Unitat 12 accionaments pneumàtics

24/11/2011 Unitat 12. Accionaments pneumàtics 1

PNEUMÀTICA
• La pneumàtica és el conjunt de tècniques basades en la utilització de
l’aire comprimit com a fluid transmissor d’energia per a l’accionament
de màquines i mecanismes.

Tant aquesta tècnica com la hidràulica (oleohidràulica) ens permet
obtenir els moviments més diversos –rotatius, alternatius,...-
comunicant directament l’energia al fluid i utilitzant un dispositiu que
ens la transformi en el moviments desitjat, sense gairebé pèrdues i de
manera neta i eficaç.

• No és una tècnica recent, els primers enginys que utilitzaven l’aire
comprimit van aparèixer fa més de 20 segles (canó pneumàtic,...)


PNEUMÀTICA
• Els avantatges de la utilització de l’aire comprimit són molts, entre els
que destaquem:

No és perillós, ja que no emet espurnes.

Es troba fàcilment disponible.

És un fluid net.

S’emmagatzema amb facilitat (perquè és compressible).

Es desplaça amb rapidesa per l’interior de conduccions.

És un sistema senzill (simple) i per tant econòmic.


EL CIRCUIT PNEUMÀTIC
• Un circuit pneumàtic és un conjunt d’elements disposats de tal manera
que mitjançant aire comprimit realitzen un treball o executen una sèrie
d’accions destinades a l’accionament de màquines o mecanismes.

Els circuits pneumàtics consten, bàsicament, els següents blocs
funcionals: Subministrament d’aire Transformació de
comprimit l’energia pneumàtica en
(determinades condicions de
treball
P, T i qualitat d’aire)


PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT
• La duen a terme els compressors, tot i que normalment en una mateixa
màquina s’integren el compressor, el refrigerador i l’acumulador.


PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT COMPRESSORS
• Els compressors representen l’element central d’una instal·lació d’aire
comprimit. Són mecanismes rotatius moguts per motors elèctrics o
tèrmics de combustió interna (gasolina o dièsel).

• La seva funció és aspirar aire a pressió atmosfèrica i comprimir-lo a
una pressió més elevada.

• Les característiques tècniques fonamentals d’un compressor són:

El cabal volumètric [m3/s] [l/min] [l/s] [m3/min] o el cabal màssic
[kg/s] [kg/min] en condicions normals de P i T (P=1 atm; T=25 ºC).
Aquests cabals es refereixen a l’entrada.

La pressió (de sortida de l’aire) [atm]


• Els principals tipus de compressors són:
Compressors de pistó o èmbol d’una etapa: És apropiat per a
comprimir l’aire fins als 15 bar de pressió, encara que se’n sol
utilitzar generalment fins a uns 8 bar.


Compressor de pistó o èmbol de dos etapa: Aquest tipus últim
tipus de compressors s’utilitza quan s’ha de comprimir l’aire a
pressions d’uns 15 bar, a causa que presenta un millor rendiment que
els compressors d’una etapa.

Comprimeixen l’aire a baixa
pressió (uns 4 bar) en la
primera etapa, després se’n
fa passar per un
intercanviador de calor, on
es refreda, finalment, passa
a la segona etapa, on
s’assoleix la pressió
desitjada (uns 15 bar).



Compressor de membrana: Aquests compressors s’utilitzen a les
indústries alimentària, sanitària, química, farmacèutica, etc., per la
netedat de l’aire que produeixen.

Una membrana elàstica
separa l’èmbol de la cambra
de treball, de manera que
l’aire no entra en contacte
amb les parts mòbils.

Així, s’aconsegueix que l’aire
comprimit no es contamini
amb l’oli procedent del
sistema de greixatge del
pistó.


Compressors rotatiu de paletes: Proporcionen cabals importants
d’aire a pressió intermèdia.

L’aire és portat d’un costat a
un altre sense que el volum
aspirat sigui modificat,
només imprimint velocitat a
l’aire.

L’estanquitat s’aconsegueix a
través de les vores dels
èmbols rotatius que han de
ser tallats amb gran precisió.


Compressors rotatiu de roots: Les característiques més
importants d’aquests compressors són el poc soroll que produeixen
i la uniformitat del cabal d’aire que subministren.

La pressió de l’aire
s’aconsegueix mitjançant el
gir d’un rotor excèntric, dins
d’una carcassa cilíndrica.

