Neumática (Aplicaciones de la energía)5to año

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Neumática (Aplicaciones de la energía)5to año

  1. 1. Índice1.IntroducciónLa evolución en la técnica del aire comprimido1.2 Propiedades del aire comprimido1.3 Rentabilidad de los equipos neumáticos1.4 Fundamentos físicos1.4.1. El aire es compresible1.4.2 El volumen del aire varía en función de la temperatura1.4.3 Ecuación de estado de los gases2.Producción del aire comprimido2.1 Generadores2.2 Tipos de compresores2.2.1 Compresores de émbolo2.2.2 Turbocompresores2.3 Elección del compresor2.3.1. Caudal2.3.2 Presión2.3.3 Accionamiento2.3.4. Regulación2.3.5 Refrigeración2.3.6 Lugar de emplazamiento2.3.7 Acumulador de aire comprimido3 Distribución del aire comprimido3.1 Dimensionado de las tuberías3.2 Tendido de la red3.3 Material de tuberías3.3.1 Tuberías principales3.3.2 Derivaciones hacia los receptores3.4 Uniones3.4.1 Racores para tubos3.4.2 Acoplamientos3.4.3 Racores para tubos flexibles4 Preparación del aire comprimido4.1 Impurezas4.2 Filtro de aire comprimido con regulador de presión4.2.1 Filtro finísimo de aire comprimido4.3 Reguladores de presión4.3.1 Regulador de presión con orificio de escape4.3.2 Regulador de presión sin orificio de escape4.4 Lubricador de aire comprimido4.4.1 Funcionamiento de un lubricador4.5 Unidad de mantenimiento4.5.1 Conservación de las unidades de mantenimiento4.5.2 Caudal en las unidades de mantenimiento5 Elementos neumáticos de trabajo5.1 Elementos neumáticos de movimiento rectilíneo (cilindros neumáticos)5.1.1 Cilindros de simple efecto5.1.2 Cilindros de doble efecto5.1.3 Cilindros de doble efecto, en ejecución especial5.1.4 Ejecuciones especiales de cilindros5.2 Fijaciones5.3 Constitución de los cilindros5.4 Cálculos de cilindros5.4.1 Fuerza del émbolo5.4.2 Longitud de carrera5.4.3 Velocidad del émbolo5.4.4 Consumo de aire
  2. 2. 1.2 Propiedades del aire comprimidoCausará asombro el hecho de que la neumática se haya podidoexpandir en tan corto tiempo y con tanta rapidez. Esto se debe,entre otras cosas, a que en la solución de algunos problemas deautomatización no puede disponerse de otro medio que sea mássimple y más económico.¿Cuáles son las propiedades del aire comprimido que hancontribuido a su popularidad?· Abundante: Está disponible para su compresión prácticamente entodo el mundo, en cantidades ilimitadas.· Transporte: El aire comprimido puede ser fácilmente transportadopor tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesariodisponer tuberías de retorno.· Almacenable: No es preciso que un compresor permanezcacontinuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse endepósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar enrecipientes (botellas).· Temperatura: El aire comprimido es insensible a las variacionesde temperatura , garantiza un trabajo seguro incluso atemperaturas extremas.· Antideflagrante: No existe ningún riesgo de explosión niincendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalacionesantideflagrantes, que son caras.· Limpio : El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas deestanqueidad en elementos, no produce ningún ensuciamiento Esto esmuy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de lamadera, textiles y del cuero .· Constitución de los elementos : La concepción de los elementosde trabajo es simple si, por tanto, precio económico.· Velocidad : Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso,permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas.(La velocidadde trabajo de cilindros neumáticos pueden regularse sinescalones.)· A prueba de sobrecargas : Las herramientas y elementos detrabajo neumáticos pueden hasta su parada completa sin riesgoalguno de sobrecargas.Para delimitar el campo de utilización de la neumática es precisoconocer también las propiedades adversas.· Preparación: El aire comprimido debe ser preparado, antes de suutilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad (al objeto deevitar un desgaste prematuro de los componentes).· Compresible : Con aire comprimido no es posible obtener para losémbolos velocidades uniformes y constantes.
  3. 3. 1.4 Fundamentos físicosLa superficie del globo terrestre está rodeada de unaenvoltura aérea. Esta es una mezcla indispensable para lavida y tiene la siguiente composición:Nitrógeno aprox. 78% en volumenOxígeno aprox. 21% en volumenAdemás contiene trazas, de bióxido de carbono, argón,hidrógeno, neón, helio, criptón y xenón.Para una mejor comprensión de las leyes y comportamientodel aire se indican en primer lugar las magnitudes físicasy su correspondencia dentro del sistema de medidas. Con elfin de establecer aquí relaciones inequívocas y claramentedefinidas, los científicos y técnicos de la mayoría de lospaíses están en vísperas de acordar un sistema de medidasque sea válido para todos, denominado "Sistemainternacional de medidas", o abreviado "SI".La exposición que sigue ha de poner de relieve lasrelaciones entre el "sistema técnico" y el "sistemade unidades SI".
  4. 4. Como sobre la tierra todo está sometido a la presiónatmosférica no notamos ésta. Se toma lacorrespondiente presión atmosférica como presiónde referencia y cualquier divergencia de ésta sedesigna de sobrepresión ,.La siguiente figura lo visualiza .Figura 3 :
  5. 5. La presión de aire no siempre es la misma. Cambiasegún la situación geográfica y el tiempo. La zonadesde la línea del cero absoluto hasta la línea dereferencia variable se llama esfera de depresión (-Pe) la superior se llama esfera de sobrepresión(+Pe).La presión absoluta Pabs. consiste en la suma de laspresiones -Pe y +Pe. En la práctica se utilizanmanómetros que solamente indican la sobrepresión +Pe.Si se indica la presión Pabs. el valor es unos 100kPa (1 bar) más alto.Con la ayuda de las magnitudes básicas definidaspueden explicarse las leyes físicas fundamentales dela aerodinámica.1.4.1 El aire es compresibleComo todos los gases, el aire no tiene una formadeterminada. Toma la del recipiente que lo contiene ola de su ambiente. Permite ser comprimido(compresión) y tiene la tendencia a dilatarse(expansión).La ley que rige estos fenómenos es la de Boyle-Mariotte.A temperatura constante, el volumen de un gasencerrado en un recipiente es inversamenteproporcional a la presión absoluta, o sea, elproducto de la presión absoluta y el volumen esconstante para una cantidad determinada de gas.
  6. 6. Este ley es demuestra mediante el siguiente ejemplo.Figura 4. :
  7. 7. Figura 14: Diagrama de caudalEn este diagrama están indicadas las zonas decantidades de aire aspirado y la presión para cadatipo de compresor.2. Producción del aire comprimido2.1 Generadores
  8. 8. Para producir aire comprimido se utilizancompresores que elevan la presión del aire al valorde trabajo deseado. Los mecanismos y mandosneumáticos se alimentan desde una estación central.Entonces no es necesario calcular ni proyectar latransformación de la energía para cada uno de losconsumidores. El aire comprimido viene de laestación compresora y llega a las instalaciones através de tuberías.Los compresores móviles se utilizan en el ramo dela construcción o en máquinas que se desplazanfrecuentemente.En el momento de la planificación es necesarioprever un tamaño superior de la red, con el fin depoder alimentar aparatos neumáticos nuevos que seadquieran en el futuro. Por ello, es necesariosobredimensionar la instalación, al objeto de queel compresor no resulte más tarde insuficiente,puesto que toda ampliación ulterior en el equipogenerador supone gastos muy considerables.Es muy importante que el aire sea puro. Si es puroel generador de aire comprimido tendrá una largaduración. También debería tenerse en cuenta laaplicación correcta de los diversos tipos decompresores.2.2 Tipos de compresoresSegún las exigencias referentes a la presión detrabajo y al caudal de suministro, se puedenemplear diversos tipos de construcción.Se distinguen dos tipos básicos de compresores:El primero trabaja según el principio dedesplazamiento. La compresión se obtiene por laadmisión del aire en un recinto hermético, donde sereduce luego el volumen. Se utiliza en el compresorde émbolo (oscilante o rotativo).El otro trabaja según el principio de la dinámicade los fluidos. El aire es aspirado por un lado ycomprimido como consecuencia de la aceleración dela masa (turbina).
  9. 9. 2.2.1 Compresores de émboloCompresor de émbolo oscilante . Este es el tipo decompresor más difundido actualmente. Es apropiadopara comprimir a baja, media o alta presión. Sucampo de trabajo se extiende desde unos 1 .100 kPa(1 bar) a varios miles de kPa (bar).Figura 6: Compresor de émbolo oscilante Para obtener el aire apresiones elevadas, es necesario disponer variasetapas compresoras. El aire aspirado se somete a unacompresión previa por el primer émbolo, seguidamentese refrigera, para luego ser comprimido por elsiguiente émbolo. El volumen de la segunda cámara decompresión es, en conformidad con la relación, máspequeño. Durante el trabajo de compresión se formauna cantidad de calor, que tiene que ser evacuadapor el sistema refrigeración.
  10. 10. Los compresores de émbolo oscilante puedenrefrigerarse por aire o por agua, y según lasprescripciones de trabajo las etapas que se precisanson:Para los caudales véase la figura 14 diagrama.Compresor de membranaEste tipo forma parte del grupo de compresores deémbolo. Una membrana separa el émbolo de la cámarade trabajo; el aire no entra en contacto con laspiezas móviles. Por tanto, en todo caso, el airecomprimido estará exento de aceite.Estos, compresores se emplean con preferencia en lasindustrias alimenticias farmacéuticas y químicas.Compresor de émbolo rotativoConsiste en un émbolo que está animado de unmovimiento rotatorio. El aire es comprimido por lacontinua reducción del volumen en un recintohermético.
  11. 11. Compresor rotativo multicelularUn rotor excéntrico gira en el interior de un cártercilíndrico provisto de ranuras de entrada y desalida. Las ventajas de este compresor residen ensus dimensiones reducidas, su funcionamientosilencioso y su caudal prácticamente uniforme y sinsacudidas. Para el caudal véase la figura 14(diagrama).El rotor está provisto de un cierto número de aletasque se deslizan en el interior de las ranuras yforman las células con la pared del cárter. Cuandoel rotor gira, las aletas son oprimidas por lafuerza centrífuga contra la pared del cárter, ydebido a la excentricidad el volumen de las célulasvaría constantemente.
  12. 12. Compresor de tornillo helicoidal, de dos ejesDos tornillos helicoidales que engranan con susperfiles cóncavo y convexo impulsan hacia el otrolado el aire aspirado axialmente. Para el caudal,véase la figura 14 (diagrama)Compresor RootsEn estos compresores, el aire es llevado de un ladoa otro sin que el volumen sea modificado. En el ladode impulsión, la estanqueidad se asegura mediantelos bordes de los émbolos rotativos.Fig. 11 - Compresor Roots 2.2.2 TurbocompresoresTrabajan según el principio de la dinámica de losfluidos, y son muy apropiados para grandes caudales.Se fabrican de tipo axial y radial. El aire se poneen circulación por medio de una o varias ruedas deturbina. Esta energía cinética se convierte en unaenergía elástica de compresión. Para el caudal,véase la figura 14 (diagrama).
