Neumática Industrial. Generalidades. El Circuito Neumático

Neumática Industrial. Generalidades. El Circuito
Neumático. Aplicaciones Industriales.
Dr. Raúl Martín – Universidade do Algarve
[email protected] – Septiembre 2010
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Contenido
1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
1.2. Propiedades más relevantes.
2. El circuito neumático.
2.1. Estructura.
2.2. Componentes: Características y
funcionamiento.
3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.
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Contenido
1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
1.2. Propiedades más relevantes.
2. El circuito neumático.
2.1. Estructura.
2.2. Componentes: Características y
funcionamiento.
3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.
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1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
Griegos
Pneuma: soplido, aliento, alma
Pneumatica: técnica que utiliza el aire
como vehículo para transmitir energía
Navegación a vela
Molinos de viento: moliendas y bombeo
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1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
2500 a.C. – Muelles de soplado
1500 a.c. – Fuelle de mano y de
pie (fundición no ferrosa)
s I. a.C. – el Griego Tesibios
inventa el cañón neumático
s. XVII - Estudio de los gases:
Torricelli, Pascal, Mariotte,
Boyle, Gay Lussac
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1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
Portada de la "Cyclopaedia" de Ephraim Chambers (1728), y Tabla de Neumática
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1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
1688 – Máquinas de émbolos (Papín)
1762 – Cilindro soplante (John Smeaton)
1776 – Prototipo compresor (John Wilkinson)
s. XIX – Se empieza a usar la neumática en la
industria de forma sistémica
1857 – Perforación túnel Mont Celis
1869 – Freno de aire para FFCC
1880 – Primer martillo neumático
1888 – Red de distribución de aire en París
s. XX – Incorporación de la neumática en mecanismos
y automatización
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1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
Actualidad - Nueva generación tecnológica s.XXI:
la electrónica como mando
Robots, manipulación, autómatas programables
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1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
Actualidad - Nueva generación tecnológica s.XXI:
la electrónica como mando
Robots, manipulación, autómatas programables
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1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
Ventajas para la automatización:
- Elasticidad, puesto que puede ser almacenada en
recipientes una vez comprimido
- No posee características explosivas, aún habiendo sido
comprimido
- La velocidad de los actuadores es elevada (1m/s)
- Los cambios de temperatura no alteran sus prestaciones
- Es una técnica limpia (desde el punto de vista
macroscópico)
- Su coste no es elevado
- Simplifica enormemente la mecánica.
Sectores: alimentación, ensamblaje y manipulación,
sistemas robotizados o industrias de proceso continuo
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1. El aire comprimido.
1.2. Propiedades más relevantes.
El aire se concentra en la troposfera, que va desde el
nivel del mar hasta unos 18 km en el ecuador y hasta
unos 8 km sobre los polos.
El aire es una mezcla de gases compuesto
principalmente de nitrógeno, oxígeno, helio, neón,
argón, dióxido de carbono, vapor de agua y algunas
partículas sólidas en suspensión.
Su densidad es de 1,293 kg/m3.
N
78%
O
20%
He, Ne, Ar.
1,3%
dioxido de carbono, vapor de agua,
partículas sólidas
Resto
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1. El aire comprimido.
1.2. Propiedades más relevantes.
Disponibilidad
Almacenamiento
Simplicidad de diseño y control
Elección del movimiento
Economía
Fiabilidad
Resistencia al entorno
Limpieza del entorno
Seguridad
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1. El aire comprimido.
1.2. Propiedades más relevantes.
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1. El aire comprimido.
1.2. Propiedades más relevantes.
2. La ley de Gay-Lussac
El volumen de aire varía en función de la temperatura.
V1 / V2 = T1 / T2
3. La ley de los Gases Ideales
El volumen de aire varía en función de la temperatura.
P1 · V1 / T1 = P2 · V2 / T2
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Inconveniente principal del a.c.: la humedad
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Contenido
1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
1.2. Propiedades más relevantes.
2. El circuito neumático.
2.1. Estructura.
2.2. Componentes: Características y
funcionamiento.
3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.
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2. El circuito neumático.
2.1. Estructura.
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2. El circuito neumático.
2.1. Estructura.
Actuadores
Válvulas
Compresor
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2. El circuito neumático.
2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Compresor.
Acumulador.
Válvulas.
Actuadores.
Tuberías.
Accesorios.
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2. El circuito neumático.
2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
 Compresores