L’esmentat rotor va proveït
d’una sèrie de ranures on
s’allotgen les paletes.


Compressors rotatiu de cargols: Són més cars que els de pistó (per
la precisió amb què han de tallar-se els cargols) i la carcassa que els
conté, proporcionen grans cabals d’aire i són molt silenciosos.

Es basen en 2 cargols helicoïdals. L’aire aspirat és arrossegat per les
hèlixs dels cargols.

Poden treballar amb o sense lubricació entre les parts en moviment.


PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT REFRIGERADOR
• Els refrigeradors són els aparells encarregats de refredar l’aire
comprimit (escalfat al comprimir-lo) fins a una temperatura propera a
l’ambient (d’uns 25 ºC). També s’encarreguen d’eliminar humitat.

• És un senzill bescanviador de calor format
per una sèrie de tubs pels quals circula un
fluid refrigerant (normalment aigua). L’aire
comprimit circula en sentit contrari al del
fluid refrigerant per fora dels
tubs, produint-se així l’intercanvi de calor.

Amb cabals d’aire elevats l’aire circula per
l’interior dels tubs i el fluid per fora.

Els més usuals són els refrigeradors aire-
aire i els refrigeradors aire-aigua.

PRODUCCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT ACUMULADOR
• L’acumulador és el dipòsit encarregat d’emmagatzemar l’aire comprimit
en un circuit. Les seves funcions principals són:

 Fer front a les puntes de demanda
d’aire comprimit.
 Eliminar polsacions originades pel
compressor.
 Estabilitzar la pressió de sortida.
 Evitar el treball continu del motor del
compressor.

• Han d’estar proveïts d’accessoris de
protecció i control com ara manòmetre,
vàlvula de seguretat, vàlvula de purga de
condensats, connexions elàstiques,...

CONDICIONAMENT DE L’AIRE COMPRIMIT
• L’aire comprimit procedent del compressor no pot ser utilitzat
directament, ja que conté impureses nocives que poden malmetre la
instal·lació pneumàtica (pols, brutícia, aigua i oli arrossegat des dels
compressor).

Les diferents fases en que es divideix el condicionament de l’aire
comprimit són:

Assecament

Filtratge

Regulació de la pressió

Lubricació


ASSECAMENT

• L’aire humit pot ocasionar oxidacions i
causar avaries en els elements de la
instal·lació. Per tant, si el contingut
d’humitat és massa elevat, caldrà fer passar
l’aire a través d’un assecador pneumàtic.

• L’assecador de la figura és un assecador
d’absorció. L’aire que entra travessa un
material porós (diòxid de silici) que
absorbeix la humitat.

Caldrà anar canviant el material porós
periòdicament.


FILTRATGE

• L’aire presenta impureses (pols,
llimadures de goma, olis cremats,
vapors de diferents gasos,...) que convé
eliminar per al bon funcionament de la
instal·lació.

• La funció del filtre és retenir aquestes
impureses.


REGULACIÓ DE LA PRESSIÓ

• L’aire comprimit d’una instal·lació ha
de mantenir-se a una pressió
constant, independentment de les
fluctuacions de la xarxa i de les
variacions de consum.

El regulador de pressió o
manoreductor és l’element
encarregat de regular
automàticament la pressió de
sortida, ajustant-la al valor
seleccionat.


LUBRICACIÓ

• En la majoria dels elements que
integren una instal·lació pneumàtica hi
ha parts lliscants que es desgasten a
causa del fregament. Per això cal fer
un últim tractament de lubricació a
l’aire amb l’objecte de realitzar el
greixat de les peces mòbils dels
components pneumàtics, la qual cosa
farà disminuir la fricció i evitarà
l’oxidació.


• Molt sovint el conjunt d’elements que tracten l’aire comprimit es troba
formant un bloc modular homogeni on es munten el filtre, el regulador
i el lubrificant.


• Esquema d’un conjunt de producció i tractament d’aire:


DISTRIBUCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT

• L’aire comprimit generat per la unitat de producció es canalitza fins
als punts d’utilització mitjançant la xarxa de distribució, que és el
conjunt de canonades emprades per connectar els diferents elements
pneumàtics.

• Cal que la xarxa estigui dissenyada perquè la pèrdua de pressió sigui
petita, no hi hagi pèrdua d’aire per fuites i la quantitat d’aigua a la
xarxa sigui mínima.

• Les canonades solen ser de coure, d’acer o de plàstics (PE,
poliamida,...).

