neumatica

Autor
:
DIDÁCTICA EMPRESA S.T.O.P.
Adaptación y Actualizacion
Yul R. Paradas H.
La Pastora estado Lara
Venezuela
NEUMATICA BASICA
.
NEUMATICA BASICA
INDICE
EL AIRE
LA PRESION ATMOSFERICA
PRESION ABSOLUTA Y PRESION RELATIVA
LA PRESION Y CAUDAL 1RA PARTE
LA PRESION Y CAUDAL 2DA PARTE
PRINCIPIO DE VENTURI
PRODUCCION Y PREPARACION DE AIRE
LOS COMPRESORES
DEL COMPRESOR AL DEPOSITO DE ACUMULACION DE AIRE
DEL DEPOSITO A LA UTILIZACION
CALCULOS DE TUBERIA
TRATAMINETO DEL AIRE COMPRIMIDO - FILTRO
TRATAMINETO DEL AIRE COMPRIMIDO – EL REGULADOR
DE PRESION
TRATAMINETO DEL AIRE COMPRIMIDO - EL LUBRICADOR
DIMENSIONAMIENTO DE UN GRUPO FRL
CILINDROS
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
COMPONENTES Y TERMINOS DE UTILIDAD
EVOLUCION DE LA PRESION EN LAS DOS CAMARAS DE UN
CILINDRO DOBLE EFECTO
FUERZAS DESARROLLADAS
CARACTERISTICAS DE CONSTRUCCION
DIMENCIONAMIENTO DE UN CILINDRO EN FUCION DE LA
CARGA APLICADA
FASE DE FRENADO DEL MOVIMIENTO DE UN CILINDRO D. E.
FASE DE ARRANQUE DE UN CILINDRO D. E
FIJACION DEL CILINDRO
ACOPLAMIENTO DEL VASTAGO
ESFUERZOS DEL VASTAGO POR LA CARGA DE PUNTA
CONSUMO DE AIRE LIBRE DE UN CILINDRO
VALVULAS
VALVULAS NEUMATICAS
CLASIFICACION DE LAS VALVULAS DE DISTRIBUCION
VALVULAS DE DISTRIBUCION DE OBSTURADOR
FUNCIONAMIENTO DE LA VALVULA DE OBSTURADOR 3/2
NC
FUNCIONAMIENTO DE LA VALVULA DE OBSTURADOR 3/2
NA
Instructor
PAG
3
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35
38
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44
46
49
51
52
54
56
60
63
64
66
DISPOSITIVO DE MANDO MANUAL DE LAS VALVULAS DE
OBSTURADOR
DISPOSITIVO DE COMANDO MECANICO DE LAS VALVULAS DE
OBSTURADOR
MINI VALVULA DE OBSTURADOR
VALVULAS DE DISTRIBUCION DE CORREDERA 3/2
VALVULAS DE DISTRIBUCION DE CORREDERA 5/2
DISPOSITIVO DE MANDO MANUAL Y MECANICO DE LA S
VALVULAS DE CORREDERA
DISPOSITIVO DE MANDO NEUMATICO DE LAS VALVULAS DE
CORREDERA
VALVULAS DE ELABORECION DE SEÑALES 1RA PARTE
VALVULAS DE ELABORECION DE SEÑALES 2DA PARTE
CAUDAL NOMINAL DE UNA VALVULA DE DISTRIBUCION
DIMENCIONAMIENTO DE LAS VALVULAS DE DISTRIBUCION
VALVULA DE INTERCEPCION
VALVULAS REGULADORAS DE FLUJO 1RA PARTE
VALVULAS REGULADORAS DE FLUJO 2DA PARTE
TECNICAS DE LOS CIRCUITOS
SIMBOLOGIA NEUMATICA 1RA PARTE
SIMBOLOGIA NEUMATICA 2DA PARTE
NORMAS PARA LA REALIZACION DE UN ESQUEMA 1RA PARTE
NORMAS PARA LA REALIZACION DE UN ESQUEMA 2DA PARTE
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES MANDO DIRECTO 1RA PARTE
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES MANDO DIRECTO 2DA PARTE
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES MANDO INDIRECTO
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES MANDO , CICLOS INDIVIDUAL
O SEMIAUTOMATICOS
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES MANDO , CICLOS CONTINUOS
O AUTOMATICOS
REPRESENTACION LITERAL Y GRAFICA DEL MOVIMIENTO DE
VARIOS CILINDROS 1RA PARTE
REPRESENTACION LITERAL Y GRAFICA DEL MOVIMIENTO DE
VARIOS CILINDROS 2DA PARTE
PAG
71
73
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77
79
81
82
84
86
88
90
92
94
96
99
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Yul Ramón Paradas Hernández
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NEUMATICA BASICA
EL AIRE
El aire es un cuerpo gaseoso y al igual que los cuerpos sólidos y líquidos
está constituido por partículas muy menudas que reciben el nombre de
moléculas.
En los sólidos, las moléculas están estrechamente unidas entre sí; como
consecuencia de ello, los sólidos y los líquidos tienen forma y volumen
propios.
En los Líquidos dicha característica es menos sensible; en efecto, los
líquidos tienen volumen propio aunque asumen la forma del recipiente que los contiene (el volumen de 1
dm3 de agua no se altera aunque se vierta en una botella o en cualquier otro recipiente).
En los gases, y por lo tanto en el aire, las moléculas pueden moverse con libertad hasta tal punto que sus
distancias varían continuamente así como la posición de cada una respecto a las demás; por lo tanto, los
gases no tienen ni forma ni volumen propio. Es por dichas cualidades por lo que el aire puede ser
fácilmente aspirado y comprimido.
Una bomba de bicicleta nos servirá como ejemplo:
• Fig.1. Si levantamos el pistón de una bomba el aire exterior penetra en el cilindro o cámara por
el orificio del extremo de la bomba; en este caso, el aire ha sido aspirado y su volumen y su
forma serán iguales a los de la cámara que los contiene.
• Fig.2. Cerremos ahora el orificio de la bomba y ejerzamos una presión sobre el pistón; el aire, al
no poder salir por el orificio, estará obligado a ocupar un espacio más pequeño, es decir, reducir
su volumen; en este caso el aire ha sido comprimido.
• Fig.3. Está claro que el número de las moléculas contenidas en el aire aspirado quedará
invariado también en la fase de compresión; estas, sin embargo, están más cerca las unas de las
otras y mientras se desplace el pistón estarán obligadas a permanecer en espacios más
reducidos.
Realicemos ahora un simple cálculo. Antes es necesario hacer una precisión; al ser el volumen de las
moléculas contenidas en un cm3 de aire del orden de millones de millones de millones
(aproximadamente 5 seguido de 19 ceros), para una mayor comodidad de cálculo supondremos que el
total de moléculas de aire aspirado son solamente 900.
Ahora bien, si la cámara de nuestra bomba tiene un volumen de 150 cm3, las moléculas presentes en
cada cm3 al final de la aspiración será de 900/150 = 6 por cada cm3 (fig.1).
Dicho número de moléculas aumentará durante la fase de compresión; en efecto, si el volumen a
disposición de las moléculas se reduce primero a 90 cm3 y después a 60 cm3, el número de moléculas por
cm3 aumentará respectivamente a 900/90 = 10 y a 900/60 = 15 (fig. 2 y 3).
En las figuras de la siguiente página, el volumen de 1 cm3 está representado por el círculo pequeño
colocado en el centro de la cámara, obviamente aumentado.
CONSIDERACIONES
Durante la fase de compresión se verifican dos fenómenos sobre los que consideramos oportuno llamar
su atención dando, al mismo tiempo, una explicación:
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NEUMATICA BASICA
1) El número de las moléculas presentes en 1 cm3 ha ido aumentando (antes 6, después 10 y finalmente
15) bajo la progresiva disminución del volumen disponible en la cámara de la bomba).
a) El fenómeno va conectado al hecho de que las moléculas de los gases no están prácticamente
unidas entre sí y, por lo tanto, entre ellas existen «espacios» más o menos amplios.
b) Como consecuencia de esto, el volumen ocupado por las moléculas antes de la compresión no es
el mínimo indispensable, por lo tanto, en presencia de fuerzas extrañas (la acción manual sobre
el émbolo de la bomba) este se reduce siempre más, lo que permite una mayor concentración de
moléculas en un mismo volumen.
2) el sensible calentamiento de la parte exterior del cilindro de la bomba:
a) Aún, antes de la compresión, las moléculas de aire no están paradas, si no en continuo
movimiento, según trayectorias rectilíneas por lo que chocan entre sí y contra las paredes del
cilindro.
b) El calentamiento que se produce está neutralizado por la temperatura del aire exterior de la
bomba.
c) Bajo la acción de la compresión, las moléculas llegan a encontrarse más cerca las unas de las
otras lo que hace aumentar la velocidad de sus movimientos y por lo tanto, de sus choques.
d) El calentamiento que se produce es tal que se propaga al exterior e incluso puede ser perceptible
al tacto de pendiendo de la intensidad de la compresión (fig.4).
Como conclusión de estos primeros ejemplos amanera de introducción sobre las posibilidades de la
utilización del aire atmosférico en el sector industrial, queremos precisar que la fuerza natural que
anima el movimiento de las moléculas de todos los gases,
gases, y por lo tanto del aire, puede aumentarse a
través d la compresión. Esta fuerza recibe el nombre de presión
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NEUMATICA BASICA
LA PRESION ATMOSFERICA
Es sabido que los cuerpos sólidos tienen su propio peso al
igual que los cuerpos gaseosos y, por lo tanto, lo mismo
ocurre con el aire. ¿Qué es el aire? Es una mezcla de gases
que envuelve la Tierra y a la que llamamos atmósfera
terrestre.
Dado que el aire tiene su propio peso y debido a que la
atmósfera envuelve a la Tierra, resulta claro que el peso
del aire gravitará sobre todas las cosas con las que esté en
contacto: superficie terrestre, hombres, animales y cosas.
Una de las características de la presión atmosférica es la
de variar dependiendo de la altitud del lugar en el que se
mide.
El valor máximo se encuentra a nivel del mar (altitud cero).
A medida que nos desplazamos a niveles más elevados la
presión disminuye: por ejemplo, a 3500 m. De altitud, la presión será claramente inferior a la del nivel del
mar y a que el peso de la capa de aire por debajo de los 3500m. ya no gravitará sobre la capa de aire
existente encima de dicho nivel.
El valor de la presión atmosférica medida a nivel del mar y a la temperatura de OºC (cero grados
centígrados) es poco mayor de 1 kg/cm2 (un Kilogramo por centímetro cuadrado de superficie).
El mérito de haber determinado experimentalmente el valor de la presión atmosférica lo debemos a
Evangelista Torricelli y a Vincenzo Viviani, ambos discípulos de Galileo.
El experimento, fácilmente repetible, requiere de:
Un tubo de vidrio u otro material transparente, cerrado en un extremo y con un diámetro interior
de aproximadamente 12 mm (correspondiente a la sección de 1 cm2 y una longitud Aproximada de
1 metro.
Una jofaina de cualquier dimensión.
Un poco de mercurio
Procederemos ahora de la siguiente manera (fig.1):
Vertemos mercurio en la jofaina hasta cubrir la mitad de su altura.
Vertemos otra cantidad de mercurio en el tubo hasta su total rellenado teniendo cuidado de que
no quede aire en el fondo
Cerramos con un dedo la abertura del tubo y después de darle la vuelta lo pondremos
nuevamente en posición vertical sumergiéndolo posteriormente en la jofaina de manera que la
parte cerrada con el dedo quede por debajo del nivel de mercurio.
Quitamos el dedo
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NEUMATICA BASICA
En este punto, podremos observar que el nivel de mercurio contenido en el tubo baja hasta quedarse
la altura de 76 cm. Medida a partir del nivel de mercurio contenido en la jofaina.
Ahora cabe preguntarse porque el nivel de mercurio contenido en el tubo no ha fluido completamente
en la jofaina quedando, sin embargo, buena parte del mismo en el tubo.
La causa de este equilibrio es que la presión atmosférica que actúa sobre la superficie libre del
mercurio de la jofaina se transmite a través del mercurio a la base del tubo que mantiene así el peso de
la columna.
Nos podemos hacer otra pregunta: ¿Cuál es el significado práctico de la altura de 76 cm. de la columna
de mercurio?
Si este valor es el resultado de un equilibrio a nivel del mar, repitiendo la misma prueba a una altura de
1000 m., debido a la menor presión atmosférica existente, el equilibrio se volverá a reproducir pero con
una altura de la columna de mercurio inferior.
Partiendo de la variación de altura respecto a la máxima de 76 cm. Se puede establecer el valor de la
presión a dicha altura.
Volvamos al resultado de la experiencia para examinar la relación existente entre la altura de 76 cm.
De la columna de mercurio y el valor de la presión atmosférica en Kg/cm2
Si el aire tiene un peso, mayor aún es el del mercurio; para calcularlo procedamos de la siguiente
manera:
Volumen de la Columna = Área de base x altura => área de base = 1 cm2, altura= 76 cm
Donde 1 cm2 x 76 cm = 76 cm3
Busquemos el Valor del peso específico del mercurio:
1 cm3 pesa => Con el sistema técnico 0,01359 kg y Con el sistema S.I. 0,1359 N => 1 Kg = 10 N
Peso de la columna = Volumen X Peso Especifico
o Con el sistema técnico 76 cm3 x 0,01359 kg = 1,03 kg
o Con el sistema S.I. 76 cm3 x 0,1359 N = 10,32 N
En definitiva: el peso de la columna de mercurio, teniendo por base 1 cm2 y por altura 76 cm tiene un
peso aproximado de 1,03 kg correspondiente a 10,3 N (fig.2).
Debido a que dicho peso se mantiene en equilibrio por la presión atmosférica se deduce que la fuerza
ejercida por el aire libre sobre la unidad de superficie de 1 cm2 es igual 1,03 kg o bien a 10,3 N;
redondeando a 1 kg. o a 10 N.
El mismo resultado se puede conseguir utilizando agua en vez de mercurio: la columna de agua en
equilibrio alcanzará una altura de aproximadamente 10,3 m. (fig.3).
Con las nuevas normas S.I. (Sistema Internacional) la presión, cualquiera que sea su naturaleza, se
tiene que expresar en Pascal (Pa). Tanto en neumática como en hidráulica se sigue usando como
unidad de medida el bar.
1 bar => 1 kg/cm2 => 10 N/cm2 siendo 1 Pa=1N/m2 se puede escribir que:
1 bar = 100.000 Pa = 105 Pa.
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NEUMATICA BASICA
Volvamos a la presión atmosférica. Hasta ahora hemos considerado el efecto presión ante del aire
atmosférico en el sentido vertical, de arriba a abajo, justificándolo con el peso mismo del aire; ésta
consideraciones, sin embargo, incompleta en cuanto a que el efecto de dicha presión se manifiesta
también en sentido opuesto, es decir, de abajo hacia arriba.
Realicemos un experimento: llenemos de agua un vaso y tapemos la abertura con una hoja de papel
(no absorbente); a continuación démosle la vuelta cuidando de que no entre aire; del vaso no saldrá
ninguna gota de agua.
A causa del propio peso, un líquido ejerce sobre las paredes del recipiente que lo contiene (por lo tanto
también sobre la hoja de papel del ejemplo anterior) una presión perpendicular a la superficie
presionada; entonces, si se verifica el equilibrio, (es decir, la hoja de papel no cae) quiere decir que el
aire atmosférico ejerce desde el exterior (sobre la hoja de papel) una presión por lo menos igual al peso
del líquido contenido en el vaso.
Eso no es todo: justamente por la peculiar característica del aire de no tener una forma propia bien
definida y, sin embargo, sí la capacidad de expandirse hacia cualquier dirección, la presión atmosférica
actúa igualmente en todas las direcciones como tendremos ocasión de demostrar
mostrar en un próximo
capítulo.
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NEUMATICA BASICA
PRESION ABSOLUTA Y PRESION RELATIVA
Para una comprensión más fácil de este análisis, recordemos que todos los cuerpos aeriformes (los
gases) tienden a expandirse.
El experimento que proponemos a continuación intenta verificar dicha propiedad y observar el alcance
que el aire libre, es decir, la presión atmosférica, puede ejercer sobre una cantidad de aire contenida en
un recipiente.
En este caso también nos serviremos de una figura:
fig.1)
supongamos que el recipiente sea un globo no inflado y cerrado por un grifo.
El globo se presenta medio inflado, teniendo en su interior aire
Es fácil intuir que la cantidad de moléculas de aire en el globo antes y después de cerrarlo es la
misma: es decir, la presión interior es igual a la exterior.
Pongamos nuestro globo debajo de la campana transparente de una «Máquina neumática»
(máquina para extraer el aire o como se dice más comúnmente, para hacer el «vacío»);
entonces el globo se encontrará envuelto por el aire a presión atmosférica contenido en la
campana
·
Cuando entre en funcionamiento la «máquina del vacío» extraerá el aire de la campana
Este vaciado queda constatado por el gradual inflado del globo hasta que alcance el volumen
que le permita la elasticidad del recipiente
¿Por qué ocurre esto?
Porque el aire tiene la propiedad de expandirse
Porque, al no haber más aire en su exterior, ha desaparecido la resistencia que se oponía a su
expansión.
De un experimento de laboratorio pasamos a otro más sencillo utilizando solamente el aire
atmosférico y el globo:
Nos encontramos a nivel del mar, es decir, a una altitud cero; se sabe que en esa cota la
presión atmosférica tiene el valor de1 bar
Con nuestro globo nos desplazamos hacia la montaña alcanzando progresivamente altitudes
siempre mayores
Un hecho llama nuestra atención durante la ascensión: el globo se infla a pesar de que ha
permanecido cerrado
¿Por qué motivo?
Hemos dicho ya anterior mente que la presión atmosférica disminuye a medida que nos
alejamos del nivel del mar
El inflado del globo es debido a la diferente presión existente entre su interior y el exterior
Al abrir el grifo una determinada cantidad de moléculas de aire pasa del globo al exterior
hasta equilibrarse la presión interna con la externa
Llegados a este punto, el globo vuelve a quedarse desinflado
Si cerramos nuevamente el grifo y volvemos a la playa, observamos que el globo estará más
desinflado que cuando regresamos a la montaña porque ahora la presión externa (a nivel cero)
prevalece sobre la interna (a presión más baja porque se cerró cuando estaba a una altura
superior)
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NEUMATICA BASICA
De todo ello se pueden sacar las siguientes conclusiones:
El aire contenido en un depósito se puede reducir a presión cero solamente con la intervención
de una máquina neumática
El aire contenido en un depósito en comunicación con la atmósfera se encuentra siempre a
igual presión que la existente en su exterior.
Un depósito que contenga aire a una determinada presión puede ceder al exterior solamente
una parte de dicha presión
Observemos los dos ejemplos de la fig. 2 y 3
1. «el exterior» es la atmósfera a la presión de 1 bar (fig.2):
a. El volumen de aire contenido en un depósito, a pesar de ser insignificante respecto al
volumen que lo envuelve tiene, sin embargo, una presión mayor; el aire comprimido en
el depósito una vez establecida la conexión con el exterior vuelve a ser libre ya que al
no encontrarse resistencia; cede una parte de moléculas hasta que se establece un
equilibrio de presión determinado por la mayor cantidad de aire en la atmósfera.
2. «el exterior» es otro depósito a la presión de 1 bar, igual, por lo tanto, a la atmosférica (fig.3):
a. Al abrir la válvula que conecta los dos depósitos. Se establece un movimiento de aire
en el sentido «presión mayor hacia presión menor» hasta que las dos presiones se
equilibran al valor medio de 5 + 1 dividido por 2 = 3 bar
b. En este caso, al no haberse producido dispersión de aire en la atmósfera, la cantidad
de moléculas cedidas por el primer depósito es inferior ya que han sido absorbidas por
el segundo depósito.
Si al depósito anteriormente citado, con presión de 5 bares, en una posición cualquiera le aplicamos un
manómetro, este indicará los siguientes valores dependiendo de las siguientes altitudes a las que,
hipotéticamente, el depósito puede ser transportado:
PRESIÓN ATMOSFERICA
PRESIÓN INTERNA DEL DEPOSITO
PRESIÓN DEL MANOMETRO
A nivel del mar
P = 1 Bar
5 Bar
5 – 1 = 4 Bar
A 1000 m
P = 0,9 Bar
5 Bar
5 – 0,9 = 4,1 Bar
A 5000 m
P = 0,5 Bar
5 Bar
5 – 0,5 = 4,9 Bar
Para concluir:
La presión del aire existente en el interior de cualquier recipiente cerrado se conoce como
Presión Absoluta
La presión del aire disponible para ser utilizada en el exterior del recipiente se denomina Presión
Relativa (la indicada por el manómetro)
La presión relativa es, por lo tanto, igual a la diferencia entre la Presión Absoluta y la Presión Atmosférica
en el exterior del recipiente
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NEUMATICA BASICA
EL FUNCIONAMIENTO DE UN MANOMETRO
Utiliza la deformación elástica de un tubo metálico de sección elíptica.
