1. Compoñentes pneumáticos
Son tódolos elementos encargados de realizar as diversas funcións
pneumáticas. Hai elementos de traballo, elementos de mando, etc.
Entre os primeiros destacan os cilindros e entre os segundos, as
válvulas, nas súas variedades.
Partes dun cilindro pneumático
2. ELEMENTOS DE TRABALLO: ACTUADORES DE MOVEMENTO LINEAL
Cilindro: compoñente pneumático que transforma a enerxía do aire
comprimido en movemento lineal.
Carreira: traxecto recorrido polo émbolo dun cilindro entre dúas
posicións.
Os cilindros pneumáticos pódense dividir en dous grandes grupos: de
simple e de dobre efecto.
Os de simple efecto realizan o esforzo activo nun só sentido e o retorno
depende dun muelle ou membrana que devolve o émbolo a súa
posición inicial.
Os cilindros de dobre efecto actúan de xeito activo nos dous sentidos.
3.
4. Cilindros de simple efecto:
- Teñen unha soa conexión de aire comprimido.
- So poden realizar traballo nun sentido.
- O retroceso prodúcese cando se deixa de aplicarlles aire.
- Empréganse principalmente para realizar operacións de suxección,
expulsión, apertado, levantamento, alimentación, etc.
5. Cilindros de dobre efecto:
- Teñen dúas tomas de aire, unha a cada lado do émbolo.
- Poden producir movemento nos dous sentidos: avance e retroceso.
- A carreira pode ser moi longa, pero hai que ter en conta o pandeo e
dobrado que pode sufrir o vástago na súa posición extrema.
- Estes cilindros son os máis empregados porque o retorno non
depende dun elemento mecánico sometido a desgaste e fatiga, e tamén
porque permite construír modelos de ata 2 m de carreira.
6. Cálculo da forza de accionamento
Unha vez fixada a presión de traballo, a forza desenvolvida depende
da superficie útil do actuador.
A forza pode ser distinta segundo se trate dun cilindro de simple efecto
ou dun cilindro de dobre efecto.
Nun cilindro de simple efecto o empuxe do muelle é aproximadamente
unha décima da forza.
7.
8.
9. EXERCICIO
Un cilindro de simple efecto con retorno por resorte ten un émbolo de
30 mm de diámetro e 50 mm de carreira. A presión do aire é de 8 bar e
a resistencia do muelle de 50 N. Realiza unha maniobra de 8 ciclos
cada minuto. O seu rendemento é do 85 %. Para o caso ideal e real,
pídese:
a) A forza que exerce o cilindro.
b) O consumo de aire en condicións normais.
c) A potencia desenvolvida polo cilindro ao realizar a maniobra.
10. EXERCICIO
Un cilindro de dobre efecto ten un émbolo de 30 mm de diámetro, o do
vástago mide 10 mm e a súa carreira é de 50 mm. A presión do aire é
de 8 bar e realiza unha maniobra de 8 ciclos cada minuto. En ambas
carreiras, o seu rendemento é do 85 %. Para o caso ideal e real,
pídese:
a) A forza que exerce o cilindro na carreira de avance e de retroceso.
b) O consumo de aire en condicións normais.
c) A potencia desenvolvida polo cilindro ao realizar a maniobra.
11. VÁLVULAS: SIMBOLOXÍA E NOMENCLATURA
As válvulas dirixen e regulan o paso do aire comprimido cara os
cilindros. Pódense clasificar en 3 grupos:
Válvulas distribuidoras ou de dirección
Válvulas de bloqueo
Válvulas de regulación de caudal e presión
12. Válvulas distribuidoras
Encárganse de interromper, deixar pasar ou desviar o aire comprimido.
Noméanse mediante 2 cifras, a primeira cifra indica o número de vías
ou orificios e a segunda o número de posicións de traballo.
Para representalas empréganse cadrados.
A cantidade de cadrados indica a cantidade de posicións de traballo da
válvula.
Nas válvulas de dúas posicións, o cadrado da dereita corresponde
sempre á posición de repouso da válvula.
Válvula 3/2 significa:
válvula de 3 vías e 2 posicións
13. As conexións coas tomas de presión (unión a tubarias que enlazan co
compresor) i escape (unión directa ou por tubarias á atmosfera) son moi
comúns e amósanse a continuación.