• El pendent en el sentit de circulació de l’aire ha de ser d’1 a 3%.


DISTRIBUCIÓ DE L’AIRE COMPRIMIT


TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA (Epneumàtica  Emecànica)

• En una instal·lació pneumàtica els receptors són els anomenats
actuadors pneumàtics o elements de treball, la funció dels quals és
transformar l’energia pneumàtica de l’aire comprimit en treball
mecànic per l’accionament de màquines i mecanismes.

• Els actuadors pneumàtics els podem classificar segons la forma en que
realitzin el treball en:

Cilindres

Actuadors de gir

Motors pneumàtics


TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA CILINDRES

• Els cilindres són actuadors que fan el treball de manera rectilínia,
mitjançant moviments d’empenyiment-tracció, que transformen
l’energia continguda en l’aire comprimit en treball mecànic (W), d’acord
amb l’expressió:
W F Δx η
W p A l η [J]
F p A

on p = pressió [Pa]
S = superfície de la secció interior del cilindre [m3]
l = cursa o trajecte del cilindre [m]
η = rendiment



• El cilindre està constituït per un tub cilíndric tancat en els extrems
per dues tapes, dins del qual es fa lliscar un èmbol que separa dues
cambres o volums d’aire en que queda dividit el cilindre per l’èmbol. A
l’èmbol va unida una tija que, en sortir d’una tapa, permet d’utilitzar la
força desenvolupada pel cilindre.

• El principal avantatge de la utilització de l’aire comprimit és la seva
gran velocitat d’accionament.

La regulació de velocitat s’aconsegueix mitjançant estranguladors de
cabal que limiten el flux d’aire que surt del cilindre cap a l’escapament.
També podem aconseguir aquesta regulació de la velocitat de
desplaçament ajustant el cabal d’alimentació o la pressió d’escapament.


• Actualment existeix una àmplia gamma de cilindres pneumàtics, essent
els principals:
 Cilindres de simple efecte.
 Cilindres de doble efecte.
 Cilindres especials.

Cilindres de simple efecte: només té una entrada de pressió i
desenvolupa l’esforç en un únic sentit. El retorn a la seva posició inicial
es realitza per mitjà d’una molla recuperadora que porta el cilindre
incorporat o bé per l’acció de forces exteriors (gravetat,...).

Cal donar una força suplementària per comprimir la molla.

Normalment la seva cursa no supera els 100 mm, són de petit diàmetre
i consumeixen poc aire.

Cilindres de simple efecte:



Cilindres de doble efecte: l’aire comprimit exerceix la seva acció en
les dues cambres del cilindre, d’aquesta manera pot realitzar treball
en els dos sentits del moviment.

El seu camp d’aplicació és molt més extens que el dels cilindres de
simple efecte.

No es perd força en no haver de comprimir cap molla i aprofita tota la
longitud del cos del cilindre com a cursa.

El seu inconvenient és que consumeixen una doble quantitat d’aire.



Cilindres de doble efecte:



Cilindres especials: s’utilitzen per algunes aplicacions especials. Els
principals són els cilindres de doble tija, els cilindres antigir, cilindres
amb bloqueig de tija, cilindres sense tija, cilindres
telescòpics, cilindres vibradors, cilindres flexibles, cilindres de
múltiples posicions,...

Cilindre de doble tija


Cilindre de cursa curta


Cilindre de doble tija i diverses posicions


TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA ACTUADORS DE GIR

• Els actuadors de gir s’utilitzen quan es necessita un accionament
angular limitat.



• Les pinces pneumàtiques són un altre tipus d’actuadors de gir, molt
utilitzats en robòtica.


TRANSFORMACIÓ DE L’ENERGIA MOTORS PNEUMÀTICS

• Els motors pneumàtics transformen l’energia pneumàtica en energia
mecànica de rotació, en un procés similar i invers al de la compressió.

Els principals avantatges i inconvenients dels motors pneumàtics
enfront dels motors elèctrics són:

 Són insensibles a la calor, la pols, la humitat i les vibracions.

 Ofereixen millors solucions en ambients explosius.

 Major cost energètic.


ELEMENTS DE COMANDAMENT, REGULACIÓ I CONTROL

• En una instal·lació pneumàtica es necessari comandar, regular i
controlar la pressió, el cabal i el sentit de circulació del fluid per
aconseguir el moviment i el correcte funcionament de les parts
operatives o motrius.