La fig.4 muestra un manómetro «en reposo», es decir, cuando la diferencia de presión entre el interior y el
exterior del tubo es cero; el extremo B está abierto mientras que el A está cerrado y conectado con un
sistema de palancas a través de las cuales se transforma la deformación del extremo a en un movimiento
rotativo de un perno sobre el que va montado un indicador.
En la fig.5 observamos que, en presencia de aire en presión, el extremo A del tubo tiende a enderezarse
bajo el efecto de la fuerza del aire que actúa en su interior obstaculizada por la fuerza menor que la
presión atmosférica ejerce en el exterior; la diferencia entre las dos presiones es detectada por el indicador
del manómetro oportunamente calibrado
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NEUMATICA BASICA
PRESION Y CAUDAL 1era PARTE
Los dos parámetros fundamentales de la neumática son la presión y el caudal.
Para una mejor comprensión de la diferencia y la dependencia que existe entre
una magnitud y otra, tomamos como ejemplo de referencia el agua.
Observemos la fig. 1:
En un depósito momentáneamente vacío equipado con dos válvulas: la A (válvula
de descarga) y la B (válvula de carga); representamos gráficamente esta situación
mediante un sistema de ejes cartesianos, es decir, a través de un diagrama:
Sobre la coordenada horizontal (abscisas) apuntaremos el tiempo
necesario para provocar el vaciado del depósito previamente rellenado
completa o parcialmente; Sobre la coordenada vertical (ordenada)
apuntaremos el nivel del agua L
Resulta claro que, por el momento, el punto que indica el nivel L está situado en el cruce de las dos
coordenadas (en efecto, con tiempo cero el nivel es también cero)
Pasemos a la fig. 2:
Con la válvula de descarga A cerrada y con la válvula B abierta, llenamos de agua el depósito hasta el nivel
L;
En el correspondiente diagrama, el valor del nivel L ya tiene su posición sobre la coordenada
vertical mientras que sobre la horizontal el tiempo se encuentra en el punto cero ya que al
encontrarse la válvula A todavía cerrada, el agua no puede fluir.
Pasemos a la fig. 3:
La válvula de carga B está cerrada mientras que la de descarga A está abierta; esto produce la progresiva
disminución del nivel del agua (y por lo tanto la reducción de su volumen) hasta alcanzar el valor cero en el
preciso instante en el que el depósito se haya vaciado por completo. Está claro que el tiempo de vaciado
dependerá de la abertura total o parcial de la válvula A;
En el correspondiente diagrama podemos observar las fases de vaciado tanto en lo que se refiere
al nivel (coordenada vertical), como en lo que se refiere al tiempo (coordenada horizontal) la curva
que queda representada refleja la variación experimentada por el nivel del agua durante la fase
de descarga.
La cuarta y última figura nos presenta el mismo depósito:
Las dos válvulas tienen la misma sección y cabe destacar que están abiertas de tal forma que permiten
que la misma cantidad de agua que entra en el depósito salga al mismo tiempo; es evidente que en este
caso el nivel del agua en el depósito es siempre constante:
El diagrama refleja fielmente la situación: en efecto, el nivel del agua está representado por una
línea horizontal lo que confirma que no varía cuando la sección de las dos válvulas es exactamente
igual y naturalmente también cuando su abertura es idéntica.
CONSIDERACIONES:
El nivel del agua en el depósito representa la presión; esta se mantendrá constante si se dan estas dos
condiciones:
Las válvulas A y B están cerradas
Las válvulas A y B, de igual sección, están abiertas en la misma medida
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NEUMATICA BASICA
Por lo tanto, al cambiar la apertura de una de las dos válvulas, varía también el nivel del agua que
será tanto más bajo cuanto mayor sea la cantidad de agua que descarga respecto a la que entra
en el depósito·
Por el contrario, si la cantidad de agua que entra es mayor que la que sale, será preciso cerrar
temporalmente la válvula de carga B y dejar abierta la de descarga A ya que el depósito, al tener
un volumen determinado, no puede dar cabida a una cantidad de agua superior a su capacidad.
CONCLUSIONES
La presión de aire contenida en un depósito cerrado:
Depende de la cantidad de aire que se quiera «aprisionar» en el depósito;
Está disponible para ser utilizada en cualquier momento, con mínimas variaciones respecto a su
nivel inicial, siempre que la cantidad de aire que se saque se vuelva a introducir en igual número
de moléculas que han entrado en el depósito.
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NEUMATICA BASICA
PRESION Y CAUDAL 2da PARTE
En la primera parte hemos observado, sirviéndonos de figuras y diagramas, las variaciones experimentas
por el nivel L del agua en el depósito, en relación al tiempo y a la posición de apertura y de cierre de las
válvulas A y B.
En esta segunda parte nos ocuparemos del caudal, es decir, de la cantidad de agua que se descarga no
por una si no por las dos tuberías conectadas al depósito, manteniendo constante la presión, es decir, el
nivel del agua L.
Observemos las anteriores figuras a las que, en esta ocasión, hemos añadido un nuevo elemento: un
recipiente destinado a medir el agua en la salida:
fig. 1: al depósito lleno de agua de nivel L, están conectadas dos tuberías con válvulas de sección S
De las dos, solamente la válvula A2 se abre en toda su sección
A fin de que el nivel L del depósito quede constante, es preciso abrir y regular adecuadamente el
flujo de la válvula B (de sección mayor respecto a las válvulas A1 y A2)
En un tiempo establecido X el agua en el recipiente alcanza una altura H, pudiendo calcular su
volumen multiplicando H por el valor de la superficie interna de la base del depósito.
fig. 2: las dos válvulas A1 y A2 se abren simultáneamente en toda su sección de paso y, por lo tanto, vierten
la misma cantidad de agua en sus respectivos recipientes
Llegados a este punto cabe preguntarse:
o ¿Las dos alturas H pueden alcanzar el nivel H de la fig.1 en el mismo tiempo X?
o
Naturalmente no, si a la mayor cantidad de agua descargada por las dos tuberías no se hace
corresponder una adecuación del nivel L del depósito
o
Es decir, en términos técnicos: a la variación del caudal de agua en descarga no, ha
correspondido una adecuada variación del caudal de agua en entrada en el depósito del cual
depende, en definitiva, el mantenimiento del nivel L y, por lo tanto, la presión.
Respetando dicha condición, por otro lado ya prevista desde el principio, es posible la derivación a
partir de un único depósito de más tuberías de descarga de la misma sección (incluyendo las
respectivas válvulas) y transportar la misma cantidad de agua, es decir, conseguir el mismo caudal
en cada tubería.
Obviamente, esto no vale hasta que la suma de los diferentes caudales de descarga no supera la de
entrada en cuyo caso el nivel L (la presión) no puede mantenerse constante.
·
finalmente, no podemos ignorar la posibilidad de que algunas de las tuberías de descarga no tengan
la misma sección manteniéndose, naturalmente, el mismo nivel L del depósito al que están
conectadas. En tal caso la situación es la siguiente:
o La presión del fluido es constante en cualquier sección de la tubería
o
Contrariamente, el caudal es inferior en las tuberías de menor sección
fig.3: al depósito está conectada una única tubería de sección 2 S (con adecuada válvula) es decir, igual a
la suma de las dos tuberías de la fig.2
Si hacemos una distinción entre sección y diámetro de un tubo, podemos decir que con sección 2 S
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NEUMATICA BASICA
y en el mismo tiempo X, pasa una cantidad de agua cuya altura es igual a la suma de las alturas
de las aguas de los recipientes de la fig.2
Es decir, que el caudal del tubo de sección 2 S es doble que el del tubo de sección S
Las CONCLUSIONES a las que podemos llegar son de fácil comprensión:
A igualdad de presión, el caudal está en función de las mayores o menores dificultades que el
fluido encuentre en una tubería o bien en el paso a través de una válvula: cuanto mayores son
las secciones de paso, antes llegará el fluido a su destino
A igualdad de sección de las conducciones, una disminución del valor inicial de la presión lleva
inmediatamente a una disminución del caudal, es decir, de la cantidad de fluido en movimiento
en la unidad de tiempo
Las consecuencias que tales posibilidades pueden provocar en una instalación funcionando con
aire comprimido serán objeto de especial atención en los próximos capítulos; por el momento
basta recordar sin presión no puede haber caudal, es decir movimiento de fluido.
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NEUMATICA BASICA
PRINCIPIO DE VENTURI
En el lenguaje corriente el vocablo «fenómeno» se emplea para
indicar un hecho extraordinario, mientras que en física la palabra
«fenómeno» indica cada variación de la posición y del estado de
un cuerpo. Por lo tanto también consideramos «fenómeno» al
resultado de los experimentos que proponemos con nuestra serie
de figuras.
Supongamos que mantenemos suspendido entre los dedos un disco delgado de metal de sección S y lo
desplazamos en el aire a una velocidad constante según una dirección perpendicular a la superficie del
disco; este desplazamiento produce una reacción fácilmente perceptible debida a la resistencia o puesta
por el aire; esta reacción de valor constante si no varía la velocidad de desplazamiento del disco se
mantiene hasta que dura el movimiento.
Repetimos la prueba con otro disco con superficie menor a la del disco anterior, por ejemplo S/2: si
mantenemos en el límite de lo posible la misma velocidad de desplazamiento anterior notaremos una
menor resistencia del aire. La figura 1) evidencia gráficamente este experimento dando una idea bastante
cercana del comportamiento de los fluidos de aire; además demuestra que a igualdad de presión (la
atmosférica) la resistencia del aire está en relación con la sección del cuerpo en movimiento.
Si ahora consideramos un tubo con una sección interna correspondiente a la del primer disco nos
encontraremos con una situación contraria a la anterior y a que en este caso es el aire a presión el que se
mueve en el tubo (fig.2).
Supongamos ahora que la presión sea uniforme; en este caso la cantidad de moléculas de aire que pasan a
través de las secciones AA y BB es igual y constante sea cual sea la distancia entre las dos secciones (fig.3);
por lo tanto, podemos afirmar que el fluido «Viaja» a velocidad constante y a que ningún obstáculo se
interpone en su desplazamiento (fig.4).
Imaginemos ahora que tenemos un tubo de menor sección unido en embudo a ambas partes con otro de
sección mayor (fig.5) en el que hacemos entrar aire con la misma presión que en el ejemplo anterior: está
claro que debido a la reducida sección DD, el aire encontrará resistencia a su paso. La fig.6 refleja esta
situación con la presencia de un menor número de moléculas de aire.
Conviene subrayar la analogía existente entre la resistencia del aire a los movimientos de los dos discos de
distinta sección y la resistencia que el aire encuentra cuando la tubería por la que circula no es de sección
constante.
Analicemos ahora una ley de física muy importante que afirma: en un intervalo de tiempo igual y con
presiones iguales entre dos tubos de distinta presión pasa siempre la misma cantidad de aire.
Si observamos las dos secciones CC y DD de la fig.6 deducimos que por dicha ley las moléculas de aire de la
sección DD poseen una velocidad mayor (fig.7) que las de la sección CC a fin de mantener constante el
caudal, es decir, la cantidad de moléculas que pasan en la unidad de tiempo.
La consecuencia de este aumento de velocidad de las moléculas es una disminución de la presión respecto
a la de entrada a partir del tramo de tubería de sección reducida (fig.8). Este fenómeno descubierto por el
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físico italiano Venturi encuentra distintas aplicaciones en neumática; una en especial es la lubricación
indirecta de los órganos mecánicos de una instalación que funciona con aire comprimido; su principio de
funcionamiento es sencillo:
Un tubo en U que contiene un líquido lubricante se conecta con las distintas secciones (fig.9)
Gracias a la diferencia de presión el líquido se ve empujado en la parte de sección reducida y
arrastrado por el aire a lo largo de toda la tubería hasta los órganos a lubricar.
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Yul Ramón Paradas Hernández
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NEUMATICA BASICA
LOS COMPRESORES
Con una bomba de bicicleta es posible elevar la presión del aire
atmosférico aspirado, desde el valor de 1 bar al de 3 bar Por lo tanto,
hay una producción de aire comprimido destinado a las utilizaciones
que conocemos, pero que entendemos muy distintas, en términos de
capacidad y presión del que nos interesa: la alimentación de una línea
de aire comprimido para el funcionamiento de equipos neumáticos.
Como ya sabemos por la física,, el aumento de la presión del aire es la
consecuencia directa de la disminución de su volumen, lo que es
provocado de forma manual por la bomba de bicicleta y mecánicamente en las máquinas para la
producción industrial de aire comprimido. Las máquinas que producen aire comprimido, según este
principio, se llaman compresores volumétricos. Se dividen en alternativos o rotativos, según el
movimiento del órgano mecánico que determina la reducción progresiva del volumen de aire aspirado.
Descripción del funcionamiento del compresor alternativo fig. 1
El movimiento de algunos órganos internos es igual al de un motor de gasolina de dos tiempos; la
diferencia fundamental es que, en el compresor, el mecanismo de biela y manivela debe recibir el
movimiento de otra máquina rotativa (un motor eléctrico o de otro tipo).
Los «dos tiempos» se representan en las figuras siguientes:
o El pistón, en fase descendente, aspira aire libre á través de la válvula de la izquierda mientras que la
derecha se queda cerrada.
o En fase ascendente, se cierra enseguida la válvula de la izquierda y, en cierto punto del recorrido del
pistón, se abre la válvula de la derecha a través de la cual el aire comprimido es enviado al depósito.
Por el fenómeno físico (ya explicado en el capítulo de física Apartado FS 01), cada compresión de aire va
siempre acompañada de un aumento de temperatura; de ahí la presencia de las aletas que ofrecen una
mayor superficie de enfriamiento (natural o artificial). A igualdad de presión y de caudal de airea
almacenar, la temperatura final puede mantenerse en valores inferiores utilizando compresores de
etapas múltiples. El principio es el siguiente: el aire es aspirado por un primer compresor (1ª etapa) y
comprimido a una presión intermedia; antes de pasar a la etapa siguiente, sufre una acción de
enfriamiento; en la segunda etapa el mismo aire es comprimido hasta el
Valor final (si las etapas son dos).
Las características de un compresor alternativo son:
CARACTERISTICA
DESCRIPCION
EL CAUDAL
TEÓRICO
o Es la cantidad de aire que el compresor es capaz de comprimir en la unidad de tiempo.
o Se calcula multiplicando la cilindrada (superficie de pistón por su recorrido), expresada
3
en dm , por el número de revoluciones por minuto de la manivela; el valor se expresa
en Nl/min (sistema práctico);
o O bien multiplicando la cilindrada, expresada en m3 por el número de revoluciones por
3
minuto y por 60 minutos; el valor se expresa en Nm /h (sistema S.I.)
EL CAUDAL
SUMINISTRADO
Instructor
o Es el que se mide a la salida del compresor; por hipótesis, si con la compresión de
"etapas múltiples" fuese posible aspirar aire a 20 ºC y obtener aire comprimido a la
misma temperatura, la cantidad de aire
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NEUMATICA BASICA
CARACTERISTICA
DESCRIPCION
EL CAUDAL
SUMINISTRADO
Suministrado correspondería al valor del teórico. En este caso, la compresión se
produce de forma «isotérmica».
o Por norma, en cambio, la compresión se realiza de forma "adiabática", es decir,
con producción de aire comprimido caliente por lo que es necesaria una mayor
cantidad de moléculas de aire libre para obtener un mismo volumen a temperatura
normal
o En otras palabras: si se deja enfriar un volumen de airea 7 bar con una
temperatura de 100 ºC, se reduciría sensiblemente; por lo tanto, es como haber
hecho funcionar el compresor durante un tiempo igual al caso «isotermo», pero
con un resultado final inferior
o Este resultado está destinado a disminuir aún más, por la presencia de agua en el
aire, como se verá más adelante
LA PRESION
o Está determinada por la relación existente entre volumen inicial y final de la
cámara de compresión
Compresores rotativos de paletas fig. 2
Algunas paletas, con posibilidad de moverse radialmente, están introducidas en ranuras practicadas en
un cuerpo cilíndrico cuyo eje de rotación no es coaxial con el cuerpo fijo que los soporta, es más, esta
excentricidad es tal que, en una posición particular que queda fija, las dos partes son tangentes.
El funcionamiento es el siguiente: el cuerpo central, con su movimiento rotatorio (por medio de un motor
eléctrico de otro tipo) y por efecto de la fuerza centrífuga, proyecta y mantiene las paletas adherentes al
cuerpo fijo por el tiempo que dura el movimiento. La entrada de aire está situada en el lado en el que el
volumen entre una paleta y la sucesiva va aumentando; por contra, la salida está hacia la parte en la que
el volumen disminuye; entrada y salida se encuentran en la parte opuesta respecto a la línea de
tangencia que actúa de separador. La fase de aspiración se produce, por lo tanto, a cada giro en
correspondencia de los volúmenes comprendidos entre las cámaras A y D, mientras la fase de
compresión se produce entre las cámaras E y H de este modo, ya diferencia del compresor alternativo, la
producción de aire comprimido no tiene fases alternas si no que es de flujo continuo. El enfriamiento del
aire puede darse mediante la inyección de aceite que luego se recupera, enfría y recicla.
Compresores rotantes de tornillos fig. 3
Están constituidos por dos tornillos sinfín, cada uno de los cuales está provisto de un movimiento
independiente de forma que excluye el contacto entre los flancos; la caja que los contiene está
configurada para dejar el mínimo espacio posible alrededor de los husillos mismos.
La fig. a) representa, esquemáticamente, la vista frontal de los tornillos que tienen un número distinto
de entradas: el aire es aspirado en esta posición y con los órganos en movimiento.
La fig. b) muestra el extremo de una hélice de los tornillos que pasa delante de la entrada de aspiración y
lo cierro, mientras se reduce el espacio a disposición del aire que ha entrado: a partir de este momento
inicia la fase de compresión. Lo arriba indicado se produce en cada revolución por el número de entradas
del tornillo de la izquierda.
Compresores dinámicos
Se emplean para comprimir grandes cantidades de aire: el principio de funcionamiento es el de poner en
movimiento el aire por medio de rotores con álabes; la energía de movimiento que el aire adquiere es
transformada en energía de presión antes de su salida del compresor. Por lo forma del rotor, el
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compresor se clasifica en radial o bien axial; sin entrar en la peculiaridad constructiva, observándolas
figuras siguientes, es posible hacernos una idea de los dos tipos:
o fig.4 tipo radial: el primer rotor recibe el aire libre y, a través de los álabes, lo proyecta radialmente
hacia un conducto conectado al aspirador del segundo rotor y así sucesivamente.
o fig.5 tipo axial: el movimiento del aire mantiene, en cambio, una dirección paralela al eje del rotor.
Elección del compresor
El dato más importante a establecer es su caudal calculando en Nm3/h corresponde a la suma de todos
los consumos de aire de los aparatos a alimentar y que se pueden subdividir en dos grupos:
o Los de consumo continuo como los de cilindros destinados al funcionamiento de una máquina o de
una instalación; para un cálculo exacto ver el párrafo C 19 del capítulo sobre cilindros.
o Los de consumo intermitente como taladros, destornilladores, esmeriladoras, etc.; su consumo está
indicado por el fabricante: sin embargo, es necesario tener en cuenta lo discontinuidad de su
servicio, por lo que este dato debe multiplicarse por un coeficiente variable según el aparato para
los indicados aproximadamente de 0,25. .
A la suma de los consumos arriba indicado es recomendable añadir un valor correspondiente
aproximadamente de 5%, como compensación de las posibles pérdidas de la instalación de distribución
y, en previsión de la conexión de posibles aparatos, un aumento sucesivo de, al menos, el 50%.
El otro dato para la elección del compresor es la presión: su valor se elige entre el más alto necesario
para los usuarios y sumando la caído de presión prevista en la instalación (si es de valor sensible). De
todas formas, la presión recomendable es de 7 bares, un valor más alto implica un mayor:
o Costo de adquisición del compresor
o Consumo de energía eléctrica
En coso de utilizaciones con una presión de ejercicio forzosamente más elevado, es recomendable aislar
los aparatos de la red y alimentarlos con un compresor adecuado.
La elección del tipo de compresor puede limitarse, para caudales pequeños y medianos, a los dos tipos
más comunes: el alternativo y el rotativo de paletas.
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DEL COMPRESOR AL DEPOSITO DE ACUMULACION DE AIRE
En muchas instalaciones se trata de una etapa forzada que es necesario hacer cumplir al aire
comprimido antes de ser introducido en la red de distribución. Los posibles restos de impurezas
procedentes del aire aspirado y sobre, todo, la concentración de cierta cantidad de vapor de agua
destinado a condensarse en agua, deben de eliminarse lo más posible a lo largo de este tramo, según el
orden de los elementos indicados en la figura1.