14. As vías únense mediante liñas rectas que representan conducións de
aire que se establecen, mentres que o sentido de circulación do aire
defínese por frechas.
15. O órgano de accionamento da válvula soe indicarse na posición de
traballo, mentres que o órgano de recuperación, a que que devolve a
válvula a súa posición inactiva, debuxase ao lado da posición de
repouso.
Os mandos poden ser manuais, mecánicos, pneumáticos i eléctricos.
16. Constitucións das válvulas distribuidoras
A grandes rasgos as válvulas distribuidoras compóñense dun corpo ou
estrutura básica, un elemento móbil, e uns elementos de accionamento,
para permutar o estado da válvula.
No corpo están definidos os condutos internos e os orificios de saída,
roscados ou non. Nel alóxanse tódolos demais compoñentes, incluíndo
os accesorios para a fixación na instalación.
O elemento móbil é aquel que co seu desprazamento se van obter as
distintas posicións da válvula. O tipo de elemento móbil define a
clasificación deste tipo de válvulas segundo a forma construtiva.
Os elementos de accionamento, que son compoñentes necesarios para
accionar a válvula, son tan variados como tipos de mando existen.
17. Segundo a construción, as válvulas distribuidoras clasifícanse
principalmente en válvulas de asento e válvulas de corredera.
Válvula 2/2 de asento de bola
Válvula 3/2 de corredera
Normalmente pechada (NC)
Ao pasar pola válvula, as seccións entre o elemento de peche e o corpo
producen o estrangulamento do aire, ademais dos previstos cambios de
sentido do fluxo, co que as perdas de carga son inevitables.
Estas perdas son maiores nas válvulas de corredera porque o aire pasa
con maior dificultade.
18. Tipos de accionamento das válvulas distribuidoras
A clasificación máis empregada para os mandos das válvulas
establécese segundo a fonte de enerxía que activa os compoñentes de
mando. Os mandos poden ser:
19. Mando manual: o mando está supeditado á acción voluntaria do
operador. Non soen empregarse moito porque un dos obxectivos da
pneumática é o incremento da automatización dos procesos.
Sempre haberá polo menos unha que será de posta en marcha de
circuíto.
Tamén se emprega nos casos en que a seguridade do traballador pode
estar en perigo como ocorre coas presas, nas que o troquel non baixa
ata que o operario manteña presionadas dúas válvulas manuais.
Mando mecánico: actívanse por un mecanismo en movemento, como
unha árbore de levas, ou polo émbolo dos cilindros. Sóense usar como
captadores de sinal, polo que acostuman a ser pequenas.
20. Mando pneumático: as válvulas con mando pneumático úsanse como
órganos de regulación dos actuadores, polo que precisan de válvulas máis
pequenas que as piloten.
A forza necesaria para conmutar a válvula obtense do aire a presión, xa sexa
utilizando directamente ou por depresión.
Existe un caso especial, son as válvulas con accionamento pneumático en
ambos lados, pero que empregan o principio de presión diferencial. As
seccións da corredera que o aire empuxa son diferentes para cada lado, polo
que existe unha maior forza nun sentido que no outro e, polo tanto, unha
posición preferente cando en ambos pilotaxes hai presión. Empréganse para
dispoñerse de ordes de mando preferentes nos ciclos automáticos dos equipos
pneumáticos.
Os símbolos correspondentes aos mandos pneumáticos son frechas que
enlazan coas liñas de pilotaxe, e sóense representar por liñas descontinuas.
21. Mando eléctrico: o principio de funcionamento consiste en obter a
forza para desprazar a corredera a partir do electroimán.
A colocación destas válvulas nas instalacións pneumáticas implica a
instalación paralela dun circuíto eléctrico que as active. A sinal de
conmutación das válvulas vira dado por un final de carreira eléctrico, ou
de calquera outro dispositivo eléctrico.
No mando eléctrico, a lonxitude da liña de mando non inflúe na eficacia
do funcionamento.
Os tempos de conmutación son moi curtos e fiables, polo que na
actualidade son as máis usuais.
22. Códigos das vías dunha válvula
A localización de cada un dos orificios do distribuidor realízase por
números ou letras segundo normativa.
