Curso Neumatica

TEMARIO OBJETIVO: El objetivo del presente curso es dotar al alumno de unos conocimientos claros acerca de la técnica llamada neumática, desde la producción del aire comprimido, los diferentes elementos que participan en una instalación y su correcta utilización, la terminología utilizada, introducirlo en la electro-neumática y neumática proporcional y todo ello bajo el prisma de la seguridad de las personas y las instalaciones y el respeto por el medioambiente. 1. INTRODUCCION A LA NEUMATICA 1.1. ¿QUÉ ES LA NEUMATICA 1.2. APLICACIONES DE LA NEUMÁTICA 1.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA NEUMÁTICA 1.4. PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO 1.5. PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO 1.6. LA NEUMÁTICA Y EL MEDIO AMBIENTE 1.7. LA SEGURIDAD EN LA UTILIZACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO 2. TIPOS DE VALVULAS 2.1. GENERALIDADES 2.2. LA UNIDAD DE MANTENIMIENTO 2.3. VALVULAS DISTRIBUIDORAS 2.4. VALVULAS DE BLOQUEO, AND, OR 2.5. REGULADORES DE PRESION 2.6. REGULADORES DE CAUDAL 2.7. OTRAS VALVULAS 3. ACTUADORES 3.1. LINEALES (CILINDROS) 3.2. DE MOVIMIENTO GIRATORIO 3.3. MOTORES 4. SIMBOLOGIA

5. LEYES FISICAS. PRESION ABSOLUTA Y RELATIVA 6. CIRCUITOS NEUMATICOS 6.1. METODOS PARA ELEBORAR CIRCUITOS 6.2. EJEMPLOS EJERCICIOS 6.3. INTEGRACIÓN DE LOS DIFERENTES ELEMENTOS 6.4. ASPECTOS A CUIDAR EN LOS CIRCUITOS 7. LA 7.1. 7.2. 7.3.

NEUMÁTICA EN LA ACTUALIDAD ELECTRONEUMATICA AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA NEUMATICA PROPORCIONAL

8. LA NEUMÁTICA PARA PRODUCIR VACIO

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1. INTRODUCCION A LA NEUMATICA

1.1.

¿QUÉ ES LA NEUMATICA

La neumática es la técnica que utiliza la energía del aire comprimido para producir movimientos y/o esfuerzos. 1.2.

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA NEUMÁTICA

Posiblemente, la principal ventaja de la neumática es que la materia prima es inagotable: el aire. Además podemos añadir otras como que se puede transportar, se puede almacenar, carece de riesgos tóxicos, inflamables o agresivos de cualquier tipo, no contamina… Y además, su producción y utilización no es cara, se obtienen altas velocidades de trabajo, se controla con facilidad. Hemos de enumerar también algunos inconvenientes, como por ejemplo la limitación en fuerzas (se habla de máximo 50.000Nw), la regulación de movimientos es imprecisa, la compresibilidad del aire produce problemas muchas veces peligrosos, es necesario tratar el aire, lo cual encarece las instalaciones, los compresores suelen ser ruidosos.. 1.3.