La primera intervención al respecto está, sin embargo, antes del compresor mismo: nos referimos al
ambiente que está destinado a alojarlo junto al resto de la instalación.
El local debe de poseer los dos requisitos siguientes imprescindibles:
o
La ventilación para permitir el recambio del aire recalentado
o
La limpieza. Del local y anexos para no aumentar las impurezas ya contenidas en el aire
procedente del exterior.
En estas condiciones, el compresor puede también aspirar el aire directamente del local, pero siempre a
través de un elemento intermedio llamado filtro, cuya función es la de retener el mayor número de
impurezas que estén presentes en el aire aspirado. Hablamos con anterioridad de lo que se produce en el
compresor, analicemos ahora el primer elemento conocido con el nombre de refrigerador: sirve para
reducir la temperatura del aire comprimido (que puede alcanzar incluso los 200 ºC) para provocar la
transformación de gran parte del vapor de agua.
El aire que respiramos contiene siempre la humedad que se crea como consecuencia de la evaporación
de las masas de agua existentes en la tierra; nos damos cuenta de ello sobre todo en los meses de
verano, cuando el grado de humedad hace difícil incluso la respiración. Sin embargo, este aire es el
mismo que aspira el compresor y se concentra, sin ninguna pérdida de humedad, en un volumen menor
por que el aire es comprimido. Para dar una idea de la cantidad de esta agua, absolutamente nociva
para cualquier tipo de utilización, señalamos estos datos: a una temperatura de 25 ºC, cada m3 de aire
libre contiene alrededor de 23gr. De agua en forma de vapor; si consideramos luego que para obtener 1
m3 de aire a la presión de 6 bares son necesarios alrededor de 7 m3 de aire libre, tenemos un total de 23
x 7 = 161 gr. De agua por cada m3 de aire comprimido que, de no eliminarse, iría a parar a la instalación
de utilización.
El enfriamiento del aire comprimido en el refrigerador, puede producirse de dos modos: por aire o por
agua. El principio de funcionamiento del de aire es el mismo que el del radiador de automóvil: el aire
caliente (y no el agua) es investido por una corriente de aire frío procedente del ventilador.
El funcionamiento del refrigerador de agua, representado esquemáticamente en la Fig.2, es el siguiente:
en el interior de un cilindro, el aire caliente pasa a través de una tupida red de tubos completamente
sumergidos en agua corriente. Por el fenómeno de la conducción, el aire cede calor al agua con la
consiguiente reducción de la temperatura y la transformación en agua de gran parte del vapor (agua que
se recoge en el fondo y se envía directamente al pozo de descarga).
La elección del refrigerador de agua se debe realizar sobre la base de los datos siguientes:
o
Caudal efectivo del compresor
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o
Temperatura del aire en salida del refrigerador
Por norma, para el funcionamiento de herramientas y servomecanismos (cilindros y válvulas) no se debe
sobre pasar la temperatura de 40ºC.
Cada compresor está dimensionado para asegurar su funcionamiento 24 horas al día, lo que indica que
una instalación de utilización en ciclo continuo que requiere que todo el aire producido por el compresor
podría estar conectada al mismo por medio del refrigerador, pero sin depósito de acumulación de aire.
El depósito es recomendable por las razones siguientes:
o
Amortigua las pulsaciones provocadas por el compresor de tipo alternativo
o
Permite coger, temporalmente, una cantidad de aire superior a la producida con un mínimo
descenso de la presión de red
o
Sirve de reserva de aire en el caso de interrupción de energía eléctrica
o
Asegura una estabilidad de presión en la red
o
Aumenta las posibilidades de depósito de la condensación
o
Ahorro de energía eléctrica con la utilización de compresores de caudal menor, a igualdad de
presión
El depósito está construido en chapa de hierro soldada en forma de cilindro y cerrado con tapas de forma
semiesférica: su grosor y las soldaduras deben excluir cualquier peligro de explosión bajo presión: por
esta razón cada depósito está provisto de una válvula de seguridad (que descarga automáticamente al
aire más allá de cierta presión) y está sometido a comprobaciones periódicas por parte de las
autoridades propuestas a tal efecto.
En el depósito se encuentran las siguientes aperturas con bridas o roscadas:
o
Conexión del manómetro sobre la parte alta salida del aire comprimido en la parte alta
o
Entrada del aire en la parte baja descarga de la condensación por la tapa inferior.
Para la elección del volumen V del depósito, es necesario tener en cuenta dos características del
compresor:
1. El caudal Q en Nm3/h
2. El funcionamiento que puede ser:
a. De marcha continua: cuando alcanza la presión deseada, interrumpe la producción de
aire aún siguiendo la rotación; el reinicio se produce cuando la presión baja,
aproximadamente, un 10% de la que provocó la interrupción.
b. De marcha y parada: una vez alcanzada la presión deseada, el compresor se para y
vuelve a funcionar cuando la presión desciende por debajo del valor arriba indicado.
Para un funcionamiento de marcha continua, el volumen del depósito puede ser determinado por la
fórmula V = Q/600; para el funcionamiento de marcha parada, el volumen debe de resultar
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progresivamente mayor en relación con el número de los arranques del compresor en el espacio de una
hora; a una parada más larga debe de corresponder un volumen mayor del depósito.
Tomemos ahora en consideración los siguientes detalles, igualmente necesarios, aunque menos
importantes desde el punto de vista constructivo y funcional:
Válvulas de esfera: (fig. 3) con una rotación máxima de 90º, abren y cierran el paso del aire (o
de la condensación de descarga) con seguridad de retención y rapidez de movimiento. Su
presencia entre cada elemento permite las operaciones de mantenimientos sin tener que
descargar el aire de la instalación.
El filtro: su utilización puede estar justificada en los casos en los que sea necesaria una mayor
pureza del aire.
Recogedor de condensación: es un recipiente de dimensiones reducidas que tiene por objeto el
hacer precipitar la condensación que el refrigerador no pudo retener.
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DEL DEPOSITO
A UTILIZACION
Nos referimos a la red primaria y secundaria que unen el
depósito a cada toma de aire para la utilización. Por red
Primaria entendemos la tubería que sale del depósito y
recorre, en sentido horizontal, toda la planimetría del local
a servir: puede realizarse como circuito:
Abierto (fig. 1): recomendable en los casos en los que
el consumo de la instalación no supera los 100 Nm3/h y cuando no se produce una simultaneidad de
utilizaciones a lo largo de toda la red; sin embargo, presenta los inconvenientes siguientes:
La caída de presión aumenta cuanto más lejos del depósito.
Es imposible efectuar seccionamiento temporales de la red sin interrumpir la alimentación de la
parte no interesada.
Cerrado (fig. 2): la red primaria sale y vuelve al depósito tras recorrer, con la misma sección de tubo,
todo el perímetro del local a lo largo del cual se encuentran los varios usuarios; es una solución mejor
que la anterior, puesto que ofrece las ventajas siguientes:
Uniformidad de presión en cualquier condición de utilización de aire (continua o a intervalos)
Posibilidad de insertar seccionadores en las posiciones previstas para ampliaciones sucesivas de
la red, y en cualquier caso, para eventuales intervenciones de mantenimiento.
Trenzado (fig. 3): preferible al anterior en todos los casos en los que los usuarios estén distribuidos
por el local.
En cambio, por red Secundaria se entiende el tramo vertical, de menor sección, comprendido entre la red
primaria y el recolector de condensación; a lo largo de este tramo se encuentran una o más tomas para
la conexión de los usuarios por medio de un tubo rígido o flexible.
Si releemos lo que se escribió acerca de la elección del compresor, notamos que no se hace mención
alguna de la red de distribución; en efecto, la misma debe considerarse como una prolongación del
efecto «pulmón» del depósito puesto que se llena una sola vez (en cada puesta en marcha de la
instalación).
La red de distribución primaria debe, por lo tanto, dimensionarse de forma que mantenga el aire a la
misma presión del punto O al punto más extremo del circuito. Sin embargo, sabemos que esto es
físicamente imposible, también con tuberías de diámetro grande puesto que el aire, en su trayectoria,
encuentra siempre resistencias que reduce su presión.
Para un dimensionamiento correcto del diámetro interno de una tubería primaria, es necesario tener en
cuenta lo siguiente:
La caída de presión que se desea admitir entre los dos puntos extremos de la instalación; cuanto más
bajo es este valor, mayor será el diámetro y, por consiguiente, el costo de toda la instalación; por
contra, se tendrá un consumo de aire menor por la menor pérdida de presión a recuperar.
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El consumo de aire necesario para todas las utilizaciones presentes y futuras; este valor puede ser el
mismo que sirvió para la elección del compresor, sustrayendo el valor del coeficiente de reducción
que tenía en cuenta un servicio intermitente de algunos tipos de utilización.
Las conexiones y las válvulas: con su utilización, por otro lado imprescindible, se altera la continuidad
de la sección de paso, por lo que se manifiesta una caída de presión
Sin embargo, el dimensionamiento de una tubería es un aspecto del problema «distribución»; su
correcta elección puede quedar anulada por una colocación errónea; de ahí la necesidad de conocer
las siguientes normas elementales de instalación:
(fig.4): caída de 1 cm cada 2m. de tubería en el sentido de flujo del aire.
Retomar la caída cada 40 / 50 m. con la instalación de un recolector de condensación.
El terminal de cada línea abierta debe de cerrarse por un recolector de condensación
Derivación de las líneas secundarias con radio o conexión hacia abajo y en el sentido del
movimiento del aire: Fig.5 con tubos soldados; Fig.6 con tubos y conexiones de tipo hidráulico
El extremo de cada pendiente debe tener su propio recolector de condensación y cada toma su
válvula de seccionamiento.
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CALCULOS DE TUBERIAS
Para el dimensionamiento del diámetro interno de una tubería primaria se pueden seguir dos métodos:
«analítico» que tienen cuenta las pérdidas de carga en los distintos ramales de la red: es un
método riguroso pero largo;
«gráfico» es más simple y práctico, que se sirve de un nomograma en que están representadas
todas las magnitudes que interesan para el dimensionamiento; el eje de los diámetros tiene una
escala doble para facilitar la lectura directa del valor expresado;
En pulgada gas si se quiere utilizar el tubo utilizado en las instalaciones hidráulica y de
calentamiento
o En milímetros si la tubería es de tubos de acero normales.
El nomograma, es decir, la representación gráfica de las dependencias de más variables, se presta a
utilizaciones diversas: nos limitamos a describir las dos más significativas, subrayando que sólo el
nomograma más grande está completo con los valores de cada variable (en escala logarítmica). Con
respecto a los otros dos, indicamos solamente dos ejemplos.
o
Buscar el diámetro interno de una tubería primaria para una red de distribución de una instalación con
las siguientes características, escritas según el orden de los ejes respectivos:
Distancia total de la tubería
500 m.
Caudal máximo
1000 Nm3/h
Presión de ejercicio
6 bar
Caída de presión establecida
0,1 bar
Procedimiento a seguir:
• Especificar el valor de 500 m.
• Lo mismo para el valor de 1000 Nm3/h
• Unir los dos puntos y prolongar el segmento hasta el eje A de referencia
• Especificar el valor de 6 bar
• Lo mismo para el valor de 0,1 bar
• Unir los dos puntos con un segmento
• Unir los dos puntos de intersección de los dos ejes A y B
• El punto de intersección con el eje de los diámetros, determina el valor buscado: en el ejemplo es
ligeramente superior al valor de G4, pero muy lejos del de G5: por otro lado, en el mercado no
existe una medida intermedia; al diámetro externo de G4 (alrededor de 113 mm.) corresponde
un diámetro interno de aproximadamente 105 mm.
El otro ejemplo es el relativo a la caída de presión que se crea en la misma red de distribución en el caso
en el que el compresor se sustituyera por otro de capacidad triple y con presión de 7 bares.
El procedimiento a seguir es el siguiente:
Especificar el valor de 500 m.
Lo mismo para el valor de 1000 x 3 = 3000 Nm3/h
Unir los dos puntos con un segmento y prolongarlo hasta el eje A
Unir este punto con aquel en correspondencia del diámetro del tubo (G4) y prolongar el
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segmento hasta el eje B
Trazar el segmento que, desde el valor de 7 bares y pasando por la intersección de los dos ejes A
y B, llegue sobre el eje de las caídas de presión: en el ejemplo, el valor indicado es superior a 1
bar e inferior a 1,5 bares.
Observamos que, a igualdad de caudal, un compresor que llega a una presión superior a 7 Bar permite
una reducción de la caída de presión. Esto está justificado por el hecho de que una misma cantidad de
aire aspirado, disminuye de volumen con el aumento de la presión.
NOTA: el nomograma ya tiene en cuenta la caída dé presión en consecuencia de las conexiones y
válvulas utilizadas en la red primaria de distribución.
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TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO – EL FILTRO
Cualquier aparato alimentado con aire comprimido funciona siguiendo un
movimiento alternativo o rotativo. Por tanto, la presencia de polvillo y de
humedad deja incrustaciones que en poco tiempo acarrean lo siguientes
inconvenientes:
Una reducción de la potencia y del rendimiento productivo de los
aparatos.
Un aumento de los costos de mantenimiento, así como los de montaje y,
con el paso del tiempo, la obstrucción de las conducciones y de las
compuertas con el resultado de una mayor caída de presión y la
consiguiente disminución del rendimiento final.
A las impurezas antes indicadas debe añadirse el aceite deteriorado y sucio, que sale del compresor.
Todo esto no podrá eliminarse totalmente a través de la serie de elementos, completamente necesarios,
que se encuentran instalados antes de cada toma de aire del aparato. De todo esto se deriva la
necesidad de insertar un ulterior dispositivo de filtrado que asegure definitivamente la purificación del
aire reduzca al mínimo la caída de presión.
Funcionamiento del filtro fig. 1
El aire comprimido choca contra la pantalla A cuya forma produce un movimiento turbulento del mismo
que hace que las partículas líquidas o sólidas choquen contra la pared del vaso D se separen o se
depositen en su fondo.
Posteriormente, el aire sale a través de un cartucho filtrante B (normalmente de bronce sintetizado de
porosidad variable según las exigencias) que tiene la misión de retener una buena parte de las micro
impurezas, no afectadas por el efecto centrífugo y que, por tanto, podrían continuar en el aire en la
salida. El disco C sirve a demás de separador entre la zona «turbulenta» y la parte «en depósito» con el
fin de evitar el regreso en círculo de las impurezas eliminadas.
En la parte inferior del vaso D está situado un dispositivo de vaciado que puede ser de tres tipos:
Manual (fig. 2): es necesario desatornillar el tapón para liberar el orificio de paso de líquido.
Semiautomático (fig. 3): durante el funcionamiento de la instalación, la presencia del aire
mantiene cerrado la descarga: en ausencia de presión el muelle abre la misma descarga.
Automático (fig. 4): con la instalación en funcionamiento, cuando la cantidad de líquido ha
alcanzado un nivel límite provoca, mediante un flotador A un paso de aire que va a alimentar
un pequeño cilindro cuyo pistón B Actúa sobre un obturador C que abre la descarga del
líquido para después volverse a cerrar solo si el flotador ha vuelto a bajar.
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Independientemente del uso de una de las tres descargas arriba citadas, el filtro debe desmontarse
periódicamente para su limpieza y la sustitución del cartucho filtrante.
NOTA: Está ya generalizado el empleo de vasos metálicos con nivel exterior en sustitución de los de
material plástico sujetos a frecuentes roturas con peligro de accidentes.
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TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO – EL REGULADOR
El regulador es un componente neumático cuyo fin principal es el de
reducir la presión al valor que necesitan uno o más usuarios a él
unidos. Otra función estrictamente ligada a la primera es la de
mantener la presión secundaria siempre a un mismo valor,
independientemente de las variaciones de presión de la red y del
caudal a la salida del regulador.
Precisamos que el regulador, como cualquier otro componente
neumático, origina una caída de presión en relación a la necesidad
de aire (como tendremos ocasión de ver en un próximo capítulo)
Funcionamiento del regulador
Con el fin de mostrar con mayor claridad el comportamiento de los componentes internos al variar las
dos magnitudes, presión y temperatura, a la salida, dibujamos en las figuras de la página siguiente
algunas situaciones de funcionamiento:
Fig. 1 Representa el regulador en su conjunto y en posición de reposo, en realidad, debemos
considerar que el muelle B está tarado aún sin ser tensado por el tornillo A por lo que el disco C no
puede actuar sobre la membrana D.
En el centro del disco hay un orificio E (del que explicaremos la utilización) que se mantiene
cerrado. hermético, por un vástago H soldado aun platillo G sobre el cual actúa un muelle F
En estas condiciones no hay movimiento de aire porque el platillo mantiene cerrado el paso.
fig. 2 Representa el momento en que se inicia la intervención manual, en sentido horario, sobre el
tornillo, la sucesión del movimiento en el interior del regulador, es la siguiente: el muelle grande Se
comprime, influye sobre el disco el cual hace bajar la membrana. El vástago y el platillo. El resultado
es un flujo de aire, en relación al número de vueltas del tornillo y por lo tanto a la tensión del muelle.
Fig. 3 Con el circuito utilizador en condiciones de reposo, la presión ha alcanzado el valor deseado; a
través del orificio L dicha presión actúa sobre la membrana equilibrando la fuerza del muelle grande
Por el empuje del muelle F y del aire de entrada, el platillo se eleva y cierra el flujo; esta situación
se verifica cada vez que se crea un equilibrio momentáneo entre tensión que tiene el muelle
grande y el empuje ejercido por el aire bajo la membrana.
Fig. 4 Con el circuito utilizador en función se requiere aire con la consecuente caída de presión, en
este momento entra automáticamente en funcionamiento el regulador actuando de la forma
siguiente:
La disminución de presión bajo la membrana rompe el equilibrio existente, el muelle grande hace
descender de nuevo el platillo G por lo que se inicia un flujo de aire hasta que se restablece las
condiciones anteriores de la fig.3.
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Fig. 5 para eliminar eventual es sobrepresiones o para disminuir la presión a la salida actuando en el
tornillo A. el regulador actúa de esta manera:
La sobre presión o la disminución de la fuerza del muelle levanta la membrana la cual se suelta
del vástago permitiendo así la apertura del orificio E que descarga al exterior el exceso de
presión; al restablecerse el equilibrio presión - muelle, se vuelve a las condiciones de la fig.3.
A igualdad de dimensiones, los reguladores están disponibles con muelles de varias graduaciones para
satisfacer diversos campos de utilización.
Para reducir dimensiones y costos, el regulador se construye conjuntamente con el filtro en una sola
pieza, comunicando la parte central del filtro con el platillo del regulador; las conexiones al grupo están
preparadas con la entrada por la parte del filtro y la salida por la del regulador.
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TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO – EL LUBRICADOR
La lubricación impide el «gripado», es decir la soldadura de dos superficies en
movimiento relativo entre ellos. Sin embargo, antes de alcanzar el límite que
bloquea el movimiento, existen igualmente otras razones que precisan de la
intervención de un sistema de lubricación; la reducción del desgaste, las
pérdidas por fricción y la protección contra la corrosión.
En las instalaciones neumáticas, el componente que pasamos a describir,
utiliza el aire para el transporte del aceite (usado como lubricante) en los
utilizadores que el aire pone en movimiento. El componente utilizado es un
lubricador de niebla que utiliza el efecto Venturi.
El principio de funcionamiento es el siguiente:
Fig. 1 el platillo A, provisto de una membrana elástica y asistido por el muelle, permite proporcionar
el efecto Venturi. El émbolo B, además del tubo Venturi, tienen unos fresados laterales para permitir
un caudal normal de aire sin provocar caídas de presión importantes.
Fig. 2 El vaso C que contiene el aceite está en comunicación con la entrada de aire (véase También
Figura 4); la depresión creada por el efecto Venturi, conjuntamente con la presión que el aire ejerce
sobre la superficie del aceite, no hacen subir por el tubo conductor hasta la cúpula piloto (véase, así
mismo la figura 3).
Fig. 3 El tornillo de aguja D permite regular el paso del aceite; todo el aceite que pasa entra en la
línea, por ello se debe regular el número de gotas en proporción a la necesidad de aire. La esfera E
impide al aceite volver al vaso cada vez que se interrumpe el paso de aire (el utilizador en función); la
cantidad de aceite que permanece en la esfera queda de este modo disponible para ser utilizada
inmediatamente para la repetición.
Fig.4 para poder introducir aceite durante el funcionamiento, el aire que presuriza el vaso está
interceptado por el dispositivo F; desenroscando el tapón se cierra automáticamente la conexión con
la entrada y se abre el paso de descarga a través del orificio practicado en el mismo tapón, después
podemos sacar el tapón para rellenar el depósito con aceite.