  13. 13. La rotación de los alabes acelera el aire en sentidoaxial de flujo.Aceleración progresiva de cámara a cámara en sentidoradial hacia afuera; el aire en circulación regresade nuevo al eje. Desde aquí se vuelve a acelerarhacia afuera.2.3 Elección del compresor 2.3.1 CaudalPor caudal entiendo la cantidad de aire quesuministra el compresor. Existen dos conceptos.1. El caudal teórico2. El caudal efectivo o real
  14. 14. Figura 14: Diagrama de caudalEn el compresor de émbolo oscilante, el caudalteórico es igual al producto de cilindrada *velocidad de rotación. El caudal efectivo depende dela construcción del compresor y de la presión. Eneste caso, el rendimiento volumétrico es muyimportante.Figura 15 :
  15. 15. Es interesante conocer el caudal efectivo delcompresor. Sólo éste es el que acciona y regula losequipos neumáticos.Los valores indicados según las normas ?representanvalores efectivos (p. ej.: DIN 1945).El caudal se expresa en m3/min ó m3/h .No obstante, son numerosos los fabricantes quesolamente indican el caudal teórico.2.3.2 PresiónTambién se distinguen dos conceptos:La presión de servicio es la suministrada por elcompresor o acumulador y existe en las tuberías quealimentan a los consumidores.La presión de trabajo es la necesaria en el puestode trabajo considerado.En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6 bar).Por eso, los datos de servicio de los elementos serefieren a esta presión.Importante:Para garantizar un funcionamiento fiable y precisoes necesario que la presión tenga un valorconstante. De ésta dependen :- la velocidad- las fuerzas- el desarrollo secuencial de las fases de loselementos de trabajo.Figura 16 :
  16. 16. 2.3.3 AccionamientoLos compresores se accionan, según las exigencias,por medio de un motor eléctrico o de explosióninterna. En la industria, en la mayoría de los casoslos compresores se arrastran por medio de un motoreléctrico.Si se trata de un compresor móvil, éste en lamayoría de los casos se acciona por medio de unmotor de combustión (gasolina, Diesel ).Figura 17:2.3.4. RegulaciónAl objeto de adaptar el caudal suministrado por elcompresor al consumo que fluctúa, se debe proceder aciertas regulaciones del compresor. Existendiferentes clases de regulaciones. El caudal varíaentro dos valores límites ajustados (presionesmáxima y mínima).Regulación de Regulación de Regulación pormarcha en vacío carga parcial intermitenciasa) Regulación por a) Regulación deescape a la velocidad deatmósfera rotaciónb) Regulación por b) Regulación poraislamiento de la estrangulación de laaspiración aspiración
  17. 17. c) Regulación porapertura de laaspiraciónRegulación de marcha en vacío:a) Regulación por escapo a la atmósferaEn esta simple regulación se trabaja con una válvulareguladora de presión a la salida del compresor.Cuando en el depósito (red) se ha alcanzado lapresión deseada, dicha válvula abre el paso ypermite que el aire escape a la atmósfera. Unaválvula antirretorno impide que el depósito se vacíe(sólo en instalaciones muy pequeñas).b) Regulación por aislamiento de la aspiraciónEn este tipo de regulación se bloquea el lado deaspiración. La tubuladura de aspiración delcompresor está cerrada. El compresor no puedeaspirar y sigue funcionando en el margen dedepresión. Esta regulación se utiliza principalmenteen los compresores rotativos y también en los deémbolo oscilante.
  18. 18. c) Regulación por apertura de la aspiraciónSe utiliza en compresores de émbolo de tamaño mayor.Por medio de una mordaza se mantiene abierta laválvula de aspiración y el aire circula sin que elcompresor lo comprima. Esta regulación es muysencilla.Regulación de carga parciale) Regulación de la velocidad de rotaciónEl regulador de velocidad del motor de combustióninterna se ajusta en función de la presión deservicio deseada, por medio de un elemento de mandomanual o automático.Si el accionamiento es eléctrico, la velocidad derotación puede regularse de forma progresivaempleando motores de polos conmutables. No obstante,este procedimiento no es muy utilizado.b) Regulación del caudal aspiradoSe obtiene por simple estrangulación de latubuladura de aspiración. El compresor puedeajustarse así a cargas parciales predeterminadas.Este sistema se presenta en compresores rotativos oen turbocompresores.Regulación por IntermitenciasCon este sistema, el compresor tiene dos estados deservicio (funciona a plena carga o estádesconectado). El motor de accionamiento delcompresor se para al alcanzar la presión Pmax. Seconecta de nuevo y el compresor trabaja, al alcanzarel valor mínimo Pmin.
  19. 19. Los momentos de conexión y desconexión puedenajustarse mediante un presóstato. Para mantener lafrecuencia de conmutación dentro de los límitesadmisibles, es necesario prever un depósito de grancapacidad.Figura 21: Regulación intermitente2.3.5 RefrigeraciónPor efecto de la compresión del aire se desarrollacalor que debe evacuarse. De acuerdo con la cantidadde calor que se desarrolle, se adoptará larefrigeración más apropiada.En compresores pequeños, las aletas de refrigeraciónse encargan de irradiar el calor. Los compresoresmayores van dotados de un ventilador adicional, queevacua el calor.Figura 22:Cuando se trata de una estación de compresión de másde 30 kW de potencia, no basta la refrigeración poraire. Entonces los compresores van equipados de unsistema de refrigeración por circulación de agua encircuito cerrado o abierto. A menudo se temen losgastos de una instalación mayor con torre derefrigeración. No obstante, una buena refrigeraciónprolonga la duración del compresor y proporcionaaire más frío y en mejores condiciones. En ciertascircunstancias, incluso permite ahorrar un
  20. 20. enfriamiento posterior del aire u operar con menorpotencia.2.3.6 Lugar de emplazamientoLa estación de compresión debe situarse en un localcerrado e insonorizado. El recinto debe estar bienventilado y el aire aspirado debe ser lo más fresco,limpio de polvo y seco posible.2.3.7 Acumulador de aire comprimidoEl acumulador o depósito sirve para estabilizar elsuministro de aire comprimido. Compensa lasoscilaciones de presión en la red de tuberías amedida que se consume aire comprimido.Gracias a la gran superficie del acumulador, el airese refrigera adicionalmente. Por este motivo, en elacumulador se desprende directamente una parte de lahumedad del aire en forma de aguaFigura 23: AcumuladorEl tamaño de un acumulador de aire comprimidodepende: • Del caudal de suministro del compresor • Del consumo de aire • De la red de tuberías (volumen suplementario) • Del tipo de regulación • De la diferencia de presión admisible en el interior de la red.Determinación del acumulador cuando el compresorfunciona IntermitentementeEl tamaño de un acumulador puede determinarse segúnel diagrama de la figura 24.
  21. 21. Ejemplo: Calcular el consumo de aire de un cilindrode doble efecto de 50 mm de diámetro (diámetro delvástago: 12 mm) y 100 mm de longitud de carrera,El cilindro trabaja con 10 ciclos por minuto. Lapresión de trabajo es de 600 KPa (6 bar)
  22. 22. La fórmula para calcular el consumo de aire conformeal diagrama de la figura 72 es la siguiente:Cilindro de simple efectoEn caso de emplear el diagrama de consumo de aire dela figura 72, para nuestro ejemplo se obtiene lafórmula siguienteEn los cálculos del consumo de aire hay que tener encuenta el llenado de las cámaras secundarias, que serellenan en cada carrera. Los valores al respectoestán reunidos para cilindros Festo en la tabla dela figura 73.
  23. 23. 3. Distribución del aire comprimidoComo resultado de la racionalización yautomatización de los dispositivos de fabricación,las empresas precisan continuamente una mayorcantidad de aire. Cada máquina y mecanismo necesitauna determinada cantidad de aire, siendo abastecidopor un compresor, a través de una red de tuberías.El diámetro de las tuberías debe elegirse de maneraque si el consumo aumenta, la pérdida de presiónentre él depósito y el consumidor no sobrepase 10kPa (0,1 bar). Si la caída de presión excede de estevalor, la rentabilidad del sistema estará amenazaday el rendimiento disminuirá considerablemente. En laplanificación de instalaciones nuevas debe preverseuna futura ampliación de la demanda de aire, porcuyo motivo deberán dimensionarse generosamente lastuberías. El montaje posterior de una red másimportante supone costos dignos de mención.3.1 Dimensionado de las tuberíasEl diámetro de las tuberías no debería elegirseconforme a otros tubos existentes ni de acuerdo concualquier regla empírica, sino en conformidad con:- el caudal- la longitud de las tuberías- la pérdida de presión (admisible) la presión deservicio la cantidad de estrangulamientos en la redEnla práctica se utilizan los valores reunidos conla experiencia. Un nomograma (figura 25) ayuda aencontrar el diámetro de la tubería de una formarápida y sencillaCálculo de una tubería:El consumo de aire en una industria es de 4 m3/min(240 m3/h). En 3 años aumentará un 300%, lo querepresenta 12 m3/min (720 m3/h).El consumo global asciende a 16 m3/min (960 m3/h) Lared tiene una longitud de 280 m; comprende 6 piezasen T, 5 codos normales, 1 válvula de cierre. Lapérdida admisible de presión es de A p = 10 kPa (0,1bar). La presión de servicio es de 800 kPa (S bar).Se busca: El diámetro de la tubería
  24. 24. El nomograma de la figura 25, con los datos dados,permite determinar el diámetro provisional de lastuberías.solución:En el nomograma, unir la línea A (longitud M tubo)con la B (cantidad de aire aspirado) y prolongar eltrazo hasta C (eje l). Unir la línea E,(presión). Enla línea F (eje 2) se obtiene una intersección. Unirlos puntos de intersección de los ejes 1 y 2. Estalínea corta la D (diámetro nominal de la tubería) enun punto que proporciona el diámetro deseado.En este caso, se obtiene para el diámetro un valorde 90 mm.Tomado del manual de neumática de FMA Pokorny,Francfort
  25. 25. Las resistencias de los elementos estranguladores(válvula de cierre, válvula esquinera, pieza en T,compuerta, codo normal) se indican en longitudessupletorias. Se entiende por longitud supletoria lalongitud de una tubería recta que ofrece la mismaresistencia al flujo que el elemento estrangulador oel punto de estrangulación. La sección de paso de la"tubería de longitud supletoria" es la misma que latubería.Un segundo nomograma (figura 26) permite averiguarrápidamente las longitudes supletorias.
  26. 26. Con esta longitud total de tubería de 380 m, elconsumo de aire, la pérdida de presión y la presiónde servicio se puede determinar, como en el problemaanterior, con ayuda del nomograma (figura 25) eldiámetro definitivo de las tuberías.En este caso, el diámetro es de 95 mm. 3.2 Tendidode la redNo solamente importa el dimensionado correcto de lastuberías, sino también el tendido de las mismas.Las tuberías requieren un mantenimiento y vigilanciaregulares, por cuyo motivo no deben instalarsedentro de obras ni en emplazamientos demasiadoestrechos. En estos casos, la detección de posiblesfugas se hace difícil. Pequeñas faltas deestanqueidad ocasionan considerables pérdidas depresión.En el tendido de las tuberías debe cuidarse, sobretodo , de que la tubería tenga un descenso en elsentido de la corriente, del 1 al 2%.En consideración a la presencia de condensado , lasderivaciones para las tomas aire en el caso de quelas tuberías estén tendidas horizontalmente, sedispondrán siempre en la parte superior del tubo.Así se evita que el agua condensada que posiblementeen encuentre en la tubería principal llegue a travésde las tomas. Para recoger y vaciar el aguacondensada se disponen tuberías especiales en laparte inferior de la principal.