PRODUCCIÓN Y TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO

El aire comprimido se produce en unas máquinas llamadas compresores. Hay compresores de muchos tipos, pero los más conocidos son los de pistones, muy ruidosos y ya desde hace unos años los de tornillos, mucho más silenciosos. El principio de funcionamiento de un compresor es sencillo: se toma aire del ambiente, se filtra, se eleva de la presión atmosférica a una presión más alta (normalmente entre 7-8bar) a base de reducir el volumen ocupado por el aire antes tomado y éste se almacena en un depósito hasta alcanzar la presión del compresor, momento en el cuál no se inyecta más aire al depósito. No vamos a estudiar los tipos de compresor más a fondo por ser un tema de mucha profundidad y que nos desvía de nuestro objetivo. Pero sí vamos a hacer más hincapié en el tratamiento del aire comprimido, ya que para que cualquier instalación moderna funcione correctamente, es fundamental hacer un correcto tratamiento del aire. Tratar el aire es eliminar las partículas sólidas que hay en el ambiente y que han sido tomadas por el compresor y eliminar además la humedad que el aire tiene. Se han de hacer por tanto 2 tipos de tratamiento: para partículas y para agua. - Para partículas, se utilizan los filtros. Éstos van colocados en la aspiración de aire del compresor y en la salida de aire comprimido. Los primeros son “bastos” y los segundos “finos”, es decir, los primeros eliminan partículas más o menos grandes y los segundos partículas muy pequeñas (son de hasta unas 20micras). Una buena instalación de aire elimina el 97% o más de las partículas. Capítulo aparte es el aire utilizado en la industria de la alimentación, ya que los requerimientos son mucho más elevados. - Para la humedad, lo que se hace es enfriar el aire hasta el punto de rocío. Esto se hace en unas máquinas llamadas secadores, que son básicamente como frigoríficos. Se hace pasar el aire por el secador de manera que la temperatura que a la entrada del secador puede ser de más de 70ºC se baja hasta 2 ó 3 ºC y de esta manera se consigue condensar la humedad del aire, convirtiéndola en agua. Éste agua se recoge y se saca por medio de purgas automáticas o manuales

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ESQUEMA DE INSTALACIÓN:

Aire ambiente

COMPRESOR

SECADOR filtro

filtro

utilización

PULMON Separador agua aceite

1.4.

PROPIEDADES DEL AIRE COMPRIMIDO

El aire, como gas que es, tiene la propiedad de ocupar todo el volumen del recipiente que lo contiene. En su comportamiento cumple la ecuación de estado de los gases, que es: p . V = n . R . T Siendo p la presión absoluta a la que está sometido, V el volumen del recipiente donde se encuentra, n la cantidad gas (de aire en nuestro caso), R la constante universal de los gases y T la temperatura. 1.5.

LA NEUMÁTICA Y EL MEDIO AMBIENTE

Hoy en día no se concibe una actividad del tipo que sea sin evaluar o considerar el impacto que ésta tiene en el medio ambiente. Así pues, también en la producción, tratamiento y utilización del aire comprimido, se ha de vigilar éste impacto para eliminarlo o en caso de no ser posible, minimizarlo. Es algo ya conocido en empresas con certificado ISO medioambiental y que poco a poco se va extendiendo al resto. Vamos a analizar los posibles impactos y sus soluciones: - es importante evaluar y prever los posibles impactos de una instalación cuando se va a hacer nueva puesto que es el mejor momento para decidir desde una correcta ubicación de las máquinas hasta las máquinas más apropiadas. Pero esto no es algo que se haga todos los días ni que esté al alcance o dentro del ámbito de decisión del personal de mantenimiento. Por tanto nos centraremos en analizar los posibles impactos que está a nuestro alcance minimizar e incluso eliminar. - en la producción del aire se utilizan como ya hemos visto, compresores. Debemos tener claro que el consumo eléctrico es en si mismo un impacto, por lo que se deberá evitar un mal funcionamiento de las máquinas, una mala regulación de la presión puesto que una presión excesiva es un derroche de energía, se deberá hacer un correcto mantenimiento, además se deben separar debidamente los materiales cambiados en los servicios de mantenimiento, se deben limpiar periódicamente los radiadores para evitar pérdidas de rendimiento y degradación prematura del aceite, utilizar aceites sintéticos, se deben eliminar las fugas, etc. - en el tratamiento del aire basta normalmente con mantener limpio el intercambiador y evitar fugas.

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Pero hay un aspecto común a los 2 apartados anteriores y que habitualmente se descuida: el tratamiento de las purgas tanto del compresor y secador como del pulmón si lo hay. Y es importante, puesto que las purgas llevan normalmente, además de agua, aceite. Y éste no debe ser tirado directamente a un desagüe; debe ser separado del agua en un equipo para tal efecto y posteriormente debe ser debidamente reciclado. - y por último está la utilización del aire comprimido, aspecto éste de gran impacto medioambiental si no se cuida correctamente. Hay que eliminar las fugas de los circuitos, puesto que es energía que se pierde y que además las máquinas deben producir constantemente. No se debe utilizar aceite de lubricación salvo para aplicaciones específicas. Hay que ajustar las presiones a las necesidades.

