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2009 Sistemas Neumáticos Industriales

Raúl J. Guevara Ascán Javier Sampén Sandoval Luis Mejía García Pablo Hashimoto Guevara Luis La Madrid Távara Carlo Sánchez Palacio

Sistemas Neumáticos Industriales

Neumática Industrial Aplicada La neumática es la tecnología que utiliza aire comprimido como medio transmisor de energía, y engloba el conjunto de técnicas para su transmisión, control y regulación. Cuando se habla de neumática nos estamos refiriendo a la tecnología que utiliza el aire comprimido como medio transmisor de energía. La energía, generada en un emplazamiento lejano, es transmitida a través de una línea y utilizada localmente por actúadores, motores y otros elementos de trabajo, para realizar una determinada función última o facilitar el desempeño de una función a otro ingenio mecánico, La neumática engloba el conjunto de técnicas para la transmisión de la energía, su control y regulación, tanto para el mando de tuerzas como el de movimientos, destinadas al gobierno de dispositivos mediante aire comprimido, La neumática no es la única tecnología disponible para realizar las funciones descritas. Los sistemas de transmisión de energía pueden ser básicamente: mecánicos, hidráulicos, neumáticos y eléctricos. En la práctica, la elección de uno de estos sistemas radica en diversas consideraciones que atañen a factores técnicos, como la precisión, regularidad o repetitividad de un movimiento, por ejemplo; a factores energéticos, como el consumo de aire comprimido o el rendimiento de la instalación; peo también a factores funcionales, como las necesidades de mantenimiento, reposición de recambios o facilidad de uso interpretación. La automatización de los procesos productivos es, hoy día, una necesidad en las Industrias modernas que pretenden ser competitivas. La neumática ayuda a estas empresas a aumentar su flexibilidad y el ritmo de producción gracias a las características del aire comprimido como medio transmisor y la adaptabilidad que permiten sus componentesLos actuadores neumáticos se utilizan eficientemente en aplicaciones Industriales donde es preciso el control continuo de una magnitud (posicionado de cargas u obturadores de válvulas, control de movimiento o trayectoria, etc.) así como en procesos discontinuos de manipulado y automatización {cadenas de montaje, embaladoras, máquinas de packaging, etc.). Los limites de utilización de un sistema de control o conducción con aire comprimido pueden cifrarse en términos de los parámetros significativos descritos en el apartado "Parámetros significativos", entre los cuales se encuentran, por ejemplo, el nivel de esfuerzos Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales a realizar, la precisión del posicionado, el tiempo de ciclo alcanzable o el control fino de la velocidad y la regularidad del movimiento. El control de la aceleración, de la velocidad de desplazamiento y de la frenada de un cilindro neumático puede hacerse hoy día mediante sistemas inteligentes de control implementados en PC o PLC de serie.

Componentes Neumáticos: Válvulas, Cilindros, amortiguadores,…

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Producción y distribución del aire comprimido INTRODUCCIÓN El suministro de aire comprimido para instalaciones neumáticas comprende los apartados siguientes: 

Producción de aire comprimido mediante compresores.



Acondicionamiento del aire comprimido para las instalaciones neumáticas.



Conducción del aire comprimido hasta los puntos de utilización.

COMPRESORES El elemento central de una instalación productora de aire comprimido es el compresor. La función de un compresor neumático es aspirar aire a presión atmosférica y comprimirlo a una presión más elevada.

Sección de un compresor de émbolo.

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Sistemas Neumáticos Industriales Las características técnicas a valorar en los compresores son: el caudal suministrado en 3

Nl/min (para compresores pequeños) o en Nm /min y por la relación de compresión, siendo 2

esta última la presión alcanzada en bar, kp/cm . Los compresores se dividen, según el tipo de ejecución, en: 

Compresores de émbolo.



Compresores rotativos.



Compresores centrífugos.

Compresores de émbolos El compresor más frecuentemente utilizado es el de émbolos, pudiendo emplearse como unidad fija o móvil. Principio de funcionamiento y diagrama de presiones de un compresor de émbolos de una etapa.

En los compresores de émbolos, la compresión es obtenida en uno o más cilindros, en los cuales los émbolos comprimen el aire. Se dividen en: 

Compresores de una etapa.



Compresores de dos etapas.



Compresores de varias etapas.

En los compresores de una etapa la presión final requerida es obtenida en sólo un cilindro (en este caso, un cilindro es una etapa). En estos compresores el aire es comprimido hasta la presión final de 6 a 8 bar y en casos excepcionales llegan hasta los 10 bar.

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Sistemas Neumáticos Industriales En compresores con una relación de compresión más alta, el sistema de una etapa no es posible por la excesiva elevación de temperatura. El proceso de compresión se realiza en dos (dos etapas) o más cilindros. El aire comprimido en una etapa es enfriado antes de volverse a comprimirá más presión en la siguiente etapa. Entre los cilindros se intercalan los enfriadores adecuados, llamados por ello enfriadores intermedios. Asimismo, el aire es enfriado a la salida del último cilindro, al que se denomina enfriador final. En líneas generales, los fabricantes de compresores los construyen en las siguientes escalas: a) Compresores de una etapa para presiones hasta 10 bar. b) Compresores de dos etapas para presiones hasta 50 bar. c) Compresores de tres y cuatro etapas para presiones hasta 250 bar. Configuración esquemática y diagrama de presiones de un compresor de émbolos de dos etapas.

Las ejecuciones más adecuadas para la neumática son las de una y dos etapas. Con preferencia se utiliza el de dos etapas en cuanto la presión final exceda de los 6 a 8 bar, porque se proporciona una potencia equivalente con gastos de accionamiento más bajos. Los compresores de émbolos pueden ser accionados por un motor eléctrico o un motor de combustión interna.

Compresores rotativos Los compresores rotativos ocupan un lugar intermedio entre los compresores centrífugos y los compresores de émbolo. Los compresores rotativos suministran presiones más bajas que los de émbolo, pero las presiones de servicio son más altas que las de los compresores centrífugos. Asimismo, el volumen de aire que suministran por unidad de tiempo es más grande que en los compresores de émbolo, pero más pequeño que en los compresores centrífugos. Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales Los compresores rotativos pueden ser de paletas o de tornillos. Los compresores de paletas están constituidos por un rotor en el cual van colocadas las paletas, de eje excéntrico con el estator. Durante la rotación, las cámaras entre las paletas (que se aplican contra las paredes del estator por la fuerza centrífuga) y el cuerpo del rotor modifican su volumen, se produce la aspiración, y mientras reducen el volumen, se produce el suministro de presión. En los compresores de tomillo, dos rotores paralelos, macho y hembra, de forma helicoidal, giran en un cuerpo y comprimen el aire en sus lóbulos de manera continua. Las ventajas más notables de este tipo son su marcha silenciosa y un suministro de aire más continuo. Los compresores rotativos de una etapa suministran presiones hasta los 4 bar. Con dos etapas pueden alcanzar de 4 a 8 bar. Los caudales suministrados pueden llegar 3

hasta 100 Nm /min. según el tamaño. Los compresores rotativos también pueden ser accionados directamente por un motor eléctrico o un motor de combustión interna.

Compresores centrífugos En los compresores centrífugos la compresión del aire se produce utilizando un rápido rodete giratorio. La presión es ejercida al forzar a las partículas del aire existentes en el rodete a alejarse del centro como resultado de la acción centrífuga.

Compresor centrífugo.

El rodete comunica una velocidad elevada y una presión a las partículas del aire. La presión generada por estos compresores no es muy alta; son necesarios varios rodetes para obtener presión de 6 bar. En contraste con esta limitación, los compresores centrífugos pueden suministrar grandes volúmenes de aire. Otra ventaja sobre los compresores de émbolo es que los compresores centrífugos son accionados directamente por una máquina rápida como un motor eléctrico o una turbina de gas, mientras que en aquéllos siempre debe usarse alguna transmisión reductora.

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Elección de un compresor La adecuada elección de un compresor para una instalación dada va estrechamente ligada a los consumidores, y es frecuente tener que hacer varios tanteos antes de encontrar la combinación idónea. Los parámetros fundamentales a considerar son: el caudal aspirado y la presión deseada a la salida. Para aplicaciones de automatización se requieren caudales moderados a presiones medias; los compresores más indicados son, por lo general, los de émbolos. La presión que necesita la instalación deberá ser superior (a veces en 2 o 3 bar) a la de servicio, ya que de otra forma no se podrá mantener dicha presión. Generalmente, una vez definida la presión queda ya decidido si el compresor debe ser de una o dos etapas. Si hay posibilidad de elección debe tenerse presente que los compreso-res más lentos, y por tanto de más cilindrada para un caudal dado, son más caros pero de mayor duración y rendimiento. Otro factor importante a tener en cuenta es el motor que arrastra el compresor y su sistema de control. Para las potencias utilizadas en sistemas de automatización, los motores suelen ser eléctricos. El sistema de control es de dos tipos: por paro y marcha del motor, en unidades pequeñas, o por trabajo en vacío en unidades mayores. En cualquier caso, este control depende de la presión en el depósito. Elementos que constituyen el grupo de producción del aire comprimido. El emplazamiento conecto de este grupo favorece las características de limpieza del aire a presión.

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DEPOSITOS La función que cumple un depósito en una instalación de aire comprimido es múltiple: 

Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida de los compresores alternativos.



Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar de manera continua, sino intermitente.



Hacer frente a las demandas punta del caudal sin que se provoquen caídas de presión en la red.

Diagrama de humedad de saturación del aire.

Por lo general, los depósitos son cilíndricos, de chapa de acero, y van provistos de diversos accesorios tales como un manómetro, una válvula de seguridad y una llave de purga para evacuar los condensados, así como un presostato para arranque y paro del motor. Los depósitos para pequeños compresores suelen ir montados debajo mismo del compresor y en sentido horizontal. Para grandes caudales suelen estar separados, montados después del refrigerador en posición vertical. Los factores que influyen más decisivamente en el dimensionado de los depósitos son: 

El caudal del compresor.



Las variaciones de la demanda.



El tipo de refrigeración, que determina unos períodos aconsejables de paro o marcha en vacío.

Como principio, el caudal del compresor, multiplicado por el factor de utilización aconsejado, debe superar el valor medio de la demanda y la presión debe superar la de utilización.

