Índice 1.-Resumen .......................................................................................................................................... 2 2.-Objetivos .......................................................................................................................................... 2 3.-Características técnicas de equipos e instrumentos .......................................................... 3 4.-Metodología experimental........................................................................................................... 7 5.-Presentación de resultados ........................................................................................................ 8 6.-Conclusiones ................................................................................................................................ 20 7.-Apéndice ........................................................................................................................................ 21 2 1.-Resumen En esta experiencia se estudian los componentes básicos que componen un circuito neumático, las funciones que cumplen en distintos dispositivos y su representación gráfica en un plano, los cuales constituyen la base para las siguientes experiencias del laboratorio de este ramo. Para llevarlo a cabo, se arman los circuitos que se presentan en la guía y se plantean problemas los cuales se deben solucionar creando un circuito neumático desde cero, con la ayuda de la teoría. 2.-Objetivos Objetivos Generales ● Identificar los elementos básicos de un circuito neumático. ● Montar y analizar circuitos neumáticos básicos. Objetivos Específicos Reconocer los elementos componentes, simbología y su forma de montaje en el banco meumático. Realizar montaje de circuitos básicos y su análisis. 3 3.-Características técnicas de equipos e instrumentos Cilindro de doble efecto ● Fluido: aire comprimido, con o sin lubricación. ● Construcción: cilindro con émbolo. ● Presión máxima de funcionamiento: 10 [bar]. ● Diámetro del émbolo: 8 [mm]. ● Carrera máxima: 100 [mm]. ● Fuerza de avance con 6 [bar]: 189 [N]. ● Fuerza de retroceso con 6 [bar]: 158 [N]. Imagen 1. Cilindro de doble efecto con su respectivo símbolo. Cilindro de simple efecto ● Fluido: Aire comprimido, con o sin lubricación. ● Construcción: cilindro con émbolo. ● Presión máxima de funcionamiento: 10 [bar]. ● Diámetro del émbolo: 8 [mm]. ● Carrera máxima: 50 [mm]. ● Fuerza de avance con 6 [bar]: 139 [N]. ● Fuerza mínima del muelle de retorno: 13,6 [N]. Imagen 2. Cilindro de simple efecto con su respectivo símbolo. 4 Válvula de 3/2 vías con pulsador, cerrada en posición normal Fluido: aire comprimido filtrado, con o sin lubricación (o vacío, conexión en 1). Construcción: válvula de asiento, accionamiento directo en un lado, con muelle Accionamiento: pulsador. Margen de presión: desde -0,9 hasta 8 [bar]. Caudal nominal 1...2: 60 [L/min]. Fuerza de accionamiento con 6 [bar]: 6 [N]. Imagen 3. Válvula de 3/2 vías con su respectivo símbolo. Válvula de 5/2 vías con interruptor selector manual Fluido: aire comprimido filtrado, con o sin lubricación. Construcción: válvulas de asiento, accionamiento directo en un lado, con muelles de reposición. Accionamiento: interruptor selector. Margen de presión: desde -0,9 hasta 8 [bar]. Caudal nominal 1...2: 60 [L/min]. Fuerza de accionamiento con 6 [bar]: 6 [N]. Imagen 4. Válvula de 5/2 con su respectiva figura. 5 Válvula de escape rápido ● Fluido: aire comprimido filtrado. ● Construcción: válvula de asiento. ● Margen de presión: desde 0,5 hasta 10 [bar]. ● Caudal nominal: 1...2 = 300 [L/min]; 2...3 = 390 [L/min]. Imagen 5. Válvula de escape rápido con su respectivo símbolo. Válvula de simultaneidad ● Fluido: aire comprimido filtrado, con o sin lubricación. ● Construcción: entrada AND (válvula de doble presión). ● Margen de presión: desde 1 hasta 10 [bar]. ● Caudal nominal 1, ⅓...2: 550 [L/min]. Imagen 6. Válvula de simultaneidad con su respectivo símbolo. 6 Selector de circuito ● Fluido: aire comprimido, con o sin lubricante. ● Construcción: entrada OR (válvula de regulación). ● Margen de presión: desde 1 hasta 10 [bar]. ● Caudal nominal: 500 [L/min]. Imagen 7. Selector de circuito con su respectivo símbolo. Válvula neumática de 3/2 vías reequipable Fluido: aire comprimido filtrado. Construcción: válvula de distribución, accionamiento indirecto unilateral, muelle de retorno. Margen de presión: desde 2,5 hasta 10 [bar]. Caudal nominal: 500 [L/min]. Imagen 8. Válvula de 3/2 vías con su respectivo símbolo. 