-
De émbolo
De paletas
De tornillo
Rooths
Etc.
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2. El circuito neumático.
2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
 Acumuladores
 Almacenan el aire comprimido que
proporciona el compresor.
 Su fin principal consiste en adaptar el
caudal del compresor al consumo de la
red.
 Accesorios: puerta para inspección
interior, grifo de purga, manómetro,
válvula de seguridad, válvula de cierre, e
indicador de temperatura.
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2. El circuito neumático.
2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
 Válvulas
 Gobiernan los circuitos
neumáticos
 Las válvulas se clasifican en:
 Válvulas distribuidoras (de vías).
 Válvulas de bloqueo.
 Válvulas de presión.
 Válvulas de estrangulación.
 Válvulas de cierre
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Válvulas Distribuidoras
 Abren, cierran y dirigen el fluido en un
sentido u otro a través de las distintas
conexiones
 Identificables por:
 Número de entradas y salidas
 Número de posiciones
 Accionamiento manual, eléctrico,
neumático
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Válvulas Distribuidoras de Vías Múltiples

Pueden ser:
 Válvula distribuidora 2/2,
cerrada en reposo, junta de
bola.
 Válvula distribuidora 3/2,
cerrada en reposo, junta de
bola.
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 Válvula distribuidora 3/2,
abierta en reposo, junta
de asiento plano
 Válvula distribuidora 3/2,
accionamiento
neumático
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 Válvula distribuidora 4/2,
accionamiento
neumático
 Válvula distribuidora 5/2,
accionamiento
neumático
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Válvulas de Presión
 Limitan o regulan la
presión del circuito o de
parte del mismo.
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Válvulas de Estrangulación (Caudal)
 Limitan o regulan el caudal
del circuito o de parte del
mismo
 Influyen en la velocidad de los
actuadores
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2. El circuito neumático.
2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
 Actuadores
 Convierten la energía de
presión en energía
mecánica
 Pueden ser
Actuadores lineales
Motores
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Actuadores Lineales
Simple efecto
- Con membrana
- Con membrana arrollable
Doble efecto
- Con doble vástago
- Con amortiguación interna
De émbolo giratorio
Giratorio
Telecóspico
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Motores Neumáticos