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ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO La simple compresión del aire en el compresor y la posterior conducción neumática no son suficientes, ya que el aire contiene bastantes impurezas que pueden causar efectos perniciosos en los equipos a emplear. Los principales enemigos de toda instalación neumática son: agua, aceite, polvo y suciedad. El aire húmedo puede originar: 

Oxidación, causando averías en los elementos de la instalación.



Excesivo desgaste del equipo neumático, ya que la humedad lava y arrastra el aceite lubricante.

Las partículas sólidas en forma de polvo y suciedad son los mayores enemigos de los elementos neumáticos, especialmente de las juntas de estanqueidad. La penetración de polvo y suciedad daña fácilmente los materiales utilizados en las juntas e imposibilita que realicen correctamente su función. La humedad y las impurezas del aire comprimido pueden ser extraídas con la ayuda de aparatos especiales. Instalación general de aire comprimido sin secador Esta red resulta cara y complicada ya que se necesitan muchos separadores y filtros para extraer el agua condensada en las líneas.

Eliminación de la suciedad y el agua El acondicionamiento del aire comprimido empieza antes de su compresión. El compresor aspira el aire de la atmósfera a través de un filtro que detiene cualquier partícula grande de polvo presente en el aire. Una buena localización del compresor puede disminuir la cantidad de humedad. Es conveniente aspirar aire fresco, preferiblemente de aquellos lugares donde no dé el sol o dé muy poco, ya que la máxima cantidad de vapor de agua que puede contener un cierto volumen de aire viene dada por la humedad de saturación, la cual aumenta con la temperatura. Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales El aire producido por el compresor tiene una temperatura elevada, estando todavía cargado de impurezas y, en particular, de vapores-de agua y aceite. A continuación del compresor, se instala un refrigerador que ocasionar una disminución de la temperatura del aire a un valor muy inferior al de su punto de rocío, por lo que provoca la condensación de los vapores de agua y aceite y su separación al exterior por medio de un separador de condensados. Instalación general de aire comprimido con secador. Un aire comprimido limpio y seco es suministrado a toda la red, prácticamente no requiere la instalación de separadores y filtros,

La condensación que se produce durante la conducción de aire comprimido debido al progresivo enfriamiento, debe ser purgada al exterior de la tubería de conducción antes de que llegue a los elementos neumáticos. Es conveniente, pues, emplazar los puntos de purga en la instalación. Esta condensación puede ser evitada utilizando secadores de aire. Los secadores son elementos que separan automáticamente la humedad del aire comprimido en grado suficiente para evitar que se produzcan posteriores condensaciones en el circuito. Los secadores pueden ser de dos tipos: 

Secadores frigoríficos.



Secadores de adsorción.

Los secadores frigoríficos operan con un punto de rocío a la presión de trabajo de 2°C, garantizando un alto grado de secado del aire comprimido. Los secadores de adsorción efectúan el secado mediante un adsorbente sólido de naturaleza regenerable que retiene el vapor de agua contenido en el aire comprimido, eliminando este vapor al ser sometido dicho adsorbente a un adecuado proceso de reactivación.

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Sistemas Neumáticos Industriales Esquema del equipo de producción de aire comprimido con secador. El secador puede realizarse por refrigeración, absorción o adsorción.

Los secadores frigoríficos pueden utilizarse en cualquier tipo de instalación, mientras que los de adsorción se aplican a instalaciones con más control de calidad del aire comprimido.

Preparación del aire comprimido Justo antes de que el aire comprimido alimente los elementos neumáticos, debe ser tratado de nuevo para mejorar sus condiciones. Es necesario sacar el agua que haya podido condensarse en el último tramo antes de llegar al punto de utilización. El aire comprimido procedente de la red general, además de las pequeñas partículas que no han sido retenidas en el filtro de aspiración del compresor, contiene otras impurezas procedentes de la red de tuberías tales como residuos de la oxidación, polvo y cascarillas. Gran parte de estas impurezas se separan en los recipientes de condensación con una adecuada instalación de la red general, pero las partículas pequeñas son arrastradas en forma de suspensión por la corriente de aire. Diagrama de bloques de una central de producción de aire comprimido con secador frigorífico.

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Sistemas Neumáticos Industriales Además se producen fluctuaciones de presión en la corriente de aire. Sin embargo, los consumidores deben poder trabajar siempre con la misma presión de aire; a lo anterior hay que añadir que las partes móviles de los elementos neumáticos también necesitan una lubricación. Elementos que constituyen la unidad de mantenimiento: Filtro, regulador y fabricador.

Las impurezas y el agua en suspensión se retienen mediante un filtro. Después de éste, el aire comprimido pasa al regulador o reductor de presión, mediante el cual se regula la presión del aire al nivel requerido. Finalmente, se efectúa la incorporación de aceite al aire mediante un lubricador. El conjunto de estos tres elementos recibe el nombre de unidad de mantenimiento. Principio de funcionamiento. Cuando el aire comprimido entra en el filtro, se dirige a través de deflectores direccionales y origina una corriente centrífuga. Las partículas pesadas, líquidas y sólidas, son impulsadas hacia la pared interior del depósito por la fuerza centrífuga. El condensado desciende hasta el fondo del depósito donde es eliminado por la purga automática o normal. Luego el aire pasa a través del elemento filtrante para eliminar las partículas sólidas. Una pantalla separadora mantiene una «zona de calma» en la parte inferior del depósito que impide que la turbulencia del aire haga retomar hacia la corriente de aire el líquido obtenido. Desde el filtro, el aire comprimido pasa al regulador de presión. Cuando no hay presión sobre el muelle de regulación, la válvula de regulador está cerrada. Cuando se gira el tomillo de regulación, se aplica una presión al muelle que es transmitida a la válvula, por la membrana flexible, abriéndola. El aire pasa entonces al circuito secundario y ejerce una presión contra la membrana. Si la máquina a alimentar está en reposo, el circuito secundario se llena y la presión se equilibra cerrándose el regulador. Si la máquina utiliza el aire, la válvula del regulador permanece abierta y admite el aire necesario para equilibrar la presión del muelle.

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Cuando el aire, filtrado y regulado, entra en el lubricador, una parte fluye por una válvula, presurizando el depósito. La mayor parte del aire de entrada pasa a través del lubricador por un sensor de flujo que permite que el lubricador mantenga automáticamente una densidad constante de aceite. La combinación del depósito de aceite presurizado y la diferencia de presión producida por el sensor de flujo, hacen que el aceite suba por el tubo sifón. Todo el aceite que pasa queda convertido en una niebla de densidad constante y continua hasta el punto de aplicación.

Conducción del aire comprimido La conducción de aire comprimido se realiza a través de la red de aire comprimido. Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de todas las tuberías que parten del depósito, colocadas de modo que queden fijamente unidas entre sí, y que conducen el aire comprimido a los puntos de conexión para los consumidores individuales. Deberá tener: 

Mínima pérdida de presión.



Mínima pérdida de aire por fugas.



Mínima cantidad de agua en la red y en los puntos de utilización.

Para determinar el diámetro correcto de las redes de aire es necesario considerar diversos factores. Estos son: 

El caudal de aire.



La caída de presión admisible.



La longitud de tubería.



La presión de trabajo. Tabla de equivalencia en metros de tubería recta de válvula de paso, codos, accesorios y estrechamiento para la evaluación de las pérdidas de carga.

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Sistemas Neumáticos Industriales El caudal de aire comprimido es una magnitud que se determina según el planteamiento. Este puede ser igual a la capacidad del compresor o puede ser incrementado y debe ser suficientemente holgado, teniendo en cuenta futuras expansiones en la planta. La caída de presión y la velocidad de circulación se hallan relacionadas estrechamente. Cuanto mayor es la velocidad de circulación, mayor es la caída de presión; pero en la caída de presión también influyen otros factores como la rugosidad de la pared interior de la tubería, la longitud de tubería y el número de accesorios instalados. La velocidad de circulación del aire comprimido en las tuberías debe estar comprendida entre 6 y 10 m/s. La caída de presión 2

no debe superar, en lo posible, el valor de 0,1 kp/cm . Nomograma para la determinación de los diámetros de tubería,

La longitud de la tubería se determina a partir del trazado de la instalación y deben ser tenidos en cuenta los accesorios instalados. Los fabricantes de compresores han desarrollado nomogramas para determinar con facilidad el diámetro de tubería más adecuado. Las tuberías de aire comprimido de instalación fija deben ser accesibles, en la medida que sea posible, para facilitar la vigilancia o comprobación de la estanqueidad de la red, por lo que ha de evitarse su colocación empotrada en paredes. Las tuberías de alimentación horizontales deben colocarse con una pendiente del 1+2% en el sentido de la circulación. Las derivaciones verticales hacia abajo no deben terminar en la conexión para el consumidor, sino que deben prolongarse un poco más con el fin de que el agua de condensación producida se acumule en el punto más bajo y no pase al consumidor. Las tuberías que parten de la tubería principal deben derivarse siempre dirigiéndolas hacia arriba.

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Sistemas Neumáticos Industriales Las distribuciones empleadas para el tendido de una red de aire son: a) Una larga tubería, extendida a todo lo largo de las naves del edificio con los necesarios bajantes a los puntos de utilización. Diferentes tipos de redes de aire comprimido,

b) Tendido en circuito cerrado o en anillo. Normalmente se prefiere este sistema circular porque no tiene extremos muertos, el suministro de aire comprimido es equilibrado y las fluctuaciones de la presión se reducen considerablemente. Además, con la ayuda de válvulas de cierre situadas estratégicamente, parte de este circuito puede ser desconectado, manteniendo en servicio la parte restante. La red de tuberías se monta preferentemente con tubos de acero y uniones soldadas. La ventaja de la unión de tubos por soldadura es la buena estanqueidad y el precio. El inconveniente de las uniones soldadas es la producción de partículas de óxido; no obstante, con la inclusión de una unidad de mantenimiento delante del consumidor, las partículas son arrastradas por la corriente de aire y se depositan en el colector de condensación.