Para que se pueda verificar el efecto Venturi, una cantidad mínima de aire debe atravesar el lubricador,
indicando generalmente el fabricante esta cantidad necesaria. No se pueden usar todos los tipos de
aceite; entre sus características se debe tener en cuenta la posibilidad de ser transportado en el modo
descrito y su compatibilidad con los retenes de estanqueidad de las válvulas y los cilindros. El tipo
adecuado deberá tener una viscosidad comprendida entre 3º y 5º en la escala Engler.
Con la lubricación de niebla la distancia máxima que se puede alcanzar será cercana a 8 / 10 metros. Al
igual que para los filtros, el empleo de los vasos de metal con nivel externo para el aceite se ha
generalizado para los lubricadores.
NOTA: El aire comprimido, agotada su potencialidad a través del funcionamiento del utilizador y vuelve a
la atmósfera transportando consigo partículas de aceite que, por su ligereza, quedan sus pendidas en el
entrono de trabajo, con la evidente posibilidad de perjuicios por su inhalación por el hombre o
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NEUMATICA BASICA
contaminación del producto en su elaboración (productos alimenticios o farmacéuticos). No tomamos
por ello en consideración el tipo de lubricador de micróniebla, siempre de menor utilización, porque
produce partículas de aire todavía más ligeras lo que supone un mayor peligro de contaminación en el
ambiente.
Con la lubricación de niebla es siempre posible eliminar la mayor parte del aceite, acompañado las
descargas con filtros apropiados. La tecnología moderna tiende además a limitar el empleo de aceite
realizado componentes que funcionan con aire no lubricado.
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DIMENSIONAMIENTO DE UN GRUPO F.R.L.
Los tres elementos descritos sólo se encuentran reunidos en un grupo
FRL (de las iníciales de cada uno) para obtener las tres funciones
combinadas. El símbolo que re presenta el grupo se puede representar
de forma simplificada (Fig. A) o «detallada» (Fig. B); a veces, la
exigencia de cada instalación requiere soluciones diversas que pueden
ser:
FR + L =>en dos elementos individuales
F+2R+2L =>
un filtro que alimenta 2 utilizadores
funcionando a presiones diferentes (Fig.C)
FR o F+R => ausencia de lubricador
A demás de las funciones específicas de cada elemento, su unión
(parcial ototal) debe garantizar el caudal necesario al utilizador; por tal motivo se fabrican en
dimensiones diferentes y designados sobre la base de la rosca (gas) de las entradas; las más comunes
son: G 1/8, G 1/4, G 3/8, G 1/2, G 3/4,G 1, etc.
Un dato importante para un grupo FRL es el valor de caudal máximo expresado, como se sabe en Nl/min
o en Nm3/h.
Para entender el significado de caudal máximo, pongamos un ejemplo; supongamos que un grupo FRL
debe servir para 3 utensilios neumáticos que requieren un caudal de aire libre, de 500 Nl/min. A la
presión de 6bar; si existe la posibilidad de que funcionen al mismo tiempo es preciso preveer las
dimensiones del grupo FRL, sobre la base de los tres consumos, es decir: 3 x 500 =1 500 Nl/min.
Esta cantidad de aire deberá poder pasar por cada uno de los elementos experimentando la menor caída
de presión; es preciso, además, tener presente que mientras el filtro y el regulador vienen alimentados
por la presión de la red, el lubricador tiene una presión menor que deberá resultar igual a la solicitada
por los utilizadores a lubricar.
Mediante el uso de diagramas, es posible hacer una selección cuidadosa de cada dispositivo teniendo en
cuenta después de su acoplamiento que no es necesario hacer la con la misma sección de entrada (basta
pensar en la combinación F+2R+2L).
Los diagramas representados son los relativos a una presión de red de 7 bar; advertimos, sin embargo,
que el cambio de estos valores comporta una variación análoga del caudal y por consiguiente de la
evolución de las curvas.
Como ejemplo de lectura, escogemos el valor de 1500 Nl/min en el filtro.
En la vertical que aparte del valor de 1500 Nl/min. Se producen dos intersecciones, una con la curva
relativa a una entrada de G 1 y otra con la de G 1/2; la entrada de G 1/4 se excluye totalmente.
Entre las dos es posible escoger la entrada de G 1/2: observamos que la caída relativa de presiones
mínima e influye sólo sobre la presión disponible en la alimentación del regulador (y no en la del
utilizador).
Observamos el gráfico del regulador realizado para una reducción de la presión a 6 bar: con la
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NEUMATICA BASICA
exclusión evidente de la entrada de G 1/4 existe a diferencia del filtro, una duda con respecto a la
elección entre la de G 1/2 y la de G 1, considerando la diferencia en los valores de caída de presión;
en efecto, la entrada de G 1/2 provoca una caída cercana a 0,6 bar contra la de 0,3 bar de la
entrada G 1.
El gráfico relativo al lubricador está previsto para una presión teórica de 6 bar en la salida del
regulador; a igualdad de caudal requerido, si queremos utilizar la entrada G ½ la caída de presión
es de 0,2 bar mientras que desciende a 0,08 para la entrada de G 1. Las dos caídas de presión
(regulador y lubricador) se suman por lo que obtenemos los siguientes resultados a la salida del
lubricador
Entrada de G 1/2 => 0,6 + 0,2 = 0,8 bar de caída => 6 - 0,8 = 5,2 bar
Entrada de G 1 =>0,25+0,08=0,33 bar de caída => 6 - 0,33 = 5,67 bar
La primera valoración para la elección de una de las dos entradas debe hacerse teniendo en cuenta los
efectos que la disminución de presión puede provocar en el rendimiento de los utilizadores. Obviamente
resulta posible reducir el efecto de la caída de presión a la salida del grupo FRL, aumentando el valor de
la presión del regulador. Razones de costo y de dimensiones condicionan su elección definitiva.
NOTA: En el gráfico del regulador se indican las características relativas también en cuanto a la presión
en salida de 4 bar para mostrar que, aun a presión menor, los caudales disponibles son inferiores. Por
ejemplo, si en el caso contemplado hubiera sido necesaria una presión de 4 bar, l a elección del regulador
y del lubricador se habría hecho sobre la entrada de G 1.
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CILINDRO - PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El cilindro es un «motor», es decir, un medio capaz
de «generar una fuerza a expensas de una energía
natural». En efecto, utiliza el aire comprimido (A/C)
como propelente. Su principio de funcionamiento es
exactamente el opuesto al de la bomba de una
bicicleta; en esta es la fuerza muscular del hombre la que actúa sobre el pistón y empuja el aire
atmosférico para obtener una presión en el interior del neumático. Por el contrario, en el cilindro la
presión de A/C actúa sobre la superficie del pistón para obtener una fuerza; se consigue de este modo un
movimiento o siguiendo una trayectoria rectilínea, a condición de que el aire contenido en la cámara
opuesta esté en comunicación con el exterior, es decir en descarga (Fig.1).
Con el fin de que la presión del aire pueda estar enteramente disponible sobre la superficie. Del pistón, se
debe asegurar una «estanqueidad», es decir, impedir que el aire pase a la cámara o puesta; si esto
ocurre, es inevitable una pérdida de presión con el resultado de una menor fuerza desarrollada por el
cilindro.
Observamos lo siguiente:
Fig. 2 Una superficie del pistón cierra el paso de entrada de aire.
Fig. 3 Un anillo mantiene el pistón distanciado.
Por el Principio de Pascal los dos pistones están sometidos a una fuerza de empuje igual al producto
entre la presión en bares y la superficie empujada por el aire; es fácil intuir que a igualdad de presión,
sobre el pistón de la Fig.3 actúa un empuje inicial mayor, es decir, se mueve antes (suponiendo que el de
la Fig. 2 pueda moverse).
.
Por consiguiente, una de las condiciones para obtener un empuje inicial suficiente para mover él pistón
es la presencia de un espacio por delante del mismo; tal espacio, inicialmente a presión atmosférica,
logra la presión absoluta (presión de trabajo más 1 bar) apenas recibe aire comprimido; es en este punto
que inter viene el «principio» arriba indicado que hará mover el pistón.
La continuidad del movimiento del pistón está después asegurada por la cantidad de aire (caudal) que
mantiene siempre constante o casi, la presión de empuje sobre el pistón también cuando la llegado al
final de su recorrido. Volvamos a las figuras 2 y 3; en el instante que precede al inicio del movimiento los
dos pistones que tienen el mismo diámetro ofrecen al aire en entrada una superficie distinta del propio
pistón a causa del anillo distanciador.
Suponiendo que el pistón de la Fig.2 pueda partir y que la presión del aire sea igual, la diferente situación
interna se manifiesta con un retraso en el movimiento del pistón de la Fig.2; sin embargo, una vez
comenzado su movimiento, los dos cilindros desarrollan la misma fuerza porque la superficie de los
mismos es igual.
Observamos las figuras 4 y 5:
Los dos pistones no tienen el mismo diámetro pero se encuentran ambos contra el anillo
distanciador; por tanto existe una situación igual para el empuje inicial.
Supongamos una igualdad de presión del aire que alimenta el espacio anterior a cada pistón; su
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diferente superficie produce, por el Principio de Pascal, una fuerza de empuje distinta que varía
con el cuadrado de los dos diámetros; esto es, al cilindro con pistón de diámetro doble
corresponde una fuerza de empuje cuatro veces mayor; si de valor triple es nueve veces mayor.
El área de la superficie total del pistón puede ser calculada con la siguiente fórmula:
A = π D2 ÷ 4
Donde “D” es el diámetro y π (pi) es una medida estándar matemática que es 3.1416. Con ésta
fórmula se calcula el área total del pistón. Para calcular el área de red del pistón, se utiliza la
misma fórmula solo que hay que restarle el área del vástago.
La fuerza desarrollada por un cilindro es función del diámetro del pistón (émbolo), de la presión
del aire de alimentación y de la resistencia producida por el rozamiento. Entonces, la fuerza
teórica (sin considerar rozamiento) se calcula por la expresión:
F teorica = Area x Presion
Siendo
F teórica = Fuerza teórica del émbolo.
Área = Área del émbolo. También se puede calcular a partir del diámetro interno del cilindro.
Presión = Presión del aire comprimido (bar)
Demostración:
DIÁMETROS
SUPERFICIES
FUERZA DE EMPUJE PARA UNA
PRESIÓN DE 5 BAR
D1 = 20cm
ࡿ૚ =
ଷ.ଵସ ୶ ଶ଴మ
ସ
= 314 cm2
F1 = 5 x 314 = 1570 Kg
D2 = 10cm
ࡿ૚ =
ଷ.ଵସ ୶ ଵ଴మ
ସ
= 78.5 cm2
F2 = 5 x 78.5 = 392.5 Kg
VERIFICACION
ୈଵ
ୈଶ
ଶ଴
=
ଵ଴
=2
୊ଵ
୊ଶ
ଵହ଻଴
=
ଷଽଶ.ହ
=4
Observamos ahora las figuras 6 y 7:
Los dos cilindros tienen igual el diámetro y el espacio anterior al pistón pero están alimentados
por presiones distintas; siempre por el Principio de Pascal, al cilindro con mayor presión
corresponde una fuerza de empuje mayor, tanto al inicio como durante el movimiento.
En este caso. Sin embargo, la fuerza de empuje es directamente proporcional al valor de la
presión de alimentación
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Demostración:
PRESIONES
P1 = 10 BAR
SUPERFICIE PARA D =20 CM
FUERZA DE EMPUJE
. మ
F1 = 10 x 314 = 3140 Kg
ࡿ૚ ൌ
= 314 cm2
P2 = 5 BAR
F2 = 5 x 314 = 1570 Kg
VERIFICACION
୔ଵ
୔ଶ
ଵ଴
=
Instructor
ହ
=2
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୊ଵ
୊ଶ
ଷଵସ଴
=
ଵହ଻଴
=2
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CILINDRO - COMPONENTES Y TERMINOS DE UTILIZAD
A la nomenclatura de las partes componentes de un cilindro adjuntamos las definiciones típicas que
encontraremos a continuación, además que en su aplicación práctica.
Comenzamos con la nomenclatura:
TERMINO
DESCRIPCION
Cuerpo o tubo
Su diámetro interior o «calibre» es el elemento determinante para la selección del
cilindro, su longitud determina el recorrido del pistón
Pistón
Es el órgano móvil dotado de dispositivos que garantizan la estanqueidad; su
movimiento es rectilíneo alternativo.
Vástago
Está unido al pistón para transmitir al exterior el movimiento.
Cabezal posterior
Asegura la unión mecánica y la estanqueidad neumática con el cuerpo en el que
se han realizado los orificios de entrada y salida del aire
Cabezal anterior
El anterior hace también de soporte para el vástago
Las definiciones son:
TERMINO
DESCRIPCION
Espacio nocivo
Es el espacio que queda entre un cabezal y el pistón cuando éste se encuentra al
final del recorrido.
Cámara positiva
Es el espacio comprendido entre el pistón y el cabezal posterior. Su volumen varía
de un mínimo correspondiente al espacio nocivo con respecto a un máximo
establecido por el recorrido del pistón
Cámara negativa
Es el espacio comprendido entre el pistón y el cabezal anterior. Su volumen, que
es inferior al de la cámara positiva por la presencia del vástago, varía entre un
mínimo igual al espacio nocivo aun máximo establecido por el recorrido del
pistón.
Cámara activa
Es la cámara bajo presión
Recorrido positivo
Es la dirección del recorrido del vástago en su salida del cuerpo.
Recorrido negativo
Es la dirección opuesta, es decir, es la del retroceso del vástago
Sección útil de
empuje
Es la superficie que ofrece el pistón a la presión del aire en la cámara positiva.
Corresponde a la sección interna del tubo
Sección útil de tiro
Es la superficie que el pistón ofrece a la presión del aire en la cámara negativa. Es
menor que la del empuje por la presencia del vástago
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TERMINO
DESCRIPCION
Cilindro de simple
efecto S.E.)
Se obtiene cundo el aire actúa sobre una sola superficie del pistón.
Normalmente está en correspondencia con la cámara positiva que determina el
movimiento del vástago en salida del cilindro. Su retroceso se realiza mediante
un muelle interior o con otros medios externos. La cámara negativa está
siempre en comunicación con atmósfera, Por lo tanto no está nunca bajo
presión
Cilindro de Doble
efecto (O.E.)
Se obtiene cuando el aire actúa alternativamente sobre las dos superficies del
pistón. Realiza dos direcciones de movimiento del vástago, con posibilidad de
desarrollar una fuerza entre ambos sentidos
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EVOLUCIÓN DE LA PRESIÓN EN LAS DOS CÁMARAS DE UN
CILINDRO DOBLE EFECTO
Los ejemplos que se muestran a continuación tienen la finalidad de hacer más fácil la lectura del
diagrama:
·
En un cilindro de D.E. que tenga las dos cámaras en comunicación con la atmósfera el pistón puede
moverse libremente por toda la longitud del recorrido (en ambos sentidos) sin encontrar, una
resistencia especial en el aire.
Supongamos que llevamos el pistón hasta el extremo posterior y obstruimos de forma hermética la
entrada de aire en el extremo opuesto; queriendo terminar manualmente el recorrido positivo,
deberíamos realizar una fuerza de una intensidad siempre mayor para vencer el contra empuje que
se viene a crear en la cámara negativa, debido a la reducción de su volumen de aire; no pudiéndose
anular este último, actúa como obstáculo elástico impidiendo al pistón volver al cabezal anterior;
dejándolo libre, el pistón volvería casi al punto del partida.
Si repetimos la operación y concedemos a la salida anterior cerrada también una mínima
comunicación con el exterior, la fuerza necesaria para el recorrido será tanto menor cuanto más
lento sea el movimiento porque el efecto de contra empuje del aire en la cámara negativa
encuentra el tiempo para escapar a través de la entrada; con la misma fuerza el pistón llega al final
de recorrido y ahí queda aún cuando desaparece la acción.
Las dos últimas simulaciones demuestran que:
La cámara positiva y la negativa son neumáticamente independientes; esto es, aún utilizando
alternativamente el mismo volumen interno del cilindro, el aire de una cámara quedase parado del
de la otra aún en presencia de la presión.
La cámara opuesta a la dirección del recorrido del pistón debe estar vacía para no obstaculizar su
movimiento.
Observemos ahora el diagrama que representa la situación del aire en las dos cámaras de un cilindro de
D.E. En los siguientes instantes de su recorrido:
Pistón detenido contra el cabezal posterior
Cámara positiva: se encuentra a la presión atmosférica correspondiente a una presión cero en el
manómetro
Cámara negativa: la presión del manómetro corresponde a la de trabajo, mientras en su interior es
1 bar (presión absoluta) Ahora introducimos aire comprimido en la cámara positiva y ponemos al
mismo tiempo en descarga a la negativa
Instante que precede al inicio del movimiento
Cámara positiva: la presión del valor cero (en el manómetro) sube inmediatamente; en
correspondencia del punto A consigue el valor de la presión establecida. El breve espacio que separa
A del inicio de la carrera corresponde al necesario para que el pistón pueda vencer las resistencias
que se oponen a su movimiento
Cámara negativa: el aire se descarga rápidamente sin alcanzar, sin embargo, el valor atmosférico,
porque en correspondencia con el punto B comienza el recorrido del pistón
Posición C a mitad de recorrido
Cámara positiva la presión es inferior a la del inicio del movimiento porque el volumen de la
cámara, inicialmente correspondiente al espacio nocivo, es ahora mayor. Como consecuencia de
esto se produce una disminución de la presión como la prevista en la ley de Boyle.
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NEUMATICA BASICA
Cámara negativa: la presión interna no se ha reducido aún al valor atmosférico porque el
movimiento del pistón provoca una reducción continua del volumen de la cámara con un
consiguiente mantenimiento de un determinado valor de presión por parte del aire presente,
aunque en cantidad siempre menor ya que está en descarga
Posición D apenas alcanzado el final del recorrido
Cámara positiva la cámara ha alcanzado su volumen máximo. Cesa, por tanto, una ulterior
necesidad de aire
Cámara negativa: la cámara negativa ha alcanzado el volumen mínimo correspondiente al espacio
nocivo no anulable
Observemos ahora la situación comprendida entre el final del movimiento y el momento de la
inversión.
Cámara positiva la presión del aire se establece al valor inicial y permanece igual hasta el siguiente
accionamiento.
Cámara negativa: la presión desciende hasta el nivel atmosférico.
De todo lo anteriormente indicado podemos extraer las siguientes consideraciones:
Cuanto más alta sea la velocidad exigida al movimiento del pistón, tanto mayor deberá ser la
cantidad de aire que se introduzca en la cámara que efectúa la carrera (cámara activa).
Un caudal insuficiente provoca una mayor caída de presión con la consiguiente reducción del
empuje sobre el pistón y un posible movimiento irregular.
La cantidad de aire que permanece en la cámara opuesta, crea un contraempuje al movimiento del
pistón de pequeña entidad si se mantiene libre el paso del escape; controlándolo correctamente, es
decir, reduciendo la apertura, es posible regular la velocidad del movimiento del pistón.
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CILINDRO – FUERZAS DESARROLLADAS
Observemos la imagen: resume las magnitud es que en el interior del cilindro contribuyen a la definición
de la misma fuerza del pistón cuyo valor está en relación, a igualdad de dimensiones y de alimentación,
al tipo del cilindro y a la dirección de la misma fuerza; en particular:
Cilindro de D.E.: la fuerza desarrollada en las dos direcciones es distinta por la presencia del vástago
Cilindro de S.E.: en una sola dirección de trabajo, la fuerza es menor respecto a la del cilindro de
D.E., por la presencia del muelle de retorno cuya fuerza de reacción se puede deducir por el
diagrama
Examinemos ahora cada una de estas magnitudes:
Presión «p»: el valor elegido para el cálculo de la fuerza debe ser el existente en las entradas del
cilindro durante su funcionamiento. En el caso de una carga estática, es decir, cuando el cilindro
desarrolla su fuerza sin producir un movimiento, la presión medida por el manómetro es aquella
que llega al cilindro. En el caso de una carga dinámica, es decir, de una fuerza en movimiento,
los componentes interpuesto entre el grupo FRL y el cilindro, provocan una caída de presión; esto
se debe tener en cuenta a la hora del cálculo de la fuerza.