  27. 27. En la mayoría de los casos, la red principal semonta en circuito cerrado. Desde la tuberíaprincipal se instalan las uniones de derivación.Con este tipo de montaje de la red de airecomprimido se obtiene una alimentación uniformecuando el consumo de aire es alto. El aire puedepasar en dos direcciones.En la red cerrada con interconexiones hay uncircuito cerrado, que permite trabajar en cualquiersitio con aire, mediante las conexioneslongitudinales y transversales de la tubería de airecomprimido,Ciertas tuberías de aire comprimido pueden serbloqueadas mediante válvulas de cierre (correderas)si no se necesitan o si hay que separarlas paraefectuar reparaciones y trabajos de mantenimiento.También existe la posibilidad de comprobar faltas deestanqueidad.3.3 Material de tuberías 3.3.1 Tuberías principalesPara la elección de los materiales brutos, tenemosdiversas posibilidades:
  28. 28. Cobre Tubo de acero negroLatón Tubo de acero galvanizadoAcero fino PlásticoLas tuberías deben poderse desarmar fácilmente, serresistentes a la corrosión y de precio módico.Las tuberías que se instalen de modo permanente semontan preferentemente con uniones soldadas. Estastuberías así unidas son estancas y, además de precioeconómico. El inconveniente de estas unionesconsiste en que al soldar se producen cascarillasque deben retirarse de las tuberías. De la costurade soldadura se desprenden también fragmentos deoxidación; por eso, conviene y es necesarioincorporar una unidad de mantenimiento.En las tuberías de acero galvanizado, los empalmesde rosca no siempre son totalmente herméticos. Laresistencia a la corrosión de estas tuberías deacero no es mucho mejor que la del tubo negro. Loslugares desnudos (roscas) también se oxidan, por loque también en este caso es importante emplearunidades de mantenimiento. Para casos especiales semontan tuberías de cobre o plástico. 3.3.2 Derivaciones hacia los receptoresLos tubos flexibles de goma solamente han deemplearse en aquellos casos en que se exija unaflexibilidad en la tubería y no sea posible instalartuberías de plástico por los esfuerzos mecánicosexistentes. Son más caros y no son tan manipulablescomo las tuberías de plástico.Las tuberías de polietileno y poliamida se utilizancada vez más en la actualidad para unir equipos demaquinaria. Con racores rápidos se pueden tender deforma rápida, sencilla y económica. 3.4 UnionesDescribimos en lo sucesivo los dispositivos de usocomún en neumática basándonos básicamente en losmodelos Festo , para mas información sobre estamarca ingresar a su página web . 3.4.1 Racores para tubos Aplicables sobre todo paratubos de acero y de cobreFigura 30: Racores de anillo cortante. El empalmepuede soltarse y unirse varias veces.
  29. 29. figura 31: Racor con anillo de sujeción para tubosde acero y cobre, con anillo interior especial(bicono) también para tubos de plástico .Figura 32: Racor con borde recalcadoFigura 33: Racor especial con reborde(para tubo de cobre con collarín)3.4.2 AcoplamientosFigura 34: Base de enchufe rápido
  30. 30. Figura 35: Racor de enchufe rápido 3.4.3 Racores para tubos flexiblesFigura 36: Boquilla con tuercade racorFigura 37: BoquillaFigura 38: Racores rápidos para tubos flexibles deplástico
  31. 31. Racor CS4. Preparación del aire comprimido4.1 ImpurezasEn la práctica se presentan muy a menudo los casosen que la calidad del aire comprimido desempeña unpapel primordial.Las impurezas en forma de partículas de suciedad uóxido, residuos de aceite lubricante y humedad danorigen muchas veces a averías en las instalacionesneumáticas y a la destrucción de los elementosneumáticos .Mientras que la mayor separación del agua decondensación tiene lugar en el separador, despuésde la refrigeración, la separación fina, elfiltrado y otros tratamientos del aire comprimidose efectúan en el puesto de aplicación.Hay que dedicar especial atención a la humedad quecontiene el aire comprimido.El agua (humedad) llega al interior de la red conel. aire que aspira el compresor. La cantidad dehumedad depende en primer lugar de la humedadrelativa del aire, que -a su vez depende de latemperatura del aire y de las condicionesclimatológicas.La humedad absoluta es la cantidad de aguacontenida en un m3 de aire.El grado de saturación es la cantidad de agua queun m3 de aire puede absorber, como máximo, a latemperatura considerada. La humedad es entonces del100% , como máximo (temperatura del punto derocío).El diagrama de la figura 39 muestra la saturacióndel aire en función de la temperatura.
  32. 32. Ejemplo:Para un punto de rocío de 293 K (20C), la humedadcontenida en un m3 de aire es de 17,3 g.Remedio:Filtrado correcto del aire aspirado por el compresorUtilización de compresores exentos de aceite. Si elaire comprimido contiene humedad, habrá de sometersea un secado.Existen varios procedimientos:- Secado por absorción- Secado por adsorción- Secado por enfriamientoFigura 39: Característica del punto de rocío
  33. 33. Ejemplo: Para un punto de rocío de 313 K (40 C) lahumedad contenida en un m3 de aire es de 50 gramos.Secado por absorciónEl secado por absorción es un procedimientopuramente químico. El aire comprimido pasa a travésde un lecho de sustancias secantes. En cuanto elagua o vapor de agua entra en contacto con dichasustancia, se combina químicamente con ésta y sedesprende como mezcla de agua y sustancia secante.Esta mezcla tiene que ser eliminada regularmente delabsorbedor. Ello se puede realizar manual oautomáticamente.Con el tiempo se consume la sustancia secante, ydebe suplirse en intervalos regulares (2 a 4 vecesal año).
  34. 34. Al mismo tiempo, en el secador por absorción seseparan vapores y partículas de aceite. No obstante,las cantidades de aceite, si son grandes, influyenen el funcionamiento del secador. Por esto convienemontar un filtro fino delante de éste.Figura 40: Secado por absorciónEl procedimiento de absorción se distingue:- Instalación simple - Reducido desgaste mecánico,porque el secador no tiene piezas móviles - Nonecesita aportación de energía exteriorSecado por adsorciónEste principio se basa en un proceso físico.(Adsorber: Deposito de sustancias sobre lasuperficie de cuerpos sólidos.)El material de secado es granuloso con cantos vivoso en forma de perlas. Se compone de casi un 100% dedióxido de silicio. En general se le da el nombre deGel .La misión del gel consiste en adsorber el agua y elvapor de agua. El aire comprimido húmedo se hacepasar a través del lecho de gel, que fija lahumedad.La capacidad adsorbente de un lecho de gel esnaturalmente limitada. Si está saturado, se regenerade forma simple. A través del secador se sopla airecaliente, que absorbe la humedad del material desecado.
  35. 35. El calor necesario para la regeneración puedeaplicarse por medio de corriente eléctrica o tambiéncon aire comprimido caliente.Disponiendo en paralelo dos secadores, se puedeemplear uno para el secado del aire, mientras elotro es regenera (soplándolo con aire caliente).Figura 41: Secado por adsorciónSecado por enfriamientoLos secadores de aire comprimido por enfriamiento sebasan en el principio de una reducción de latemperatura del punto de rocío.Se entiende por temperatura del punto de rocíoaquella a la que hay que enfriar un gas, al objetode que se condense el vapor de agua contenido. Elaire comprimido a secar entra en el secador pasandoprimero por el llamado intercambiador de calor deaire-aire.El aire caliente que entra en el secador se enfríamediante aire seco y frío proveniente delintercambiador de calor (vaporizador).El condensado de aceite y agua se evacua delintercambiador de calor, a través del separador .Este aire preenfriado pasa por el grupo frigorífico(vaporizador) y se enfría más hasta una temperaturade unos 274,7 K (1,7 °C) En este proceso se eliminapor segunda vez el agua y aceite condensados.Seguidamente se puede hacer pasar el aire comprimidopor un filtro fino, al objeto de eliminar nuevamentepartículas de suciedad.
  36. 36. Figura 42: Secado por enfriamiento4.2 Filtro de aire comprimido con regulador depresiónEl filtro tiene la misión de extraer del airecomprimido circulante todas las impurezas y el aguacondensada.Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimidotiene que atravesar la chapa deflectora (2) provista
  37. 37. de ranuras directrices. Como consecuencia se sometea un movimiento de rotación. Los componenteslíquidos y las partículas grandes de suciedad sedesprenden por el efecto de la fuerza centrífuga yse acumulan en la parte inferior del recipiente.En el filtro sintetizado (4) [ancho medio de poros,40 mm] sigue la depuración del aire comprimido.Dicho filtro (4) separa otras partículas desuciedad. Debe ser sustituido o limpiado de vez encuando, según el grado de ensuciamiento del airecomprimido.El aire comprimido limpio pasa entonces por elregulador de presión y llega a la unidad delubricación y de aquí a los consumidores.La condensación acumulada en la parte inferior delrecipiente (1) se deberá vaciar antes de que alcancela altura máxima admisible, a través del tornillo depurga (3). Si la cantidad que se condensa es grande,conviene montar una purga automática de aguaFuncionamiento de la purga automática de agua.El agua condensada es separada por el filtro. Devez en cuando hay que vaciar la purga, porque de locontrario el agua será arrastrada por el airecomprimido hasta los elementos de mando. En lapurga de agua mostrada abajo, el vaciado tienelugar de forma automática.El condensado del filtro llega, a través del tubode unión (1), a la cámara del flotador (3). Amedida que aumenta el nivel del condensado, elflotador (2) sube y a una altura determinada abre,por medio de una palanca, una tobera (10). Por eltaladro (9) pasa aire comprimido a la otra cámara yempuja la membrana (6) contra la válvula de purga(4). Esta abre el paso y el condensado puede salirpor el taladro (7). El flotador (2) cierra de nuevola tobera (10) a medida que disminuye el nivel decondensado. El aire restante escapa a la atmósferapor la tobera (5). La purga puede realizarsetambién de forma manual con el perno (8).Figura 43: Filtro de aire comprimido con reguladorde presión .