De engranajes
De aletas
Turbomotores
De émbolos
 Axiales
 Radiales
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2. El circuito neumático.
2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
 Tuberías
Líneas de conducción del aire comprimido
Procurar caída del 2% para conducir condensados
a las purgas
Sistema abierto o cerrado
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2. El circuito neumático.
2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
 Accesorios
 Elementos secundarios del circuito, pero no por ello
menos importantes que los componentes principales.
 Enfriadores, Secadores, Unidad de mantenimiento,
filtros, temporizadores, lubricadores, manómetros,
etc.
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Compresor + Enfriador + Acumulador + Secador
 Enfriador: enfrían el aire para
permitir que vuelva a ser
comprimido (compresor
multietapas)
 Evitan el calentamiento del aire
y por tanto que coja humedad
 Secador: eliminan el vapor de
agua contenido en el aire
 Pueden ser: en frío, por
absorción, y por adsorción
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Filtros
 Limpian el aire de
impurezas
 Eliminan condensados
 Suponen pérdida de
carga
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Lubricador
 El aire es dotado de una
fina neblina de aceite.
 Así, las piezas móviles de
los elementos
neumáticos se proveen
de lubricante,
disminuyéndose el
rozamiento y el desgaste.
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Unidad de Mantenimiento
 Filtro + Reductor +
Lubrificador
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Manómetros
 Miden la presión en un
punto o parte del circuito
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Simbología
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Contenido
1. El aire comprimido.
1.1. Historia.
1.2. Propiedades más relevantes.
2. El circuito neumático.
2.1. Estructura.
2.2. Componentes: Características y
funcionamiento.
3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
¿QUE PUEDE HACER LA NEUMÁTICA?
Las aplicaciones del aire comprimido no tienen límites: desde la utilización,
por parte del óptico, de aire a baja presión para comprobar la presión del
fluido en el ojo humano, a la multiplicidad de movimientos lineales y rotativos
en máquinas con procesos robóticos, hasta las grandes fuerzas necesarias
para las prensas neumáticas y martillos neumáticos que rompen el hormigón.
El ser humano posee el compresor más
antiguo: los pulmones, capaces de
bombear 100 l/min a una presión entre
0,02 y 0,08 bar
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
Accionamiento de válvulas para aire, agua o productos
químicos
Accionamiento de puertas pesadas o calientes
Descarga de depósitos en la construcción, fabricación de acero,
minería e industrias químicas
Apisionamiento en la colocación de hormigón
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
Elevación y movimiento en maquinas de moldeo
Pulverización en la cosecha y accionamiento de otro
equipamiento tractor
Pintura por pulverización
Sujeción y movimiento en el trabajo de la madera y la
fabricación de muebles
Montaje de plantillas y fijación en la maquinaria de ensamblado
y maquinas herramientas
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
Sujeción para encolar, pegar en caliente o soldar plásticos
Sujeción para soldadura fuerte y normal
Operaciones de conformado para curvado, trazado y alisado
Maquinas de soldadura eléctrica por puntos.
Ribeteado
Accionamiento de cuchillas de guillotina
Maquinas de embotellado y envasado
Accionamiento y alimentación de maquinaria para trabajar la
madera
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
Plantillas de ensayo
Maquinas herramientas mecanizado o alimentación de
herramientas
Transportadores de componentes y materiales.
Manipuladores neumáticos
Calibrado automático o verificación
Extracción del aire y elevación por vació de placas finas.
Tornos de dentista
Y muchos mas....
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
1. Agricultura y explotación forestal
2. Industria de producción de energía
3. Explotación minera
4. Industria Química
5. Industria petrolífera
6. Industria del plástico
7. Áridos, vidrio
8. Industria metalúrgica
9. Industria de productos no metálicos
10. Construcción de máquinas
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
2. Industria de producción de energía
2.01. Centrales eléctricas
dispositivos de ventilación para edificios de caldera
correderas telemandadas
mandos de interruptores neumáticos
2.02. Centrales nucleares
entrada y salida de barras de combustibles y dispositivos de
frenado
cierres de compuertas
dispositivos de control y de medición
2.03. Abastecimiento de agua
control de nivel y servomecanismos de corredera
accionamiento de válvulas y rejillas en instalaciones de
depuradoras y suministros
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
4. Industria Química
Dispositivos para cierre de tapas
Instalaciones de dosificación
Accionamiento de rodillos mezcladores de laboratorio
Dispositivos de elevación y descenso para baños
Accionamiento de compuertas
Mandos de balanzas
Técnica de embalaje
Reguladores de nivel
Dispositivos de regulación de procesos
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
6. Industria del plástico
6.01. Producción de plástico
Dispositivos de mando para el transporte y la
distribución de material fluido
Accionamiento de válvulas y cierre de silos
6.02. Fabricación de piezas de plástico
Ajuste de los rodillo de la calandra
Accionamiento de cuchillas
Dispositivos de cierre para embutición profunda
Etc.
6.03. Fabricación de piezas de goma.
Dispositivos de seguridad
Etc.
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
8. Industria metalúrgica
8.01. Siderurgia.
Dispositivos auxiliares en laminadoras
Accionamientos para máquinas separadoras
Etc.
8.02. Metalurgia – Materia prima
Dispositivos auxiliares en hornos de fusión
Dispositivos de sujección y de accionamiento de cizallas y
sierras
Etc.
8.03. Fundición.
Dispositivos de transporte y de almacenamiento
Máquinas de desbarbado
Cierres de lingoteras
Etc.
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
9. Industria de productos no metálicos.
9.1. Industrial del papel.
Dispositivos para el desplazamiento de rodillos y
tensores, y de apilar
Dispositivos de transporte, sujeción, corte, plegado,
prensado, empaquetado
Accionamiento de prensas de recortes
Accionamiento de dosificadores de grapas
Control de cinta
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.1. Campo de actuación.
9. Industria de productos no metálicos.
9.5. Construcción.
Mandos de cierre de silos para material de construcción
Mandos para mezcladores según peso
Prensas moldeadoras para bloques de materiales sintéticos
Dispositivos de transporte para hornos de ladrillos y la
industria de materiales prefabricados
Instalaciones de dosificación para materiales de
construcción y asfalto
Instalaciones para pintar a pistola
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3. Aplicaciones de la neumática.
3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.
- Transporte:
Cojines Neumáticos
Sistema de frenado
- Motor de Aire Comprimido
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Transporte: Cojines neumáticos
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Funcionamiento del Cojín Neumático
El coeficiente de fricción se reduce a niveles de 0,001 !!!!!!!!
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Características
 El cojín admite una Presión máxima que evita que ésta se dispare.
 Las dimensiones de anchura y longitud le confieren una gran
adaptabilidad con la carga.
 Altura de construcción (variable a petición del cliente).
 Altura de elevación (con una tolerancia de 5 mm).
 Válido para suelos revestidos con resina sintética.
 Consumo energético específico, calculado para un compresor con
una absorción de energía de 5,5 a 6 Kw min/m3.
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Ventajas