• Els elements més importants que ens ho permeten de fer són:

Vàlvules de control direccional

Vàlvules de control, regulació i bloqueig

Sensors i detectors de senyal


VÀLVULES DE CONTROL DIRECCIONAL
• Les vàlvules de control direccional, més conegudes com a vàlvules
distribuïdores o distribuïdors, són les encarregades de governar
l’arrencada, l’aturada i el sentit del flux en un circuit pneumàtic.

La seva funció és governar, d’acord amb les ordres o senyals rebuts,
les connexions entre els conductes connectats a les vàlvules per
obtenir el corresponent senyal de sortida que accioni els actuadors.

Quan actuen directament sobre cilindres fan les funcions d’òrgans de
govern.

• Les vàlvules distribuïdores es componen d’un cos, una part mòbil i uns
elements d’accionament, que permeten de canviar l’estat de la vàlvula.


• Les vàlvules distribuïdores es defineixen per 2 característiques
funcionals:
Nombre d’orificis o vies Nombre de posicions

• Una vàlvula distribuïdora es designa
per 2 xifres: la primera indica el
nombre de vies i la segona el nombre
de posicions  vàlvula 3/2.

• Les vàlvules distribuïdores es representen segons les normes
internacionals (ISO-CETOP) mitjançant:

Símbol bàsic

Tipus de comandament

Localització dels orificis


Símbol bàsic
• Cada posició es representa per una casella quadrada, dins de les quals
se situen les fletxes que indiquen les connexions entre els orificis i el
sentit del flux del fluid, així com el nombre de vies.

• Els conductes es dibuixen en la
casella que representa la posició
de repòs. La lectura de la
posició de treball es du a terme
desplaçant l’altra casella del
símbol davant la representació
dels conductes.


Símbol bàsic


Tipus de comandament
• Els distribuïdors es representen
amb el tipus de comandament, el
qual s’afegeix al símbol base. La
funció del comandament (o
pilotatge) és realitzar els canvis
de posició de la vàlvula.

Poden ser manuals, mecànics,
pneumàtics hidràulics i elèctrics.


Accionaments mecànics Accionaments pneumàtics


Localització dels orificis
• La localització dels orificis dels distribuïdors es realitza segons un
codi que utilitza números o lletres.


Vàlvula distribuïdora 2/2
• Són vàlvules de comandament, ja que només tanquen o obren un
conducte. Tenen un orifici per a l’entrada d’aire i un altre per a la
utilització.

Poden ser NO (en repòs
deixa passar l’aire) o NT
(en repòs no deixa passar
l’aire).


• Generalment no s’utilitzen vàlvules 2/2 per comandar un cilindre
pneumàtic de simple efecte. És més usual utilitzar un distribuïdor 3/2
per realitzar aquesta funció.

Aquest tipus de vàlvules
no se solen utilitzar en
oleohidràulica.


ELEMENTS DE
COMANDAMENT, REGULACIÓ
I CONTROL

VÀLVULES DE CONTROL
DIRECCIONAL

Vàlvula de bola


• S’utilitzen, juntament amb les vàlvules 4/2, per pilotar cilindres
pneumàtics de doble efecte o per accionar vàlvules distribuïdores de
major mida.

Aquest tipus de vàlvules
tenen cinc vies: un orifici
per a l’entrada, dues
sortides i dos escapaments.



VÀLVULES DE CONTROL
DIRECCIONAL

Vàlvula de corredora


VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIG
• Són les vàlvules que permeten d’ajustar les velocitats de
desplaçament dels actuadors i regular la seva força. Dins d’un circuit
pneumàtic/oleohidràulic fan les funcions d’elements de comandament.

Vàlvules unidireccionals

• Són les que permeten el flux del fluid en un únic sentit i les que eviten
el pas de fluid en sentit invers. Poden ser:

Vàlvules antiretorn

Vàlvules antiretorn pilotades


Vàlvula antiretorn


Vàlvula antiretorn pilotada


ELEMENTS DE COMANDAMENT, REGULACIÓ I CONTROL (20)

VÀLVULES DE CONTROL, REGULACIÓ I BLOQUEIG (4)

Vàlvules reguladores de cabal (1)

• Són les que s’utilitzen quan es vol modificar la velocitat dels elements
de treball. Per aconseguir-ho modificarem la secció de les canonades
per on passa l’aire. Així, al mateix temps que modifiquem la velocitat
dels actuadors regulem el cabal d’alimentació. Poden ser:

Vàlvules bidireccionals



Vàlvules reguladores de cabal
Vàlvula bidireccionals


Vàlvules reguladores de cabal
Vàlvula unidireccionals


Vàlvules reguladores de pressió

• Tenen com a objectiu reduir la
pressió d’entrada fins a un valor
inferior regulable de sortida.