  38. 38. Figura 44: Purga automática de agua. 4.2.1 Filtro finísimo de aire comprimido
  39. 39. Este filtro se emplea en aquellos ramos en que senecesita aire filtrado finísimamente (p. ej., en lasindustrias alimenticias, químicas y farmacéuticas,en la técnica de procedimientos y en sistemas quetrabajan con módulos de baja presión). Elimina delaire comprimido, casi sin restos, las partículas deagua y aceite. El aire comprimido se filtra hasta un99,999% (referido a 0,01 micrón).FuncionamientoEste filtro se diferencia del filtro normal en elhecho de que el aire comprimido atraviesa elcartucho filtrante de dentro hacia afuera.El aire comprimido entra en el filtro por (1), yatraviesa el elemento filtrante (2) (fibras devidrio boro silicato de dentro hacia afuera. El airecomprimido limpio pasa por la salida (5) a losconsumidores.La separación de partículas finísimas hasta 0,01micrón es posible debido a la finura extraordinariadel tejido filtrante. Las partículas separadas seeliminan del recipiente del filtro, por el tornillode purga (4). Para que las partículas de agua yaceite no puedan ser arrastradas por el aire quecircula, deben observarse los valores de flujo. Almontarlo hay que tener presente lo siguiente: Elprefiltrado aumenta la duración del cartuchofiltrante; el filtro ha de montarse en posiciónvertical, prestando atención al sentido de flujo(flecha).Figura 45: Filtro finísimo de aire comprimido
  40. 40. 4.3 Reguladores de presión 4.3.1. Regulador de presión con orificio de escapeEl regulador tiene la misión de mantener la presiónde trabajo (secundaria) lo más constante posible,independientemente de las variaciones que sufra lapresión de red (primaria) y del consumo de aire. Lapresión primaria siempre ha de ser mayor que lasecundaria. Es regulada por la membrana (1), que essometida, por un lado, a la presión de trabajo, ypor el otro a la fuerza de un resorte (2), ajustablepor medio de un tornillo (3).A medida que la presión de trabajo aumenta, lamembrana actúa contra la fuerza del muelle. Lasección de paso en el asiento de válvula (4)disminuye hasta que la válvula cierra el paso porcompleto. En otros términos, la presión es reguladapor el caudal que circula.Al tomar aire, la presión de trabajo disminuye y elmuelle abre la válvula. La regulación de la presiónde salida ajustada consiste, pues, en la apertura ycierre constantes de la válvula. Al objeto de evitaroscilaciones, encima del platillo de válvula (6) hay
  41. 41. dispuesto un amortiguador neumático o de muelle (5).La presión de trabajo se visualiza en un manómetro.Cuando la presión secundaria aumenta demasiado, lamembrana es empujada contra el muelle. Entonces seabre el orificio de escape en la parte central de lamembrana y el aire puede salir a la atmósfera porlos orificios de escape existentes en la caja.Figura 46: Regulador de presión con orificio deescape . 4.3.2 Regulador de presión sin orificio de escapeEn el comercio se encuentran válvulas de regulaciónde presión sin orificio de escape. Con estasválvulas no es posible evacuar el aire comprimidoque se encuentra en las tuberías.Funcionamiento:Por medio del tornillo de ajuste (2) se pretensa elmuelle (8) solidario a la membrana (3). Según elajuste del muelle (8), se abre más o menos el pasodel lado primario al secundario. El vástago (6) conla membrana (5) se separa más o menos del asiento dejunta.Si no se toma aire comprimido del lado secundario,la presión aumenta y empuja la membrana (3)venciendo la fuerza del muelle (8). El muelle (7)empuja el vástago hacia abajo, y en el asiento secierra el paso de aire. Sólo después de haber tomadoaire del lado secundario, puede afluir de nuevo airecomprimido del lado primario
  42. 42. Figura 47: Regulador de presión sin orificio deescape .4.4 Lubricador de aire comprimidoEl lubricador tiene la misión de lubricar loselementos neumáticos en medida suficiente. Ellubricante previene un desgaste prematuro de laspiezas móviles, reduce el rozamiento y protege loselementos contra la corrosión.Los lubricadores trabajan generalmente según elprincipio "Venturi". La diferencia de presión Ap(caída de presión) entre la presión reinante antesde la tobera y la presión en el lugar más estrechode ésta se emplea para aspirar líquido (aceite) deun depósito y mezclarlo con el aire.El lubricador no trabaja hasta que la velocidad delflujo es suficientemente grande. Si se consume pocoaire, la velocidad de flujo en la tobera no alcanzapara producir una depresión suficiente y aspirar elaceite del depósito.Por eso, hay que observar los valores de flujo queindique el fabricante,Figura 48: Principio de Venturi
  43. 43. 4.4.1 Funcionamiento de un lubricadorEl lubricador mostrado en este lugar trabaja segúnel principio Venturi.El aire comprimido atraviesa el aceitador desde laentrada (1) hasta la salida (2). Por elestrechamiento de sección en la válvula (5), seproduce una caída de presión. En el canal (8) y enla cámara de goteo (7) se produce una depresión(efecto de succión). A través del canal (6) y deltubo elevador (4) se aspiran gotas de aceite. Estasllegan, a través de la cámara de goteo (7) y delcanal (8) hasta el aire comprimido, que afluye haciala salida (2). Las gotas de aceite son pulverizadaspor el aire comprimido y llegan en este estado hastael consumidor.La sección de flujo varía según la cantidad de aireque pasa y varía la caída de presión, o sea, varíala cantidad de aceite. En la parte superior del tuboelevador (4) se puede realizar otro ajuste de lacantidad de aceite, por medio de un tornillo.Una determinada cantidad de aceite ejerce presiónsobre el aceite que le encuentra en el depósito, através de la válvula de retención (3).Figura 49: Lubricador de aire comprimido
  44. 44. 4.5 Unidad de mantenimientoLa unidad de mantenimiento representa unacombinación de los siguientes elementos:- Filtro de aire comprimido- Regulador de presión- Lubricador de aire comprimidoDeben tenerse en cuenta los siguientes puntos:1. El caudal total de aire en m3/h es decisivo parala elección del tamaño de unidad. Si el caudal esdemasiado grande, se produce en las unidades unacaída de presión demasiado grande. Por eso, esimprescindible respetar los valores indicados por elfabricante.2. La presión de trabajo no debe sobrepasar el valorestipulado en la unidad , y la temperatura no deberáser tampoco superior a 50 C (valores máximos pararecipiente de plástico).
  45. 45. Figura 50: Unidad de mantenimientoFigura 51: Símbolo de la unidad de mantenimiento4.5.1 Conservación de las unidades de mantenimientoEs necesario efectuar en intervalos regulares lostrabajos siguientes de conservacióna) Filtro de aire comprimido: Debe examinarseperiódicamente el nivel de¡ agua condensada, porqueno debe sobrepasar la altura indicada en la mirillade control. De lo contrario, el agua podría serarrastrada hasta la tubería por el aire comprimido.Para purgar el agua condensada hay que abrir eltornillo existente en la mirilla.Asimismo debe limpiarse el cartucho filtrante.b) Regulador de presión: Cuando está precedido de unfiltro, no requiere ningún mantenimiento.
  46. 46. c) Lubricador de aire comprimido: Verificar el nivelde aceite en la mirilla y, si es necesario, suplirlohasta el nivel permitido. Los filtros de plástico ylos recipientes de los lubricadores no debenlimpiarse con tricloroetileno . Para loslubricadores, utilizar únicamente aceites minerales. 4.5.2 Caudal en las unidades de mantenimientoTodos los aparatos poseen una resistencia interior,por lo que se produce una caída de presión -hastaque el aire llega a la salida. Esta caída de presióndepende M caudal de paso y de la presión dealimentación correspondiente. En el diagrama estánrepresentadas varias curvas, por ejemplo, paraEn la abscisa está indicada la pérdida de presión Ap. Esta es la diferencia entre la presión reinanteen el regulador de presión (p,) y la presión a lasalida de la unidad (p2). La pérdida máxima depresión A p puede corresponder por tanto a lapresión P2. En este caso, la resistencia después dela unidad ha disminuido hasta el valor cero y, portanto, se dispone de¡ caudal máximo de flujo.Ejemplo:La unidad de mantenimiento debe elegirsecuidadosamente según el consumo de la instalación.Si no se pospone un depósito, hay que considerar elconsumo máximo por unidad de tiempo.Figura 52: Unidad de mantenimiento de R 1/8"
  47. 47. 5. Elementos neumáticos de trabajoLo energía del aire comprimido se transforma por mediode cilindros en un movimiento lineal de vaivén, ymediante motores neumáticos, en movimiento de giro.5.1 Elementos neumáticos de movimiento rectilíneo(cilindros neumáticos)
  48. 48. A menudo, la generación de un movimiento rectilíneo conelementos mecánicos combinados con accionamientoseléctricos supone un gasto considerable.5.1.1 Cilindros de simple efectoEstos cilindros tienen una sola conexión de airecomprimido. No pueden realizar trabajos más que en unsentido. Se necesita aire sólo para un movimiento detraslación. El vástago retorna por el efecto de unmuelle incorporado o de una fuerza externa.El resorte incorporado se calcula de modo que hagaregresar el émbolo a su posición inicial a una velocidadsuficientemente grande.En los cilindros de simple efecto con muelleincorporado, la longitud de éste limita la carrera. Poreso, estos cilindros no sobrepasan una carrera de unos100 mm.Se utilizan principalmente para sujetar, expulsar,apretar, levantar, alimentar, etc.Figura 53: Cilindro de simple efectoCilindro de émboloLa estanqueidad se logra con un material flexible(perbunano), que recubre el pistón metálico o dematerial plástico. Durante el movimiento del émbolo, loslabios de junta se deslizan sobre la pared interna delcilindro.En la segunda ejecución aquí mostrada, el muelle realizala carrera de trabajo; el aire comprimido hace retornarel vástago a su posición inicial .
  49. 49. · Aplicación: frenos de camiones y trenes.· Ventaja: frenado instantáneo en cuanto falla laenergía.Cilindros de membranaUna membrana de goma, plástico o metal reemplazaaquí al émbolo. El vástago está fijado en el centrode la membrana. No hay piezas estanqueizantes que sedeslicen , se produce un rozamiento únicamente porla dilatación del material.Aplicación: Se emplean en la construcción dedispositivos y herramientas, así como para estampar,remachar y fijar en prensas.Figura 54: Cilindro de membrana .Cilindros de membrana arrollableLa construcción de estos cilindros es similar a lade los anteriores. También se emplea una membranaque, cuando está sometida a la presión del aire, sedesarrolla a lo largo de la pared interior delcilindro y hace salir el vástago Las carreras sonmucho más importantes que en los cilindros demembrana (aprox. 50-80 mm). El rozamiento es muchomenor.Figura 55: Cilindro de membrana arrollable
  50. 50. 5.1.2. Cilindros de doble efectoLa fuerza ejercida por el aire comprimido anima alémbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar unmovimiento de traslación en los dos sentidos. Sedispone de una fuerza útil tanto en la ida como enel retornoLos cilindros de doble efecto se empleanespecialmente en los casos en que el émbolo tieneque realizar una misión también al retornar a suposición inicial. En principio, la carrera de loscilindros no está limitada, pero hay que tener encuenta el pandeo y doblado que puede sufrir elvástago salido. También en este caso, sirven deempaquetadura los labios y émbolos de las membranas.Figura 56: Cilindro de doble efecto .Cilindros con amortiguación InternaCuando las masas que traslada un cilindro songrandes, al objeto de evitar un choque brusco ydaños es utiliza un sistema de amortiguación queentra en acción momentos antes de alcanzar el finalde la carrera. Antes de alcanzar la posición final,un émbolo amortiguador corta la salida directa delaire al exterior .En cambio, es dispone de unasección de escape muy pequeña, a menudo ajustable.
  51. 51. El aire comprimido se comprime más en la últimaparte de la cámara del cilindro. La sobrepresiónproducida disminuye con el escape de aire a travésde las válvulas antirretorno de estrangulaciónmontadas (sección de escapo pequeña). El émbolo sedesliza lentamente hasta su posición final. En elcambio de dirección del émbolo, el aire entra sinobstáculos en la cámara del cilindro por la válvulaantirretorno.Figura 57: Cilindro con amortiguación interna . 5.1.3 Cilindros de doble efecto, en ejecuciónespecialCilindros de doble vástagoEste tipo de cilindros tiene un vástago corridohacia ambos lados. La guía del vástago es mejor,porque dispone de dos cojinetes y la distancia entreéstos permanece constante. Por eso, este cilindropuede absorber también cargas pequeñas laterales.Los elementos señalizadores pueden disponerse en ellado libre M vástago. La fuerza es igual en los dossentidos (los superficies del émbolo son iguales).