ahorran energía
requieren poca inversión
están protegidos contra explosiones
son flexibles
silenciosos
fáciles de utilizar
respetuosos con el medio ambiente
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Trasnsporte interior
 Pueden reducir los gastos de producción hasta un 40 %, ya que ofrece las
siguientes ventajas:
 Medio de transporte de gran flexibilidad, móvil en todas las direcciones.
 Fácil adaptación a nuevos productos.
 Menor superficie necesaria que con la técnica de transporte
convencional.
 Ausencia de costosos equipos con pesados sistemas de elevación.
 Desaparición de los carriles y de las grúas.
 Menor consumo energético gracias a la eliminación casi completa de la
fricción.
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Transporte interior
 Inversión rentable también para la producción de series pequeñas.
 Posibilidad de utilizar los sistemas de cojines neumáticos con una
carga desde 0,1 a más de 1000 toneladas.
 Exactitud de posicionamiento.
 Adquisición económica.
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Aplicaciones
Fabricación de grandes transformadores.
Gracias a la combinación de varios pallets “pequeños” e iguales es
posible abarcar fácil y económicamente la gama completa de
producción desde las 10 tons hasta más de 560 tons.
Sistema de transporte basado en cojines neumáticos
deslizantes aplicado a la industria aeronáutica.
Se consigue un montaje final integrado, es decir, se realizan en un
mismo lugar el montaje final y el equipamiento interior, asimismo, el
montaje en el interior y en el exterior del avión pueden realizarse al
mismo tiempo.
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Aplicaciones
Fabricación de vehículos sobre carriles.
Se permite un ahorro del 50% en los gastos de inversión y un
aumento de la productividad entre un 20% y un 40%.
Gracias a esta técnica ha sido posible conseguir por primera vez
una planta de montaje realmente flexible.
Accionamiento de sistemas de elevación.
Mecanismos de elevación (carretillas elevadoras, plataformas
elevadoras o grúas) equipados con sistemas de cojines neumáticos
deslizantes permiten una gran libertad de movimiento en cualquier
dirección y, al contrario de los mecanismos de traslación utilizados
hasta ahora, permiten que una sola persona mueva cargas muy
pesadas.
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Aplicaciones
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Transporte: Sistema de Frenado
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La grúa-cama NICOLAS
Velocidad de 4 km/h
hasta 200 toneladas de carga
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NICOLAS
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Compresor NICOLAS
 De Paletas
 Accionado por correa desde el
motor
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Calderines NICOLAS
 2 calderines, de 45 y 60
litros, para la parte
delantera
 Idem para la parte trasera
 TOTAL 4 calderines
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Válvulas de NICOLAS




Válvula de antirretorno [2]
Válvula de presión proporcional [12]
Electroválvula 3/2 – [15]
Válvula selectora (“O”) – [17]
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Actuadores NICOLAS
Cilindro de doble cámara por muelle
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Accesorios NICOLAS





Filtro de conducción
Desecador de aire
Indicador de presión mínima
Válvulas de purga automática
Etc.
75
Circuito Neumático. NICOLAS.
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Circuito Neumático. NICOLAS.
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NICOLAS. Estructura.
Abastecimiento de energía.
Sensores. Señales de entrada.
Procesadores.
Válvulas de control.Señales de mando.
Actuadores. Señales de salida.
78
En Marcha. Desbloqueo de frenos.
79
En Marcha. Frenamos.
80
Frenado de Estacionamiento / Emergencia
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Motor de aire comprimido
http://www.motordeaire.com/
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Motor de aire comprimido
Las nuevas aplicaciones del motor MDI abren
multitud de posibilidades en campos como:
-la náutica
- co-generación
- motores auxiliares
- grupos electrógenos
-etc.
El aire comprimido es un nuevo vector
energético que permite, de forma viable, la
acumulación y el transporte de la energía.
http://www.motordeaire.com/Pdf/Comparativo_motores.pdf
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Gracias,
[email protected]
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