Neumática - Escolapios

CONTROL Y ROBÓTICA
1.- CONTROL ELECTROMECÁNICO
Un logro importante del progreso tecnológico es el desarrollo de sistemas que
funcionan prácticamente sin intervención humana. De esta forma se ha conseguido que
tareas repetitivas o que requieren mucho esfuerzo sean realizadas por máquinas. Piensa, por
ejemplo, en un ascensor. Basta con pulsar un botón para que traslade al usuario a cualquier
piso.
Cuando estas tareas requieren el desplazamiento o la elevación de cargas, o un
movimiento (lineal o giratorio) continuo, el uso de mecanismos facilita su realización.
Los mecanismos no solo permiten modificar el sentido de la fuerza aplicada;
tambien hacen posible que se multiplique dicha fuerza. Veamos un ejemplo.
Si sustituimos la polea de la ilustración del Reflexiona por un sistema de
poleas como el de la izquierda, conocido por polipasto, solo será necesario
aplicar una fuerza equivalente a la mitad del peso de la carga.
Podemos, pues, concluir lo siguiente:
La relación entre la fuerza que es preciso vencer, o fuerza resisten ( en
nuestro caso, el peso de la carga), y la fuerza aplicada se llama ventaja
mecánica, A:
A = FUERZA RESISTENTE / FUERZA APLICADA
Fijate, sin embargo, en que el trabajo final realizado, aunque requiera menos fuerza,
es el mismo, pues ahora hay que estirar el doble de cuerda que en el caso de la polea
simple.
ACTIVIDADES
1.- ¿Cuál es la ventaja mecánica del polipasto anterior? ¿ Qué fuerza habrá que
aplicar para levantar un peso de 100 N? Para elevarlo 7 m, ¿Qué longitud de cuerda
debemos estirar?
1.1 TIPOS DE MECANISMOS
Los mecanismos se pueden clasificar en dos grandes grupos: mecanismos de
transmisión y de transformación.
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN
Los mecanismos de transmisión comunican movimientos de giro entre dos ejes
separados. Un engranaje constituye un ejemplo típico de mecanismos de transmisión.
Este tipo de mecanismos sirve para modificar la velocidad de giro. La relación entre
la velocidad de giro del eje A y la del eje B se conoce como relación de transmisión (i) y
depende del númeor de dientes de cada rueda:
i= w2 rpm eje B / w1 rpm eje A = n1 (nº dientes de la rueda A) / n2 (nº dientes de la rueda B
En el caso de los engranajes de la ilustración del margen, la relación
de transmisión será i= 20/10 = 2 Esto significa que la velocidad de giro del
eje B es el doble que la del eje A.
Otros ejemplos de mecanismos de transmisión son los engranajes
cónico, las poleas y los tornillos sin fin-corona:
La relación de transmisión en el caso del engranaje cónico depende del número de
dientes de cada rueda, mientras que en el de las poleas depende del diámetro de las mismas.
Por último, con cada vuelta completa del tornillo sin fin, la coron a avanza un diente, por lo
que la relación de transmisión es i= 1/n, donde n es el número de dientes de la rueda
dentada o corona.
MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN
Los mecanismos de transformación convierten movimientos lineales en
movimientos giratorios, y viceversa. La biela-manivela, el piñón-cremallera y el tornillotuerca constituyen ejemplos de este tipo de mecanismos.
1.2 SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CONTROL
Combinando elementos eléctricos y mecanismos, es posible diseñar sistemas
que funcionen automáticamente sin necesidades de realizar ningún esfuerzo por parte de las
personas. Observa la solución propuesta por un estudiante de tecnología para elevar un peso
y explícalo:
¿Cuál es el inconveniente?
REALIMENTACIÓN:
En un sistema de control es preciso conocer el estado de la salida en cada
momentos. Esto es lo que se conoce como realimentación.