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Elementos de trabajo El trabajo de estudio de la automatización de una máquina no acaba con el esquema del automatismo a realizar, sino con la adecuada elección del receptor a utilizar y la perfecta unión entre éste y la máquina a la cual sirve. En un sistema neumático los receptores son los llamados actuadores neumáticos o elementos de trabajo, cuya función es la de transformar la energía neumática del aire comprimido en trabajo mecánico. Los elementos de trabajo se clasifican en dos grandes grupos: o Cilindros o Motores Aunque el concepto de motor se emplea para designar a una máquina que transforma energía en trabajo mecánico, en neumática sólo se habla de un motor si es generado un movimiento de rotación, aunque es también frecuente llamara los cilindros motores lineales. Elementos principales de un cilindro neumático

CILINDROS NEUMÁTICOS Los cilindros neumáticos son, por regla general, los elementos que realizan el trabajo. Su función es la de transformar la energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo, que consta de carrera de avance y carrera de retroceso. Generalmente, el cilindro neumático está constituido por un tubo circular cerrado en los extremos mediante dos tapas, entre las cuales se desliza un émbolo que separa dos cámaras. Al émbolo va unido un vástago que, saliendo a través de una o ambas tapas, permite utilizar la fuerza desarrollada por el cilindro en virtud de la presión del fluido al actuar sobre las superficies del émbolo. Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales Los dos volúmenes de aire en que queda dividido el cilindro por el émbolo reciben el nombre de cámaras. Si la presión de aire se aplica en la cámara posterior de un cilindro, el émbolo y el vástago se desplazan hacia adelante (carrera de avance). Si la presión de aire se aplica en la cámara anterior del cilindro, el desplazamiento se realiza en sentido inverso (carrera de retroceso). Existen diferentes tipos de cilindros neumáticos. Según la forma en que se realiza el retroceso del vástago, los cilindros se dividen en dos grupos: o Cilindros de simple efecto. o Cilindros de doble efecto.

Cilindro de simple efecto. El cilindro de simple efecto sólo puede realizar trabajo en un único sentido, es decir, el desplazamiento del émbolo por la presión del aire comprimido tiene lugar en un solo sentido, pues el retomo a su posición inicial se realiza por medio de un muelle recuperador que lleva el cilindro incorporado o bien mediante la acción de fuerzas exteriores. Sección de un cilindro de simple efecto y principio de funcionamiento.

Estos cilindros se componen de: Tubo cilíndrico, tapa de fondo y tapa frontal con cojinete, émbolo con retén, vástago, muelle de recuperación, casquillo de cojinete y junta de rascador. En la práctica existen varios tipos. Los más empleados son los cilindros de émbolo. El movimiento de trabajo es efectuado por el aire a presión que obliga a desplazarse al émbolo comprimiendo el muelle y, al desaparecer la presión, el muelle hace que regrese a su primitiva posición de reposo. Por eso los cilindros de simple efecto se utilizan cuando el trabajo debe realizarse en una sola dirección. Hay que tener presente que existe aire a la presión atmosférica en la cámara opuesta, pero puede escaparse a la atmósfera a través de un orificio de escape. Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales Según la disposición del muelle, los cilindros de simple efecto pueden aplicarse para trabajar a compresión (vástago recogido en reposo y muelle en cámara anterior), o para trabajar a tracción (vástago desplazado en reposo y muelle en cámara posterior). Mediante el resorte recuperador incorporado, queda limitada la carrera de los cilindros de simple efecto; por regla general la longitud de la carrera no supera los 100 mm. Por razones prácticas, son de diámetro pequeño y la única ventaja de estos cilindros es su reducido consumo de aire, por lo que suelen aplicarse como elementos auxiliares en las automatizaciones. Los cilindros de simple efecto pueden clasificarse en;

Cilindro de simple efecto de membrana. En estos cilindros una membrana de goma, plástico o metal desempeña las funciones de émbolo. La placa de sujeción asume la función del vástago y está unida a la membrana. La carrera de retroceso se realiza por tensión interna de la membrana. Con cilindros de membrana sólo pueden efectuarse carreras muy cortas. Aplicación: Estampar, remachar, y sobre todo sujetar.

Cilindro de simple efecto de membrana Entre dos cubetas metálicas está firmemente sujeta una membrana de goma o plástico. El vástago está fijado en el centro de la membrana. La carrera de retroceso se realiza por el resorte recuperador, ayudado por la tensión de la membrana. Sólo existe rozamiento en el cojinete de guía del vástago. Aplicaciones: Tensar, prensar.

Cilindro de simple efecto de membrana arrollable. En este cilindro la membrana tiene forma de vaso. Al introducir aire comprimido la membrana se desarrolla en la pared interna del cilindro. Al igual que el anterior el rozamiento es mínimo y la estanqueidad máxima. La carrera es corta, sino el desgaste sería muy rápido, forma de construcción muy sencilla.

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Cilindro de doble efecto Al decir doble efecto se quiere significar que tanto el movimiento de salida como el de entrada son debidos al aire comprimido, es decir, el aire comprimido ejerce su acción en las dos cámaras del cilindro, de esta forma puede realizar trabajo en los dos sentidos del movimiento.

Sección de un cilindro de doble efecto y principio de funcionamiento

El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los cilindros de simple efecto; incluso si no es necesario ejercer una fuerza en los dos sentidos, el cilindro de doble efecto es preferible al cilindro de simple efecto con muelle de retomo incorporado. El cilindro de doble efecto se construye siempre en forma de cilindro de émbolo y posee dos tomas para el aire comprimido situadas a ambos lados del émbolo. Al aplicar aire a presión en la cámara posterior y comunicar la cámara anterior con la atmósfera a través de una válvula, el cilindro realiza la carrera de avance. La carrera de retroceso se efectúa introduciendo aire a presión en la cámara anterior y comunicando la cámara posterior con la atmósfera, igualmente a través de una válvula para la evacuación del aire contenido en esa cámara de cilindro. Para una presión determinada en el circuito, el movimiento de retroceso en un cilindro de doble efecto desarrolla menos fuerza que el movimiento de avance, ya que la superficie del émbolo se ve ahora reducida por la sección transversal del vástago. Normalmente, en la práctica no se requieren fuerzas iguales en los dos movimientos opuestos. Los cilindros de doble efecto pueden ser: o Sin amortiguación. o Con amortiguación. Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales En la práctica, el empleo de unos u otros depende de factores como la carga y la velocidad de desplazamiento. Por ejemplo, cuando la carga viene detenida por topes extremos pueden aplicarse los cilindros sin amortiguación. Sin embargo, cuando la carga no viene detenida por tales topes se debe recurrir a la utilización de los cilindros con amortiguación. Los cilindros de doble efecto presentan las siguientes ventajas sobre los cilindros de simple efecto: o Posibilidad de realizar trabajo en los dos sentidos. o No se pierde fuerza para comprimir el muelle. o No se aprovecha toda la longitud del cuerpo del cilindro como carrera útil. Por el contrario, tienen el inconveniente de que consumen doble cantidad de aire comprimido que un cilindro de doble efecto.

Cilindro de doble efecto, con amortiguación interna doble Cuando se mueven grandes masas con cilindros de doble efecto es preciso utilizar estos tipos. El cilindro se compone, adicionalmente, de tapa de cilindro con válvulas de retención (anti-retorno), estrangulación regulable, y émbolo de amortiguación. Antes de alcanzar la posición final, el émbolo de amortiguación interrumpe la salida directa del aire hacia el exterior. Se constituye una almohada-neumática, debida a la sobrepresión, en el espacio remanente del cilindro: la energía cinética se convierte en presión, debido a que el aire solo puede salir a través de una pequeña sección. En la inversión del aire penetra libremente a través de la válvula de retención y el émbolo sale de nuevo con toda fuerza y velocidad.

Cilindro de doble efecto, apropiado para la palpación sin contacto. En el embolo del cilindro se encuentra un imán permanente a través de cuyo campo magnético son accionados interruptores de aproximación. En el cilindro pueden fijarse, según la carrera, uno o varios interruptores de aproximación sobre una barra de sugestión. Con los interruptores pueden preguntarse sin contacto las posiciones finales o posiciones intermedias del cilindro.

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Cilindro de doble efecto, con doble vástago Este tipo constructivo puede soportar mayores fuerzas transversales y momentos de flexión que el cilindro de doble efecto normal, debido a que el vástago esta doblemente poyado. Ambas superficies del embolo son iguales y con ella las fuerzas resultantes. Cuando el espacio es reducido pueden fijarse las levas de accionamiento para los órganos de mando y señal en el extremo del vástago libre.

Características Técnicas para los Cilindros Fuerza del cilindro La transmisión de potencia mediante aire comprimido se basa en el principio de Pascal: Toda presión ejercida sobre un fluido se transmite íntegramente en todas direcciones. Por tanto, la fuerza ejercida por un émbolo es igual al producto de la presión por la superficie. En los cilindros de simple efecto debe reducirse la fuerza del muelle recuperador, y en los cilindros de doble efecto debe deducirse en la carrera de retroceso el área del vástago del área total del émbolo. Para el rozamiento o bien para el momento de arranque se descuenta de un 3 a un 10% de la fuerza calculada.

Consumo de aire Otra característica importante es la cantidad de aire a presión necesario para el funcionamiento de un cilindro. La energía del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume transformándose en trabajo y, una vez utilizado, se expulsa a la atmósfera por el escape durante la carrera de retroceso. Se entiende por consumo teórico de aire de un cilindro, al volumen de aire consumido en cada ciclo de trabajo. Un ciclo de trabajo se refiere al desplazamiento del émbolo desde su posición inicial hasta el final de su carrera de trabajo, más el retomo a su posición inicial.

Velocidad del émbolo La velocidad media del émbolo en los cilindros estándar está comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. En los cilindros especiales la velocidad puede ser mayor. Nunca deben utilizarse los cilindros sin amortiguación para trabajar a grandes velocidades o bajo condiciones de choque. La velocidad del émbolo es función de la presión de trabajo, de la fuerza antagonista, de las secciones de las tuberías y también del diámetro nominal de la válvula de mando. Además, la Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales velocidad del émbolo puede ser afectada por válvulas estranguladoras o por válvulas de escape rápido. La obtención de una velocidad uniforme a lo largo de toda la carrera es un problema muy complejo, ya que no debemos olvidar que estamos tratando con un fluido compresible.

Carrera del cilindro En comparación con los cilindros de simple efecto con muelle de retomo, la carrera de los de doble efecto está considerablemente menos limitada. Las principales razones para la limitación de las carreras son: a)La disponibilidad comercial de los materiales para la fabricación de piezas largas. b)La proporción entre la longitud del vastago y su diámetro. Como consecuencia de la carrera escogida, si la longitud del vastago es excesivamente larga en proporción a su diámetro, existe el riesgo de que en compresión se produzca el pandeo.

