtienen menos revoluciones y mayor par.

A ID TP 3.-Tipos de motores neumáticos

20



MOTORES NEUMATICOS DE PALETAS

−2

17

Los tipos de motores más comunes son los de paletas, los de pistones axiales o radiales y los de engranajes rectos o helicoidales. Su morfología es muy similar a la de los compresores. Es frecuente pensar en los motores neumáticos como bombas que funcionan al revés. A continuación se indican sus características principales y el campo de aplicación más común para cada familia de motor.

8 01

Estos motores tienen un rotor montado excéntricamente en un cilindro, con paletas longitudinales alojadas en ranuras a lo largo del rotor.

5

A ID TP

El par se origina cuando el aire a presión actúa sobre las paletas. El número de paletas suele ser de 4 a 8. Normalmente cuatro o cinco paletas son suficientes para la mayoría de las aplicaciones. Se utilizan mayor número de paletas cuando se necesita mejorar la fiabilidad de la máquina y su par de arranque. Los motores de paletas giran desde 3000 a 25000 r.p.m., en vacío. Como norma general, los motores deben trabajar con una precarga para evitar que giren a velocidades altas. Al girar en vacío el motor, el número de veces que las paletas rozan sobre el cilindro es casi doble que en carga. Esto supone un desgaste innecesario de las paletas y de la pared del cilindro sobre la que deslizan. La vida de las paletas se prolongará a varios cientos de horas trabajando el motor a velocidades moderadas y metiendo aire al motor debidamente limpio y lubricado con aceite en suspensión. Los motores de paletas giran a velocidades más altas y desarrollan más potencia en relación con su peso que los motores de pistones, sin embargo tienen un par de arranque menos efectivo. Los motores de paletas son más ligeros y más baratos que los motores de pistones de potencia similar. Son los motores de uso más frecuente.

8 01

−2

17

20 6

MOTORES NEUMÁTICOS DE PISTONES



A ID TP

Los motores neumáticos de pistones tienen de 4 a 6 cilindros. La potencia se desarrolla bajo la influencia de la presión encerrada en cada cilindro. Trabajan a revoluciones más bajas que los motores de paletas. Tienen un par de arranque elevado y buen control de su velocidad. Se emplean para trabajos a baja velocidad con grandes cargas. Pueden tener los pistones colocados axial o radialmente. Los motores de pistones pueden ser de cuatro, cinco o seis cilindros. El trabajo lo produce el aire comprimido sobre los pistones alojados en cada cilindro. Estos motores desarrollan un par de arranque mejor. Tienen mejores propiedades a bajas revoluciones que los motores de paletas. Los motores de pistones son unidades de trabajo de baja velocidad, no superando, generalmente las 4.000 r. p.m., libres Pueden soportar grandes cargas a todas velocidades. Están especialmente indicados para aplicaciones a bajas revoluciones con un par de arranque elevado.

Los hay de 2 tipos:  

radiales axiales

8 01

−2

17

20 7



MOTORES DE ENGRANAJES

Como se puede observar, el motor está compuesto de dos engranajes, uno de ellos está conectado con el eje del motor, y el otro, transmite movimiento al otro engranaje. Este tipo de motor es de bajo rendimiento, porque consume más energía que la que transmite. Pero, es capaz de dar aproximadamente hasta 90 cv de potencia.

A ID TP 17

20 4.-Selección del motor

8 01

−2

Un tipo de motor neumático que se ha excluido del análisis que presentamos aquí es el motor de turbina. Este motor alcanza velocidades de rotación muy elevadas, pero no suele utilizarse en automatismos, salvo en aplicaciones muy puntuales. Un ejemplo lo constituyen las conocidas turbinas de los odontólogos, que pueden llegar a las 100.000 revoluciones por minuto.

Lo primero que debe saberse es la velocidad a la que debe trabajar el motor y el par para esa velocidad. La combinación de ambas variables nos indicará la potencia del motor. Entre todos los motores posibles que den las características que buscamos hay que elegir el que da máxima potencia para los valores buscados. Asegurarse de que se ha elegido el valor de par adecuado. (No el par de arranque o bloqueo, sino el del motor girando a la velocidad seleccionada.)

8

5.-Aire comprimido Las características de los motores se han definido para la presión de trabajo y el caudal de aire comprimido que figura en el folleto del motor. Esta presión es la del aire que llega al motor, medida en la boca de entrada del mismo y cuando el motor está trabajando. La instalación de aire debe tener la sección suficiente para que el caudal de aire que necesita el motor le llegue sin pérdidas de presión. Las características del motor pueden ser modificadas de varias maneras:

A ID TP

-Regulando la presión de entrada de aire al motor, con los resultados ya explicados anteriormente. -Reduciendo la cantidad de aire que llega al motor se consiguen resultados parecidos al actuar sobre la presión de entrada. Se bajan las revoluciones y el par disminuye en mayor medida. -Estrangulando el escape de aire puede bajarse en mayor proporción la velocidad, con lo que el par motor disminuye menos. Cuando se quieran silenciar los escapes, para disminuir el ruido de los motores, hay que poner el silencioso adecuado al caudal de aire que sale del motor.

20

6.-Tratamiento del aire

7.-Válvulas de mando de los motores

−2

17

El aire que llega al motor debe de estar limpio y engrasado. Hay que colocar cerca la entrada de aire a los motores un filtro de aire, seguido de un regulador de presión y de un lubricador. Asegurarse que estos componentes tienen la capacidad necesaria para los motores que se van a usar.

8 01

Estas válvulas se emplean para el accionamiento de los motores reversibles (giro a derechas, a izquierdas o paro) y para los motores con giro en un sentido de giro para la marcha o el paro.

Válvula de 5 vías y 3 posiciones (Giro izquierda, giro derecha y paro)

Válvula de 3 vías y 2 posiciones (Marcha y paro)

Pueden ser mandadas manualmente o por accionamiento automático (neumático, eléctrico o mecánico.)

9