Para ello, podemos servirnos de interruptores de fin de recorrido con objeto de
detectar la posición de la carga y detener el motor si esta ha llegado abajo o arriba.
2 CONTROL NEUMÁTICO E HIDRÁULICO
Estamos acostumbrados a realizar proyectos usando la energía eléctrica procedente
de batería o de la red, pues son muchos los componentes (transistores, motores, relés,
lámparas) que necesitan una corriente eléctrica para funcionar.
Sin embargo, en este epígrafe vamos a estudiar componentes de un tipo
completamente diferente que realizan tareas como el cierre y la apertura de puerta de trenes
y autobuses, excavaciones o levantamiento de grandes pesos, y que utilizan para ello un
fluido, ya sea aire o líquido.
Con aire a alta presión es posible realizar un trabajo: mover un vehículo o levantar
un peso. Lo mismo ocurriría si utilizáramos un líquido.
2.1 CIRCUITO NEUMÁTICO
La neumática versa sobre las aplicaciones del aire a presión. Existe una relación
entre los circuitos eléctricos y los neumáticos.
Los elementos que forma parte del circuito neumático son el compresor, que
proporciona el aire a presión; la válvula, que permite o no la entrada de aire, y el cilindro,
que usa la presión del aire para mover un vástago.
Un ejemplo de circuito sería el de una máquina neumática que reduce el volumen de
las latas de refresco: al accionar un pulsador un vástago avanza y aplasta una lata. Después
recupera la posición original mediante un muelle.
El esquema del circuito nemático descrito sería:
Para este circuito hemos usado
un cilindro de efecto simple y una
válvula 3/2 vías (3 orificios y dos
posiciones).
Para la explicación de este circuito es necesario entender el funcionamiento de la
válvula 3/2 que se puede resumir con el siguiente esquema:
Otro componente neumático es la válvula de simultaneidad o célula que realiza la
función lógica Y que solo envía aire cuando hay aire por sus dos entradas, la estructura y
símbolo sería la siguiente.
Otra válvula sería la selectora que realiza la función lógica O, es decir hay salida de aire
por A si entra aire por cualquiera de las entradas (X o Y), la estructura y símbolo serían:
Explica la diferencia entre estos y como funcionarían:
Ejemplo 1
Ejemplo 2
Ejemplo 3
Explica los siguientes circuitos:
CIRCUITOS NEUMÁTICOS. EJEMPLOS Y APLICACIONES
La neumática es la rama de la técnica que se dedica al estudio y aplicaciones
prácticas del aire comprimido.
Cuando se infla un globo y de repente se deja en libertad, la energía neumática
acumulada en el interior del globo hace que salga despedido a gran velocidad. Decimos que
se ha producido una transformación de la energía almacenada en trabajo útil.
Los sistemas neumáticos son muy útiles en la industria porque proporcionan movimiento lineal y circular y desarrollan grandes fuerzas.
El trabajo que es capaz de desarrollar el aire comprimido tiene múltiples aplicaciones en la
industria, entre las que podemos citar las siguientes:
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Apertura y cierre de puertas.
o Se emplea en las puertas de los autobuses o trenes. La apertura se
consigue proporcionando aire comprimido a un cilindro, que a su vez
desplaza cierto mecanismo consiguiéndose la apertura. Para cerrar la
puerta, normalmente, se deja escapar el aire acumulado y la puerta
vuelve a su posición inicial gracias aun resorte; se produce un sonido de
escape de aire que es característico de los circuitos neumaticos.
Herramientas.
o En el mundo de las herramientas, el aire comprimido es ampliamente
utilizado en perforadoras, taladros, martillos, pulverizadores, pistolas de
pintor, etc.
Construcción de automóviles.
o La fijación de los paneles de las carrocerías se realiza por medio de
cilindros neumáticos. Se utilizan diferentes tipos de cilindros
dependiendo del trabajo que se deba realizar, del espacio disponible y de
la fuerza requerida. También se utilizan para evitar deformaciones de la
chapa, ya que pueden soportar los grandes esfuerzos generados por la
mecanización o por las deformaciones propias de la soldadura.