MOTORES NEUMATICOS Los motores neumáticos realizan la función de transformar la energía neumática en energía mecánica de rotación. El proceso se desarrolla de forma inversa al de la compresión. Sus principales características pueden resumirse en las siguientes: o Son ligeros y compactos. o El arranque y paro es muy rápido, pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control complejo. o Baja inercia. En neumática se emplean principalmente motores de paletas, también se utilizan, aunque con menos frecuencia, los motores de pistones.

Motores de Paletas. Son muy simples y su utilización está muy extendida. Estos motores son de construcción análoga a la de los compresores de paletas. El rotor está igualmente montado excéntricamente en el cuerpo del motor. El par de giro sobre la carga se desarrolla cuando el aire a presión actúa sobre la sección libre de las paletas y las empuja haciendo girar el rotor. Cuando la cámara, entre paletas, con el aire comprimido alcanza la abertura de salida, se produce la correspondiente expansión a la atmósfera. Los motores de paletas se construyen para potencias comprendidas entre 0,1 y 20 CV. Es frecuente la utilización de estos motores acoplados con un reductor, lo que permite Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales multiplicar el par y que el motor pueda trabajar a velocidades elevadas, con lo que se consigue un mejor control de la velocidad frente a variaciones de las cargas. El número de revoluciones de marcha en vacío se halla entre 1000 y 50000 rpm. La regulación del número de revoluciones se efectúa ajustando el caudal de alimentación. Los motores de paletas, además de su utilización como elemento motriz puro, se emplean también en herramientas neumáticas tales como taladradoras, atornilladores y esmeriladoras.

Motor de láminas. Este motor de láminas está compuesto esencialmente de un rotor, cilindro y dos tapas con cojinetes. En el rotor existen ranuras, en las cuales se deslizan las láminas. El rotor está apoyado excéntricamente con respecto al eje del cilindro. Las láminas son apretadas contra la pared interior del cilindro, formando cámaras de trabajo de diferentes tamaños. Al introducir aire comprimido en la cámara menor, se produce por la fuerza superficial y el radio activo, el momento de giro. Por el movimiento giratorio, la cámara se amplia, el aire se expande a sale. Los motores de láminas trabajan a velocidades relativamente elevadas, son reversibles y cubren una amplia gama de potencias. Otras ventajas: construcción sencilla, escaso peso por unidad de potencia, seguridad contra sobrecargas y regulable de manera continua.

Motor de émbolos radiales. Los elementos constructivos más importantes son los cilindros dispuestos radialmente, bielas, cigüeñal, válvula distribuidora de aire de funcionamiento síncrono y los cojinetes. La válvula distribuidora impulsa por un orden prefijado siempre dos émbolos que efectúan la carrera de fuerza. La ejecución de 5 cilindros asegura un régimen uniforme en el momento de giro El elevado par de giro en el arranque es la característica peculiar de los motores de embolo.

Motores de pistones Según sea la disposición de los pistones, pueden ser de tipo radial o axial. Su comportamiento es similar, caracterizándose los de pistones axiales por un par elevado y rápido en el arranque. Su empleo se limita principalmente a las máquinas de grandes potencias. Trabajan a velocidades inferiores a las de los motores de paletas. Una característica importante es el bajo nivel de vibración a cualquier velocidad, siendo esto muy interesante a bajas velocidades en las que, además, se obtiene el par máximo. Sistemas de Control Industrial I

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Mandos neumáticos Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y un porte de trabajo, Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas. Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenada en un depósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o "distribuidor" es el término general de todos los tipos tales como válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.

TIPOS DE VALVULAS Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:     

Válvulas de vías o distribuidoras. Válvulas del bloqueo. Válvulas de presión. Válvulas de caudal Válvulas de cierre.

Válvulas de Distribución Las válvulas de control de dirección, más conocidas en la práctica como válvulas distribuidoras, son las que gobiernan el arranque, paro y sentido de circulación del aire comprimido. La misión que se encomienda a los distribuidores dentro de un circuito de automatización es la de mantener o cambiar, según unas órdenes o señales recibidas, las conexiones entre los conductos a ellos conectados, para obtener unas señales de salida de acuerdo con el programa establecido. Simultáneamente, los distribuidores actúan como transductores o como amplificadores, ya que controlan una potencia neumática con otra menor, también neumática (amplificación), o de otra naturaleza: eléctrica o mecánica (transducción y amplificación). De acuerdo con su uso, los distribuidores pueden dividirse en los siguientes grupos: a) Distribuidores de potencia o principales. Su función es la de suministrar aire directamente a los actuadores neumáticos y permitir igualmente el escape.

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Sistemas Neumáticos Industriales b) Distribuidores fin de carrera. Estos distribuidores abren o cierran pasos al aire cuya función no será la de ir directamente al actuador, sino que se utilizan solamente para el accionamiento de otros mecanismos de control, tales como los distribuidores de potencia. c) Distribuidores auxiliares. Son distribuidores utilizados en los circuitos y que, en combinación con válvulas fin de carrera y de potencia, se utilizan para dirigir convenientemente las señales de presión del aire. Esquema neumático. Funciones de los distribuidores

Respecto a la localización de válvulas o distribuidores en máquinas o mecanismos, deben tenerse en cuenta los puntos siguientes: -

Los distribuidores principales deben montarse lo más próximos posible a los cilindros.

- La situación de las válvulas fin de carrera o manuales viene fijada por el punto y la manera en que han de ser controlados. - La colocación de los distribuidores auxiliares es independiente, teniendo cuidado, sin embargo, de evitar las longitudes innecesarias de tubería. Se ha de destacar que en general, salvo aplicaciones muy particulares, los distribuidores neumáticos no trabajan en forma proporcional sino que lo hacen en forma todo o nada, lo que significa que permiten el paso de aire o lo impiden.

Concepto de Vías y Posiciones Se entiende por número de vías el número máximo de conductos que pueden interconectarse a través del distribuidor. El número de posiciones es el de conexiones diferentes que pueden obtenerse de manera estable entre las vías del distribuidor. Las válvulas de vías se designan en los catálogos de los fabricantes por el número de las vías controladas y de las posiciones de maniobra estables. Así, una válvula 3/2 vías quiere

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Sistemas Neumáticos Industriales decir que posee tres vías y dos posiciones de maniobra. Hay que observar que la primera cifra es siempre indicativa del número de vías, indicando la segunda el número de posiciones. Para evitar errores durante el montaje y además para identificarlos, se indican con letras mayúsculas o números. Según DIN 24300, se indica así:    

P = Alimentación de aire comprimido. AftC = Salidas de trabajo. R,S,T = Escape de aire. X,Y,Z = Conexiones de mando.

Según normas CETOP, es:    

1 = Alimentación de aire comprimido. 2 y 4 = Salidas de trabajo. 3 y 5 = Escape de aire. 12 y 14 = Conexiones de mando.

De acuerdo con estos conceptos podemos proceder a una primera clasificación de los distribuidores. Se indican cuáles son los principales tipos, sus aplicaciones más características y los símbolos respectivos.

Válvulas distribuidoras de 2/2 vías Tienen un orificio para la entrada de aire y otro para la utilización. Evidentemente sólo admiten dos posiciones: vías cerradas o vías abiertas. Si está en reposo, la válvula sin accionar y las vías están cerradas, se denomina válvula normalmente cerrada, en caso contrario normalmente abierta. En circuitos neumáticos la aplicación de estas válvulas es el cierre o aislamiento entre zonas de circuito. Para controlar un cilindro de simple efecto se necesitarían dos válvulas de dos vías. Para hacer salir el cilindro, una de las válvulas debe conectar la fuente de presión al cilindro, mientras que la otra debe cerrar la comunicación con la atmósfera. Para que el cilindro Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales regrese a su posición inicial, la válvula, que anteriormente alimentaba el cilindro, debe cerrar la alimentación mientras la otra abre el escape a la atmósfera. Es interesante comprobar que si pulsamos de forma intermitente la válvula de escape del aire a la atmósfera, se obtienen posiciones intermedias en la carrera del cilindro. Con ello podemos obtener un sistema de elevación de carga para garajes, por ejemplo.

Válvulas distribuidoras de 3/2 vías En lugar de emplear dos válvulas de dos vías para mandar un cilindro de simple efecto, se usa normalmente una válvula de tres vías y dos posiciones. Una válvula de tres vías consta de un orificio de entrada, otro de salida y un tercer orificio para la descarga del aire. El accionamiento de la válvula comunica la entrada con la salida, quedando el escape cerrado. Al retomar la válvula a su posición inicial, se cierra la entrada de aire y se comunica la salida con el escape. Por lo general, las válvulas de tres vías son de dos posiciones —3/2 vías— aunque también pueden ser de tres —3/3 vías— quedando en su posición central o de reposo todas las vías cerradas. Válvula 3/2 vías. Aplicación en el mando de un cilindro de simple efecto

Normalmente, se emplean para el mando de cilindros de simple efecto, finales de carrera neumáticos, como válvulas de puesta en marcha y paro de la instalación o válvulas piloto para el accionamiento de válvulas de tamaño mayor. En casos excepcionales se pueden utilizar las válvulas de tres vías para el mando de un cilindro de doble efecto; para ello se utilizan dos válvulas. Una de ellas alimenta a una de las cámaras del cilindro con aire a presión, simultáneamente la otra comunica la cámara contraria al escape. Sistemas de Control Industrial I

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Válvulas distribuidoras de 5/2 vías Para gobernar un cilindro de doble efecto harían falta dos distribuidores de tres vías ya que, además de comunicar con la fuente de presión y cerrar el escape de una de las entradas del cilindro, hay que nacer simultáneamente la operación inversa por la otra entrada. En vez de ello, en la práctica se utiliza un distribuidor de cinco vías y dos posiciones. La válvula de cinco vías consta de un orificio para la entrada, dos salidas para utilización y los dos escapes correspondientes. Todas las válvulas de cinco vías son de émbolo deslizante. Cada desplazamiento de éste comunica la entrada con una u otra salida, quedando la otra salida conectada al exterior mediante el escape correspondiente. Se utiliza para el control de cilindros de doble efecto o para accionamiento de válvulas piloto de mayor tamaño. Aparte de los distribuidores 5/2, existen dos versiones de 5/3 vías: una con ambas salidas a escape en posición central, que deja el cilindro libre y puede usarse para hacer la descarga previa, y otra con todas las vías cerradas para dejar el cilindro inmovilizado o bloqueado en posición central. Para las mismas funciones que los distribuidores de cinco vías se fabrican distribuidores de cuatro vías. La diferencia fundamental es que los dos orificios de escape se reducen a uno solo. Válvulas de 5/2 vías y 5/3. Aplicación al mando de un cilindro de doble efecto

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Válvulas de Cierre Las principales formas de cierre que pueden adoptar las válvulas de cierre para realizar su función son tres: cierre por asiento, cierre por émbolo deslizante o corredera y cierre rotativo.