1.6.

LA SEGURIDAD EN LA UTILIZACIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO

La energía que tiene el aire comprimido conlleva algún riesgo que es necesario conocer para evitar accidentes. Es fundamental no jugar con el aire enfocando a otras personas chorros directos, puesto que estos pueden producir lesiones en partes sensibles. Pensar además que el aire puede contener partículas sólidas, que se comportan como proyectiles, pudiendo resultar muy dañinas. Se debe tener cuidado cuando se trabaja en elementos sometidos a presión con los movimientos imprevistos, ya que un cilindro que aparentemente está parado, puede simplemente estar bloqueado por algo y en un determinado momento puede salir rápidamente. Actualmente, las normativas de seguridad son estrictas y se obliga a despresurizar las instalaciones por medio de sistemas eléctricos antes de entrar en ellas, pero sabido es que “puesta la ley, puesta la trampa” y estos sistemas se cuentean de una u otra forma. Es obligación del usuario de la instalación no saltarse las normas de seguridad establecidas y actuar con precaución y con prestando atención. Se debe pensar siempre que lo que se esté haciendo puede afectar a otros compañeros.

2.

TIPOS DE VALVULAS 2.1.

GENERALIDADES

Los circuitos neumáticos están constituidos por la alimentación principal de aire comprimido, los elementos de mando (válvulas), los procesadores de las señales (válvulas), los elementos de control de paso del aire (válvulas) y por los actuadores, que efectúan el trabajo,. Así pues, nos encontramos con que las válvulas tienen como misión dirigir, procesar y finalmente mover los actuadores, pero aun siendo todas ellas válvulas, no son iguales, ni hacen el mismo trabajo. Hay además válvulas para regular velocidades y fuerzas, bloquear movimientos, detectar posiciones…. En el presente capítulo nos vamos a encargar de ver los diferentes tipos y entenderlos para utilizarlos correctamente. Lo anteriormente dicho se puede representar esquemáticamente de la siguiente manera:

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2.2.

VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS

Son las que determinan qué camino va a seguir el aire. La familia de estas válvulas es muy amplia y se hace por tanto necesario el utilizar unos símbolos que clarifiquen qué es cada una de ellas. La representación que se utiliza corresponde a la norma ISO 1219y es idéntica a la CETOP Se utilizan cuadrados para indicar el número de posiciones que puede adoptar una válvula y líneas y flechas para indicar los conductos internos de la válvula. Las líneas salientes del cuadro representan las conexiones de la válvula.

Un ejemplo sencillo:

esta válvula tiene 2 cuadros, por tanto 2 posiciones; los trazos transversales representan un conducto cerrado, el inferior de entrada y el superior de salida y la flecha un conducto abierto. Por tanto, si aplicamos aire en el cuadro derecho a la línea inferior, éste aire no circulará puesto que ya hemos visto que es un conducto cerrado. Si ahora nos imaginamos que desplazamos el cuadro izquierdo y lo superponemos en el derecho, veremos que la flecha une el aire que hemos puesto anteriormente con la línea superior de salida, es decir, se establece una circulación de aire. Pero esta válvula que acabamos de ver está todavía incompleta; sirve para entender la lógica de funcionamiento de las válvulas, puesto que todas, por complejas que sean, se analizan igual que hemos hecho con nuestro ejemplo. Para completarla, hay que añadir el tipo de accionamiento que tiene, es

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decir, cómo o con qué se desplaza “el cuadro izqdo sobre el drcho” y cómo o con qué la válvula retorna a su posición original. ES MUY IMPORTANTE RECORDAR QUE TODOS LOS ELEMENTOS SE REPRESENTAN EN ESTADO DE REPOSO Los accionamientos son muy variados: mecánicos (tipo pulsador, de palanca, de pedal, final de carrera, de rodillo), neumático y por supuesto, eléctricos y eléctricos y neumáticos a la vez (servo) y los retornos son normalmente por muelle, neumáticos, eléctricos o combinados. Más adelante, en el capítulo 4, veremos los símbolos de todos los tipos de válvulas, accionamientos y actuadores que hay. Ya hemos visto que los cuadros representan el número de posiciones que puede adoptar la válvula, 2 en nuestro ejemplo y las líneas o flechas los conductos, también 2 en nuestro ejemplo. Pues bien, de aquí sacamos la terminología utilizada para entender el tipo de válvula. La del ejemplo es una 2/2 (2 vias y 2 posiciones) normalmente cerrada (NC) Vamos a ver otro ejemplo:

ésta es una 3/2 NC, por que tiene 3 conductos y 2 cuadros y el aire se aplica en el conducto cerrado del cuadro drcho.