A seguinte táboa amosa os códigos segundo a norma ISO e CETOP
23. Válvula distribuidora 2/2
Estas válvulas serven para gobernar o paso
do fluído.
a) Válvula en repouso, o paso de P cara A
está pechado.
Cando se acciona o pulsador, o distribuidor
pon en comunicación a entrada P con A,
entón dise que a válvula está aberta (b).
Ao deixar de apertar o pulsador, o muelle
obriga ao distribuidor a recuperar a posición
de partida, co que a válvula se pecha.
24. Válvula distribuidora 3/2
Estas válvulas permiten a circulación de
aire nunha dirección e, ao mesmo tempo,
cortan o paso na outra dirección.
Empréganse para gobernar cilindros de
simple efecto.
a) A corredera da válvula sen accionar
cerra o paso de P cara A e deixa aberto o
paso de A cara R.
Cando se acciona o pulsador (b), a
corredera une a entrada de presión P coa
vía de utilización A, mentres o escape R
queda bloqueado.
25. Válvula distribuidora 4/2
Estas válvulas permiten a circulación de
aire en ambas direccións.
Cando a válvula está en repouso (a), a
vía de entrada está conectada coa de
utilización A, mentres que a outra
utilización B está posta a escape R.
Ao accionar a válvula vencese a acción
do muelle e a corredera cambia de
posición, é dicir, o fluído circula de P cara
B e de A cara R.
Estas válvulas empréganse para
gobernar cilindros de dobre efecto.
26. Válvula distribuidora 5/2
Poden considerarse como unha ampliación das válvulas 4/2.
A diferenza consiste en que posúen unha vía máis, co que o escape dun
cilindro de dobre efecto pode ser independente para cada lado, podendo
realizar outras funcións de mando.
Cando a válvula está en repouso, a corredera permite o paso de P cara B e o
escape de aire que procede de A. Ao accionar a válvula, comunícase P con A
e, ao mesmo tempo, ponse B a escape pola outra saída T.
Estas válvulas empréganse para gobernar cilindros de dobre efecto.
27. Válvula distribuidora 4/3
Serven para gobernar cilindros de dobre efecto.
Teñen unha posición intermedia que é utilizada
para varias posibilidades de mando.
Cando a válvula esta na posición media o aire
pasa de P a R, pechando o paso de A cara B
(válvula posta a escape).
Ao accionar o pulsador o fluído pasa de P cara A e
de B cara R.
Si se acciona de novo o pulsador o fluído pasa de
P cara B e de A cara R.
Estas válvulas non levan resorte, incorporándose
un sistema mecánico ou eléctrico de
enclavamento para poder fixar as tres posicións.
28. Válvulas de bloqueo
O funcionamento das válvulas de bloqueo basease en cortar o paso de
aire comprimido. Constrúense de forma que a presión do aire actúa
sobre a peza de bloqueo e así reforza o peche.
Pódense considerar válvulas de bloqueo, polo seu principio de
funcionamento as seguintes:
Válvula antirretorno ou de retención.
Válvula selectora de circuíto.
Válvula de simultaneidade.
Válvula de purga ou escape rápido.
Válvula estranguladora de retención
29. Válvula antirretorno
É a válvula máis simple.
Pecha por completo o paso nun sentido e
déixao libre no contrario, coa perda de
presión o máis pequena posible.
A obturación pódese lograrse cunha bola,
disco, cono,…, impulsada pola propia presión
de traballo ou ben coa axuda complementaria
dun resorte.
30. Válvula selectora
Esta válvula cumpre a función lóxica “OU” nos circuítos pneumáticos.
Ten dúas entradas e unha saída.
O bloqueo sempre se leva a cabo na entrada con menor presión.
Con que haxa P nalgunha entrada, haberá P á saída.
Emprégase cando un actuador ou unha válvula distribuidora se debe
gobernar indistintamente dende dous puntos por separado, distantes
fisicamente un do outro.
Para os equipos en que un órgano debe ser accionado dende varios
sitios, sempre se precisarán tantas válvulas seletoras como número de
puntos de accionamento menos 1.
31. Válvula de simultaneidade
Cumpre a función lóxica “AND” nos circuítos pneumáticos.
Ten dúas entradas e unha saída.
Para que exista sinal á saída ten que haber presión nas dúas entradas.