Válvulas de asiento El principio de las válvulas de asiento asegura un funcionamiento sin coincidencia con el escape, es decir, durante el proceso de conmutación el escape de aire se cierra antes de que pueda pasar el aire que entra. En las válvulas de asiento el paso es abierto o cerrado mediante placas, bolas o conos. La estanqueidad del asiento de la válvula se realiza casi siempre con juntas elásticas. El tiempo de respuesta de las válvulas de asiento es muy corto, pues con una pequeña elevación del cierre queda libre toda la sección de la válvula. Las válvulas de asiento son poco sensibles a la suciedad, tienen pocas piezas sometidas al desgaste y poseen una buena estanqueidad. Se construyen con asiento de bola y con asiento plano.

Válvulas de asiento

Las válvulas de asiento de bola son muy económicas debido a su construcción, pero como no siempre está garantizada la estanqueidad quedan relegadas para funciones secundarias. Este tipo de válvulas se fabrica como válvulas de 2/2 vías o también como de 3/2 vías.

Válvula de émbolo deslizante El elemento móvil, un émbolo, se desliza perpendicularmente al eje del orificio que debe cerrar. Este tipo de cierre se adopta en la mayoría de distribuidores neumáticos. Se les llama también válvulas de corredera.

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Sistemas Neumáticos Industriales En este tipo de válvulas se hace muy difícil la estanqueidad de la corredera. El procedimiento de cierre empleado para impedir el paso del aire en sentido diferente al deseado puede ser: o Por juntas en el émbolo o corredera. o Por juntas en el cuerpo. o Por contacto metal-metal. Estas válvulas de émbolo deslizante son los más empleados por la sencillez de su concepción y fabricación. Son de fácil mantenimiento y es de destacar la versatilidad que les confiere la posibilidad de adaptación de diversos sistemas de accionamiento. Las válvulas de corredera prestan funciones generales, destacando entre ellas el mando de cilindros que requieren 5 vías, para lo que se disponen versiones de 5/2 y 5/3. Las fuerzas de accionamiento son pequeñas, incluso a presiones elevadas. Dentro de las válvulas de corredera se suelen incluir las válvulas de cursor plano axial. En estas válvulas se tienen las ventajas de las válvulas de émbolo y de asiento. Poseen un émbolo para la inversión de la válvula, pero los orificios de conexión son controlados por un cursor plano. Este cursor es presionado por el aire comprimido y de modo adicional por un muelle sobre la superficie de apoyo, de esta forma se compensa automáticamente el desgaste en el cursor. Válvulas de embolo deslizante: Diferentes formas de asegurar la estanqueidad

Válvula de cierre rotativo En este tipo de válvulas, el movimiento de giro de la pieza móvil abre o cierra las lumbreras de comunicación entre los distintos orificios. Por lo general, la estanqueidad se consigue por cierre entre superficies metálicas. Generalmente, debido a que se precisa un giro para la inversión de la válvula, se fabrican para ser accionadas manualmente y en ejecuciones de 3/3 vías o 4/3 vías. En la posición central están cerrados todos los orificios. Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales Válvulas 4/2 vías de cursor plano

Válvulas de Bloqueo Las válvulas de bloqueo cortan el paso del aire comprimido y de aquí se deriva su nombre. Estas válvulas están construidas de manera que el aire comprimido actúa sobre la pieza de bloqueo reforzando el efecto de cierre. Dentro del grupo de las válvulas de bloqueo, las más utilizadas en los equipos neumáticos son las siguientes: o Válvulas antirretorno. o Válvulas selectoras. o Válvulas de simultaneidad.

Válvulas Antirretorno Las válvulas antirretorno tienen como función permitir el paso de aire en un sentido, pero no en el contrario. Cuando la presión de entrada en el sentido de paso aplica una fuerza superior a la del resorte incorporado, abre el elemento de cien-e del asiento de la válvula. Las válvulas antirretorno se introducen allí donde deben agruparse distintos elementos sin que ninguno influya sobre los otros o también donde, por motivos de seguridad un elemento sólo pueda ser circulado en un sentido.

Válvulas Selectora Las válvulas selectoras tienen dos entradas y una salida. El efecto de bloqueo actúa siempre en el sentido de la entrada purgada, por lo que queda libre el paso de la otra entrada. Si en ambas entradas hay simultáneamente presión, como a alguna de ellas habrá llegado antes, siempre habrá presión en la salida. Estas válvulas se emplean en todos los casos en Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales que debe alimentarse una sección del circuito desde dos puntos distintos. En algunas ocasiones ocurre también que un órgano de mando debe ser accionado desde varios puntos; en este caso se precisan varias válvulas selectoras, siempre una menos que el número de los puntos de accionamiento. Válvulas de bloqueo: Antirretorno y selectora de circuito

Válvulas de Simultaneidad Las válvulas de simultaneidad se utilizan para los equipos de control. Una válvula de este tipo tiene dos entradas y una salida. La señal de salida sólo está presente si lo están las dos señales de entrada. En caso de una diferencia en el tiempo de las señales de entrada pasa a la salida la de presión más baja. Así pues, en el funcionamiento de una válvula de simultaneidad siempre hay una entrada bloqueada. Ejemplo de aplicación de las válvulas de simultaneidad: mando de avance de un cilindro de simple efecto por la acción simultánea desde dos puntos.

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Válvulas de Presión La presión de entrada no es siempre constante. Normalmente, el compresor se ajusta a un valor máximo de la presión que al alcanzarse lo detiene y a otro valor mínimo para el cual se inicia de nuevo su marcha. Cuanto mayor sea el consumo de aire comprimido, tanto mayor será la variación de presión en la red general de aire. Las válvulas de Presión se clasifican en: o Válvulas Reguladoras o Válvulas Limitadoras o Válvulas Secuenciales

Válvulas Reguladores de Presión Los reguladores de presión tienen la misión de mantener constante la presión de trabajo con independencia de las variaciones de presión en la red general. La presión de entrada es siempre mayor que la presión de salida. La válvula de presión regula la presión de salida, presión secundaria, mediante una membrana que actúa sobre una válvula que comunica la entrada y la salida de aire. La apertura o cierre de la válvula es debida a la interacción de dos esfuerzos sobre la membrana, en una parte a la acción de un muelle regulable por un tomillo de ajuste, y en la otra a la acción de la presión de salida. Reguladores de Presión

Al aumentar la presión de salida, la membrana se mueve venciendo la fuerza del muelle, por lo que la sección de paso en la válvula varía de modo continuo o se cierra por completo, regulándose la presión de salida a través del caudal que circula. Al consumirse aire, desciende la presión y la fuerza del muelle hace que se abra la válvula. La regulación de la presión de salida implica un constante abrir y cerrar la válvula.

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Sistemas Neumáticos Industriales Se distinguen dos tipos de reguladores: De tres vías, con escape. De dos vías, sin escape. Si estando la válvula cerrada aumentase la presión de salida debido, por ejemplo, a la disminución del volumen de la instalación neumática, en el regulador de tres vías este aumento de presión es purgado al exterior por el orificio de escape. En el regulador de dos vías debe aparecer un consumo de aire por parte de la instalación con el fin de que se rebaje la presión. Por esta razón los reguladores de tres vías actúan también como válvulas de seguridad, ya que en la instalación no puede haber nunca una presión superior a la tarada por el regulador.

Válvulas limitadoras de presión Las válvulas limitadoras de presión impiden la elevación de la presión máxima admisible en un sistema. Es un componente de todo equipo productor de aire comprimido, pero apenas se emplea en los equipos neumáticos. La válvula limitadora de presión sirve para seguridad, puesto que, al sobrepasarse la presión máxima permitida en el sistema, abre hacia la atmósfera libre el orificio de salida y escapa el exceso de presión hasta el valor nominal, cerrándose el orificio de escape por la fuerza de un muelle. Válvula Limitadora de Presión

En los casos en que sea posible un incremento elevado de presión de tipo instantáneo, hay que colocar una válvula limitadora de presión entre la válvula reductora y el sistema neumático.

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Sistemas Neumáticos Industriales Para montar una válvula limitadora de presión en una tubería del circuito ha de hacerse en derivación.

Válvulas de secuencia La válvula de secuencia es completamente similar en su funcionamiento a una válvula limitadora de presión, diferenciándose únicamente en la aplicación. La salida de la válvula de secuencia permanece bloqueada hasta que se alcanza la presión preseleccionada; sólo entonces la válvula se abre y permite circular el aire comprimido desde la entrada hacia la salida. En los equipos neumáticos, las válvulas de secuencia se utilizan donde deba garantizarse una presión mínima determinada para el funcionamiento y, por tanto, donde deba evitarse el proceso de la maniobra con una presión inferior. Además, se emplean también donde hayan de conectarse consumidores con preferencia y los restantes consumidores sólo deban alimentarse cuando hay suficiente presión. Válvula de secuencia de taraje fijo

Válvulas de Caudal Las válvulas reguladoras de caudal se pueden dividir en dos grupos: o Reguladores unidireccionales. o Reguladores bidireccionales. Los reguladores unidireccionales permiten la libre circulación del aire en un sentido, y en el contrario intercalan una estrangulación que fija el caudal del aire una vez determinada la Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales presión. La estructura básica de un regulador de caudal unidireccional equivale a una válvula antirretorno en paralelo con una estrangulación ajustable montadas en un mismo cuerpo. Los reguladores bidireccionales regulan el paso del aire en ambos sentidos. Su estructura básica es similar a la de los reguladores unidireccionales pero anulando el antirretorno. Válvulas reguladoras de caudal. Principio de funcionamiento y tipos.

Si la regulación del aire de escape se hace entre el distribuidor de mando y el cilindro, deben utilizarse reguladores de caudal unidireccionales. También se pueden utilizar racoresreguladores de caudal montados di-rectamente en los orificios de conexión de los cilindros. Si la regulación se hace entre el distribuidor y la atmósfera, se utilizan los reguladores bidireccionales conectados en los orificios de escape del distribuidor de mando. En este caso pueden utilizarse también los restrictores-silenciadores, que están constituidos por una válvula reguladora de caudal bidireccional y un silenciador.