Superficie del pistón: es preciso distinguir entre superficie de empuje y de tiro «St»; ambas se
calculan sobre la base del diámetro del cilindro expresa do en cm. Para el valor «St» es preciso
deducir de «Ss» la superficie del vástago
Resistencias de rozamiento: se manifiestan en las dos únicas posiciones de contacto entre las
partes móviles y las fijas; por eso se consideran solamente cuando la fuerza del cilindro es
utilizada en movimiento; es decir:
o
Entre el cabezal anterior y el vástago: el rozamiento está determinado por la junta de
estanqueidad y el casquillo que hace de guía y soporte del vástago.
o
Entre el pistón y el cuerpo: es debido a la acción de estanqueidad que el pistón realiza
para asegurar una clara separación neumática entre las cámaras, a fin de evitar posible
pérdidas de presión con la consiguiente reducción de la fuerza a desarrollar; se considera
que el valor de estos rozamientos es del orden del 10% de la fuerza desarrollada; para
una mayor comodidad en el cálculo, se multiplica el valor de la fuerza por 0,9
considerado como el rendimiento «ƞ» del cilindro
Las magnitudes descritas afectan a los dos tipos de cilindros. Con su producto se obtiene el valor de lan
fuerza desarrollada por el cilindro; para el D.E. las formulas son:
Movimiento en empuje
Fs = p x Ss x ƞ
Movimiento en tiro
Ft = p x SI x ƞ
Para el cilindro de S.E. debemos considerar también la presencia del muelle de retorno:
Fuerza del muelle Fm: con el cilindro en reposo el muelle está pre cargado, es decir empuja
sobre el pistón porque el alojamiento es inferior a la longitud libre del muelle; es fácil ver que a la
vez que el muelle es comprimido, aumenta su fuerza de reacción hasta alcanzar el valor máximo
al final del recorrido.
Instructor
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NEUMATICA BASICA
o
Los dos valores. Mínimo y máximo. Varían en función del diámetro del cilindro; para
mantener dentro de límites tolerables la elasticidad del muelle. La longitud del recorrido
de estos cilindros está limitada a 75mm.
o
El valor mínimo de la fuerza del muelle puede utilizarse para una posible carga en tiro.
Por ejemplo, para levantar un troquel móvil de una plegadora.
o
El valor Fm que se va a utilizar en la fórmula. debe leerse en el diagrama en
correspondencia con el recorrido del cilindro.
El muelle mecánico puede ser sustituido por una presión «Pc» controlada a través de la válvula
de descarga de la sobre presión de un regulador de presión unido directamente a la cámara del
cilindro; de este modo.se obtiene una reacción mediamente constante.
Para el cilindro de S.E. las fórmulas que interesan son:
Con muelle mecánico
Fs = (p x Ss) - Fm
Con muelle neumático
Fs = (p x Ss) - (Pc x St)
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CILINDRO – CARACTERÍSTICAS DE CONSTRUCCION
Las partes componentes del cilindro que veíamos ya individualmente en una representación esquemática
anterior se muestran ahora en detalle: en cada uno de los dos gráficos se presenta cada cilindro en
sección transversal al eje y en alzado.
Cilindro de S.E.: es del tipo de funcionamiento en «empuje»; la presencia del muelle de retención
hace el pistón se mantenga dentro. El orificio de entrada en el cabezal anterior sirve para
mantener la cámara negativa en descarga; sin embargo, no se indica en la simbología. Si se
requiere bajo pedido, el cilindro se puede suministrar para el funcionamiento en «tiro», en cuyo
caso el muelle se encuentra en la cámara positiva ya que la posición en reposo del pistón será
todo fuera.
Cilindro de D.E.: es del tipo con amortiguación; contrariamente a cuanto de ha explicando para
el cilindro anterior, el efecto del impacto del pistón contra los cabezales viene limitado por la
presencia de un dispositivo de amortiguación, cuyo funcionamiento se describe en uno de los
puntos siguientes.
En la mayor parte de los casos, la fijación de los cabezales al tubo se realiza por medio de tirantes; para
los cilindros de diámetro reducido (inferiores a 32mm) se efectúa mediante un bloqueo directo entre
cabezales y tubo con un sistema de rebordeado.
Estos tipos de cilindro se pueden adquirir a nivel comercial:
•
Con una serie de diámetros unificados según normas internacionales, a cada uno de los cuales
corresponden determinadas dimensiones, con el fin de asegurar la intercambialidad de los
cilindros de diferentes fabricantes.
•
Con materiales diversos según la condiciones ambientales de trabajo.
Puesto que el cilindro necesaria mente actúa en el mismo ambiente y en las mismas condiciones de los
elementos a mover, se tienen que considerar todos los posibles factores negativos que pueden dañarlo.
Los cilindros de serie son construidos para usos normales, esto es, ambientes de taller con temperaturas
de trabajo no superiores a 50 ºC y aire lubricado con una mínima presencia de condensación; en
condiciones diferentes es posible solicitar cilindros con materiales y tratamientos específicos como se
describe a continuación:
Cabezales: En fundición de aluminio, en el caso de ambientes marinos o en presencia de
elementos agresivos están tratados y barnizados.
Vástago: En acero cromado para usos normales y en acero inoxidable para usos al aire libre o en
ambientes agresivos.
Tubo: Es el componente que soporta ambas condiciones: la del aire (condensación) y el ambiente
externo; por ello se construye con los siguientes materiales con el fin· de ofrecer una correcta
elección para cada situación:
o
o
Instructor
Acero (tratado o barnizado exteriormente)
Latón (tratado o barnizado exteriormente)
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NEUMATICA BASICA
o
Aluminio anodizado endurecido
Juntas: tienen gran importancia la forma geométrica y los materiales empleados porque
deben, además de asegurar la estanqueidad, responder a las siguientes exigencias:
o Resistencia química a los lubricantes
o Bajo rozamiento y no poseer tendencia a pegarse
o Resistencia al desgaste
o Buena transmisión del calor para evitar recalentamientos
o Normalmente se fabrican con NBR (goma nitrílica); para temperaturas que superen
los 100 ºC se hacen con VITON
o Las juntas se encuentran:
Instructor
En el pistón: es ya de uso generalizado, lo que se muestra en la figura: está
constituido por un núcleo de acero revestido con goma vulcanizada NBR o
VITON con la forma y dimensiones que se desee.
En el vástago: por su doble función de estanqueidad y limpieza están
sometidas a lo que se pueda depositar sobre el vástago; en presencia de
sustancias de acción abrasiva es aconsejable el uso de juntas especiales
realizadas con mezclas de tipo poliuretanito.
En los amortiguadores: su función viene ilustrada en los análisis siguientes.
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DIMENSIONAMIENTO DE UN CILINDRO EN
FUNCIÓN DE LA CARGA APLICADA
La fuerza mecánica desarrollada por un cilindro se puede utilizar de dos formas:
Estáticamente, cuando el cilindro efectúa la carrera en vacío y su fuerza debe intervenir sobre un
obstáculo (carga) parado, como por ejemplo, el blocaje de piezas en fabricación, operaciones de
corte, plegamiento, etc. La fuerza F requerida en cada una de estas operaciones debe corresponder
al producto de la presión por la superficie del pistón: .F = p x S.
Dinámicamente, cuando el cilindro debe mover la carga; en este caso, la valoración de la fuerza se
tiene que hacer en función de las siguientes condiciones:
o
La dirección del movimiento:
Horizontal: es necesaria una fuerza Fa para equilibrar la resistencia de
rozamiento . Aquella es el resultado del peso del cuerpo P por un coeficiente
«C» menor a la unidad que tiene en cuenta la forma del apoyo de la carga
(sobre carriles, carros de torno, rodamientos, etc): Fa =P x C
Vertica l: la fuerza Fp necesaria para equilibrar la carga corresponde al peso total de
esta Fp = P (con dispositivos mecánicos que examinaremos más adelante, esta
fuerza puede ser reducida)
El movimiento: en las dos situaciones diferentes de equilibrio, la carga puede
ponerse en movimiento solamente en presencia de una fuerza suplementaria
Fm; este valor añadido se transforma en velocidad, es decir, menor tiempo
para realizar un determinado recorrido.
Las fórmulas que resumen la determinación de la fuerzar equerida por una carga dinámica son:
Carga Horizontal
F = Fa + Fm
Carga Vertical
F = Fp + Fm
Una consideración útil es la siguiente: a igualdad de peso de la carga y de la velocidad el movimiento
horizontal necesita una fuerza menor respecto al vertical; el orden de la magnitud depende del tipo del
rozamiento (deslizante o de rodadura)
A la valoración teórica del o anterior es preciso aplicarle los siguientes límites:
Velocidad máxima de los cilindros: no estimable teóricamente pero dependiente del diámetro y
del tipo de construcción. Es por ello un dato suministrado por los fabricantes mediante pruebas
prácticas efectuadas sin carga y en las condiciones ideales de alimentación
Energía cinética: la energía adquirida por la carga en movimiento debe ser transformada antes
de que el pistón alcance el final del recorrido; en caso contrario, el choque contra el cabezal
puede provocar daños al cilindro y a sus equipos. La presencia de dispositivos de amortiguación
en los dos extremos del recorrido, y a evidenciados en las figuras anteriores y que se describen en
los dos próximos análisis, tienenen efecto la función de intervenir antes de la finalización del
recorrido, con el fin de transformar en calor gran parte de la energía producida. Su efecto no es,
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sin embargo, proporcional a la energía cinética producida, por lo que se debe reducir
interviniendo sobre la velocidad de la carga.
Para comprender mejor lo arriba indicado, y como guía útil en la elección de un cilindro, hemos indicado
en la imagen un diagrama realizado mediante pruebas prácticas llevadas a cabo en las siguientes
condiciones:
Cilindros de serie de D.E. con amortiguación
Tuberías y válvulas de alimentación dimensionadas según la necesidad de aire de cada cilindro
Carro porta carga montado sobre rodamientos y móvil sobre columnas horizontales (rozamiento
de rodadura)
Equipo electrónico para la mediación de tiempos
Con una presión de trabajo mantenida constante a 6 bar, sobre cada cilindro se han efectuado las
siguientes pruebas, midiendo para cada una el tiempo mínimo empleado por el pistón para completar
toda la carrera incluidos los espacios de amortiguación; en todas las pruebas el efecto de amortiguación
se regula para evitar el efecto de la energía de choque:
Sin carga: la velocidad máxima alcanzada por cada uno de los cilindros es la indicada en la
ordenada en correspondencia a cada tramo horizontal.
Con carga: el tramo horizontal está para indicar que el efecto de amortiguación regulado con el
cilindro sin carga, es suficiente para mantener al máximo la velocidad, aún con aumento de
carga. Más allá de un cierto límite de peso, para evitar el impacto del pistón contra el cabezal,
ha sido preciso intervenir además de sobre la amortiguación, también sobre la velocidad
actuando sobe uno de los dispositivos (válvulas de regulación) aplicados sobre las descargas del
aire del cilindro, con el fin de crear, un contra empuje, en la cámara no activa para toda la
duración del recorrido
el tramo vertical al final de cada curva indica que, más allá de este límite y en las condiciones de
las pruebas antes indicadas, no es aconsejable el uso del cilindro correspondiente porque la
amortiguación no es capaz de transformar la energía cinética; una posterior reducción de la
velocidad produciría a la salida del pistón.
La disponibilidad de semejantes diagramas permite un dimensionamiento más idóneo del cilindro en
función de la carga aplicada y de la velocidad máxima conseguible con la seguridad de la posibilidad del
cilindro de amortiguar !a energía cinética.
He aquí algunos ejemplos de lectura para movimientos horizontales y rozamientos de rodadura
A)
¿Qué cilindro se necesita para desplazar un peso de 1000 N a una velocidad de 1 m/seg?
a. El punto de encuentro de los dos valores indicados coincide en la línea horizontal del
cilindro de 63mm.de Ǿ.
b. Los amortiguadores relativos son suficientes para frenar la carga al final del recorrido
B)
¿A qué velocidad se puede desplazar una carga de 600 N utilizando un cilindro de
40 mm. de Ǿ ?
a. A una velocidad aproximada de 0,9 m/seg.
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b. Es necesario actuar en los amortiguadores e insertar las válvulas de regulación
oportunamente graduadas.
C) ¿Qué peso puede desplazar un cilindro de 32 mm. De Ǿ a una velocidad de 1,6 m/seg?
a. Un peso de 100 N
b. Es preciso actuar en los amortiguadores e insertar las válvulas de regulación
oportunamente graduadas.
/
El sistema de amortiguación logrado en el interior de un cilindro no es la única solución posible; se puede
realizar también externamente mediante desaceleradores hidráulicos que requieren a su vez un costo y
un incremento de volumen. Sin embargo, los desaceleradores tienen la ventaja de que se pueden
dimensionar en función de la energía cinética producida; se puede, por lo tanto, obtener velocidades
superiores a igualdad de carga y de resistencia de rozamiento.
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FASE DE FRENADO DEL MOVIMIENTO DE UN CILINDRO D. E.
En el análisis anterior hemos hablado de la energía cinética que el cilindro adquiere durante un
movimiento rápido, sobre todo, con una carga aplicada; si esta energía no se anula (efectivamente, se
transforma en energía de choque con producción de calor) o por lo menos reducida antes de alcanzar el
final del recorrido, puede provocar daño en la estructura del cilindro y a los. Mecanismos acoplados al
mismo.
Por esta razón, los cilindros están dotados de amortiguadores cuya intervención se manifiesta solo en el
tramo final del recorrido, comprendido entre 15 y 30 mm. En función del diámetro del cilindro; la acción
de los amortiguadores se verifica cuando se produce el contra empuje del aire en descarga en la fase
que, de este modo, va a actuar sobre la superficie del pistón opuesta al movimiento.
·
Existen, sin embargo, límites al valor de la energía amortiguable; en efecto como hemos mostrado en el
diagrama del apartado anterior cuando aumenta el peso que hay que desplazar es preciso reducir la
velocidad del cilindro para que el sistema de amortiguación pueda anularla energía producida.
Con ayuda de las figuras describimos la situación que se produce en la zona relativa a la desacelearación,
toman do como ejemplo el cabezal anterior, es decir, la amortiguación al final del recorrido positivo.
Fig.1): apenas iniciarse el recorrido. La junta del amortiguador A se desplaza axialmente en su
propio alojamiento por la presión del aire en descarga; en la fase de desaceleración tal junta, de
la que damos más detalles en la siguiente figura, desarrollados acciones diferentes de
estanqueidad.
o
Una estática mediante la superficie plana que actúa sobre un lado de su asiento en el
cabezal.
o
Una dinámica efectuada por el labio cuando recibe la parte en movimiento (ojiva B) del
dispositivo de amortiguación.
o
Advertimos que la ojiva B está todavía alejada de la junta, esto permite la descarga
normal del aire a través de la sección libre comprendida entre el vástago y el labio
Fig.2): Cuando la ojiva se inserta en el labio de la junta (libre para centrarse radialmente)
interviene también la segunda acción de estanqueidad; desde este momento se inicia la
desaceleración para la anulación de "la energía de movimiento y ya innecesaria porque el
movimiento está· llegado casi al final. Esto se verifica por la progresiva reducción del volumen
comprendido entre el pistón y el cabezal y porque él aire todavía por descargar sólo puede pasar
por un orificio de sección limitada; de aquel inicio de una sobre presión que, actuando en la
superficie útil del pistón, genera el contraempuje necesario para el frenado de toda la parte móvil
Fig.3): Con el fin de obtener la desaceleración deseada y una parada sin choque, el aire en
descarga de la "cámara de amortiguación" está regulado por un tornillo de aguja insertado en el
cabezal. Un cierre excesivo del paso puede provocar el rebote del pistón y la imposibilidad de
terminar el recorrido.
Todo lo hasta ahora descrito se verifica exactamente también para el cabezal posterior es decir, cuando
el pistón debe regresar.
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FASE DE ARRANQUE DE UN CILINDRO D. E.
Si un dispositivo de amortiguación no está acoplado a un sistema de «arranque», reduce notablemente
la fuerza necesaria para el arranque del cilindro; para eliminar el consiguiente retraso en el movimiento
es necesario hacer llegar, en un corto espacio de tiempo, sobre la superficie útil del pistón el valor
máximo de la presión elegida.
En el dispositivo apenas examinado, observamos que tal función se realiza mediante la forma específica
de uno de los planos frontales de la junta de amortiguación (fig. 1c) y de los dos planos de la junta del
pistón (fig. 2b).
Con la ayuda de la figuras observamos cómo se realiza la fase de «arranque»:
Fig 1a): Representa la situación en el cabezal anterior como lo habíamos dejado en la imagen
anterior, esto es:
o El pistón está contra el cabezal
o La junta A tiene la parte plana apoyada contra el lado de su alojamiento, mientras el
«labio dinámico» está apoyado sobre la ojiva.
La posición del pistón es la misma de la· fig.1a) mientras que el cabezal está representado con
una sección pasante por el orificio de entrada de aire en vez de por el pequeño agujero de
descarga. A la llegada de aire, la junta A es desplazada hacia la izquierda de su asiento; con este
movimiento se establece un paso al exterior de la junta misma; a través de una serie de canales,
como se indica en la fig.1c), el aire puede llegar a la zona b)
Fig. 2a): No obstante, cuando el pistón se encuentra contra el cabezal, el aire presente en b)
puede proseguir a través de los canales como se indica en la fig.2b). Desde este momento la
superficie del pistón está completamente afectada por el volumen de aire que llega a la cámara
a); apenas alcanza la presión el valor establecido, la fuerza que se desarrolla supera la
resistencia de arranque y el pistón inicia su recorrido.
Fig. 3): Cuando la ojiva sale de la junta de amortiguación, el paso aumenta y garantiza la
entrada de aire durante todo el movimiento.
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FIJACION DE UN CILINDRO
Habíamos iniciado el capítulo sobre cilindros llamándolos «motores», es decir, capaces de transformar,
en su interior, la energía del aire comprimido en energía mecánica bajo forma de una fuerza motriz con
movimiento rectilíneo disponible para ser utilizada en el exterior mediante la prolongación del eje del
pistón.
Como cualquier otro tipo de motor, también en el cilindro existe una parte fija, el cuerpo y una parte en
movimiento, es decir, el pistón unido al vástago; a fin de que la fuerza motriz sobre el eje del vástago
pueda ser utilizada, es evidente que el cuerpo del cilindro deberá estar no solo fijo, si no también fijado
oportunamente a una estructura.
La fijación del cuerpo, llamada también «anclaje», puede efectuarse de forma rígida o de forma
oscilante; la elección debe tener en cuenta, sobre todo, el hecho de que los cilindros están construidos y
dimensionados para resistir esfuerzos de tipo axial, es decir, a lo largo del eje del movimiento.
Fijaciones rígidas:
Grupo a): El cabezal posterior o el anterior están directamente fijados a la placa del equipo
interesado; los tornillos de bloqueo van por ello atornillados al dorso de la placa.
Grupo b): Cuando esta operación no es posible, se interpone una brida atornillada al cabezal que
interesa y este se fija a la placa de equipo. Para ambos anclajes:
o
Observamos, en las ampliaciones, los agujeros a realizar en las placas
o
Limitamos el uso del bloqueo en el lado, del cabezal posterior, a los casos en los que el
cilindro trabaja en posición vertical; un montaje en posición horizontal puede provocar
posibles deformaciones que aumentan con la longitud del recorrido
o
La superficie de la placa de apoyo debe presentar, en correspondencia con la de unión,
un plano perpendicular al eje del vástago
Grupo c): dos angulares (patas) de chapa fijados directamente a los dos cabezales con el fin de
consentir el montaje del cilindro sobre cualquier plano, con la única condición de que sea
paralelo al eje de la carga que hay que mover.
Fijaciones oscilantes:
Grupo d): Es la combinación de 2 charnelas, macho y hembra; con frecuencia una de las dos
articulaciones está fijada en la estructura del equipo. El conjunto del anclaje permite
oscilaciones angulares sobre un solo plano, cualquiera que sea.
Grupo e): Dada la presencia del vástago es el único tipo de anclaje posible para el cabezal
anterior. El soporte específico debe estar previsto en la estructura de la máquina. No es
aconsejable utilizar estos dos anclajes oscilantes en cilindros de recorrido largo cuando están:
o
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Montados en posición vertical o casi, salvo en el caso en que el vástago esté dirigido
hacia abajo; se excluye de esta forma el peligro de una flexión del vástago.
·
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o
Montados en posición horizontal; dada la imposibilidad de equilibrar su peso durante el
movimiento oscilatorio, puede existir peligro deflexión o rotura del vástago cuando este
se encuentre al máximo de su recorrido; esto es más probable cuando la fijación está
hecha en la parte del cabezal posterior.
Grupo f): es un tipo de anclaje oscilante que permite ser fijado sobre tirantes en cualquier
posición entre los dos cabezales, con el resultado de poder realizar un cierto equilibrio del
conjunto cilindro cinematismo a fin de evitar el peligro deflexión antes indicado.
·
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ACOPLAMIENTOS DEL VASTAGO
El tipo de fijación del cuerpo de un cilindro hay que considerarlo juntamente con el acoplamiento del
vástago al utilizador puesto que, en la transmisión del movimiento rectilíneo cuando la mecanización o la
instalación no están lo suficientemente cuidadas o en una transformación en movimiento rotativo,
siempre se manifiesta un desplazamiento relativo del eje del cilindro respecto al requerido por el órgano
a desplazar.
Antes de poner una instalación en funcionamiento es aconsejable controlar el alineamiento de la carga
con el vástago en la posición de todo dentro y todo fuera; en el caso de cargas ligeras, la presencia de
errores puede percibirse también manualmente mientras que para cargas pesadas, es necesario recurrir
a instrumentos de comprobación.