7 4.-Metodología experimental La experiencia comienza con el profesor dando una breve introducción sobre la neumática y como está es de mucha utilidad en muchas aplicaciones de uso cotidiano. Luego muestra todos los dispositivos que utilizaremos durante el laboratorio para conocer sus características y funciones dentro de un sistema. Se establecen las reglas de seguridad y procedimientos del laboratorio mediante una demostración, en donde se ensambla un sistema simple conformado por un pulsados y un cilindro simple. Luego se pide que se realicen ocho circuitos básicos presentes en la guía del laboratorio y problemas en los cuales hay que modificar los circuitos básicos para que el conjunto realice una función. Al momento de armado y desarmado de los circuitos neumáticos se debe procurar que la llave de paso del aire se encuentre cerrada. Posterior a cada ensamblaje, se saca una fotografía, se observa y analiza cada sistema para comprender el movimiento del aire comprimido a través de los distintos componentes. 8 5.-Presentación de resultados Mando de un cilindro de simple efecto (mando directo) Se busca accionar un cilindro de simple efecto al operar un botón para luego regresar a su posición original al soltar dicho botón. Para esto se confecciona un circuito neumático constituido por el cilindro de simple efecto, una unidad reguladora, una válvula distribuidora y una válvula de 3/2 vías accionada por un pulsador, normalmente cerrada. El circuito consiste en conectar la unidad reguladora a la válvula distribuidora, para así contar con diversas vías de trabajo, ésta válvula se conecta a la válvula 3/2 vías con botón pulsador y ésta se conecta a la entrada del cilindro de simple efecto. Se abre la llave de paso alimentadora y se regula la presión de la unidad reguladora a unos 20 PSI, ya que la válvula 3/2 vías es una válvula normalmente cerrada no se produce efecto alguno, sin embargo al pulsar el botón la válvula se abre permitiendo el ingreso del fluido al cilindro de simple efecto, una vez que se suelta el botón la válvula se cierra impidiendo el paso del fluido, lo que produce que el vástago del cilindro vuelva a su posición original gracias a un resorte que contiene internamente. Imagen 9. Mando de un cilindro de simple efecto. 9 Mando de un cilindro de doble efecto Se busca el mismo objetivo en un cilindro de doble efecto, cabe señalar que un cilindro de doble efecto no posee un resorte en su interior para que vuelva el vástago a su posición original, sino que cuenta con dos vías de ingreso de fluido, la diferencia de área debido al vástago causa que se produzca una mayor fuerza en la sección libre del vástago a una misma presión del fluido. Para confeccionar el circuito se conecta el regulador de presión a la válvula distribuidora, luego ésta es conectada en la entrada de una válvula 5/2 accionada por una perilla y a la salida de ésta se conecta con la entrada del cilindro de doble efecto. Para que se produzca el efecto de retorno del vástago se conecta otra salida de la válvula distribuidora hasta la salida del cilindro de doble efecto. Se regula la presión a unos 20 PSI y se gira la perilla, ésto provoca que la válvula se abra causando un desplazamiento del vástago, luego se gira la perilla cerrando la válvula, al ingresar fluido constantemente a la salida del cilindro de doble efecto produce que el vástago se devuelva a su posición original. Imagen 10. Mando de un cilindro de doble efecto. 10 Mando con selector de circuito para un cilindro simple Se pide poder accionar un cilindro de simple efecto desde dos circuitos distintos. Para realizar el circuito se conectan dos válvulas 3/2 accionadas por pulsador desde la válvula distribuidora hasta una válvula selectora de circuitos, la salida de la válvula selectora se conecta a la entrada del cilindro de simple efecto. Al regular la presión a unos 20 PSI y accionar uno de los botones se produce la abertura de la válvula accionada, ingresa el fluido a la válvula selectora, se cierra la otra vía de entrada de la selectora y se abre la de salida, permitiendo el ingreso del fluido al cilindro de simple efecto produciendo el accionamiento del vástago. Al soltar el botón y presionar el otro, se produce el mismo efecto, logrando así accionar el cilindro desde distintos circuitos, como así también presionándolos simultáneamente. Imagen 11. Mando con selector para cilindro simple. 