Emprégase en equipos de enclavamento e control, como o
accionamento dunha prensa hidraúlica, por razóns de seguridade a
prensa só baixa se o operario mantén activadas as dúas válvulas á vez.
32. Válvulas reguladoras de fluxo ou caudal
As válvulas reguladoras de fluxo axustan o caudal circulante a un valor
fixo ou variable.
O principio de funcionamento é a estrangulación do aire, o mecanismo
de estrangulación pode ser por diafragma ou por estreitamento do
conduto de paso. Os estreitamentos poden ser constantes ou variables.
Existen dous tipos de válvulas de fluxo:
Válvulas estranguladoras: actúan sobre o caudal en calquera dos
dous sentidos de fluxo.
Válvulas estranguladoras unidireccionais: actúan sobre o caudal
nun só sentido de fluxo.
Tamén se poden considerar válvulas de fluxo os silenciadores e
reguladores de escape si actúan sobre o caudal.
33. Válvula estranguladora unidireccional
Reúne características de funcionamento das válvulas de bloqueo e das
de fluxo. Nos equipos pneumáticos empréganse como válvulas de fluxo
para regular a velocidade dos actuadores, pero só nun sentido do
movemento.
Na regulación da velocidade dos cilindros pneumáticos con estas
válvulas distínguese entre regulación á saída e regulación á entrada.
Na estrangulación da entrada ou alimentación do cilindro, contrólase o
caudal de aire que entra ao cilindro, pero o aire de saída circula
libremente cara o escape.
34. Válvulas reguladoras de presión
As válvulas reguladoras de presión actúan sobre a presión do aire en
circulación, controlándoa dende un valor nulo ata o máximo valor de
alimentación.
A construción de todas elas é moi similar, pero segundo sexa a súa
colocación no circuíto cumpren diferentes funcións que as identifican.
Os diferentes tipos de válvulas reguladoras de P son:
Válvulas limitadoras de P ou de seguridade.
Válvulas de secuencia.
Válvulas reguladoras de P ou redutoras.
O axuste do valor nominal de control pode realizarse a man ou
mediante electricidade (válvulas proporcionais)
35. Válvula limitadora de presión
Esta válvula impide que a presión dun
sistema sexa maior que a fixada
manualmente a través dun parafuso.
Ao superar esta presión máxima permitida,
a válvula abre a conexión coa atmosfera,
co que se reduce a presión ata o valor
nominal. Entón volve a pechar o orificio de
purga.
Emprégase en todo equipo produtor de aire
como válvula de seguridade.
36. Válvula de secuencia
O principio de funcionamento é o mesmo
que o da válvula limitadora de presión.
A diferenza reside en que vez de
conectar a escape, conéctase a unha vía
de traballo.
37. Válvula redutora
Estas válvulas basean o seu funcionamento nunha
membrana, o movemento desta encargase de regular a
presión de saída. Esta presión sempre é menor que a de
entrada.
O obxecto é regular a presión de traballo desexada a un
valor predeterminado e constante.
38. Detectores pneumáticos
Existen detectores pneumáticos que captan a posición ou presenza dun
obxecto e outros que realizan a mesma función, pero detectanto os
cambios en magnitudes físicas como a presión.
Teñen que ser instalados en lugares estratéxicos e coidadosamente
situados para o seu correcto funcionamento.
Polo xeral, todos funcionan a baixas presións para reducir o consumo
de aire.
Os sensores divídense en:
Captadores de presión
Captadores de posición
39. Captadores de presión: presostatos
Converten a medida da presión
pneumática a sinal eléctrica.
Poden ser instalados en calquera parte do
circuíto xa que non requiren contacto
físico.
Os presostatos teñen unha cámara de aire
cunha membrana deformable que, ao
encherse con aire a presión, é capaz de
contactar cun circuíto eléctrico que envía
unha sinal eléctrica correspondente.
41. O esquema pneumático é o plano de representación de tódolos
elementos pneumáticos, cos condutos e liñas de conexión e cos
símbolos normalizados
As normas a seguir para facer o esquema son:
1. Os elementos de traballo colócanse en posición horizontal.
2. Os finais de carreira non se representan na súa posición normal.
Soen colocarse baixo os órganos de goberno, e no lugar que
ocupan no circuíto debuxase unha liña con número indicador.