Posibles errores, si no son eliminados, deforman el casquillo del soporte del vástago; el desalineamento
que se produce, provoca un rápido desgaste de las juntas de retención (pistón y vástago).
Cuando el eje del cilindro está perfectamente alineado con el eje del movimiento de la carga, el
acoplamiento puede ser rígido, es decir el extremo roscado del vástago está atornillado en el cuerpo que
hay que mover (fig.1) En el caso contrario de un desalineamento, la libertad de movimiento de las dos
partes se obtiene insertando una junta que permita una articulación de esta clase:
En torno a un eje: articulación de horquilla (fig.2)
En torno a un punto: articulación de esfera (fig.3)
Los posibles errores son:
Fig.4): La carga se mueve manteniendo una posición paralela al plano de fijación del cilindro
pero con una desviación lateral con un ángulo que está representado en el dibujo a la derecha de
la posición ideal: en este caso, el vástago está obligado a «trabajar» lateralmente sobre el
casquillo. Cuando el error no puedo ser rectificado con un alineamiento directo entre el cilindro y
el cuerpo a mover, es necesario insertar una articulación de tipo horquilla de manera que el eje
de su perno sea perpendicular al plano guía.
Fig.5): La carga se mueve hacia arriba con el mismo ángulo, pero no existe la desviación
anterior; el vástago está ahora obligado a trabajar sobre la parte superior del casquillo. Cuando
el error no pueda ser rectificado mediante un alineamiento directo entre los órganos
interesados, es necesario insertar una articulación de horquilla de forma que el eje de su perno
sea paralelo al plano guía.
Fig.6): Los dos errores anteriores se manifiestan juntos; el casquillo está por lo tanto sometido a
desgaste en dos diferentes. Las posible corrección, además de la de eliminar el error de la base,
es la inserción de una articulación de tipo esférica.
En las tres soluciones, cuando el error es reducido, la sujeción del cilindro puede mantenerse rígida; en
caso contrario es necesario adoptar una de tipo oscilante de manera que el cilindro pueda seguir las
variaciones de posición de la carga.
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Las consideraciones antes indicadas se refieren a hipótesis de desalineamento para cargas en
movimiento rectilíneo; como hemos indicado al principio, existe el cinematismo para la trasformación del
movimiento rectilíneo en angular; en este caso, la variación continua y sensible de la posición de la carga
la realiza el mismo sistema.
Fig.7): El movimiento angular se mantiene siempre en un mismo plano; en esta hipótesis, con la
evidente necesidad de sostener el cilindro con una fijación oscilante, el vástago puede estar
acoplado a la manivela mediante una articulación de horquilla. En el supuesto de que el
movimiento pueda mantenerse en el mismo plano, es oportuno utilizar una articulación de tipo
esfera.
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ESFUERZOS DEL VASTAGO POR LA CARGA DE PUNTA
Consideramos útil, a forma de introducción, proponer un sencillo experimento de fácil comprensión y
repetición para una verificación: apretamos gradualmente el extremo de una cerilla de madera
mantenida entre el índice y el pulgar de una mano: ésta se dobla y después se rompe en dos partes; si
repetimos la operación con una de las dos partes, no resulta fácil obtener el mismo resultado. Con este
experimento queremos llamar la atención sobre el hecho de que un vástago muy largo con respecto a su
diámetro, cuando está sometida una fuerza de compresión, aunque sea centrada, tiende a doblarse con
posibilidad de rotura.
El esfuerzo compuesto de «presión-flexión» recibe el nombre de carga de punta; dicho riesgo se
manifiesta cuando la longitud del vástago supera en 10 veces su diámetro; por tanto, cada vez que se
supere este límite, el vástago debe someterse a verificación en relación a la fuerza Fs a transmitir y a las
condiciones de instalación del cilindro.
Analicemos los dos aspectos por separado:
Fuerza Fs:
Como señalamos, la selección de un cilindro viene dada por la fuerza de empuje que debe
desarrollar; por ello, la dimensión que interesa es, principalmente, la del diámetro; el diámetro
del vástago es una consecuencia de esta elección; es decir, a cada diámetro corresponde una
sola dimensión del vástago que está a sí mismo definido por normas de unificación.
Este diámetro permanece invariable cualquiera que sea la longitud del recorrido; de ahí la
necesidad de una selección adecuada de tipo de instalación cuando existe el riesgo de «Carga de
punta».
Instalación:
A igualdad de fuerza Fs y, por lo tanto del diámetro del vástago, y cambiando las hipótesis de
acoplamiento del cuerpo y del vástago, se pueden obtener las resultados representados en las figuras:
1. Es la peor situación en el caso de una carga de punta
a. El vástago está soportado por la pieza en movimiento libre sobre un plano, mientras que
el cuerpo tiene un anclaje rígido.
b. La longitud máxima que puede alcanzar el vástago la indicamos con la letra L, que
tomamos como valor de referencia para Ia valoración de los sucesivos acoplamientos
mediante la utilización del diagrama B.
2. El extremo del vástago es articulado y guiado; modificando la posición de sujeción de la fijación
oscilante del cuerpo es posible obtener varios coeficientes máximos de longitud.
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3. La fijación del vástago es idéntica a la del caso b), mientras que el anclaje del cuerpo es del tipo
rígido.
4. El vástago tiene un montaje fijo y rígidamente guiado por la pieza durante el movimiento; la
fijación del cuerpo es rígida. El valor de 4L es el máximo posible.
La verificación de la carga de punta viene facilitada mediante el uso de los siguientes diagramas:
A)
Realizado con valores de Fs (fuerza de empuje) y presión en bar, permite con la elección del
diámetro del cilindro conocer también el diámetro correspondiente al vástago (indicado entre
paréntesis).
B)
Sobre la base de la fuerza Fs y del diámetro del vástago, indica el valor L que corresponde a la
longitud máxima del vástago en las condiciones más desfavorables del acoplamiento, es decir, la
indicada con la letra a)
Primer ejemplo:
«Se necesita un cilindro idóneo para transmitir una fuerza de empuje Fs de 2000 N para un recorrido de
1500 mm; la presión máxima disponible es de 6 bar».
Diagrama A:
La vertical que parte del valor de 2000 N encuentra varias diagonales, sin embargo nuestra
elección debe recaer en el cilindro de 80 mm. (vástago de 25mm) por que requiere una presión
que se encuentre entre los límites disponibles.
Siendo el recorrido (1500 mm) superior a 10 veces el diámetro del vástago (25 mm) se necesita
la verificación de la carga de punta.
Diagrama B
Para el mismo valor de 2000 N, elevamos la vertical hasta alcanzar la diagonal «vástago 25»
Sobre la ordenada leemos un valor próximo a 720 mm, recorrido que es muy inferior al requerido
La relación existente entre el recorrido de 1500 mm y el que señala el diagrama es
aproximadamente de 2,1
El acoplamiento correspondiente es el del ejemplo de la fig. b/3, es decir, un montaje articulado
y guiado
El acoplamiento de la siguiente fig.c) asegura un mayor margen de seguridad, mientas que para
el ejemplo de la fig.b/2 es necesario un cilindro de mayor diámetro.
Segundo ejemplo:
Disponemos de un cilindro de diámetro de 50 mm, un recorrido de 700 mm y queremos saber que fuerza
Fs puede producir a la presión de 6 bar y también queremos saber si el vástago resiste la carga de punta
y en que posibilidad es de acoplamientos.
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Diagrama A
En correspondencia al valor de 6 bar trazamos una horizontal hasta la oblicua de diámetro 50
(vástago 18mm)
Sobre la abscisa leemos un valor algo superior a 1000 N; este valor es la fuerza Fs disponible
sobre el eje del cilindro.
Diagrama B
1
La vertical que parte del 1 valor de 1000 N encuentra la oblicua «vástago 18» en un punto en el
que el valor de L es algo más de 500mm
Valor inferior a la disponibilidad del recorrido del cilindro.
El cilindro que examinamos puede utilizarse en las diferentes condiciones de instalación:
1) Utilización total de la fuerza Fs y del recorrido de 700 mm
a) Es necesaria una presión de 6 bar
·
b) Un acoplamiento oscilante para el cuerpo del cilindro y articulado para el vástago, como en la
fig.b/1
c) Verificación con el diagrama B: sobre la base de L = 500 mm y de b/1 = 1,4 L, el vástago puede
resistir la carga de punta; hasta un máximo de 500 x 1,4 = 700 mm (recorrido del cilindro
disponible).
2) Utilización total de la fuerza Fs y parcial del recorrido
a) Es necesaria una presión de 6 bar
b) Un acoplamiento rígido del cuerpo y el vástago libre como en la fig.a)
c) El valor máximo del recorrido es el dado por el diagrama B ,es decir, aproximadamente 500 mm.
3) Utilización parcial de la fuerza Fs y total del recorrido.
a) Para determinar el valor de la fuerza Fs, procedamos del siguiente modo:
i)
Diagrama B con H igual a700 mm trazamos un segmento hasta la oblicua. «vástogo 18»;
sobre la abscisa leemos la fuerza Fs = 600 N aproximadamente,
ii) Diagrama A dicha fuerza puede producirse por medio del cilindro de diámetro de 50 mm si
está alimentado por una presión de 3,5 bar aproximadamente el acoplamiento puede ser del
tipo a)
NOTA
En presencia de recorridos largos debemos tener en cuenta la flexión generada por el peso del
vástago todo fuera; tal flexión provoca un descentrado del vástago que repercute en la guía del
cabezal anterior y sobre todo en el pistón, causándole un desgaste irregular.
para recorridos superiores a 1 m se requiere, normalmente, un cilindro con un soporte interno
mayor, que se obtiene con un doble pistón o con la adición de una guía suplementaria en el
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cabezal anterior; en estos casos, sin embargo, debe considerarse el aumento del rozamiento
interno y la mayor dimensión de la longitud.
Para recorridos superiores a 2 metros, además de tener en cuenta lo ya mencionado, es
necesario sostener el vástago durante su recorrido con soportes adecuados. Por dificultades de
tipo mecánico y, sobre todo, por su notable volumen necesario, a menudo se utilizan cilindros de
cuerda que analizaremos en el argumento C 18
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CONSUMO DE AIRE LIBRE DE UN CILINDRO
El aire libre, es decir, aquel que nos rodea, es una «fuente de energía» de costo cero; a fin de poder
convertirlo en energía de presión, el aire debe estar comprimido y acumulado. Esto se realiza a expensas
de otra energía, la eléctrica, que tiene un costo propio de producción y por tanto la energía neumática
también conlleva sus costos.
El hecho es que el aire puede ser devuelto al ciclo sin pérdida alguna de moléculas, no influyendo esto en
su costo. Aunque esté agotada su capacidad energética, descarga en atmósfera.
El costo de la energía neumática no está referido al volumen unitario de aire ya comprimido, Si no al
unitario de aire libre para una presión y una cantidad dadas.
Por ejemplo, si leemos que el aire cuesta 20 Bolívares el m3 quiere decir que:
El volumen de 1 m3 es el referido al volumen de aire libre
20 Bolívares indica el costo de cada m3 de aire libre que el compresor (porque es el que consume
energía) debe aspirar y comprimir para obtener 1 m3 de airea la presión deseada.
Si la presión que queremos, por ejemplo, es de 6 bar el costo de 1 Nm3 será: 20 x 6 = 120 Bs. Es natural
suponer que para acumular una cantidad de airea presión mayor de 6 bar, o bien una mayor cantidad a
la misma presión, el compresor debe aspirar más aire libre y eso comporta un tiempo mayor de
funcionamiento y por ello de costo. _
o
o
Por las limitadas dimensiones de un cilindro, la unidad de medida de consumo de aire libre se expresa en
«NI» que significa «normal litro».
Un «normal litro» de aire libre corresponde al volumen de 1 dm3 de aire libre. Observamos ahora las
imágenes, empezando por el cilindro D.E.:
Consumo Q: Es la cantidad de aire libre en NI que el compresor debe aspirar cada minuto para
asegurar al cilindro el volumen de aire comprimido necesario para completar un trabajo a un
ritmo prefijado.
Consumo Qs: Con el pistón contra el cabezal anterior, el volumen que hay que llenar de nuevo es
el que corresponde al recorrido positivo, o de empuje; su valor viene dado por el producto de la
superficie del pistón por el recorrido. Conocido el espacio geométrico existente, detrás del
pistón, debemos calcular cuánto aire libre en NI, o sea cuantos dm3 de aire atmosférico debe
aspirar, comprimir y enviar al cilindro con el fin de que se realice la presión, por ejemplo, de 6
bar. Como ya sabemos, a la presión relativa (en el manómetro) de 6 bar corresponde una presión
absoluta (en el interior del cilindro) de 6+1 = 7 bar. Este es el valor de la presión que debemos
considerar en el cálculo del consumo de aire libre por cuanto, al inicio de cada recorrido, las
respectivas cámaras están a la presión absoluta cero.
Consumo Qt: Vale todo cuanto se ha dicho para el anterior recorrido con la diferencia de que el
volumen de la cámara negativa (volumen del recorrido de tiro) es inferior al de la cámara
positiva por la presencia del vástago.
Número de ciclos por minuto: es el dato indispensable para calcular la cantidad de aire libre que
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el compresor debe suministrar al cilindro para que pueda completar las operaciones previstas
por la automatización en la unidad de tiempo. La suma de las cantidades Qs y Qt,
correspondientes a la demanda de aire en cada recorrido positivo y negativo, se multiplica por el
número de veces que el cilindro debe completar en un minuto. En el caso de varios cilindros
funcionando en el mismo intervalo de tiempo, las respectivas cantidades Qs deben sumarse para
conocer la cantidad de aire libre necesaria en el circuito completo
Para un cálculo preciso del consumo Q es preciso considerar las posibles diferencias de presión o el
número de corridos por minuto (velocidad) del pistón en salida y en entrada. He aquí algunos ejemplos:
1. Diferente presión en las dos cámaras
Cilindro de diámetro 32 mm=> 0,32 dm., vástago de 12 mm=> (0,12 dm), recorrido C = 200
mm=> (2dm)., recorridos efectivos n = 10 min
Volumen de las Cámaras =
Volumen de las Cámaras positiva es =
ୈమ ୶ ଷ.ଵସ
ସ
ୈమ ୶ ଷ.ଵସ
Volumen de las Cámaras negativa es =
x C
x C=
ସ
(ୈమ ିୢమ ) ୶ ଷ.ଵସ
ସ
଴,ଷଶమ ୶ ଷ.ଵସ
ସ
x C=
x 2) = 0,16 dm
(଴,ଷଶమ ି଴.଴ଵସସ మ ) ୶ ଷ.ଵସ
ସ
3
x 2 = 0.13 dm
Cámara positiva
Cámara negativa
P = 6 Bar
P= 4 Bar
Vs = 0,16 dm3
Vt = 0,13 dm3
Qs = Vs x (p +1) =>
Qt = Vt x (p +1) =>
Qs = 0,16 dm3 x (6 Bar +1 Bar)=>
Qt = 0,138 dm3 x (4 Bar +1 Bar) =>
Qs = 0,16 dm3 x 7 Bar =>
Qt = 0,138 dm3 x 5 Bar =>
Qs = 1,12 Nl
Qt = 0,69 Nl
3
Q = (Qs + Qt) x n => (1,12 Nl + 0,69 Nl) x 10 min = 18,1 Nl/min => Q = 18,1 Nl/min
2. Recorrido / minutos diversas carreras
Cámara positiva
Cámara negativa
ns= 2 ciclos/min
nt= 1 ciclos/min
Vs = 0,16 dm3
Vt = 0,13 dm3
Qs = 1,12 Nl
Qt = 0,69 Nl
Q = (Qs x ns) +( Qt x nt) => (1,12 Nl x 2 ciclos/min) + (0,69 Nl x1 ciclos/min ) = 3,2 Nl/min =>
Q = 3,2 Nl/min
NOTA
Tal precisión de cálculo es posible solo cuando los cilindros en movimiento en un mismo intervalo de
tiempo son de un numero directo bien, o en el caso de un cilindro de grandes dimensiones.
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Cilindro de simple efecto
El cálculo del consumo de aire está limitado solamente a la cámara positiva con la advertencia, sin
embargo, de que hay que verificar si la longitud del recorrido efectivo correspondiente a la disponible;
con otras palabras, se puede tener un cilindro de S.E. Con un recorrido de 75 mm y utilizado solo para 50
mm; a los efectos de cálculo de consumo de aire es preciso utilizar el recorrido de 50 mm.
Calculada la cantidad de aire Qs, se debe multiplicar solamente por el número de recorridos positivos
realizados en el tiempo de un minuto.
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NEUMATICA BASICA
VÁLVULAS NEUMATICAS
El vocablo válvula tiene significado diferente en función del sector tecnológico que lo utiliza, por ejemplo:
• eléctrico: Tiene la finalidad de interrumpir el paso de la corriente eléctrica cuando alcanza
valores excesivos con posibilidad de cortocircuito
• De motores: Sirve para la admisión de la mezcla en la cámara de explosión y para la descarga de
los gases combustionados
• Térmico: Sirve para impedir la explosión de las calderas de vapor.
En neumática, se denomina válvula a todo dispositivo capaz de controlar el aire comprimido.
Las funciones de control se pueden dividir en tres categorías:
Distribución: Estas válvulas tienen la finalidad de abrir, cerrar o derivar el flujo de aire
comprimido (A/C) sin modificar sus características físicas de caudal y de presión. Un ejemplo del
funcionamiento aparece en la figura con la letra a). A fin de que el cilindro, desde la condición de
reposo, pase a asumir una posición distinta o a efectuar movimientos, el aire debe entrar
alternativamente en cada cámara que determine el recorrido y a la vez descargarse de la
opuesta.
Regulación: Estas válvulas tienen la finalidad de modificar las características físicas de A/C.
Habíamos visto ya en el capítulo sobre «producción del aire» la válvula llamada reguladora de
presión: con otra válvula se puede también intervenir sobre su caudal, es decir, sobre la cantidad
de flujo de aire que pasa en la unidad de tiempo; su utilización está indicada en la fig.b). Para
regular la velocidad de uno o ambos recorridos del cilindro se debe insertar un regulador que
reduzca el paso del aire en descarga, con el fin de hacerle permanecer más tiempo en la cámara
no activa para crear la contra presión necesaria para conseguir la desaceleración deseada.
Interceptación: Esta válvula tiene la finalidad de bloquear o modificar el recorrido del AC con el
fin de realizar las condiciones particulares de funcionamiento; un ejemplo se ofrece en la fig.c).
Para acelerar el movimiento del cilindro es preciso intervenir de manera opuesta al caso
anterior, es decir, el aire debe poderse descargar en atmósfera lo más rápidamente posible
bloqueando el paso hacia la válvula de distribución.
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NEUMATICA BASICA
CLASIFICACION DE LAS VALVULAS DE DISTRIBUCION
En el anterior análisis habíamos hecho una subdivisión de las funciones de control a las que una válvula
puede estar destinada en un circuito neumático.
¿Qué es un circuito neumático? Es la sucesión de válvulas dispuestas y conectadas entre sí a fin de que
pueda pasar el A/C para el funcionamiento del cilindro, es decir, el elemento final del circuito.
De todo lo anteriormente dicho resulta evidente que para ejercer la función para la que ha sido elegida,
algo en la válvula debe moverse, es decir, cambiar de posición. Volvamos a una de las figuras de la
imagen anterior muestra un cilindro de doble efecto (D/E) con la cámara positiva en presión y la
negativa en descarga a través de la válvula, como indica la fig.a) Cuando el pistón ha llegado al final de
recorrido queda parado si no se interviene nuevamente sobre la válvula, es decir, si no se hace cambiar
la posición al órgano móvil con el fin de invertir los flujos de aire en el cilindro, como se indica en la fig.b).
Una primera clasificación dé las válvulas de distribución es, por tanto, el número de posiciones que
puede asumir el órgano móvil; en el caso que nos sirve de ejemplo, las posiciones son dos, pueden ser
tres (como veremos más adelante)pero nunca una sola.
Observamos, en el conjunto de las figuras a y b), el número de las conexiones necesarias para la válvula:
La salida que va a la cámara positiva (fig.a)
La salida que va a la cámara negativa (fig.b)
Entrada del aire en la válvula (fig. a y b)
Descarga del aire de la cámara negativa (fig.a)
Descarga del aire de la cámara positiva (fig.b)
Un total de cinco conexiones: una válvula parecida se dice que tiene cinco vías y dos posiciones y se
indica con 5/2.
Sustituyamos al cilindro de D/E por uno de S/E (simple efecto); es fácil intuir de las fig.c y d que no sirve
una válvula 5/2 porque la cámara a alimentar ya descargar es siempre la misma y, por tanto, es
suficiente una válvula de 3vías /2 posiciones para obtener la distribución necesaria para el movimiento
del aire en el cilindro de S/E.