Agricultura e instalaciones ganaderas.
o Los sistemas neumáticos son muy utilizados en la distribución de
piensos para la alimentación animal, en el pesado de ganado, ventilación
de invernaderos, etc.
En las minas de carbón.
o Su utilización es fundamental, ya que asegura la ventilación necesaria en
el interior de los profundos túneles y galerías. Por otra parte, el aire
comprimido utilizado es la fuente de energía que hace funcionar los
diversos motores neumáticos que mueven los ventiladores, las bombas
de agua, las cintas transportadoras, las máquinas de extracción o los
martillos neumáticos.
Empujar y levantar cargas pesadas.
o En las cadenas de montaje automatizadas es bastante habitual mover,
desplazar o elevar grandes cargas. En el dentista. En todas las clínicas
odontológicas existe un compresor que tiene principalmente dos
funciones: alimentar el motor neumático del torno y aspirar, mediante
generación de vacío, los residuos generados en la intervención. !
CIRCUITOS HIDRÁULICOS
Los circuitos hidráulicos se emplean en aquellas aplicaciones en las que se necesita
conseguir presiones más elevadas que las que pueden obtenerse con el aire comprimido.
Con los circuitos hidráulicos se consiguen, además, movimientos mas lentos y precisos que
con los circuitos neumáticos; esto se debe a que el líquido, al contrario que el aire, no varía
de volumen.
En contrapartida, las instalaciones hidráulicas son considerablemente más caras que las
instalaciones neumáticas.
EJEMPLOS Y APLICACIONES
LA PRENSA HIDRAULICA
La prensa hidráulica es una de las aplicaciones más conocidas del principio de Pascal. Se
trata de una máquina formada por dos émbolos de diferente tamaño que están en contacto
con un líquido, de manera que cuando se empuja hacia abajo el émbolo pequeño, la presión
se transmite por el líquido y hace que el émbolo grande ascienda, prensando contra un tope el objeto colocado sobre él.
Las prensas hidráulicas se pueden emplear, entre otros usos, para prensar aceitunas y
extraer el aceite; como elevadores o gatos hidráulicos en los talleres mecánicos; en los
aviones, para bajar o retraer el tren de aterrizaje y para accionar los alerones y el timón; en
el transporte terrestre, para acciofiar los frenos, etc.
EL FRENO HIDRAULICO
Los frenos hidráulicos son los más utilizados actualmente. Su principio de funcionamiento
se basa en el principio de Pascal. Al acciohar el pedal de freno, se acciona un émbolo que
obliga a circular el líquido de frenos por conductos hasta llegar a las zapatas, que presionan
sobre las ruedas para que dejen de rodar.
Veamos con más detalle cómo funciona el freno hidráulico.
Cuando se pisa el pedal de freno, el pistón comprime el líquido de frenos mediante el
cilindro maestro y la presión se transmite a través de las canalizaciones del sistema.
La presión llega a los cilindros esclavos de los frenos a través de las tuberías, de manera
que la fuerte presión obliga a los émbolos a juntarse. Los émbolos están unidos a las
zapatas, las cuales se ocupan de oprimir enérgicamente contra los discos de freno de la
rueda, consiguiendo así que las ruedas se detengan.
Al soltar el pedal, su propio resorte lo devuelve a su posición de reposo, obligando así a
retroceder al pistón del cilindro. De este modo, se recupera el líquido enviado hasta los
frenos, y las zapatas vuelven a su posición de reposo gracias a unos resortes que tienen
acoplados.
EL BRAZO HIDRAULICO: GRÚAS y BRAZOS ROBOTIZADOS
La utilización de los brazos robotizados y grúas está bastante extendida en campos tan
diversos como la minería, la industria petrolera, las telecomunicaciones, la construcción de
carreteras, las obras de construcción civil, etc.