ACCIONAMIENTO DE LAS VALVULAS En los apartados anteriores se han indicado los movimientos de los distribuidores, pero no se ha hecho referencia al modo de obtenerlos. Una característica importante de toda válvula es su clase de accionamiento debido a que, de acuerdo con ello, dentro de la cadena de mando de un equipo neumático se la empleará como elemento emisor de señal, órgano de control o de regulación. Es fácil ver que de la variedad de posibles accionamientos nace la riqueza de aplicaciones de una serie de distribuidores. El mismo accionamiento puede ser montado opcionalmente en una válvula de 2,3,5 vías con dos o tres posiciones de maniobra según el tipo. En casos excepcionales, una determinada forma de accionamiento va unida por razones técnicas a un determinado tipo de válvulas. Sistemas de Control Industrial I

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Sistemas Neumáticos Industriales Los accionamientos comprenden dos mecanismos, el de mando y el de retomo, que pueden ser distintos o iguales. Los retornos pueden ser automáticos, entrando en función al cesar la acción contraria. Se debe tener siempre presente que, para cambiar el estado de un distribuidor, es preciso que se ejerza una acción en un sólo extremo del distribuidor. Esta observación es muy importante en el caso de trabajar con distribuidores de doble accionamiento piloto, pues en ellos por error de diseño, puede darse el caso de que tenga presión piloto en los dos extremos, lo que inutiliza el circuito. De una manera general podemos dividir los accionamientos en:

Accionamientos mecánicos. Son necesarios en todas aquellas partes en las que la válvula deba ser accionada mediante un órgano mecánico del equipo, por ejemplo: levas en el vástago de un cilindro, carros de las máquinas, etc. A veces, las válvulas con este dispositivo de mando actúan como finales de carrera. En estos accionamientos habrá que tener en cuenta una serie de precauciones para prever la protección de los mecanismos de mando del distribuidor.

Accionamiento por fuerza muscular. Por medio de este mando es posible supeditar una acción neumática a lo ordenado por el operario que se encarga de accionarla. Entre estos accionamientos figuran todos los que son realizados con la mano o con el pie.

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Accionamiento neumático. Estos accionamientos utilizan aire a presión, se utilizan en accionamientos a distancia. En el mando a distancia de un distribuidor el elemento emisor de señales está separado del punto de accionamiento. El accionamiento neumático puede realizarse por impulso del aire a presión — accionamiento o pilotaje positivo— o por reducción de la presión —accionamiento o pilotaje negativo-. Las válvulas accionadas por medios neumáticos con posición de reposo automática, utilizan exclusivamente pilotaje positivo, debido a que debe ser vencida la fuerza del resorte. De un accionamiento de este tipo se dice que es de mando permanente, y la inversión de la válvula permanece en tanto dure la presión de pilotaje. A diferencia de las anteriores, en las válvulas de impulso, de inversión positiva o negativa, es suficiente una señal momentánea de duración mínima establecida para efectuar la inversión, permaneciendo la válvula en la posición de maniobra adoptada hasta que se presenta un impulso contrario. Las tuberías de mando en las válvulas de accionamiento neumático no deben ser demasiado largas, pues de lo contrario se hacen demasiado largos los tiempos de respuesta y el consumo de aire también es demasiado grande.

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Accionamiento eléctrico. Por medio de este mando se subordina una acción neumática por el paso de la corriente a través de un electroimán. Las válvulas provistas de este sistema de mando reciben el nombre de válvulas magnéticas o electroválvulas. En el accionamiento eléctrico de una válvula, la longitud de la línea de mando es independiente de la completa eficiencia del funcionamiento, pudiendo preverse líneas de mando de varios centenares de metros. Los tiempos de mando son muy cortos. Como emisores de señales se emplean preferentemente interruptores de final de carrera, pudiendo servir además todos los dispositivos que entregan una señal eléctrica. En ambientes con peligro de explosión todos los componentes eléctricos deben tener una protección adecuada.

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Sistemas Neumáticos Industriales También se pueden clasificar los accionamientos en directos o indirectos, según el mecanismo exterior actúe directamente sobre el elemento de inversión o sobre una pequeña válvula interna, que a su vez pilota al elemento de inversión de la válvula principal. Las válvulas de accionamiento indirecto o de mando previo están compuestas por dos válvulas montadas en una sola unidad. La primera válvula sirve exclusivamente para la inversión de la segunda, que es la válvula principal. En vez de dibujar dos válvulas en el esquema, la representación simplifica-cada se dibuja con la válvula de mando incluida en el accionamiento de la válvula principal. Para diámetros nominales grandes se emplean válvulas de este tipo, debido a que en estas válvulas sería demasiado considerable la fuerza de accionamiento; esto es válido especialmente para las electroválvulas. Mediante la señal de mando de la válvula piloto es amplificada la señal de entrada, por esta razón suelen ser denominadas válvulas servopilotadas.

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Sistemas electroneumáticos INTRODUCCIÓN Las combinaciones de electricidad y neumática se usan frecuentemente en máquinas e instalaciones. La principal aplicación de los sistemas electro-neumáticos se encuentra en aquellos casos en los que el aire comprimido se usa como fuente de energía con la ayuda de cilindros, mientras que los distribuidores son accionados eléctricamente. Al principio, la combinación de aire y electricidad se miraba con un cierto recelo, debido a razones que actualmente carecen de fundamento. En los casos donde existe un gran peligro de incendio o explosión-ambientes mojados, altas temperaturas, radiaciones, campos magnéticos, etc.- se prefiere el uso exclusivo de la neumática. Como argumentos para la utilización del mando eléctrico se pueden citar los siguientes:  Gran velocidad de transmisión de las señales. En una línea eléctrica, la distancia no tiene consecuencia en el tiempo de respuesta. En una línea neumática sí la tiene.  Aumento de las posibilidades de control debido al constante incre¬mento de elementos de control disponibles en las técnicas eléctrica y electrónica.  Ahorro de energía. La electricidad resulta más económica que el aire, pues debido al bajo rendimiento de los compresores solamente se trans¬forma en energía neumática una parte no muy grande de la energía eléctrica.  Los elementos eléctricos y electrónicos son más baratos a causa de su producción masiva.  Estos mismos elementos son a menudo muy pequeños, ocupan poco espacio y son fáciles de montar. Los elementos que enlazan estas dos técnicas son:  Distribuidores electro-neumáticos.  Presostatos.  Válvulas neumáticas proporcionales.

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DISTRIBUIDORES ELECTRONEUMÁTICOS Distribuidores 3/2 vías electroneumáticos El distribuidor electroneumático es el elemento en el que un impulso eléctrico de mando se transforma en una señal neumática. En general, el distribuidor electroneumático es un distribuidor 3/2 vías que, en principio, consta de un cuerpo con tres vías con un electroimán. En el interior de éste hay un núcleo que actúa como una válvula de asiento. Cuando el electroimán está sin corriente, el núcleo, debido a la fuerza de un muelle y a su peso, cierra la comunicación entre 1 y 2. El aire que intenta entrar no puede hacerlo y 2 queda conectado a la atmósfera a través del orificio 3. Cuando se excita el electroimán, la bobina atrae su núcleo hacia arriba venciendo la fuerza del muelle. Entonces se cierra el escape y se comunican las vías 1 y 2. Con estas conexiones el distribuidor está normalmente cerrado. El efecto de una señal eléctrica en el distribuidor es la obtención de una señal de aire a la salida y cuando desaparece la señal eléctrica ocurre lo mismo con la neumática. La condición normalmente abierta es también posible. Para ello, es común en distribuidores asimétricos que el suministro de aire se cambie de la vía 1 a la 3. El distribuidor electroneumático, tal como se ha mencionado, tiene todas las ventajas de una válvula de asiento plano. Un pequeño movimiento del núcleo proporciona un paso de aire completo. La máxima intensidad del campo magnético se da en las inmediaciones del núcleo. Esto hace posible que un suministro eléctrico de baja potencia actúe sobre el núcleo para vencer en ambos sentidos una diferencia de presiones de 10 bar en una carrera de 3 mm para cerrar el asiento apropiado. En aquellos casos en que debiera utilizarse una electroválvula 2/2 puede adaptarse fácilmente para este propósito un distribuidor 3/2 vías. Si se desea una válvula normalmente cerrada, se tapa la vía 3, y si se desea normalmente abierta, la vía 1. En este caso de normalmente cerrado es aconsejable conectar la alimentación a la vía 2 y usar la vía 1 como escape. La capacidad de flujo de los electrodistribuidores 3/2 vías, en relación a su tamaño, es alta, lo que implica que cilindros de pequeño diámetro, mandados directamente por aquéllos, puedan desarrollar velocidades altas.

Distribuidores electroneumáticos de cinco vías Los distribuidores electroneumáticos de cinco vías son de accionamiento indirecto o servopilotados.

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Sistemas Neumáticos Industriales La válvula principal es accionada neumáticamente por una válvula electroneumática de 3/2 vías. Estos electrodistribuidores van fijados directamente al cuerpo del distribuidor principal formando un solo elemento. La fuerza de accionamiento eléctrico para la inversión de la válvula piloto puede ser así muy pequeña, y la inversión propiamente considerada de la válvula principal se realiza por la presión de trabajo procedente del sistema neumático.

PRESOSTATOS Los presostatos son unos elementos cuya misión consiste en captar una presión prefijada y transformarla en una señal eléctrica. Su empleo es ideal como dispositivo de seguridad, alarma, etc., bastando para ello regularlos entre los límites de presión permisibles y ajustar asimismo su diferencial a la presión deseada para que el aparato proporcione la señal convenida. Con los presostatos se puede establecer a voluntad la presión correspondiente al cierre y apertura del circuito eléctrico.

Electrodistribuidores neumático.

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Sistemas Neumáticos Industriales Dentro de este apartado se pueden incluir los interruptores neumático-eléctricos, ya que pueden ser considerados como presostatos de taraje fijo. Son los elementos más apropiados para señalar una presión a distancia por medio de una bombilla piloto en un panel de control.