Cada una de las dos válvulas tiene su representación convencional que las distingue en el modo
siguiente:
Cada posición está indicada con un pequeño cuadrado; una válvula con dos posiciones tiene dos
pequeños cuadrados unidos.
En el interior de cada pequeño cuadrado se trazan las conexiones que el órgano móvil realiza en
cada posición: las flechas indican el sentido del aire mientras el trazo horizontal indica el cierre
del paso. ·
Completaremos la simbología de todo lo anteriormente dicho en próximos argumentos pero precisamos,
desde ahora, que la simbología de una válvula de distribución es siempre la misma cualquiera que sea
el tipo de fabricación.
·
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NEUMATICA BASICA
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NEUMATICA BASICA
VÁLVULAS DE DISTRIBUCIÓN DE OBSTURADOR
Habíamos concluido el comentario de la segunda figura de este capítulo con una referencia al tipo de
fabricación de la válvula; habría sido más exacto una referencia al órgano móvil que con su forma y
movimiento determinan, en definitiva, tanto el tipo como la función de una válvula de distribución; por
tanto, en un circuito podemos encontrar válvulas de distribución de tipo diferente:
De Obturador, De Corredera De Membrana De Platillo
Estos cuatro tipos, si tienen la misma clasificación, es decir, igual número de vías y deposiciones, tienen
también la misma simbología: con esta explicación intentamos decir que, partiendo de los símbolos, no
se puede deducir el tipo de fabricación de la válvula.
Los tipos mayormente empleados son los dos primeros. Analicemos la válvula de distribución de
obturador: su funcionamiento consiste en abrir o cerrar, alternativamente, el paso del aire en entrada y
en descarga.
Las operaciones arriba indicadas se obtienen simultáneamente por medio de dos partes distintas 1 y 4 de
un obturador mandado desde el exterior de la válvula; el sincronismo de las dos operaciones, en contra
posición, se realiza por medio de un sistema de muelles cuya posición varía dependiendo de la función de
la válvula.
En las dos primeras figuras observamos que, a igualdad de posición de la parte superior del obturador
(aquella que sobresale del cuerpo), las respectivas aperturas no corresponden:
o
En la válvula contraseñada con NC ( Normalmente Cerrada) o (ingles Normally Close) está
cerrada la entrada del aire y abierta la de descarga
o
En la contraseñada con NA (Normalmente Abierta) o con NO (ingles Normally Open) es lo
opuesto.
El cierre frontal de la apertura de aire 2 y 3 se produce por medio de juntas que hacen de cierre sobre un
asiento circular: es por tanto posible obtener la apertura completa del paso común mínimo recorrido
(2,5mm). La fuerza de accionamiento debe vencer la resistencia de los muelles y la opuesta del aire
comprimido que actuó en continuidad en la parte inferior del obturador. El valor del recorrido arriba
indicado es el mínimo necesario para obtener el caudal máximo en salida; e obturador tiene después
disponible «un recorrido extra» (2mm) con el fin de tener un margen de seguridad para evitar que
pueda ser solicitado «de punta» con riesgo de deformaciones o de rotura cuando el accionamiento es de
tipo mecánico.
Queda con ello dicho que tal aumento del recorrido no determina un mayor caudal de aire en salida;
contrariamente, se reduce cuando el recorrido resulta inferior al mínimo recorrido. Las válvulas
representadas en la fig.1 y 2 son del tipo tres vías / dos posiciones (3/2); el número de las vías
corresponde a otras tantas conexiones a las cuales se ha dado por convenio las siguientes referencias:
A vía de utilización, es decir, el destino del flujo del A/C
P vía de alimentación, es decir, la entrada del A/C en la válvula
R vía de descarga, es decir, la salida del A/C ya utilizado.
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Estas letras deben indicarse sobre uno de los dos pequeños cuadrados de la simbología que queda de
cualquier modo aún incompleta; si observamos los símbolos de las dos primeras válvulas, notamos que la
posición de las letras es la misma mientras que son distintas las conexiones entre sí:
En la primera tenemos A con R mientras que queda cerrado P
En la segundas tenemos P con A mientras que queda cerrado R
Esta diferencia viene expresada en las siguientes definiciones:
La primera válvula es una normalmente cerrada = NC
La segunda válvula es una normalmente abierta = NA
El vocablo «normalmente» debe entenderse sólo y cuando la válvula está en reposo, es decir, no está
accionada; por tanto:
Una válvula es NC cuando en su interior existe la conexión A con R (aire en descarga del utilizador)
Una válvula es NA cuando la conexión es P con A (aire en presión al utilizador)
Una válvula de distribución de obturador 5/2 (fig. 3) generalmente se realiza uniendo en un solo cuerpo
una NC con una NA y alimentándolas con una sola entrada en común P.
La simbología relativa está compuesta de dos letras más: la B para indicar la segunda conexión de la
utilización y la S para la correspondiente descarga.
A diferencia del tipo 3/2 no se indica NC o NA en cuanto que una de las dos utilizaciones está siempre
conectada con la alimentación P (en la fig. es B la conexión que debe ser alimentada cuando la válvula
no está accionada, es decir; se encuentra en reposo).
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FUNCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS OBSTURADOR 2/3 NC
Las figuras muestran el interior de una válvula 3/2 NC en tres situaciones distintas durante un ciclo de
trabajo: las figuras primera y la tercera muestran posiciones definidas por las condiciones de reposo y
accionada, mientras quela del centro refleja una posición particular que se produce durante su
conmutación.
En la primera figura, Ia válvula está en posición de reposo en el momento apenas siguiente a dejarla
libre; en efecto, notamos que el aire está todavía en movimiento desde la utilización A hacia la descarga
R a través del intervalo entre las dos partes 1 y 2 del obturador.
Tal intervalo es realizado y mantenido por el muelle cónico precargado. Mientras que el cilindro
comprime, por lo tanto, en la parte 2 del obturador el cual mantiene cerrada la entrada del A/C; tras
fracciones de segundo, el movimiento del aire en descarga cesa por el equilibrio que se determina entre
la presión existente en la utilización y la atmosférica.
En la figura central ya ha comenzado el accionamiento; observamos la situación:
La parte 1) del obturador ha bajado y cierra la vía de la descarga mediante el contacto entre la
junta y la parte 2) del obturador que sin embargo no desciende porque el muelle cilíndrico
reacciona aún al recorrido del accionamiento.
• El aire comprimido no puede, por tanto, pasar a la utilización A
• En tales situaciones tiene lugar una situación particular llamada «centros cerrados», es decir, la
conexión de descarga R está aislada de la conexión de alimentación P
• Aún cuando el accionamiento pueda ser lento, no habrá jamás A/C de la entrada P a la descarga
R.
En la tercera figura el accionamiento sobre la válvula continúa: las dos partes del obturador prosiguen
unidas su movimiento hasta la total apertura de la entrada del A/C. Para mantener tal situación es
necesario que el accionamiento sobre la válvula continúe durante todo el tiempo requerido por el
utilizador.
•
Supongamos ahora que diferenciamos las distintas situaciones que se producen al dejar libre el mando
de la válvula:
El muelle cilíndrico eleva la segunda parte del obturador y cierra la entrada del aire comprimido:
fase de los «centro cerrados»
El muelle cónico levanta la primera parte del obturador y abre el paso de la descarga; el aire, desde la
utilización, puede volver a la atmósfera; en este punto la válvula ha vuelto al estado de reposo y está
preparada para la siguiente operación.
•
NOTA
No es posible enviar A/C en R y utilizar P como descarga porque el flujo de aire que debe verse en sentido
contrario al observar la primera figura, además de pasar a la utilización A pasaría también por la
«descarga P» porque la presión que actúa sobre la segunda parte del obturador vencería la reacción del
muelle cilíndrico.
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68
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Por otro lado, la presión que actuaría bajo el plano de la parte 1 requeriría una fuerza de accionamiento
mayor y, de todas formas, impediría después al muelle fuerza de accionamiento mayor y, de todas
formas. Impediría después al muelle cónico reposicionar el mismo particular1 al cesar el accionamiento.
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FUNCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS OBSTURADOR 2/3 NA
Las figuras muestran el interior de una válvula 3/2 NA en tres situaciones distintas durante un ciclo de
trabajo; las figuras primera y tercera presentan posiciones definidas por las condiciones de reposo y
accionada, mientras que la del centro refleja una posición particular que se verifica durante su
conmutación.
En la primera figura la válvula está en posición de reposo apenas es liberada; en efecto, vemos que el
aire está todavia en movimiento de la alimentación P hacia la utilización A através del intervalo entre las
partes 1 y 2 del obturador, en correspondencia de la junta del centro.
Tal intervalo es realizado y mantenido por el muelle más pequeño precargado mientras que el más
grande comprime por el contrario la parte 2 del obturador que mantiene cerrada la descarga del aire. El
flujo del aire se detiene cuando la utilización A no tiene más necesidad de aire; en tal caso, en la válvula
se verifica una situación de reposo del aire.
En la figura del centro ya ha empezado el accionamiento; observamos la situación por partes sucesivas:La parte 1 del obturador baja y cierra la entrada del A/C mediante el contacto entre la junta
central y la parte 2 del obturador que, sin embargo, no se desplaza porque el muelle más grande
reacciona todavía al recorrido del accionamiento
• Por eso, el A/C no puede entrar,pero tampoco el de la utilización puede marchar en descarga
• Se verifica la condición de «centros cerrados»
En la tercera figura el accionamiento sobre la válvula continúa; las dos partes del obturador se mueven
conjuntamente hasta la total apertura de la descarga. Para mantener tal situación es preciso que el
accionamiento persista sobre la válvula por el tiempo necesario impuesto por el programa de
funcionamiento.
•
Supongamos ahora que diferenciamos las distintas situaciones que se producen al soltar el mando de la
válvula
•
•
Él muelle más grande eleva las dos partes del obturador (manteniendo cerrada la entrada del A/C
y cierra la conexión utilización descarga: fase de los centros cerrados.
El muelle más pequeño eleva la primera parte del obturador y se abre el paso del A/C a la
utilización: en este punto la válvula vuelve a reposo y el aire comprimido continúa fluyendo hasta
satisfacer la demanda de la utilización.
NOTA
Tampoco para este tipo de válvula es posible la inversión de las conexiones entre P y R, so pena de la
anulación de la función de la válvula y de su funcionamiento.
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NEUMATICA BASICA
DISPOSITIVO DE MANDO MANUAL DE LAS
VÁLVULAS OBSTURADOR
El dispositivo de mando es el elemento que transmite una acción manual o mecánica al obturador.Los
dispositivos de mando manuales se pueden clasificar en estables e inestables dependiendo de la función
que la válvula debe realizar en el circuito.
Pongamos un ejemplo práctico sirviendonos de un grifo de agua de nuestra casa: cuando no
necesitamos agua, el grifo está cerrado, cuando nos hace falta lo abrimos y el agua corre hasta que no
intervenimos nuevamente. Este funcionamiento del grifo se dice que es estable en el sentido de que el
agua pasa o no pasa sin necesidad de nuestro continuo mando.
Por el contrario, pensemos en las fuentes de los jardines públicos: la acciónes de pulsador, es decir, si
deseamos beber debemos mantenerlo apretado, si lo soltamos el chorro se interrumpe. El
funcionamiento de este grifo se dice que es inestable, es decir, el agua sigue fluyendo mientras dure la
acción de mando. La válvula de distribución de obturadores de funcionamiento inestable. Para
convertirla en estable es preciso montar un dispositvo particular que sustituya la intervención manual
tras la acción inicial de mando.
Con las premisas arribaindicadas observamos las posibilidad es que muestran algunos dispositivos de
mando manual:
1ra línea: Dispositivo de tecla inestable
o El accionamiento requiere una presión sobre la tecla que se transimitirá después al
elemento móvil (obturador)
o El pase del aire, si la válvula es NC, o su interrupción si es NA tiene la misma duración
que la permanencia de la acción.
o Para que la válvula vuelva a su posición basta con soltar la tecla
o La condición de la válvula es inestable
o La simbología indicada sirve también para los dispositivos de pulsador o de palma
da
2 línea: dispositivo de palanca inestable
o El accionamiento se produce mediante el desplazamiento de la palanca a lo largo de
todo su arco
o El operador debe mantener su acción durante el tiempo necesario.
o Apenas soltada la palanca, el muelle reacciona y la devuelve a la posición de reposo
o La condición de la válvula es inestable.
ra
3 línea: dispositivo de palanca estable
o El dispositivo de mando, una vez accionado para todo su recorrido, se detiene en la
posición alcanzada aunque cese la acción del operador; tal efecto se obtiene através de
un mecanismo presente en el dispositivo.
o la función de la válvula permanece también en ausencia de mando; por eso, la condición
es estable.
o Sólo con una acción en sentido opuesto sobre el dispositivo de palanca, la válvula vuelve
a su posición de reposo.
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NEUMATICA BASICA
Observamos ahora las columnas de las simbología:
•
Cada tipo de mando tiene su símbolo
•
En las dos condiciones, en la inestables debe figurar un muelle mientras que en la condición
estable no debe indicarse
No están diseñadas las conexiones puesto que los símbolos son iguales para todos los tipos, es
decir, 3/2 NC, 3/2 NA y 5/2.
•
NOTA
Con todo lo indicado hemos completado la simbología de una válvula de distribución.
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NEUMATICA BASICA
DISPOSITIVO DE MANDO MECANICO DE LAS
VÁLVULAS OBSTURADOR
En un comentario anterior habíamos dicho que un circuito neumático es una sucesión de válvulas
dispuestas y conectadas entre sí. Por él fluye el A/C para el funcionamiento, según un programa
preestablicido, del elemento final del circuito mismo. La presencia de un operador queda limitada, por
eso, a intervenciones de puesta en marcha, de parada del ciclo y en casos de emergencia. El
automatismo está asegurado por válvulas llamadas «finales de carrera». Estas montan dispositivos de
mando mecánico y se instalan en el extremo del recorrido de los cilindros, para que puedan ser
accionados por medio de oportunas levas fijadas sobre el vástago de los cilindros, o bien, por la misma
pieza que se quiere desplazar.
Con los dispositivos de mando mecánico, la resposición de las válvulas de final de carrera se
produce siempre y sólo mediante la reacción del muelle (del interior de la válvula) apenas cesa la acción
de mando. Por tal motivo, la condición de las válvulas accionadas macánicamente es siempre inestable.
Los dispositivos de mando mecánico más comunes son:
De palanca y rodillo: se utiliza normalmente:
o Cuando la dirección del movimiento del medio mecánico (el vástago o las partes a él
acopladas) es perpendicular al eje del órgano móvil de las válvulas.
o Para detectar un órgano en rotación. ¡Atención! Para un funcionamiento regular es
preciso que las válvulas esten montadas de modo que la rotación de la palanca del
dispositivo vaya en el mismo sentido que el movimiento de la leva como se indica en la
fig.1. Una rotación en sentido opuesto como en fig.2, además de producir rozamientos
entre el rodillo y la leva sometería a flexión al perno A
De palanca y rodillo unidireccional: la conmutación puede producirse sólo con fuerzas
perpendiculares al eje del órgano móvil de las válvulas y en una sola dirección (fig.3); en el
sentido opuesto, la palanca no baja porque el rodillo se vuelca (fig.4). El dispositivo se utiliza en
..
los siguientes casos:
o
o
Para detectar el paso de un órgano en movimiento en una sola dirección.
Para hacer cumplir a una válvula una función de duración limitada
De mando frontal: se utiliza cuando la válvula está montada con su eje coincidente o paralelo al
eje del vástago; en el montaje de la válvula es preciso asegurarse de que el órgano móvil de la
misma está accionado dentro de su valor de «recorrido extra».
Observemos ahora las siguientes figuras:
Las simbologías: el muelle está siempre presente porque la condición de las válvulas es, de
cualquier modo, inestable; las conexiones no se indican porque los símbolos valen para cualquier
tipo de válvulq.
La simulación de una combinación de mando con dos de los dispositivo santes descritos:
o Con el cilindro en posición de partida, la leva mantiene accionada la primera válvula
mientras las otras permanecen en reposo
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NEUMATICA BASICA
o
o
La leva ha alcanzado la válvula del centro (con el dispositivo unidireccional) que
permanece accionado durante breves istantes. Observamos que dicha válvula se
encuentra más abajo respecto a las otras de los extremos porque el dispositivo tiene una
mayor dimensión por la altura.
El cilindro ha llegado al final del recorrido positivo y acciona la válvula; notamos que el
dispositivo:
A) Está montado en posición opuesta respecto a Id de la primera válvula con el
fin de obtener la coincidencia de los dos sentidos del movimiento de la leva y
de la palanca.
B) Queda ocupado por la leva con cilindro parado.
C) ¡Atención! Se debe evitar que la leva suelte el rodillo antes del retorno,
previsto del cilindro por dos motivos:
1. el reposicionamiento anticipado de las válvula podía modificar el ciclo
de trabajo
2. El dispositivo estaría sometido a una fuerza en dirección opuesta.
Instructor
D)
El cilindro regresa y vuelca el rodillo sin accionar la válvula del centro.
E)
El cilindro está parado al final del recorrido negativo. El dispositivo debe
quedar por ello ocupado por las mismas razones descritas en el punto C
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MINI VÁLVULAS DE OBSTURADOR
Las válvulas dedistribución de obturador pueden usar se, indistintamente, tanto para el
mando de un cilindro como para indicadores de posición, es decir,como"final de carrera".
Es facil, por tanto, comprender que la necesidad de aire en los dos casos es bastante diferente:
En el primero: através de la válvula debe pasar la cantidad de aire necesaria para
mover El pistón y mantenerlo depués al final del recorrido por el tiempo necesario
para el funcionamiento de la instalación
En el segundo: como veremos más adelante, basta un mínimo paso de aire para
desarrollar la función requerida por la señal de final de recorrido
En otras palabras, una válvula de final de carrera, o cualquier modo de señal, no se le
requiere un «Caudal de aire». Por eso, es posible reducir sus dimensiones y funcionar con
una «mecánica de movimientos más simple, para obtener:
Baja fuerza de accionamiento: variable desde aproximadamente 4 N [0,4kg) aun
máximo de aproximadamente 6 N en relación al dispositivo aplicado
Breves recorridos de intervención: de aproximadamente 1 mm. Frente a los 2,5
mm del tipo normal.
Presencia inmediata de señal
Mínimo consumo de aire
Todas estas particularidades se encuentran en los tipos de válvula de miniatura que
permiten ser accionadas mecánicamente con uno de los dispositivos ya observados. Para el
accionamiento manual, se utilizan los dispositivos normales de accionamiento eléctrico de
panel que ofrecen numerosas variantes. Otra particularidad de estas válvulas es que están
equipadas, además, de con una entrada para un racor normal de reducidas dimensiones (ya
que la rosca es una M5), también con el casquillo de un racor super rápido ya insertado en
el cuerpo, favoreciendo así la conexión y reduciendo los costos de montaje.
Observemos ahora el funcionamiento de las dos válvulas:
Miniválvula 3/2 NC
Las conexiones de alimentación P y de la utilización A están situadas en el cuerpo de
la válvula mientras la de descarga está situada en el interior de la pequeña varilla
de mando 1
La primera figura muestra la válvula en posición de reposo; en efecto, con el circuito
conpresión, tenemos a A en comunicación con R, mientras la presencia del aire en P
mantiene cerrado el paso 2 por la presión ejercida sobre la junta 3
Cuando se acciona la válvula (observamos la segunda figura), la pequena varilla con
su movimiento provoca:
o El cierre de la conexión A con R
o La apertura de la conexión P con A el paso de aire através de los canales en
el exterior de la junta; también en estas válvulas existe un valor de "carrera
extra" para facilitar su montaje
El anillo 4 determina el valor de recorrido máximo
Por la liberación del accionamiento:
o La presión del aire empuja hacia arriba la junta cerrando el paso 2
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NEUMATICA BASICA
o
El muelle empuja hacia arriba la pequeña varilla y se vuelve aabrir la
conexión A con R (descarga)
Miniválvula 3/2 NA
Las dos conexiones P y A se encuentran en el mismo lado como el caso de la válvula
anterior mientras R es, solamente, un orificio (no roscado) situado en el lado
opuesto
La figura completa, muestra la válvula en reposo: en efecto, con el circuito
conpresión queda abierta la conexión P con A porque la junta es empujada por el
aire contra su sede superior cerrando la conexión de A con R
Cuando la válvula es accionada, la junta se desplaza hacia el asiento inferior con el
resultado de cerrar la conexión P con A y abrir la de A con R (el aire de descarga
pasa através de los canales de la junta)
A la liberación del mando:
o La presión del aire desplaza la junta hacia el asiento superior, cerrando el
paso de descarga y abriendo el de alimentación
o El muelle de sección menor lleva la pequeña varilla a su posición de reposo.