11 Regulación de la velocidad de un cilindro de simple efecto. Se pide poder regular la velocidad de salida del vástago con una válvula antirretorno estranguladora. En la confección de éste circuito, se conecta el regulador de presión a la válvula distribuidora, luego se conecta una válvula 3/2 accionada por un pulsador desde la válvula distribuidora hasta la válvula antirretorno estranguladora y ésta es conectada al cilindro de simple efecto. Al regular la presión se abre la válvula, el fluido pasa por la válvula antirretorno estranguladora, ésta posee un tornillo el cual permite controlar el caudal del fluido al apretar o soltar el tornillo, esto permite regular la velocidad de salida del vástago del cilindro de simple efecto. Imagen 12. Regulación de la velocidad de un cilindro de simple efecto. 12 Regulación de la velocidad de retorno del vástago. Esto se realiza invirtiendo los extremos de entrada y salida de la válvula estranguladora, al girar el tornillo se puede regular la velocidad de retorno del vástago pero no así la velocidad de salida de éste. Imagen 13. Regulación de la velocidad del retorno del vástago. 13 Regulación de velocidad de salida y entrada del vástago de un cilindro doble efecto. Las solución se divide en parte a y parte b, pero con objetivo de realizar un circuito más complejo se decidió realizar un solo circuito que cumpla con ambas funciones simultáneamente, es decir que se puede regular la salida del vástago tanto de entrada como de salida en un mismo circuito, esto se realiza agregando una válvula de estrangulamiento desde la salida la válvula 3/2 con accionamiento por botón hasta la entrada del cilindro. Por otro lado se agrega otra válvula de estrangulamiento desde la válvula distribuidora hasta la otra entrada del cilindro de doble efecto, logrando así regular la velocidad tanto de entrada como de salida del vástago. Imagen 14. Regulación de la velocidad de entrada y salida del vástago. 14 Mando indirecto de un cilindro de simple efecto Manteniendo constantes el regulador de presión y la válvula distribuidora, se conecta una válvula 3/2 accionada por un pulsador hasta otra válvula neumática de 3/2 vías en un extremo. La salida de dicha válvula es conectada al cilindro de simple efecto y, a su vez, es alimentada desde la válvula distribuidora, logrando así el mando indirecto en un cilindro de simple efecto. Imagen 15. Mando indirecto de un cilindro de simple efecto. 15 Aumento de la velocidad en un cilindro de simple efecto Desde la válvula distribuidora, la cual se alimenta de un regulador de presión se conecta una válvula 3/2 accionada por pulsador, a ésta se conecta una válvula de escape rápido con silenciador y ésta a su vez se conecta al cilindro de simple efecto. Al alimentar la presión del circuito a unos 30 PSI y presionar el botón, se produce el movimiento del vástago del cilindro de simple efecto y al soltar el botón el vástago regresa a su posición original a una mayor velocidad gracias a la válvula de escape rápido que permite purgar el aire del circuito de forma más rápida. Imagen 16. Aumento de velocidad en un cilindro simple. 16 Aumento de la velocidad de salida de un cilindro de doble efecto. Para cumplir el objetivo, se conecta una válvula 5/2 accionada por una perilla desde la válvula distribuidora hasta la entrada de la válvula de escape rápido con silenciador y ésta última, a su vez, se conecta a un extremo del cilindro de doble efecto, además la otra salida de la válvula 5/2 es conectada al otro extremo del cilindro de doble efecto, se eleva la presión del circuito a unos 30 PSI y se acciona el botón, luego el botón se suelta, al observar el vástago del cilindro se nota claramente como aumenta la velocidad de salida de éste gracias a la válvula de escape rápido. Además, esto hace que el que retorno del vástago sea levemente amortiguado. Imagen 17. Aumento de la velocidad en un cilindro de doble efecto. 17 Mando con una válvula de simultaneidad. Se conectan dos válvulas 3/2 accionadas por pulsador con retorno por resorte desde la válvula distribuidora hasta las entradas de una válvula de simultaneidad, la que se conecta al cilindro de simple efecto, la válvula de simultaneidad permanece cerrada mientras no exista presión por ambas entradas, es por ésto que al accionar los pulsadores simultáneamente la válvula de simultaneidad se abre permitiendo el paso del fluido al cilindro de simple efecto logrando mover el vástago, el circuito es alimentado a 30 PSI. Imagen 18. Mando con válvula de simultaneidad. 