VÁLVULAS PROPORCIONALES Todas las válvulas que se han visto con anterioridad, son válvulas todo o nada. Los avances experimentados en los sistemas de mando electrónicos han permitido, en los últimos años, desarrollar el mando proporcional en los sistemas electroneumáticos. La complementación de la neumática con la tecnología electrónica, permite la regulación continua de las magnitudes físicas de los movimientos. Para el mando proporcional se utilizan electroimanes proporcionales, es decir, electroimanes regulables y de corriente continua que transforman una señal eléctrica en una fuerza proporcional a dicha señal. Un aumento de la comente eléctrica produce una mayor fuerza del electroimán. Las válvulas proporcionales se utilizan en sistemas neumáticos de regulación. La incorporación de técnicas electroproporcionales da como resultado máquinas más flexibles, con velocidades de operación más elevadas y con una repetitividad excelente.

Distribuidor proporcional de caudal Con un distribuidor proporcional de caudal se pueden realizar programas y controles complejos, como por ejemplo: aceleración, deceleración y diferentes movimientos de un consumidor. Distribuidor proporcional. Diagrama caudalcorriente de control

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Sistemas Neumáticos Industriales Sentido y velocidad son controlados por un solo dispositivo. El efecto de las válvulas distribuidoras proporcionales consiste en una variación de caudal de entrada y salida del actuador en proporción al cambio en la corriente eléctrica que recorre la electroválvula proporcional. Es decir, los distribuidores proporcionales realizan un control de dirección y de caudal. El principio de funcionamiento utilizado para conseguir un caudal modulado por una señal eléctrica es simple. La corredera del distribuidor en reposo es posicionada automáticamente por un muelle. Una señal eléctrica sobre el electroimán proporcional determina una fuerza de empuje en función de la intensidad de corriente que recorre la bobina. Esta fuerza sobre la corredera obliga a ésta a desplazarse hasta una posición de equilibrio determinada por la constante elástica del muelle. La intersección de las gargantas del cuerpo con los cantos de control de la corredera determina una sección de paso variable, en función de la posición de la corredera. Diagrama del mando de un distribuidor proporcional.

Los distribuidores proporcionales se aplican a sistemas de regulación de velocidad de avance o de giro, sistemas de frenado y posicionados múltiples o continuos.

Válvulas proporcionales neumáticas de presión Las válvulas proporcionales de presión son válvulas de tres vías accionadas eléctricamente, que permiten la modificación de la presión de salida de forma continua, según el nivel de corriente aplicada. Es decir, la función de un regulador de presión proporcional es la de provocar una presión modulada por una señal eléctrica variable. El principio básico del regulador de presión proporcional es similar al regulador de presión normal, donde el muelle es sustituido por un esfuerzo magnético: se trata de conseguir un equilibrio entre fuerza neumática y fuerza magnética con el fin de poder asegurar el

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Sistemas Neumáticos Industriales mantenimiento de la presión de salida. La fuerza magnética es provocada por el electroimán proporcional. Las aplicaciones más usuales de los reguladores de presión proporcional son: — Sustitución de un regulador de presión convencional para la alimentación neumática de trabajo, ofreciendo las siguientes ventajas: a) Regulación de presión cómoda y precisa mediante un, potenciómetro eléctrico con dial. Posibilidad de control remoto de la presión. b) Posibilidad de controlar la puesta en presión del circuito neumático desde el microprocesador o autómata programable que gobierna los movimientos de la máquina con las ventajas de seguridad, despresurización en emergencia y presurización progresiva a la puesta en marcha. Diagrama de las características de una válvula proporcional de presión

— Sustitución de varios reguladores de presión convencionales; para conseguir distintas presiones en un mismo punto basta con una sola válvula y su mando electrónico. — Ciclos complejos de presión. El sistema proporcional neumático no se limita a reducir componentes. También pueden mejorarse técnicamente los automatismos dada la posibilidad de realizar complejos ciclos de presión. — Servosistemas de control de fuerzas o de par. Aplicaciones de frenos neumáticos, servosistemas de tensión constante sobre arrollamientos de bandas. Existen diferentes sistemas electrónicos que facilitan la puesta a punto de las válvulas proporcionales en función de la aplicación. Desde utilizaciones simples, regulación manual mediante potenciómetros eléctricos, hasta la ejecución de un ciclo complejo de trabajo, gobernado por microprocesador o por autómata programable digital. Sistemas de Control Industrial I

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Las instalaciones neumáticas con válvulas proporcionales requieren la utilización de filtros con capacidad de filtración de 5 micras.

SECUENCIADORES ELECTRÓNICOS Los secuenciadores electrónicos ofrecen una óptima solución para el control de circuitos neumáticos de media y gran complejidad. Ejemplos de aplicación de los reguladores proporcionales de presión.

Cuando deben gobernarse varios actuadores neumáticos pueden transferirse las funciones de control y toma de decisiones a un secuenciador electrónico, dejando las etapas de potencia a la neumática clásica. El acoplamiento entre las dos tecnologías resulta sencillo gracias a la utilización de electrodistribuidores. Los secuenciadores de circuitos electrónicos integrados ofrecen una moderna alternativa a los relés lógicos eléctricos y neumáticos. Esquema de principio para la aplicación de secuenciadores electrónicos.

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Sistemas Neumáticos Industriales El secuenciador electrónico es un registro de desplazamiento secuencial de un número determinado de pasos —según modelos— con temporizadores regulables incorporados. Pueden trabajaren modo manual, automático o paso a paso. En el modo automático, un paso es activo —salida con potencia— hasta que llega la orden de salto al siguiente paso. Esta orden viene dada por el cierre de un final de carrera o por un final de temporización. Esquema de conexiones con el secuenciador.

En el modo manual es posible activar directamente las salidas deseadas mediante un microinterruptor activación/no activación, previa elección de la salida deseada en el preselector de salida. Las ventajas que se derivan de la utilización de un secuenciador electrónico en las tareas de control son las siguientes: — Ahorro de energía dada la baja potencia requerida para el control. — Realización de funciones más complejas --temporizaciones, repetición, seguridad, etc.-que las proporcionadas por los sistemas clásicos de control. — Fácil puesta a punto y manejo del equipo. — Fiabilidad absoluta, incluso bajo las condiciones más exigentes y los ambientes de trabajo más duros. — Velocidad de respuesta instantánea. — Incorporación de sistemas de seguridad. — Sencillez y aprovechamiento de todos los órganos en el caso de cambio o ampliación de la aplicación. — Fácil utilización con sólo conocimientos básicos de lógica neumática. Estos dispositivos han sido concebidos para obtener un control automático de la mayoría de procesos industriales a un coste bajo para todas las operaciones repetitivas. Sistemas de Control Industrial I

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Diagrama y esquemas de mando ESQUEMAS BASICOS DE MANDO Existen una serie de circuitos básicos para componentes neumáticos que, una y otra vez se repiten en la misma forma bajo problemas distintos. La misma combinación de elementos puede repetirse en aplicaciones diferentes. No obstante debe tenerse en cuenta que por características constructivas diferentes no siempre pueden usarse componentes distintos, por más que cumpla ia misma función con resultados óptimos en un sistema determinado. Deben realizarse entonces las correspondientes adaptaciones o modificaciones necesarias al sistema. Para obtener una representación clara, ordenada, uniforme, debe realizarse una representación con símbolos y conexiones bien ordenada y clara. Los tipos clásicos de circuitos más importantes están agrupados como ejercicios de aplicación. o Comando de accionamientos de simple efecto o Comando de accionamientos de doble efecto o Influencia en la velocidad y velocidad de giro o Influencia en el torque y la fuerza o Parada de cilindros neumáticos o Respuesta por tiempo o Distintas conexiones y combinaciones

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DIVERSAS FORMAS DE MANDO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO Mando de un cilindro de simple efecto, por medio de un distribuidor 3/2 vías accionado manualmente.

El distribuidor permanecerá en la posición cambiada en tanto no se vuelva a cambiar su posición. El circuito dispone de los siguientes elementos 1. Acometida. Inicio de instalación. Conexión o red de aire con presión. 2. Válvula de aislamiento manual. Sirve para cerrar o aislar el circuito, cuando se desea intervenir en elementos del circuito.

3. 4. 5. 6. 7. 8.

Filtro. Manorreductor. Indicador de presión. Engrasador. Distribuidor manual. Cilindro de simple efecto. Salida del vástago por presión del aire del circuito. Entrada del vástago por presión exterior.

Mando de un cilindro de simple efecto por medio de un distribuidor 3/2 vías piloteado neumáticamente por medio de otro distribuidor de 3/2 vías.

El distribuidor de maniobra su situará en el lugar que más convenga a la maniobra. El distribuidor de maniobra tendrá dimensiones inferiores al distribuidor de potencia. Sistemas de Control Industrial I

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Mando de un cilindro de simple efecto por medio de un distribuidor de 3/2 vías piloteado eléctricamente mediante electroimán, piloteado a su vez por un contacto eléctrico que forma parte del telemando.

Hay distribuidores con accionamiento mixto, eléctrico y neumático. El electroimán abre un paso, a través del cual pasa el aire a presión que empuja el émbolo del distribuidor cambiándolo de posición. La utilización de los distribuidores pilotados eléctricamente facilita muchísimo la consecución de maniobras complicadas, razón por la cual son muy empleados.

Esquema de mando para un cilindro de simple efecto, con pilotaje desde dos puntos. Esquema tipo lámparas conmutadas.

Este esquema consta de un cilindro de simple efecto con salida por presión y retorno por resorte, con mando por dos distribuidores de 5/2 vías y uno de 3/2 vías. Cualquiera de los tres distribuidores de que consta el esquema al ser modificada su posición cambia igualmente la posición del cilindro.

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Sistemas Neumáticos Industriales Ambos esquemas son más didácticos que prácticos. Su interpretación y diseño ayudará a un mejor desarrollo y comprensión de las maniobras neumáticas utilizando distribuidores.

DIVERSAS FORMAS DE MANDO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO Mando de un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor 5/2 vías accionando manualmente.

Los elementos que forman parte de este circuito son los siguientes: 1. Acometida a la red de presión 2. Llave general de cierre. 3. Filtro 4,5. Manorreductor con indicador de presión 6. Engrasador 7. Distribuidor de accionamiento manual. 8. Cilindro neumático.

Mando de un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 5/2 vías con mando neumático y retorno a la posición de reposo por medio de resorte.

10. Distribuidor. Pilotaje neumático.

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Mando de un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 5/2 vías con doble pilotaje neumático.

La corredera del distribuidor es biestable, es decir, que se queda en la última posición pilotada, El pilotaje del distribuidor se hace desde dos distribuidores pilotados manualmente. 11. Distribuidor. Pilotaje neumático. 12. Distribuidor. Accionamiento manual.