Són vàlvules de dues vies
normalment obertes gràcies a la
força de la molla, les quals
redueixen la pressió quan el valor en
la sortida supera el de regulació,
tot barrant el pas mitjançant un
pistó o corredora.


Vàlvules reguladores de pressió


Vàlvules limitadores de pressió

• Anomenades també vàlvules de seguretat.

Impedeixen superar la pressió
màxima permesa pel sistema, ja que
si la pressió s’eleva per sobre del
valor prefixat, la vàlvula obre cap a
l’atmosfera l’orifici de sortida i
deixa escapar l’excés de pressió fins
que es restableix el valor nominal.


Vàlvules limitadores de pressió


Vàlvules de seqüència (similar limitadora de pressió)
• Serveixen per realitzar una commutació, quan s’ha assolit una
determinada pressió, en aquest moment s’obren o tanquen.


Vàlvules d’escapament ràpid
• Estan destinades a accelerar la velocitat dels cilindres, tot
assegurant l’escapament directe a l’atmosfera o al dipòsit, sense
retencions del fluid contingut en el cilindre.


Vàlvules selectores de circuit
• Permeten d’obtenir a la sortida un senyal procedent indistintament
de dos punts d’entrada diferents.


Vàlvules de simultaneïtat
• Només s’obtindrà senyal pneumàtic a
la sortida si hi ha pressió a les dues
entrades.



SENSORS I DETETORS DE SENYAL

• Són dispositius encarregats de captar informació en un moment donat
i transmetre-la a l’equip pneumàtic.

En un sistema automàtic són els elements capaços de detectar, per
exemple, la posició de cilindres, actuadors o fenòmens dels sistema
(pas d’una peça, presència de producte,...), així com de captar
magnituds físiques (P, T,...).

En un circuit fan la funció d’emissors de senyal.


DISSENY DE CIRCUITS
• La fase de disseny d’un circuit pneumàtic/oleohidràulic comporta:

 El càlcul i la definició concreta els components d’acord amb les
necessitats del sistema (P, Q,...)
 Confecció del croquis o esquema del circuit.

• Els diferents tipus de diagrames o representacions són:
Esquema pneumàtic
Plànol de situació o representació esquemàtica del mecanisme
Organigrama o plànol de desenvolupament del programa d’accions
Quadre de seqüència de moviments
Diagrama espai-fase
Diagrama espai-temps
Diagrama de senyals de comandament
GRAFCET

DISSENY DE CIRCUITS
ESQUEMA PNEUMÀTIC


DISSENY DE CIRCUITS
PLÀNOL DE SITUACIÓ O REPRESENTACIÓ ESQUEMÀTICA
DEL MECANISME


DISSENY DE CIRCUITS
ORGANIGRAMA O PLÀNOL DE
DESENVOLUPAMENT DEL PROGRAMA
D’ACCIONS


DISSENY DE CIRCUITS
QUADRE DE SEQÜÈNCIA DE MOVIMENTS


DISSENY DE CIRCUITS
DIAGRAMA ESPAI-FASE


DISSENY DE CIRCUITS
DIAGRAMA ESPAI-TEMPS


DISSENY DE CIRCUITS
DIAGRAMA DE SENYALS DE COMANDAMENT


DISSENY DE CIRCUITS
GRAFCET


APLICACIONS PNEUMÀTIQUES
CIRCUITS PNEUMÀTICS AMB UN ACTUADOR

Comandament directe



Comandament indirecte



Regulació de la velocitat


Comandament simultani


Comandament des de diferents punts


Accionament continu d’un cilindre


Comandament temporitzat


Circuits amb control de posició


CIRCUITS PNEUMÀTICS AMB DOS ACTUADORS
Mecanisme pneumàtic d’estampació


Sistema pneumàtic de transport de peces


Unitat de mecanització



A+B+B-A



A+B+B-(A-C+)C-


EXERCICIS


Unitat 12 accionaments pneumàtics

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to Unitat 12 accionaments pneumàtics

Similar to Unitat 12 accionaments pneumàtics (20)

Unitat 12 accionaments pneumàtics