  52. 52. Figura 58: Cilindro de doble vástagoCilindro tándemEstá constituido por dos cilindros de doble efectoque forman una unidad. Gracias a esta disposición,al aplicar simultáneamente presión sobre los dosémbolos se obtiene en el vástago una fuerza de casiel doble de la de un cilindro normal M mismodiámetro. Se utiliza cuando se necesitan fuerzasconsiderables y se dispone de un espaciodeterminado, no siendo posible utilizar cilindros deun diámetro mayor.Figura 59: Cilindro tándemCilindro multiposicionalEste cilindro está constituido por dos o máscilindros de doble efecto. Estos elementos estánacoplados como muestra el esquema. Según el émboloal que se aplique presión, actúa uno u otrocilindro. En el caso de dos cilindros de carrerasdistintas, pueden obtenerse cuatro posiciones.Figura 60: Cilindro multiposicional
  53. 53. Aplicación:- Colocación de piezas en estantes, por medio decintas de transporte- Mando de palancas- Dispositivos de clasificación (piezas buenas,malas y a ser rectificadas)Cilindro de ImpactoSi se utilizan cilindros normales para trabajos deconformación, las fuerzas disponibles son, a menudo,insuficientes. El cilindro de impacto es convenientepara obtener energía cinética, de valor elevado.Según la fórmula de la energía cinética, se puedeobtener una gran energía de impacto elevando lavelocidad.Los cilindros de impacto desarrollan una velocidadcomprendida entre 7,5 y 10 m/s (velocidad normal 1 a2 m/s). Sólo una concepción especial permite obtenerestas velocidades.La energía de estos cilindros se utiliza paraprensar, rebordear, remachar, estampar, etc.La fuerza de impacto es digna de mención en relacióncon sus dimensiones. En muchos casos, estoscilindros reemplazan a prensas. Según el diámetrodel cilindro, pueden obtenerse desde 25 hasta 500Nm.Atención:
  54. 54. Cuando las carreras de conformación son grandes, lavelocidad disminuye rápidamente y, por consiguiente,también la energía de impacto; por eso, estoscilindros no son apropiados cuando se trata decarreras de conformación grandes.Funcionamiento:La cámara A está sometida a presión. Al accionar unaválvula, se forma presión en la cámara B, y la A sepurga de aire. Cuando la fuerza que actúa sobre lasuperficie C es mayor que la que actúa en lasuperficie anular de la cámara A. el émbolo se mueveen dirección Z. Al mismo tiempo queda libre toda lasuperficie del émbolo y la fuerza aumenta. El airede la cámara B puede afluir rápidamente por lasección entonces más grande, y el émbolo sufre unagran aceleración.Cilindro de cableEste es un cilindro de doble efecto. Los extremos deun cable, guiado por medio de poleas, están fijadosen ambos lados del émbolo. Este cilindro trabajasiempre con tracción. Aplicación: apertura y cierrede puertas; permite obtener carreras largas,teniendo dimensiones reducidas.Figura 62: Cilindro de cable
  55. 55. Cilindro de giroEn esta ejecución de cilindro de doble efecto, elvástago es una cremallera que acciona un piñón ytransforma el movimiento lineal en un movimientogiratorio hacia la izquierda o hacia la derecha,según el sentido del émbolo. Los ángulos de girocorrientes pueden ser de 45° , 90° , 180° , 290°hasta 720° . Es posible determinar el margen de girodentro del margen total por medio de un tornillo deajuste.El par de giro es función de la presión, de lasuperficie del émbolo y de la desmultiplicación. Losaccionamientos de giro se emplean para voltearpiezas, doblar tubos metálicos, regularacondicionadores de aire, accionar válvulas decierre, válvulas de tapa, etc.
  56. 56. Como los cilindros de giro, éste también puederealizar un movimiento angular limitado, que raravez sobrepasa los 300°. La estanqueización presentadificultades y el diámetro o el ancho permiten amenudo obtener sólo pares de fuerza pequeños. Estoscilindros no se utilizan mucho en neumática, pero enhidráulica se ven con frecuencia.
  57. 57. 5.1.4. Ejecuciones especiales decilindrosCilindros de vástago reforzado.Juntas de émbolo, para presioneselevadasCilindros de juntas resistentes aaltas temperaturasCamisa de cilindro, de latónSuperficies de deslizamiento, decromoVástago de acero anticorrosivoCuerpo recubierto de plástico yvástago de acero anticorrosivo5.2 FijacionesEl tipo de fijación depende del modo en que loscilindros se coloquen en dispositivos y máquinas. Siel tipo de fijación es definitivo, el cilindro puedeir equipado de los accesorios de montaje necesarios.De lo contrario, como dichos accesorios seconstruyen según el sistema de piezas
  58. 58. estandarizadas, también más tarde puede efectuarsela transformación de un tipo de fijación a otro.Este sistema de montaje facilita el almacenamientoen empresas que utilizan a menudo el airecomprimido, puesto que basta combinar el cilindrobásico con las correspondientes piezas de fijación.Figura 66: Tipos de fijaciónFijación por piesFijación por roscaBrida anteriorBrida posteriorBrida anterior oscilanteBrida central oscilante
  59. 59. Brida posterior oscilante5.3 Constitución de los cilindrosEl cilindro de émbolo se compone de: tubo, tapaposterior (fondo) y tapa anterior con cojinete(manguito doble de copa), vástago, casquillo decojinete y aro rascador; además, de piezas de unióny juntas.El tubo cilíndrico (1) se fabrica en la mayoría delos casos de tubo de acero embutido sin costura.Para prolongar la duración de las juntas, lasuperficie interior del tubo debe someterse a unmecanizado de precisión (bruñido).Para aplicaciones especiales, el tubo se construyede aluminio, latón o de tubo de acero con superficiede rodadura cromada. Estas ejecuciones especiales seemplean cuando los cilindros no se accionan confrecuencia o para protegerlos de influenciascorrosivas.Para las tapas posterior fondo (2) y anterior (3) seemplea preferentemente material de fundición (dealuminio o maleable). La fijación de ambas tapas enel tubo puede realizarse mediante tirantes, roscas obridas.El vástago (4) se fabrica preferentemente de acerobonificado, Este acero contiene un determinadoporcentaje de cromo que lo protege de la corrosión.A deseo, el émbolo se somete a un tratamiento detemple. Su superficie se comprime en un proceso derodado entre discos planos. La profundidad deasperezas del vástago es de 1 mm En general, lasroscas se laminan al objeto de prevenir el riesgo deroturas.En cilindros hidráulicos debe emplearse un vástagocromado (con cromo duro) o templado.
  60. 60. Para normalizar el vástago se monta en la tapaanterior un collarín obturador (5). De la guía devástago se hace cargo un casquillo de cojinete (6),que puede ser de bronce sinterizado o un casquillometálico con revestimiento de plástico.Delante del casquillo de cojinete se encuentra unaro rascador (7). Este impide que entren partículasde polvo y suciedad en el interior del cilindro. Poreso, no se necesita emplear un fuelle.El manguito doble de copa (8) hermetiza la cámaradel cilindro.Las juntas tóricas o anillos toroidales (9) seemplean para la obturación estática, porque debenpretensarse, y esto causa pérdidas elevadas porfricción en aplicaciones dinámicas.Figura 67: Estructura de un cilindro neumático conamortiguación de fin de carrera.Figura 68: Tipos de juntasJunta tórica (anillo toroidal)Junta cuadrada
  61. 61. Manguito de copaManguito doble de copaJunto en LJunta preformadaCollarines obturadores en ambos ladosCollarín reforzado
  62. 62. Collarines obturadores con apoyo y anillo dedeslizamiento5.4 Cálculos de cilindros5.4.1 Fuerza del émboloLa fuerza ejercida por un elemento de trabajodepende de la presión del aire, del diámetro delcilindro del rozamiento de las juntas. La fuerzateórica del émbolo se calcula con la siguientefórmula:En la práctica es necesario conocer la fuerza real.Para determinarla hay que tener en cuenta losrozamientos. En condiciones normales de servicio(presiones de 400 a 800 kPa/4 a 8 bar) se puedesuponer que las fuerzas de rozamiento representan deun 3 a un 20% de la fuerza calculada.Cilindro de simple efecto.
  63. 63. 5.4.2 Longitud de carreraLa longitud de carrera en cilindros neumáticos nodebe exceder de 2000 mm. Con émbolos de gran tamaño
  64. 64. y carrera larga, el sistema neumático no resultaeconómico por el elevado consumo de aire.Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecánicodel vástago y de los cojinetes de guía es demasiadogrande. Para evitar el riesgo de pandeo, si lascarreras son grandes deben adoptarse vástagos dediámetro superior a lo normal. Además, al prolongarla carrera la distancia entre cojinetes aumenta y,con ello, mejora la guía del vástago. 5.4.3 Velocidad del émboloLa velocidad del émbolo en cilindros neumáticosdepende de la fuerza antagonista de la presión delaire, de la longitud de la tubería, de la secciónentre los elementos de mando y trabajo y del caudalque circula por el elemento demando. Además, influyeen la velocidad la amortiguación final de carrera.Cuando el émbolo abandona la zona de amortiguación,el aire entra por una válvula antirretorno y deestrangulación y produce una reducción de lavelocidad.La velocidad media del émbolo, en cilindrosestándar, está comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. Concilindros especiales (cilindros de impacto) sealcanzan velocidades de hasta 10 m/s.La velocidad del émbolo puede regularse con válvulasespeciales. Las válvulas de estrangulación,antirretorno y de estrangulación, y las de escaperápido proporcionan velocidades mayores o menores(véase el diagrama en la figura 71).5.4.4 Consumo de airePara disponer de aire y conocer el gasto de energía,es importante conocer el consumo de la instalación.Para una presión de trabajo, un diámetro y unacarrera de émbolo determinados, el consumo de airese calcula como sigue:Con ayuda de la tabla de la figura 72, se puedenestablecer los datos del consumo de aire de unamanera más sencilla y rápida. Los valores están.expresados por cm de carrera para los diámetros más
  65. 65. corrientes de cilindros y para presiones de 200 a1.500 kPa (2?15 bar).El consumo se expresa en los cálculos en litros(aire aspirado) por minuto.Fórmulas para calcular el consumo de aireCilindro de simple efecto6. Componentes6.1 Unidad de avance autónomaEsta unidad (cilindro y válvula de mando) se llama tambiéncilindro de accionamiento autónomo . Un cilindro neumáticoretrocede automáticamente al llegar a la posición final decarrera. Este movimiento de vaivén se mantiene hasta que secorta el aire de alimentación. Este diseño permite emplear estoselementos en máquinas o instalaciones que trabajan en marchacontinua. Ejemplos de aplicación son la alimentación y expulsiónde piezas de trabajo, y el avance rítmico de cintas de montaje.Esta unidad puede ser conmutada directa o indirectamente.Conviene emplearla para velocidades de émbolo que oscilen entre3 rn/min y 60 m/min. Gracias a su construcción compacta, existela posibilidad de montarla en condiciones desfavorables deespacio.La longitud de desplazamiento y la posición de los finales decarrera pueden ajustarse sin escalones. La velocidad de avance yde retorno se pueden regular cada una por separado mediantesendos reguladores de caudal. Los silenciadores incorporadosdirectamente reducen los ruidos del escape de aire.