Mando de un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 5/2 vías piloteado eléctricamente en los dos sentidos.

El comportamiento del distribuidor es igual al explicado para el esquema de un cilindro de doble efecto con doble accionamiento neumático 14. Contacto eléctrico. Pilotan las dos posiciones del distribuidor.

15. Distribuidor, Pilotaje eléctrico,

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DIVERSAS FORMAS DE MANDO DE UN MOTOR NEUMATICO Esquema para el mando de un motor neumático con pilotaje desde un distribuidor de 4/2 vías de accionamiento manual.

El motor tiene un solo sentido de giro y regulación de caudal, por lo que su velocidad será variable. El esquema se inicia con un filtro, manorreductor y filtro.

Esquema para el mando de un motor neumático con pilotaje desde un distribuidor de 3/3 vías de accionamiento manual.

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Sistemas Neumáticos Industriales 56 El motor tiene dos sentidos de giro y regulación de caudal individual para cada sentido de giro, lo que hace que la velocidad pueda ser variable. Como puede apreciarse en ambos esquemas, el mando de un motor neumático resulta muy sencillo, equivaliendo el esquema n° 1 al mando de un cilindro de simple efecto y el n° 2 al mando de un cilindro de doble efecto

TEMPORIZADOR NEUMATICO Mando de un cilindro de doble efecto mediante un distribuidor 5/2 vías pilotado por electroválvula y retorno por resorte.

Este esquema es variante de utilización temporizador.

una del

El temporizador se ha intercalado en el circuito de maniobra del distribuidor, retardando la maniobra del mismo durante un tiempo, desde qué se da la señal de cambio.

Cuando el distribuidor cambia de posición al recibir una señal eléctrica, el vástago del cilindro realiza la salida inmediatamente al cambio. Esta salida se hace de forma rápida, ya que el circuito no tiene ningún impedimento. Al cambiar de nuevo la posición del distribuidor para que el vástago efectúe la entrada (retorno), ésta no se hará hasta que pasado un tiempo, previamente reglado en el temporizador y que será, cuando el circuito quede libre de obstáculos. La presión que el distribuidor envía al cilindro para que su vástago realice la entrada, se encuentra con el temporizador y el antirretorno, razón por la cual, mientras que el temporizador pilotado por la misma presión del circuito no abra el paso, no se ejecutará la maniobra.

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ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE UN CIRCUITO NEUMATICO

En el circuito que aquí se representa, se han introducido diferentes elementos neumáticos con los que nos podamos encontrar. El esquema básicamente está preparado para el mando de un cilindro de doble efecto por medio de un distribuidor de 5/2 vías pilotado por electroválvula, con salida lenta del vástago y entrada rápida. Los elementos que forman parte del circuito son; 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Antirretorno simple. Antirretorno que pone et circuito a escape. Silenciador de escape para las dos posiciones del distribuidor. Distribuidor. Conjunto regulador de caudal en una dirección. Cilindro de doble efecto.

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Aplicaciones APLICACIONES BASICAS Estampadora Neumática Máquina que aprovecha la deformación plástica del material para crear mediante un golpe de estampa una determinada forma; por ejemplo la acuñación de monedas. Utilizamos un cilindro de simple efecto que portará la matriz o estampa, cuya velocidad de golpe se garantiza con un regulador unidireccional. Es accionada por un operario mediante un pulsador de seta, de forma que sólo estará operativo cuando una mampara de metacrilato se cierre pisando un final de carrera e impidiendo que el brazo del operario acceda por accidente a la herramienta.

Control de la puerta de un autobús El control de apertura y cierre de la puerta de un autobús es llevada a cabo por el chofer que acciona una palanca, pero sólo podrá operar si el autobús está parado (es decir, con el freno de mano echado). Además, por normativa de seguridad, todos los autobuses deben tener un pulsador exterior de apertura en caso de emergencia. El control exterior e interior van conectados por una válvula selectora de caudal (O). Por último se puede regular la velocidad de apertura y cierre. Sistemas de Control Industrial I

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Percutor Neumático Herramienta que puede servir para apisonar tierra. Irá montada en un cilindro de doble efecto que mediante dos finales de carrera (en las dos posiciones extremas del vástago) hace que se genere una secuencia permanente de entrada y salida.

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Secuencia Posible Con dos cilindros de doble efecto A y B pretendemos hacer la secuencia A+B+A-B-. Puede ser una operación de etiquetado de botellas: las botellas avanzan por una cinta transportadora de forma que el cilindro A las sujeta mientras que el B se aproxima para etiquetarla; concluida la operación se retira la sujeción para que las botellas sigan avanzando y sube la herramienta de etiquetar. La realización del hojigrama nos indica que la secuencia es posible, ya que no se repiten ningún par de valores correspondientes a las posiciones de las válvulas 3/2 finales de carrera: B+

A+ a1b0 a1b1

a0b0

(a1 b0) ≠ (a1 b1) ≠ (a0 b1) ≠ (a0 b0)

a0b1 B-

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A-

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APLICACIONES INDUSTRIALES Sistemas de alimentación para cintas transportadoras Se debe mover una cinta transportadora mediante un sistema de enganche y un cilindro de transporte. El proceso debe comenzar luego de conmutar un accionamiento giratorio con traba en forma continuada. Luego de desconectar el accionamiento el cilindro de transporte debe volver a su posición inicial.

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Sistema de llenado Se llenan una serie de recipientes por medio de un sistema basculante accionado por un cilindro de aire comprimido. El giro se produce por la acción de válvulas de mando correspondientes.

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Prensa neumática Sobre una prensa neumática se clavan piezas. Luego de introducir las piezas en ia matriz porta piezas y una vez que ésta ha sido introducida en la máquina comienza automáticamente el proceso de prensado. Luego de alcanzar su posición final de trabajo, el cilindro retorna a su posición inicial. El retorno del cilindro sólo puede ocurrir cuando se haya alcanzado la máxima fuerza de trabajo, controlada por medio de la presión.

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Sistema de inmersión y lavado Por medio de un cilindro de doble efecto se introducen en un baño de inmersión una serie de piezas. Para realizar una limpieza completa, es necesario realizar la inmersión dos veces, y el tiempo de inmersión de las mismas debe ser de 2 segundos. El arranque del proceso ocurre mediante un pulsador.

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Sistema de dosificación Un cilindro de aire comprimido regula la carga de recipientes. Los valores de carga son registrados por barreras neumáticas del tipo horquilla instalados sobre el nonio indicador de la balanza. Apenas se encuentre un recipiente vacío sobre la balanza y se accione un pulsador de arranque, comienza el proceso de llenado. Luego de terminar el proceso y antes de comenzar un ciclo nuevo debe retirarse el recipiente lleno y depositarse uno vacío.

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Sistemas Neumáticos Industriales 66 A continuación se presentaran algunas aplicaciones de los sistemas neumáticos en la industria los ejemplos presentados han sido obtenidos del el libro 99 ejemplos prácticos de aplicaciones neumáticas de Festo. Para mayores ejemplos consultar en este libro.

Alimentación de piezas de un autómata giratorio

En el dibujo se muestra una solución para la alimentación de piezas redondas a un autómata giratorio y la posterior retirada de dichas piezas. Un elemento en forma de V se encarga de recoger una pieza del cargador y de elevarla hasta quedar centrada a la altura del mandril. A continuación, un empujador la desplaza para introducirla en él. Una vez concluida la operación de mecanizado, la pieza cae en una bandeja que mediante un movimiento basculante la entrega a un plano inclinado. Todo el sistema de alimentación y recogida de piezas está montado sobre una placa que, por su parte, puede montarse sobre una superficie adecuada de una máquina herramienta. Durante la operación de mecanizado de las piezas, todos los componentes encargados de alimentar y recogerlas se retiran a una posición de espera.

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Mecanismo para alinear placas apiladas

Antes de las operaciones de embalaje o almacenamiento, es necesario que las piezas estén alineadas correctamente. En muchos casos es suficiente recurrir a un sistema que se encarga de ello mientras que las piezas están en movimiento, utilizando, por ejemplo, rodillos ubicados encima de la cinta de transporte. En el ejemplo que aquí se comenta, la alineación está a cargo de empujadores accionados neumáticamente. Las piezas son detenidas brevemente, por lo que adicionalmente es posible conseguir que la distancia entre las piezas apiladas siempre sea la misma. La solución mediante una cinta lateral permite una alineación en dos ejes (longitudinal y transversal), siempre y cuando las condiciones sean favorables y las piezas sean lisas. La operación de alineación se activa mediante una señal emitida por un detector que confirma la presencia de las piezas (no consta en el dibujo).

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Equipo para reorientar tablas de vidrio

El equipo de recogida, reorientación y colocación de tablas de vidrio está compuesto de un conjunto de acoplamientos que combina un acoplamiento tipo cigüeñal de cuatro partes y un acoplamiento de tracción. Dado que la correa dentada es fija, al moverse el brazo se produce un movimiento basculante del bastidor con ventosas desde la posición de recoger hasta la posición de entregar. Las placas de vidrio apiladas son desplazadas paso a paso por un actuador de posiciones múltiples. La plataforma de avance transversal está apoyada en el suelo y el carro se traslada sobre ella guiado por un carril. Para ejecutar el movimiento basculante de reorientación de las piezas pueden aplicarse otras soluciones, por ejemplo utilizando una o dos unidades giratorias.

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Corte Transversal de productos textiles

Tanto en la industria textil como también en el sector de la construcción de maquinaria tienen que cortarse productos textiles, moquetas o tejidos textiles técnicos y similares. En la gráfica se muestra un equipo relativamente sencillo. Un cilindro sin vástago se encarga de desplazar transversalmente el aparato de corte. La velocidad del corte puede regularse mediante el estrangulamiento del aire de escape. El émbolo queda aprisionado entre la entrada libre de aire comprimido y la salida estrangulada del aire de escape, lo que permite la ejecución de movimientos más precisos. Además, así el carro puede retroceder más rápidamente a su posición inicial. El rodillo se cuelga en los brazos respectivos y la tela se desenrolla a mano. La cuchilla circular corta a lo largo de una ranura de la mesa. Se sobreentiende que la operación de desenrollar la tela podría también realizarse de modo automático, aunque esta solución únicamente es económica si la cantidad de cortes es grande. En ese caso podría utilizarse un sistema de avance por rodillos o pinzas.

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Simbología

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