VEAMOS MÁS EJEMPLOS: Aplicando la lógica de deducción que hemos visto anteriormente, deducimos el tipo de válvula

Válvula distribuidora 3/2

abierta

Válvula distribuidora 3/3

cerrada

Válvula distribuidora 4/2

1conducto presión y otro escape

Válvula distribuidora 4/3

posición 0 cerrada

Válvula distribuidora 4/3

A y B en escape

Válvula distribuidora 5/2

2 escapes

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Hay válvulas que debido al tamaño de construcción, es necesario utilizar un accionamiento auxiliar para mover su corredera. Este accionamiento se denomina servo. Consiste en una pequeña válvula auxiliar montada dentro de la válvula que toma aire o bien de la misma entrada de presión o bien de una toma auxiliar y que multiplica el esfuerzo haciendo posible el desplazamiento de la Y para entender mejor el funcionamiento interno de las válvulas, veamos una 5/2 con los conductos en color, sus juntas, su corredera, etc

2.3.

VALVULAS DE BLOQUEO, AND, OR

Las válvulas de bloqueo son un tipo de válvula cuya función es bloquear movimientos o impedir la circulación del aire en un sentido. Se conocen normalmente por el nombre de antirretorno El más sencillo es el del dibujo adjunto, en el que el aire puede circular únicamente de izada a drcha y cuando trata de circular al revés, se cierra.

el más común es como el anterior pero con cierre por muelle, por tanto cierra siempre que la presión de salida sea mayor o igual que la de entrada

hay una versión posiblemente menos conocida pero de mucha utilidad. Es un antirretorno como el anterior pero que sólo se desbloquea aplicando una presión de pilotaje

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Las válvulas AND llamadas también válvula Y o válvulas de simultaneidad es una válvula con 2 entradas y 1 salida. Sólo habilita la salida si recibe aire en las 2 entradas. Se utiliza como elemento de procesamiento de señales. Es equivalente a poner 2 válvulas 3/2 en serie.

X 0 1 0 1

Y 0 0 1 1

A 0 0 0 1

= = = =

Las válvulas O, es una válvula que al igual que la anterior tiene 2 entradas y 1 salida, pero que habilita la salida siempre que en una de las entradas tenga presión y también cuando en las 2 a la vez tiene presión.

X 0 1 0 1

2.4.

Y 0 0 1 1

A 0 1 1 1

= = = =

LA UNIDAD DE MANTENIMIENTO

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vamos estudiar la unidad de mantenimiento, un componente básico en cualquier instalación neumática: se compone básicamente de regulador de presión que incorpora manómetro y filtro de partículas y vaso para aceite de lubricación. Pero hoy en día se han añadido más elementos en la unidad de mantenimiento. A los ya citados hay que añadir válvula manual de descarga, válvula de arranque progresivo, presostato y muchas veces toma para aplicaciones especiales. La válvula manual de descarga se utiliza para cerrar el aire al circuito, pero además descarga todo el aire de éste. La válvula de arranque progresivo se utiliza para que la presión de llenado del circuito aumente progresivamente y por tanto con seguridad tanto para la instalación como para las personas. Es un elemento de mando eléctrico El presostato es también un elemento eléctrico, que convierte la presión del aire en una señal eléctrica que es utilizada en el mando de la máquina.

2.5. 2.6. 2.7.

REGULADORES DE PRESION REGULADORES DE CAUDAL OTRAS VALVULAS

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2.- Actuadores • • •

Definición y tipos de motores neumáticos. . .

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