18 Mando con una válvula de simultaneidad (otra solución) Para la solución de éste problema se mantiene el mismo circuito, pero se reemplaza la válvula de simultaneidad por una válvula neumática de 3/2 vías. Esta válvula causa el mismo efecto, es decir, los pulsadores de las 2 válvulas deben ser accionados al mismo tiempo. Imagen 19. Circuito propuesto para un mando con válvula de simultaneidad. 19 Accionamiento indirecto de un cilindro doble efecto, que debe avanzar al oprimir un pulsador y deberá retroceder cuando se suelte dicho pulsador. Se confecciona un circuito idéntico al realizado anteriormente, específicamente el de accionamiento indirecto de un cilindro de simple efecto, pero esta vez se cambia el cilindro de simple efecto por uno de doble efecto, la otra entrada de aire del cilindro de doble efecto es conectada directamente a la válvula distribuidora, permitiendo así que al alimentar el circuito y presionar el botón el vástago salga del cilindro y, al soltarlo, el vástago vuelva a su posición original. Imagen 20. Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto. 20 6.-Conclusiones Existen válvulas de distintos tipos, cada una de éstas se puede utilizar para una aplicación diferente dependiendo el requerimiento que se solicite, estas válvulas pueden trabajar independientemente o conectarse entre sí para trabajar en conjunto. Un circuito que cumpla una función determinada se puede construir de diferentes formas, ya sea con otro tipo de válvulas, o en distinto orden, sin embargo es necesario estudiar cuidadosamente que se cumpla el mismo objetivo de aplicación, ésto queda demostrado al confeccionar los diversos circuitos realizados durante la experiencia, en los cuales en ocasiones se debió buscar una nueva solución para la misma aplicación. Para trabajar en los sistemas neumáticos se debe tener sumo cuidado al momento de manipular los distintos objetos debido a las altas presiones en los que estos operan, si bien en el laboratorio se trabajó con presiones prácticamente altas, no se comparan con las presiones utilizadas a nivel industrial, por lo que se deben utilizar todos los equipos de seguridad disponibles. Cada una de las válvulas neumáticas cuenta con su simbología respetando la nomenclatura establecida por las normas establecidas, es de gran importancia conocer esta nomenclatura ya al leer la simbología se puede reconocer qué tipo de válvula es y cuál es su función. Algunos elementos de los circuitos neumáticos poseen filtros para eliminar la humedad y limpiar el aire que entra al circuito, así teniendo un aire más puro y por lo tanto de mejor calidad para realizar las operaciones 21 7.-Apéndice Neumática Es la tecnología que utiliza el aire comprimido como medio de transmisión de energía necesaria para accionar distintos mecanismos. Los procesos consisten en incrementar la presión de aire y a través de la energía acumulada sobre los elementos del circuito neumático (por ejemplo las cilindros) y efectuar un trabajo útil. Los circuitos neumáticos básicos están formados por una serie de elementos que tienen la función de la creación de aire comprimido, su distribución y control para efectuar un trabajo útil por medio de unos actuadores llamados cilindros. Ventajas de la neumática El aire se puede obtener fácilmente y es abundante en la tierra. No es explosivo, por lo tanto no hay riesgo de chispas. Los elementos del circuito neumático pueden trabajar a velocidades bastante altas y se pueden regular fácilmente. El trabajo con aire no daña los componentes del circuito por ejemplo por golpe de ariete. Los cambios de temperaturas no afectan de forma significativa en el trabajo. Energía limpia. Se pueden hacer cambios de sentido de forma instantánea. Desventajas de la neumática Si el circuito es muy largo se producen pérdidas de carga considerables. Para poder recuperar el aire previamente utilizado se necesitan instalaciones especiales. Las presiones a las que se trabaja habitualmente no permiten obtener grandes fuerzas y cargas. Bastante ruido al descargar el aire utilizado a la atmósfera. 22 Campos de aplicación ● Sujeción de piezas. ● Desplazamiento de piezas. ● Bifurcación del flujo de materiales. ● Embalar. ● Llenar. ● Dosificar. ● Accionar ejes. ● Abrir y cerrar puertas. ● Estampar y prensar piezas. ● Guillotinar. ● Perforar. ● Tornear. ● Fresar. ● Cortar. ● Deformar. ● Controlar. Bibliografía Neumática Nivel Básico. FESTO. Catálogo de equipos neumáticos. FESTO. DIMEC Usach. EN2 “Laboratorios de Oleohidráulica y Neumática”.