  66. 66. 6.2 Sistemas neumático-hidráulicosLos accionamientos neumáticos para herramientas se aplicancuando se exige un movimiento rápido y la fuerza no sobrepasa30.000 N (3.000 kp). Para esfuerzos superiores a los 30.000 N,no conviene aplicar cilindros neumáticos.El accionamiento neumático sufre otra limitación cuando se tratade movimientos lentos y constantes. En tal caso no puedeemplearse un accionamiento puramente neumático. Lacompresibilidad del aire, que muchas veces es una ventaja,resulta ser en este caso una desventaja,Para trabajos lentos y constantes se busca la ayuda de lahidráulica y se reúnen las ventajas de ésta con las de laneumática:Elementos simples de mando neumático, velocidades regulables yen algunos casos fuerzas grandes con cilindros de pequeñodiámetro. El mando se efectúa a través del cilindro neumático.La regulación de la velocidad de trabajo se realiza por medio deun cilindro hidráulico. Este sistema se emplea con granfrecuencia en procedimientos de trabajo con arranque de virutas,como en el taladrado, fresado y torneado, así como endispositivos de amplificación de la presión, prensas ydispositivos de sujeción6.2.1 Convertidores de presiónEste es un elemento que trabaja con aceite y aire comprimido.Aplicando aire comprimido directamente en un depósito sobre elnivel de aceite se impulsa éste.El aceite entra entonces, por una válvula antirretorno y deestrangulación regulable en el cilindro de trabajo. El vástagosale a una velocidad uniforme y regresa al aplicar airecomprimido al lado M émbolo que va al vástago. El depósito deaceite se purga de aire y el aceite puede regresar con rapidez.En la conversión de los medios de presión, la presión semantiene constante.
  67. 67. 6.2.2 Multiplicador de presiónEl multiplicador está compuesto de dos cámaras de superficies dedistinto tamaño. El aire re comprimido llega por el racor 1 alinterior del cilindro neumático, empuja el émbolo hacia abajo yhace pasar el aceite a la segunda cámara. Por el racor 2, elaceite llega hasta una válvula antirretorno y de estrangulaciónregulable, y de ésta hasta el elemento de trabajo.Por la diferencia de superficies de los dos émbolos se produceun aumento de la presión hidráulica. Son relaciones demultiplicación normales: 4 :1, 8 :1, 16 :1, 32 : 1.La presión neumática aplicada debe ser de 1.000 kPa (10 bar),como máximo.La presión hidráulica varía según la multiplicación; por eso, alobjeto de obtener una fuerza determinada se puede emplear uncilindro pequeño.Las fugas de aceite, frecuentes en los sistemas hidráulicos,pueden exigir que se realice un mantenimiento regular, p. ej.,rellenado de aceite y purga de aire.Además, por el volumen de aceite existente en los elementos, noes posible emplear éstos en instalaciones de diversaestructuración. Para cada mando y para cada accionamiento decilindro hay que calcular el volumen de aceite necesario yelegir correspondientemente el elemento.Figura 79: Multiplicador de presión
  68. 68. 6.2.3 Unidades de avance óleo-neumáticasEstos elementos se utilizan principalmente, como losprecedentes, cuando se necesita una velocidad de trabajouniforme.El cilindro neumático, el cilindro hidráulico de freno y elbloque neumático de mando forman una unidad compacta. Los doscilindros están unidos por medio de un travesaño. Como elementode trabajo se conserva el cilindro neumático.Cuando éste se alimenta de aire comprimido comienza sumovimiento de traslación y arrastra el émbolo del cilindro defreno hidráulico. Este a su vez desplaza el aceite, a través deuna válvula antirretorno y de estrangulación, al otro lado delémbolo.La velocidad de avance puede regularse por medio de una válvulaantirretorno y de estrangulación. El aceite mantienerigurosamente uniforme la velocidad de avance aunque varía laresistencia de trabajo. En la carrera de retorno, el aceite pasarápidamente, a través de la válvula antirretorno, al otro ladodel émbolo y éste se desplaza en marcha rápida.Un tope regulable sobre el vástago del cilindro de freno permitedividir la carrera de marcha adelante en una fase de marcharápida y otra de trabajo. El émbolo es arrastrado sólo a partirdel momento en que el travesaño choca contra el tope. Lavelocidad en la carrera de trabajo puede regularse sin escalonesentre unos 30 y 6.000 mm/min. Hay unidades especiales quetambién en el retorno realizan una carrera de trabajo. En estecaso, una segunda válvula antirretorno y de estrangulación sehace cargo de frenar en la carrera de retorno.El cilindro de freno hidráulico tiene un circuito de aceitecerrado; en él sólo se producen fugas pequeñas que forman unapelícula sobre el vástago del cilindro. Un depósito de aceite,incorporado, repone estas pérdidas.Un bloque de mando neumático incorporado manda el conjunto. Estemando directo comprende: un vástago de mando, unido firmemente
  69. 69. al travesaño del cilindro neumático. El bloque de mando seinvierte por medio de dos topes existentes en el vástago demando. Por eso es posible limitar exactamente la carrera. Coneste sistema puede obtenerse también un movimiento oscilatorio.En una unidad como muestra la figura 80, con una estrangulacióndel circuito de aceite muy intensa, puede presentarse un altomomento de presión en el vástago del cilindro. Por eso, losvástagos son generalmente corridos y de diámetro reforzado.La figura 81 muestra otra unidad. Entre dos cilindros neumáticosse encuentra el cilindro de freno hidráulico; en ella se suprimeel esfuerzo de flexión sobre el vástago del cilindro neumático.Las unidades de avance también pueden ser combinadas por unomismo. Las combinaciones de cilindros y válvulas como cilindrode freno hidráulico, junto con un cilindro neumático, dan comoresultado una unidad de avance.6.2.4 Unidades de avance óleo-neumáticas con movimientogiratorioIncorporando un cilindro de freno hidráulico a un cilindro degiro se obtiene un equipo muy apto para automatizar el avance detaladradoras de mesa y de columna. El movimiento lineal se
  70. 70. convierte en otro giratorio, con las ventajas que tienen lasunidades de avance óleo-neumáticas.Figura 82: Unidad de avance con movimiento giratorio6.2.5 Unidades de avance con accionamiento de desatasco .Esta unidad es un desarrollo de las unidades de avanceneumático-hidráulicas y de la unidad de avance con cilindro degiro. Puede actuar sobre accionamientos lineales o giratorios.Especialmente cuando se realizan taladros muy profundos esindispensable la extracción impecable de las virutas. Esta segarantiza empleando una unidad de avance con accionamiento dedesatasco.También en este caso, el avance se subdivide en avance rápido yavance de trabajo. La cantidad de operaciones de extraccióndepende del tiempo de taladrado ajustado en el temporizador.Influye en este tiempo la profundidad del taladro y la velocidadde avance.El retroceso de la broca, una vez realizado el trabajo, esdisparado en función de la carrera por una válvula distribuidoraEl trabajo se desarrolla como sigue: puesta en marcha,aproximación rápida hasta la pieza, taladrado en marcha detrabajo, retroceso rápido después del tiempo ajustado, avancerápido hasta el punto inferior del taladro y operación con eltiempo de taladrado t.Estas unidades presentadas hasta ahora son combinaciones decilindros y válvulas, que pueden armarse con los diversoselementos según el principio de piezas estandardizadas .6.3 Alimentadores rítmicosEste alimentador es una unidad de avance por medio de pinzas desujeción y se emplea para la alimentación continua de material o
  71. 71. piezas a las diversas máquinas de trabajo.Se transportan con preferencia cintas o bandas. Cambiando deposición las pinzas de sujeción y transporte pueden trasladarsetambién barras, tubos y materiales perfilados.El aparato se compone de un cuerpo básico con dos columnas deguía y dos pinzas, una de sujeción y otra de transporte. Elcarro elevador con la pinza de transporte se desliza sobre lascolumnas de guía. En dicho carro y en el cuerpo básico seencuentran cilindros de membrana que sujetan y sueltanalternativamente.Todos las funciones del mando (avance y sujeción) se regulanmediante dos válvulas distribuidoras 4/2.El ancho del material puede ser de hasta 200 mm como máximo.Teniendo presentes determinados valores (gran número decadencias, peso propio del material) puede alcanzarse unaprecisión en el avance de 0,02 a 0,05 mm.Figura 83a: Alimentador rítmicoDesarrollo de un ciclo:- El cilindro de membrana en el carro de elevación sujeta elmaterial contra la pinza de transporte.- La pinza de sujeción está abierta.- Se alcanza el final del recorrido; el cilindro de membrana enel cuerpo básico sujeta el material contra la pinza de sujeción.- El carro avanza con el material sujeto.- La pinza de transporte se abre y el carro regresa a suposición inicial.- La máquina ejecuta su trabajo; una vez lo ha realizado da unaseñal al alimentador.- La pinza de transporte vuelve a sujetar el material; la pinzade sujeción se abre.Se inicia un nuevo ciclo.Figura 83b: Alimentador (representación esquemática)
  72. 72. 6.4 Plato divisorEn muchos procesos de fabricación resulta necesario ejecutarmovimientos de avance sobre una vía circular. Al efecto existenplatos divisores. La unidad de trabajo, también en el platodivisor, es el cilindro neumático combinado con un bloque demando que pilota los diversos movimientos. Hay diferentestécnicas para transformar el movimiento lineal de un émbolo enun movimiento circular. El esquema muestra la transmisiónmediante una palanca semejante a una manivela.Funcionamiento, del plato divisor:Posición de partida: Todas las líneas de color oscuro estánunidas a la atmósfera. El plato se enclava por la presión de unmuelle, por medio de un trinquete J y de un cilindro E. Alaccionar un señalizador se Invierte la válvula de impulsos B. Lalínea B1 se pone a escape y el lado Dl del émbolo recibe aire apresión a través de la tubería B2 .El émbolo desplaza lacremallera hacia delante. Al mismo tiempo, a través de latubería B3 también recibe aire comprimido el émbolo del cilindrode enclavamiento E. El trinquete J engancha en el disco detransporte. En el entretanto se desengancha el trinquete demando (H) y se mueve hacia G, donde engancha en la escotaduradel disco de divisiones. El dentado de éste permite hasta 24avances parciales. A elección 4, 6, 8, 12 ó 24. Un tope Fintercambiable para diversas divisiones, acciona la válvula deinversión C; la tubería de mando Cl se une brevemente con laatmósfera e invierte con ello la válvula de impulsos B.El lado D2 del émbolo recibe aire comprimido y regresa a suposición inicial. El trinquete H arrastra el disco de