3. Os circuítos debúxanse, xeralmente, na posición de partida, ou
sexa, os elementos accionados.
4. Para evitar erros numéranse os distintos elementos, seguindo unha
orde determinada e que os clasifica por grupos.
42. ESQUEMA PNEUMÁTICO
Os elementos de traballo van numerados por esta orde: 1.0, 2.0, 3.0,…
Os órganos de goberno levan: 1.1, 2.1, 3.1,… A primeira cifra indica o
grupo ao que pertence, a segunda, o “1” que se trata dun distribuidor de
mando ou órgano de goberno.
Os captadores e información noméanse con 1.2, 1.4, 2.2, 2.4,… e 1.3,
1.5, 2.3, 2.5, 3.3,… A primeira cifra sempre indica o grupo e a segunda,
si é par, indica que inflúe na saída do vástago e se é impar, no
retroceso.
Con 0.1, 0.2, 0.3,… indícanse os elementos auxiliares e con 1.02, 1.03,
2.02, 2.03,… os elementos de regulación.
43. TIPOS DE MANDO
MANDO DIRECTO
Os actuadores neste caso só precisan dunha válvula distribuidora, que
reúne en si mesma tódalas funcións de órgano de regulación, elemento
de mando i emisor de sinais. O mando das válvulas será manual ou
eléctrico directo.
MANDO INDIRECTO
Se o cilindro é de gran tamaño será precisa unha gran forza de mando
para conmutar as válvulas que o comandan. A forma de separar a parte
da información da parte de traballo é mediante o pilotaxe pneumático.
Así a parte do circuíto encargada do mando pneumático traballa a baixa
presión e a parte de potencia (elemento de traballo e válvula
distribuidora de goberno) funcionan a presión normal.
44. MANDO DIRECTO
Mando de cilindros de simple efecto
A forma habitual é empregar válvulas 3/2 monoestables, o normal é que
sexa NC para que o cilindro manteña o vástago recollido.
Ao activar a válvula o cilindro sae e mantense fora mentres se manteña
activa a válvula. En canto se desactiva volve recollerse o émbolo.
As válvulas de goberno poden ser biestables
(manual ou eléctrica).
Tamén existen válvulas monoestables con
enclavamiento, que manteñen unha determinada
posición indefinidamente.
Mando directo dun cilindro de simple efecto mediante válvula 3/2 monoestable.
45. MANDO DIRECTO
Mando de cilindros de dobre efecto
As válvulas que habitualmente se empregan para o goberno dos
cilindros de dobre efecto son as 4/2 ou 5/2, que se dispoñen para que o
cilindro manteña normalmente o vástago recollido.
Mentres se activa 1.1 sae o émbolo.
Ao desactivarse regresa.
Mando directo dun cilindro de dobre efecto mediante válvula 4/2 monoestable.
46. MANDO INDIRECTO
Normalmente empréganse válvulas 3/2 NC para o pilotaxe das válvulas
de goberno de cilindros, que neste caso son válvulas de accionamento
pneumático.
Poden ser monoestables (con posición de repouso) ou biestables. No
primeiro caso só se precisa unha válvula de mando.
47. CONTROL DE VELOCIDADE
A regulación da velocidade, unha vez fixados os
compoñentes do circuíto, pódese efectuar con distintos
elementos de xeito que se consiga o aumento ou a
redución da mesma, chegando incluso o paro do
movemento do actuador.
48. Aumento da velocidade
O método para o aumento da velocidade nunha carreira é a colocación
dunha válvula de escape rápido na saída correspondente do cilindro de
dobre efecto. Evitase, na carreira de avance, o paso de aire polo
distribuidor.
49. Redución da velocidade
Hai varios métodos para reducir a velocidade dos actuadores. O máis
normal efectúase a través de válvulas reguladoras de caudal ou fluxo.
O habitual é a regulación mediante válvulas reguladoras unidireccionais
que deben actuar sobre o aire de escape co fin de que a velocidade
sexa independente da carga do cilindro (regulación á saída).
A regulación á entrada deixase para as carreiras de avance dos
cilindros simples e para os casos en que a carga do cilindro se opón ao
movemento.
Si se quere obter a mesma velocidade en ambas carreiras pódese usar
unha válvula reguladora bidireccional ou usar dúas unidireccionais co
mesmo valor de control.