  73. 73. divisiones, porque también el cilindro E se une con la atmósferay el trinquete J puede desengancharse. En este plato divisortambién se encuentra una amortiguación de final de carrera quetiene lugar por medio de un cilindro hidráulico. El vástago deéste está unido con el cilindro de trabajo. Este efecto deamortiguación se regula mediante una válvula antirretorno y deestrangulación.Los topes intercambiables F de diferente longitud determinan lacarrera en función del disco de divisiones elegido. Lasdivisiones 4, 6, 8 y 12 del disco se recubren con discosrecambiables. Con ello, el trinquete de enclavamiento y de mandosólo puede entrar en el entrediente libre, que corresponde alavance elegido. La precisión de cada división es de 0,03 mm.Figura 84: Plato divisor
  74. 74. Para mejorar el par de transmisión en el movimiento de avance,en otros platos se emplea un sistema de palancas. El giro tienelugar conforme a otro principio.Las fases de disparo y transporte se desarrollan de la manerasiguiente:Primeramente el émbolo del trinquete de enclavamiento A se aireaa través de la tubería A1 ; se elimina el enclavamiento. El aire
  75. 75. aplicado a un cilindro debajo del plato hace levantar éste de suasiento. El émbolo de transporte B, sometido a aire comprimido,se mueve en el sentido de avance y el arrastrador C gira elplato en la medida deseada. Al mismo tiempo que un cilindrohidráulico asegura la amortiguación de final de carrera, eltrinquete E mandado por el émbolo D realiza la inversión de laválvula de mando. El trinquete A vuelve a su posición de bloqueoy sujeta una de las espigas del plato. El cilindro de la mesa sepone en escape a través de una válvula, y el plato baja hasta suasiento.Este es el momento en que la mesa ha llevado la pieza a suposición de trabajo deseada y se realiza el mecanizado. Aliniciarse el retroceso del émbolo del cilindro de transporte Bse llena de aire el cilindro del trinquete de arrastre C, demodo que éste se desprende y durante el transporte de regresopuede moverse por debajo del perno de la mesa. El émbolo detransporte B regresa a su posición inicial. El trinquete dearrastre C vuelve a engranar, y puede tener lugar la siguientefase.El plato divisor es adecuado para elaborar en la fabricaciónindividual sobre máquinas-herramienta taladros en exactadisposición circular, orificios, dentados, etc.En la fabricación en serie, el plato divisor se emplea enmáquinas taladradoras y fileteadoras y en transferidorascirculares. Es apropiado para efectuar trabajos de comprobación,montaje, taladrado, remachado, soldadura por puntos ytroquelado, es decir, en general, para todos los trabajos queexige la fabricación en ritmo circular.Figura 85: Plato divisor
  76. 76. 6.5 Mordaza neumáticaLa sujeción neumática es económica, porque pormedio de un favorable principio de multiplicaciónde fuerza pueden conseguirse fuerzas elevadas desujeción, siendo muy pequeño el consumo de airecomprimido. La mordaza puede montarse en posiciónhorizontal o vertical y tiene un paso libre paramaterial en barras. Las pinzas que puedenutilizarse son las del tipo DIN 6343.Como ejemplos de aplicación de estos elementostenemos: sujeción de piezas de trabajo entaladradoras y fresadoras trabajos de montaje conatornilladores neumáticos o eléctricos,interesante aplicación como elemento de sujeciónen máquinas de avance circular, máquinasespeciales y trenes de transferidoras.El accionamiento se realiza puramente neumáticomediante una válvula distribuidora 3/2 (directa oindirecto). Anteponiendo una válvula antirretornoa la distribuidora 3/2 se mantiene la tensión,aunque la presión disminuya. La fuerza desujeción exacta se obtiene regulando la presióndel aire (0-1.000 kPa/0 - 10 bar) .6.6 Mesa de deslizamiento sobre colchón de aireEsta mesa se utiliza para evitar un gastoinnecesario de fuerza al desplazar piezas omecanismos pesados sobre mesas de máquinas,placas de trazar o trenes de montaje. Con esteelemento, los mecanismos o piezas pesadas se
  77. 77. pueden fijar bajo las herramientas con comodidady precisión.Funcionamiento:El aire comprimido (60 kPa/0,6 bar) llega alelemento a través de una válvula distribuidora3/2. Escapa por toberas pequeñas, que seencuentran en la parte inferior de la mesa. Comoconsecuencia, ésta se levanta de su asiento de0,05 a 0,1 mm aprox. El colchón de aire asíobtenido permite desplazar la mesa con la cargasin ninguna dificultad. La base debe ser plana.Si la mesa tiene ranuras, éstas no presentanninguna dificultad; en caso dado, hay que elevarla presión a unos 100 kPa (1 bar).Ejemplo:Para desplazar un mecanismo de 1.500 N de peso sobre la mesa deuna máquina se necesita una fuerza de unos 320 N; empleando lamesa de deslizamiento sobre colchón de aire, bastan 3 N.Figura 87: Mesa de deslizamiento sobre colchón de aire7. Válvulas
  78. 78. 7.1 GeneralidadesLos mandos neumáticos están constituidos por elementos deseñalización, elementos de mando y una porte de trabajo, Loselementos de señalización y mando modulan las fases de trabajode los elementos de trabajo y se denominan válvulas.Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta enmarcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudaldel fluido enviado por una bomba hidráulica o almacenado en undepósito. En lenguaje internacional, el término "válvula" o"distribuidor" es el término general de todos los tipos talescomo válvulas de corredera, de bola, de asiento, grifos, etc.Esta es la definición de la norma DIN/ISO 1219 conforme a unarecomendación del CETOP (Comité Européen des TransmissionsOiéohydrauliques et Pneumatiques).Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos:1. Válvulas de vías o 4. Válvulas de caudaldistribuidoras2. Válvulas de bloqueo 5. Válvulas de cierre3. Válvulas de presión7.2 Válvulas distribuidorasEstas válvulas son los componentes que determinan el camino queha de tomar la corriente de aire, a saber, principalmente puestaen marcha y paro (Start-Stop).7.2.1 Representación esquemática de las válvulasPara representar las válvulas distribuidoras en los esquemas decircuito se utilizan símbolos; éstos no dan ninguna orientaciónsobre el método constructivo de la válvula; solamente indican sufunción.Las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan pormedio de cuadrados.La cantidad de cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de.posiciones de la válvula distribuidora.
  79. 79. El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interiorde las casillas (cuadros).Las líneas representan tuberías o conductos. Las flechas, elsentido de circulación del fluido.Las posiciones de cierre dentro de las casillas se representanmediante líneas transversales.La unión de conductos o tuberías se representa mediante unpunto.Las conexiones (entradas y salidas) se representan por medio detrazos unidos a la casilla que esquematiza la posición de reposoo inicial.La otra posición se obtiene desplazando lateralmente loscuadrados, hasta que las conexiones coincidan.Las posiciones pueden distinguirse por medio de letrasminúsculas a, b, c ... y 0.Válvula de 3 posiciones. Posición intermedia = Posición dereposo.Por posición de reposo se entiende, en el caso de válvulas con
  80. 80. dispositivo de reposición, p. ej., un muelle, aquella posiciónque las piezas móviles ocupan cuando la válvula no estáconectada.La posición inicial es la que tienen las piezas móviles de laválvula después del montaje de ésta, establecimiento de lapresión y, en caso dado conexión de la tensión eléctrica. Es laposición por medio de la cual comienza el programapreestablecido.Conductos de escape sin empalme de tubo (aire evacuado a laatmósfera). Triángulo directamente junto al símbolo.Conductos de escape con empalme de tubo (aire evacuado a unpunto de reunión). Triángulo ligeramente separado del símbolo.Para evitar errores durante el montaje, los empalmes seidentifican por medio de letras mayúsculas:Rige lo siguiente:Tuberías o conductos de trabajo A, B, C ........................Empalme de energía P ...................................Salida de escape R, S, T ..........................Tuberías o conductos de pilotaje Z, Y,X ...........................
  81. 81. 7.2.2 Accionamiento de válvulasSegún el tiempo de accionamiento se distingueentre:1. Accionamiento permanente, señal contínua
  82. 82. La válvula es accionada manualmente o por mediosmecánicos, neumáticos o eléctricos durante todo eltiempo hasta que tiene lugar el reposicionamiento.Este es manual o mecánico por medio de un muelle.2. Accionamiento momentáneo, impulsoLa válvula es invertida por una señal breve(impulso) y permanece indefinidamente en esaposición, hasta que otra señal la coloca en suposición anterior. 7.2.3 Características de construcción de válvulasdistribuidorasLas características de construcción de las válvulasdeterminan su duración, fuerza de accionamiento,racordaje y tamaño.Según la construcción, se distinguen los tipossiguientes:Válvulas de esféricoasiento disco planoVálvulas de émbolocorredera émbolo y cursor disco giratorio7.2.4 Válvulas de asientoEn estas válvulas, los empalmes se abren y cierranpor medio de bolas, discos, placas o conos. Laestanqueidad se asegura de una manera muy simple,generalmente por juntas elásticas. Los elementos dedesgaste son muy pocos y, por tanto, estas válvulastienen gran duración. Son insensibles a la suciedady muy robustas.La fuerza de accionamiento es relativamente elevada,puesto que es necesario vencer la resistencia delmuelle incorporado de reposicionamiento y la presióndel aire.Válvulas de asiento esféricoEstás válvulas son de concepción muy simple y, portanto, muy económicas. Se distinguen por susdimensiones muy pequeñas.
  83. 83. Un muelle mantiene apretada la bola contra elasiento; el aire comprimido no puede fluir delempalme P hacia la tubería de trabajo A. Al accionarel taqué, la bola se separa del asiento. Esnecesario vencer al efecto la resistencia M muellede reposicionamiento y la fuerza del airecomprimido. Estas válvulas son distribuidoras 2/2,porque tienen dos posiciones (abierta y cerrada) ydos orificios activos (P y A).Con escape a través del taqué de accionamiento, seutilizan también como válvulas distribuidoras 3/2.El accionamiento puede ser manual o mecánico.Válvulas de asiento planoLas válvulas representadas en la figura 90 tienenuna junta simple que asegura la estanqueidadnecesaria. El tiempo de respuesta es muy pequeño,puesto que un desplazamiento corto determina un
  84. 84. gran caudal de paso, También estas válvulas soninsensibles a la suciedad y tienen, por eso, unaduración muy larga.Al accionar el taqué, en un margen breve se unenlos tres empalmes P, A y R. Como consecuencia, enmovimientos lentos una cantidad grande de airecomprimido escapa de P hacia R, a la atmósfera,sin haber rendido antes trabajo. Estas sonválvulas que no tienen escape exento de solapo.Las válvulas construidas según el principio de discoindividual tienen un escape sin solapo. No se pierdeaire cuando la conmutación tiene lugar de formalenta (figura 92).Al accionar el taqué se cierra primeramente elconducto de escape de A hacia R, porque el taquéasienta sobre el disco. Al seguir apretando, eldisco se separa del asiento, y el aire puedecircular de P hacia A. El reposicionamiento serealiza mediante un muelle.
  85. 85. Las válvulas distribuidoras 3/2 se utilizan paramandos con cilindros de simple efecto o para elpilotaje de servoelementos.En el caso de una válvula abierta en reposo (abiertade P hacia A), al accionar se cierra con un disco elpaso de P hacia A. Al seguir apretando, otro discose levanta de su asiento y abre el paso de A haciaR. El aire puede escapar entonces por R. Al soltarel taqué, los muelles reposicionan el émbolo con losdiscos estanqueizantes hasta su posición inicial.Las válvulas pueden accionarse manualmente o pormedio de elementos mecánicos, eléctricos oneumáticos.Figura 93: Válvula distribuidora 3/2 (abierta en posición de reposo)
  86. 86. Una válvula 4/2 que trabaja según este principio esuna combinación de dos válvulas 3/2, una de ellascerrada en posición de reposo y la otra, abierta enposición de reposo.En la figura 94, los conductos de P hacia B y de Ahacia R están abiertos. Al accionar simultáneamentelos dos taqués se cierra el paso de P hacia B y de Ahacia R. Al seguir apretando los taqués contra losdiscos, venciendo la fuerza de los muelles dereposicionamiento se abre el paso de P hacia A y deB hacia R.Esta válvula tiene un escape sin solapo y regresa asu posición inicial por la fuerza de los muelles. Seemplea para mandos de cilindros de doble efecto.Figura 94: Válvula distribuidores 4/2Figura 95: Mando de un cilindro de doble efecto conuna válvula distribuidora 4/2 .Válvula distribuidora 3/2, de accionamientoneumático (junta plana de disco).Al aplicar aire comprimido al émbolo de mando agraves de¡ empalme Z se desplaza el taqué de válvulavenciendo la fuerza de¡ muelle de reposicionamiento.Se unen los conductos P y A. Cuando se pone a escape
  87. 87. el conducto de mando Z. el embolo de mando regresa asu posición inicial por el efecto de¡ muellemontado. El disco cierra el paso de P hacia A, Elaire de salida de¡ conducto de trabajo A puedeescapar por R. Figura 96: Válvula distribuidora 3/2 (de accionamiento neumático)La figura 98 muestra otra válvula 3/2 que trabajasegún el principio de asiento plano. El airecomprimido, proveniente de¡ empalme de mando Z.actúa sobre una membrana. El émbolo de mando unido aesta cierra el paso con sus juntas y abresucesivamente los diversos empalmes. Permutando losempalmes P y R se puede disponer esta válvulacerrada o abierta en posición inicial. La presión deaccionamiento es de unos 600 kPa (6 bar), la presiónde trabajo, de 120 kPa (1,2 bar). El margen de lapresión de trabajo se encuentra entre 120 y 800 kPa(1.2 8 bar), El caudal nominal ¡/N es de 100 l/min.Figura 98: Válvuladistribuidora 3/2 según elprincipio de junta plana dedisco.
  88. 88. La figura 99 muestra una válvula distribuidora 5/2que trabaja según el principio de las válvulas dedisco flotante. Se invierte alternativamente poraire comprimido y permanece en la posicióncorrespondiente hasta que recibe un impulso inverso.Al recibir presión, el émbolo de mando - como en unacorredera longitudinal - se desplaza. En el centrode dicho émbolo se encuentra un disco con una juntaanular, que une los conductos de trabajo A o B conempalme de presión P o los separa de este. El escapese realiza a través de R ó S.Una placa de montaje universal, sobre la cual sefijan las válvulas, garantiza una intercambiabilidadrápida de las diversas válvulas.Figura 99: Válvula distribuidora 5/2 (principio dedisco flotante)Electroválvulas (válvulas electromagnéticas)Estas válvulas se utilizan cuando la señal provienede un temporizador eléctrico, un final de carreraeléctrico, presostatos o mandos electrónicos. Engeneral, se elige el accionamiento eléctrico paramandos con distancias extremamente largas y cortostiempos de conexión.Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas sedividen en válvulas de mando directo o indirecto.
  89. 89. Las de mando directo solamente se utilizan para undiámetro luz pequeño, puesto que para diámetrosmayores los electroimanes necesarios resultaríandemasiado grandes.Figura 100. Válvula distribuidora 3/2 (de mandoelectromagnético)Las válvulas de control neumático son sistemas que bloquean, liberan odesvían el flujo de aire de un sistema neumático por medio de unaseñal que generalmente es de tipo eléctrico, razón por la cual tambiénson denominadas electroválvulas, ver figura 100 . Las válvulaseléctricas se clasifican según la cantidad de puertos (entradas osalidas de aire) y la cantidad de posiciones de control que poseen.Por ejemplo, una válvula 3/2 tiene 3 orificios o puertos y permite dosposiciones diferentes. • 3 =Número de Puertos • 2 = Número de PosicionesFigura 100a - Símbolos de válvulas eléctricasFigura 100b - Rutas del fluido con una válvula de 5/2 . Observe que este tipo deválvulas es apta para cilindros de doble efecto .En la figura 100a podemos apreciar la simbología utilizada pararepresentar los diferentes tipos de válvulas eléctricas. Veamos elsignificado de las letras utilizadas en los esquemas, figura : • P (Presión). Puerto de alimentación de aire • R, S, etc. Puertos para evacuación del aire
  90. 90. • A, B, C, etc. Puertos de trabajo • Z, X, Y, etc. Puertos de monitoreo y controlEn la figura 100b aparece la ruta que sigue el aire a presión con unaválvula 5/2 y un cilindro de doble efecto. La mayoría de laselectroválvulas tienen un sistema de accionamiento manual con el cualse pueden activar sin necesidad de utilizar señales eléctricas. Estose hace solamente en labores de mantenimiento, o simplemente paracorroborar el buen funcionamiento de la válvula y del cilindro, asícomo para verificar la existencia del aire a presión. Figura 100c - Válvulas proporcionales. Permiten regular el caudal que pasa a través de ellas .Electroválvulas de doble solenoide. Existen válvulas que poseen dosbobinas y cuyo funcionamiento es similar a los flip-flopselectrónicos. Con este sistema, para que la válvula vaya de unaposición a la otra basta con aplicar un pequeño pulso eléctrico a labobina que está en la posición opuesta. Allí permanecerá sin importarque dicha bobina siga energizada y hasta que se aplique un pulso en labobina contraria. La principal función en estos sistemas es la de"memorizar" una señal sin que el controlador esté obligado a tenerpermanentemente energizada la bobina.Válvulas proporcionales. Este tipo de válvulas regula la presión y elcaudal a través de un conducto por medio de una señal eléctrica, quepuede ser de corriente o de voltaje, figura 100c . Su principalaplicación es el control de posición y de fuerza, ya que losmovimientos son proporcionales y de precisión, lo que permite unmanejo más exacto del paso de fluidos, en este caso del aire. Figura 100d - Control de lazo cerrado con válvulas proporcionales. Por medio de un dispositivo de procesamiento se puede ubicar un actuador en puntos muy precisos .Por medio de una válvula proporcional podemos realizar un control deposición de lazo cerrado, figura 100d, donde el actuador podría ser uncilindro, el sensor un sistema óptico que envía pulsos de acuerdo a laposición de dicho cilindro, y el controlador un procesador quegobierne el dispositivo en general. El número de impulsos seincrementa a medida que el pistón se desplaza a la derecha y disminuyecuando se mueve a la izquierda. Figura 100e - Transmisión de señales por medios neumáticos. Cuando, en el sitio donde se mide la variable física, el ruido eléctrico o el peligro de explosión no permiten el uso de cableado, podemos transmitir señales por medios neumáticos para que sean convertidas al modo eléctrico en lugares distantes.
  91. 91. La señal enviada por el controlador hacia la válvula proporcionaldepende de la cantidad de pulsos, que a la vez indican la distanciaque falta para alcanzar la posición deseada. Cada vez que la presióndel aire, la temperatura o cualquier otro parámetro de perturbaciónocasione un cambio de posición, el controlador tendrá la capacidad dehacer pequeños ajustes para lograr la posición exacta del cilindro.Al conectar el imán, el núcleo (inducido) es atraídohacia arriba venciendo la resistencia del muelle. Seunen los empalmes P y A. El núcleo obtura, con suparte trasera, la salida R. Al desconectar elelectroimán, el muelle empuja al núcleo hasta suasiento inferior y cierra el paso de P hacia A. Elaire de la tubería de trabajo A puede escaparentonces hacia R. Esta válvula tiene solapo; eltiempo de conexión es muy corto.Para reducir al mínimo el tamaño de loselectroimanes, se utilizan válvulas de mandoindirecto, que se componen de dos válvulas: Unaválvula electromagnética de servopilotaje (312, dediámetro nominal pequeño) y una válvula principal,de mando neumático.Figura 101: Válvula distribuidora 4/2 (válvulaelectromagnética y de mando indirecto)Funcionamiento:El conducto de alimentación P de la válvulaprincipal tiene una derivación interna hacia elasiento de la válvula de mando indirecto. Un muelleempuja el núcleo contra el asiento de esta válvula.Al excitar el electroimán, el núcleo es atraído, yel aire fluye hacia el émbolo de mando de la válvulaprincipal, empujándolo hacia abajo y levantando losdiscos de válvula de su asiento. Primeramente secierra la unión entre P y R (la válvula no tiene
  92. 92. solapo). Entonces, el aire puede fluir de P hacia Ay escapar de B hacia R.Al desconectar el electroimán, el muelle empuja elnúcleo hasta su asiento y corta el paso del aire demando. Los émbolos de mando en la válvula principalson empujados a su posición inicial por los muelles.Válvula distribuidora 3/2, servopitotada (principiode junta de disco)Para que las fuerzas de accionamiento no seangrandes, las válvulas de mando mecánico se equipantambién con válvulas de servopilotaje.La fuerza de accionamierito de una válvula esdecisiva para el caso de aplicación. En la válvuladescrita de 1/8", con 600 kPa (6 bar), es de 1,8 N(180 p), aprox.Figura 102: Válvula distribuidora 3/2 (cerrada enposición de reposo)Funcionamiento:
  93. 93. La válvula de servopilotaje está unida al empalme depresión (P) por medio de un taladro pequeño, Cuandose acciona el rodillo, se abre la válvula deservopilotaje. El aire comprimido circula hacia lamembrana y hace descender el platillo de válvula.La inversión se realiza en dos fases:En primer lugar se cierra el conducto de A hacia R,y luego se abre el P hacia A. La válvula sereposiciona al soltar el rodillo. Se cierra el pasode la tubería de presión hacia la membrana y sepurga de aire. El muelle hace regresar el émbolo demando de la válvula principal a su posición inicial.Este tipo de válvula puede emplearse opcionalmentecomo válvula normalmente abierta o normalmentecerrada. Para ello sólo hay que permutar losempalmes P y R e invertir el cabezal deaccionamiento 180º.Figura 103: Válvula distribuidora 3/2 (abierta enposición de reposo)En la válvula distribuidora 4/2 servopilotada, através de la válvula de servopilotaje reciben airecomprimido dos membranas, y dos émbolos de mandounen los diversos empalmes. La fuerza deaccionamiento no varía; es también de 1,8 N (180 p).Figura 104: Válvula distribuidora 4/2(servopilotada)
  94. 94. 7.2.5 Válvulas de correderaEn estas válvulas, los diversos orificios se unen ocierran por medio de una corredera de émbolo, unacorredera plana de émbolo o una corredera giratoria.Válvula de corredera longitudinalEl elemento de mando de está válvula es un émboloque realiza un desplazamiento longitudinal y une osepara al mismo tiempo los correspondientesconductos. La fuerza de accionamiento es reducida,porque no hay que vencer una resistencia de presiónde aire o de muelle (como en el principio de bola ode junta de disco). Las válvulas de correderalongitudinal pueden accionarse manualmente omediante medios mecánicos, eléctricos o neumáticos.Estos tipos de accionamiento también puedenemplearse para reposicionar la válvula a su posicióninicial. La carrera es mucho mayor que en lasválvulas de asiento plano.Figura 105: Válvula distribuidora 5/2 (principio decorredera longitudinal)

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