NOTA
La simbología de estas miniválvulas es la misma que la de las válvulas normales.
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VÁLVULAS DE DISTRIBUCIÓN DE CORREDERA 3/2
La definición de corredera tiene su origen en el hecho de que el órgano móvil
«Va hacia adelante y hacia atrás» cerrando y abriendo el paso del aire en
entrada o en descarga; es decir, la corredera realiza un movimiento
alternativo directamente delante de las conexiones, poniendo en
comunicación A con P o bien A con R através de una sección reducida
obtenida en el centro de su longitud.
Como se puede ver en la figura que representa las posiciones «de reposo» y
«accionada» de la válvula, la corredera no cierra nunca la conexión A,
mientras que cierra unas veces la entrada P, y otras la descarga R.
A igualdad de caudal de aire en salida de la utilización A, la corredera debe completar un recorrido
mayor respecto al necesario para el obturador; a título indicativo, el recorrido es aproximadamente de 6
mm; esto acarrea que también el tiempo de respuesta, es decir, el tiempo que transcurre entre el
accionamiento y la máxima sección de paso del aire, sea mayor que el necesario para la válvula de
obturador.
Una particularidad constructiva que caracteriza las válvulas de corredera es la ausencia de cualquier
muelle en el interior de la válvula misma; las ventajas de ello son:
• Natural estabilidad de la corredera
• Posibilidad de montar cualquier dispositivo de accionamiento o reposicionamiento
• Construcción simple, de ahí su mayor economía
La estanqueidad interna entre la parte fija y la móvil está asegurada por anillos de goma sintética
colocados en jaulas adecuadas; la natural estabilidad de lac orredera es debida al hecho de que además
de la ausencia de muelle, está «equilibrada».
La simetría del perfil de la sección reducida hace así que el aire en movimiento (en cualquier dirección)
no sólo no impida la maniobra sobre el dispositivo de accionamiento (o reposicionamiento) si no que
asegure la estabilidad de las posiciones alcanzadas por la corredera cuando cesa la intervención del
mando.
Esta particularidad, exclusiva de la válvula de corredera, permite poder emplear indiferentemente las
conexiones P y R tanto para la entrada como para la descarga del A/C, quedando la conexión A como
utilización.
De todo ello, la posibilidad de utilizar una misma válvula con funciones de NC o de NA:
Con función de NC: La entrada del A/C se efectúa en P; con la válvula en la posición de reposo
queda cerrada la conexión P con A y abierta la de A con R. Cuando la válvula es accionada, la
corredera se desplaza y realiza la conexión de P con A, mientras queda cerrada la descarga A con
R.
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Con función de NA: La entrada del A/C se efectúa en R; con la válvula en reposo queda abierta la
conexión R con A y cerrada la de A con P. Cuando la válvula es accionada, la corredera realiza la
conexión en descarga A con P, mientras queda cerrada la alimentación R con A
Para representar gráficamente esta doble posibilidad de empleo de la válvula es preciso ob servar las
siguientes reglas:
•
•
La posición de las letras no puede modificarse porque debe corresponder con la superpuesta sobre
la válvula
las conexiones internas deben referirse siempre a la posición de reposo que asume siempre una
válvula en las dos condiciones:
o Válvula 3/2 NC: segmento A con R con flecha vuelta hacia R
o Válvula 3/2 NA: segmento R con A con flecha vuelta hacia A
o En ambos casos, P debe estar siempre cerrado.
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VÁLVULAS DE DISTRIBUCIÓN DE CORREDERA 5/2
Para obtener una válvula de distribución 5/2 es preciso añadir una vía más de utilización y la
correspondiente vía de descarga, marcadas respectivamente, con la letra B y S. Es obvio tal aumento de
vías requiere una mayor longitud del cuerpo de la válvula y de la corredera. En la válvula 3/2 la
utilización A está siempre en comunicación con la conexión P o R; así mismo, en el caso de la 5/2, las
utilizaciones A y B están alternativamente conectadas con la única conexión de alimentación P o las
correspondientes vías de descarga R y S.
Como se puede observar en la fig. 1, son precisas dos secciones reducidas y separadas de la corredera
para poder realizar las siguientes combinaciones de conexión:
o
Con la válvula en reposo: P con B =>
A con R =>
S cerrado
o
Con la válvula accionada: P con A =>
B con S =>
R cerrado
De todo lo anteriormente indicado, resultan evidentes las diferencias existentes entre los tipos 3/2 y 5/2:
en esta última, la alimentación P está siempre unida con una u otra utilización, por lo cual no tiene
mucho sentido la distinción de «normalmente cerrada» o «normalmente abierta». Siempre por las
características de la corredera equilibrada, la válvula 5/2 puede tener los siguientes usos:
fig.1) Alimentación de las dos cámras de uncilindro D.E. con igual presión; los dos sentidos del
movimiento se obtienen como indica el símbolo:
o
Para el recorrido positivo: (válvula accionada) cuadro de la izquierda P con A
o
Ppara el recorrido negativo: (válvula en reposo )cuadro de la derecha P con B
fig.2) Alimentación de las dos camaras de un cilindro D.E. conpresiones distintas; en este caso es
necesario utilizar las descargas R y S para las dos alimentaciones y la conexión P como des carga
común de las dos utilizaciones. obviamente, esto hace que se precisen dos tuberías separadas de
entrada del A/C. en la simbología, permanece invariada la posición de las letras y sólo se
inverten los sentidos de las flechas.
fig.3 Empleo de la válvula 5/2 como 3/2; es suficiente cerrar con un tapón hermético unade las
dos utilizaciones dejando, sin embargo, libre el relativ oorificio de descarga. Con la alimentación
en P (en el ejemplo) o en R, se puede obtener igualmente la función NC o NA de una válvula 3/2.
En la simbología, la conexión que no se utiliza debe marcarse con una cruz.
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DISPOSITIVO DE MANDO MANUAL Y MACANICO DE LAS
VÁLVULAS DE CORREDERA
A fin de que una válvula de corredera (3/2 o 5/2 tal como habíamos visto en las anteriores figuras) pueda
funcionar, espreciso añadir a los dos extremos del cuerpo unos dispositivos apropiados para el
movimiento del órgano móvil, en relación a una de las dos condiciones (estable o inestable) requeridas
por la instalación.
Por norma, para su utilización se sigue el siguiente criterio:
• A la izquierda, el dispositivo de accionamiento, que puede elegirse de entre los que hemos visto
para las válvulas de obturador y que representamos con su símbolo en el centro de la imagen.
•
A la derecha, el dispositivo de reposicionamiento, que puede estar dotado de muelle si la
condición requerida es la de inestable. Por el contrario en el caso de una condición estable, el
extremo del cuerpo está cerrado con una tapa.
Las anteriores indicaciones se refieren a la válvula observada con las conexiones en el siguiente orden de
lectura: R y P pora la 3/2 y R, P y S para la 5/2.
Analicemos ahora las posibles combinaciones de estos dispositivos en relación a cada una de las dos
condiciones requeridas por una instalación:
·
Inestable: es preciso el dispositivo de reposicionamiento con muelle y uno cualquiera de los
cinco dispositivos de accionamiento (los dos primeros son de mando manual y el resto de mando
mecánico). La fig.1 muestra el extremo de la válvula cerrada con una tapa que retiene un
casquillo de guía para el muelle se comprime por la acción de uno de cinco dispositivos de
mando. En esta situación, el comportamiento de la corredera es idéntico al del obturador, en el
sentido que la válvula queda conmutada para solamente la duración del mando. El pequeño
agujero sirve para evitar la compresión del aire presente entre la corredera y la tapa.
Estable: es preciso sólo la tapa del extremo, sin muelle (verfig.2). Para esta condición
quedan excluidos los dispositivos de mando mecánico y se utilizarán exclusivamente aquellos de
accionamiento manual del tipo de "tirador" y de "palanca" acoplados mecánicamente a la
corredera a fin de consentir su movimiento en los dos sentidos. La intervención manual podrá
limitarse al tiempo necesario hasta hacer completar a la corredera el recorrido para la
conmutación de la válvula. Para reposicionar la es preciso intervenir nuevamente sobre el
dispositivo manual con una acción en sentido opuesto a la de la fase anterior.
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DISPOSITIVO DE MANDO NEUMATICO DE LAS
VÁLVULAS DE CORREDERA
Los dispositivos de accionamiento hasta ahora examinados, que pueden ser montados sobre cualquiera
de los dos tipos de válvula de distribución (obturador y corredera), forman parte del grupo de los
denominados de «mando directo» en el sentido en el que el mando, sea manual o mecánico, se
manifiesta directamentes obre las válvulas através del dispositivo.
Como alternativa al mando directo existe el mando a distancia o telemando que se produce mediante
un dispositivo de mando neumático que recibe una señal de aire comprimido procedente de otra válvula.
El mando neumático está constituido por un pequeño pistón de diámetro apto para ejercer una fuerza de
empuje suficiente para mover la corredera y vencerla resistencia que opone el dispositivo de
reposicionamiento.
Observemos el funcionamiento de varios tipos de dispositivos cuya simbología está colocada en la parte
superior de cada serie de figuras descritas de izquierda a derecha:
Dispositivo de accionamiento neumático y retorno por muelle:
1. En ausencia de señal, el muelle mantiene la corredera en posición de reposo.
2. Cuando llega la señal de la válvula piloto, el pequeño pistón actúa sobre la corredera, vence la
fuerza del muelle y conmuta la válvula durante todo el tiempo que dure la señal.
3. Al cesar la señal, (es decir, cuando está puesto en descarga), la reacción del muelle vuelve a
llevar la corredera a la posición inicial
4. La condición de la válvula es inestable.
Dispositivo de accionamiento y reposicionamiento neumático
1. Los dos pequeños pistones, de igual superficie, están dispuestos en los dos extremos de la
corredera.
2. En ausencia de señal, la corredera se encuentra en la posición determinada por la ultima señal
llegada (que suponemos llegada de la derecha).
3. Bajo la acción de la presión piloto, el pequeño pistón de la izquierda conmuta la válvula
4. Al cesar la señal, la válvula queda en la posición que ha asumido
5. Para reposicionar la corredera, la presión piloto debe ahora actuar desde la derecha
6. La presencia si multánea de las dos señales no modifica la posición asumida precedentemente
por la corredera porque se produce un equilibrio de la dos fuerzas sobre los pistones.
7. Si observamos las fig. 1 y 3 notamos que la corredera se encuentra en dos posiciones distintas a
pesar de la ausencia de señal
8. La condición de la válvula es estable
Dispositivo de accionamiento y reposicionamiento neumático preferencial
Los dos pequeños pistones de los extremos de la corredera no tienen la misma superficie. Alimentados
por una presión piloto igual, ejercen un empuje distinto.
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La sucesión de las posiciones de los pistones y de la corredera, de la fig.1 a la fig. 4, es idéntica a la del
caso anterior, mientras en la fig.5, en presencia de señales, prevalece la posición determinada por el
pequeño pistón de sección mayor.
Un sistema válvula / dispositivo que realiza tal condición, recibe el nombre de estable preferencial. El
dispositivo neumático de reposicionamiento del que hemos hablado anteriormente, podrá sustituir el
muelle en los casos en los que se aprecia la condición inestable de una válvula de corredera. De este
modo el dispositivo, siempre alimentado, se comporta como un muelle neumático con la ventaja de
obtener una conmutación clara y precisa, he choque,no se produce con el muelle mecánico en cuanto
que la resistencia que ofrece aumenta en proporción a la que se solicita.
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VÁLVULAS DE ELEBARACION DE SEÑALES 1RA PARTE
Definimos asía las válvulas que, con distintas funciones, realizan en un circuito neumático la tarea de
recibir señales, elaborar las y enviarlas después, según un programa establecido, al accionamiento de las
válvulas de distribución que a su vez provocan el movimiento de los cilindros.
Se realizan con un diámetro útil de paso de señal de aproximadamente 2,5 mm. Y con un cuerpo de
reducidas dimensiones: están, por otro lado, equipadas con dispositivos que favorecen un montaje
múltiple puesto que son utilizadas, en número razonable, en la realización de los circuitos como veremos
en el capítulo siguiente.
Pertenecen a este «grupo» las siguientes válvulas de distribución:
5/2 de doble mando neumático: por lo tanto estables, condición
indispensable en la elaboración de las señales. Generalmente se realizan
en el tipo de corredera ya descrito en el argumento V1O.
3/2 de mando neumático y retorno de muelle del tipo NC y NA:
generalmente se realizan de Obturador porque es el órgano móvil que
mejor se presta para las funciones requeridas por las dos válvulas; están
provistas de relevador de salida de señal para favorecer el control y la
localización de fallos.
De los dos últimos tipos nos limitaremos a describir el funcionamiento de la NA:
fig.1) la señal de mando en Z lleva al pequeño pistón 2 que actúa sobre el dispositivo elástico 3
que a su vez cierra la entrada del A/C y abre el orificio en descarga de A para R através de los
canales practicados sobre la superficie exterior de la junta 4 por la condición de inestabilidad
de la válvula, dichas situaciones permanecen hasta que está presente la señal en Z.
fig.2) a la desaparición de la señal en Z el muelle 1 desplaza al pequeño pistón 2 a la posición
de reposo lo que permite al os muelles del dispositivo 3 volver a la condición inicialla presión en
P desplaza la junta 4 obteniendo el cierre en R, la salida de la señal de A y el accionamiento del
relevador.
Esta válvula se emplea tanto en su función normal como en una particular obtenida al insertarse un
muelle de contraste graduado para que el pequeño pistón sea sensible a presiones de cerca de 0,2 bar.
Por tanto, la condición de la fig. 2 se obtendrá, en esta ejecución, cuando la presión de la señal en Z
llegue a lvalor arriba indicado.
El típico empleo de esta válvula, que recibe el nombre de «umbral» es el del mando de final de recorrido
de un cilindro. Los esquemas muestran las posiciones de un cilindro que determinan las condiciones de
funcionamiento de la válvula. Con la cámara negativa alimentada, se acciona también la válvula;
alimentando la cámara positiva y descargando la negativa, la válvula se reposiciona sólo cuando la
presión en el cilindro se reduce al valor de cerca de 0,2 bar,es decir, cuando ha terminadoelmovimiento.
Válvula 3/2 NC: está realizada con el mismo concepto mecánico que la anterior con la sola variación de
la parte correspondiente a la distinta función que debe realizar; también para la NC el muelle 1 puede
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ser sensible; en este caso, la válvula podrá realizar funciones de «amplificador», es decir, podrá recibir
una señal de baja presión en Z y emitir una a la presión requerida através de la conexión P con A
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VÁLVULAS DE ELABORACION DE SEÑALES 2DA PARTE
Las válvulas de las que nos ocupamos ahora, forman parte de la categoría de las válvulas de
«interceptación». Las consideramos, por otro lado, del grupo de las de «elaboración» 1en cuanto su
función, conjuntamente a la de las válvulas y a examinadas en la primera parte, asumen una.
importancia determinante en el estudio y en la realización de los circuitos como tendremos oportunidad
de observar en el capítulo correspondiente.
Estas son:
o
Válvula selectora: precisa de la presencia, de al menos, una señal para tener una señal en salida
Válvula de dos presiones: precisa de la presencia de dos señales a fin de poder tener una en
salida (no importa cual)
Observamos la serie de figuras de arriba que evidencian el funcionamiento de la válvula selectora en las
distintas situaciones de «elaboración». El único elemento móvil es la junta G, cuya posición esta
determinada por la señales procedentes de las conexiones P, mientras la conexión A es la de salida
o
Fig.1 La señal P de la izquierda, en la ausencia de la derecha, empuja la junta contra el asiento
opuesto por los siguientes resultados:
No descargarse através de la válvula que genera la otra señal
Proseguir por la salida A
Accionar el relevador de señal, útil para el control y para localización de averías
Fig.2 la señal P de la derecha en ausencia de la izquierda, empuja la junta contra el asiento opuesto
obteniendo los mismos resultados que la anterior
Fig.3 cuando las señales han realizado su función realizan el recorrido inverso y se descargan através
de las válvulas que los han generado.
La serie de figuras de abajo hacen referencia al funcionamiento de la válvula de dos presiones, elemento
móviles una corredera S de sección cuadrada, en cuyos extremos tienen asiento dos guarniciones tóricas
que cierran uno u otro paso.
Fig.1 con la señal P procedente de la segunda entrada, la corredera se desplaza hacia la izquierda y
no permite proseguir la señal
Fig.2 con la llegada también de la otra señal P, la posición alcanzada antes por la corredera le
permite proseguir hacia la salida A y accionar el relevador
Fig.3 al cesar una u otra señal P, no hay más paso a la utilización A; en efecto, en el ejemplo, con la
desaparición de la primera señal llegada, la corredera se reposiciona y permite a la misma
descargarse a través de su válvula
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CAUDAL NOMINAL DE UNA VÁLVULA DE DISTRIBUCION
En el análisis relativo al dimensionamiento de las lineas de distribución (capítulos obre la producción del
aire) ya habíamos tenido la ocasión de advertir la necesidad de disponer de una línea de alimentación
calculada sobre la base del caudal efectivo de la instalación proyectada.
Recordamos a tal propósito que:
•
Cuanto mayor es la sección de paso y mayor es el caudal posible, es decir, la cantidad de aire en
movimiento medido en NI o en Nm3 en la unidad de tiempo (minuto o segundo)
•
•
Todo consumo de aire crea siempre una caída de presión
Tal caída aumenta cuando, por una misma sección, se hace pasar un caudal mayor
Las válvulas, término general que comprende cualquier función de control, son un medio para el paso del
aire cuya fuerza es utilizada por los elementos de potencia (cilindros y herramientas).
Por tanto, es importante que cada tipo de válvula tenga en su interior la mayor sección posible, además
de presentar los ménores obstáculos al paso del aire; todo lo dicho se refleja en una menor caída de
presión y, en consecuencia, en una menor perdida de rendimiento de los utilizadores.
Las válvulas. Se fabrican en diversos tamaños y se diferencian entre sí por la dimensión de la rosca de
entrada: M5, G1/8, G1/4, G3/8, G1/2, etc; estos valores no definen, sin embargo, el caudal ya que este
es una característica propia de cada válvula, tanto que, a igualdad de dimensiones, puede variar
dependiendo del tipo de realización además del fabricante.
Al objeto detener una única dimensión de referencia, las normas C.E.T.O.P. (Comité Europeo de
Transmisiones Oleodinámicas y Neumáticas) prescriben la adopción del término caudal nominal como
aquel que efectivamente cada válvula es capaz de suministrar en un minuto con determinadas
condiciones de funcionamiento que son:
• Presión de entrada = 6 bar
• Temperatura ambiente = 20 ºC
• C.D.P. en la válvula = 1 bar (c.d.p.= Caída de Presión)
Dicho valor, que se indica en los catálogos, se obtiene tras pruebas efectuadas en las condiciones antes
indicadas con el circuito representado en la imagen; este está constituido por:
o
o
o
o
Un regulador que determina la presión de entrada de 6 bar
Dos manómetros que miden respectivamente la presión del aire antes y después en la válvula en
prueba
Un regulador de flujo para simular una necesidad de aire para así determinar la caída de Presión
establecida de 1 bar
Un asámetro, instrumento para la medida del caudal
Con los mismos aparatos se pueden medir también los valores del caudal al variar la caída de presión, así
como construir los diagramas como los que aparecen en la figura V 20.
Otra característica propia de las válvulas (también indicada en los catálogos) es el diámetro nominal
que, por convenio, corresponde a la sección mínima disponible para el paso del aire. Tal valor es útil para
la elección de los racores y de los tubos de conexión; conociendo las dimensiones de la válvula, su
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diámetro nominal indica el diámetro interno del paso que deben tener todos los racores y los tubos tanto
en la entrada como en la salida de la válvula misma, sobre todo cuando el caudal requerido está en el
límite del admitido ante una caída de presión limitada.
NOTA
El caudal de las válvulas previstas también para el paso de los líquidos, está expresado, además de con
el valor «nominal en Nl/min», con un coeficiente valvular; este último indica la cantidad de agua, en
litros por minuto, que pasa através de la válvula cuando la caída de presión entre los dos extremos es de
1 bar y la temperatura ambiente es de 20º C.
En el caso de líquidos de peso específico distinto al del agua, el valor del caudal se pue de individualizar
en los nomogramas de los catálogos de los fabricantes
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DIMENSIONAMIENTO DE LAS VÁLVULA DE DISTRIBUCION
Una válvula de distribución puede estar destinada a alimentar un cilindro (o varios cilindros) o bien al
mando del dispositivo de accionamiento neumático de otra válvula; resulta por ello evidente la
disparidad de las dos necesidades de aire.
'El dimensionamiento de una válvula es por ello importante y necesario cuando está destinada al
funcionamiento de un cilindro; en el otro caso el problema podría existir en caso de que la distancia entre
la válvula que genera la señal y el elemento al que se destina es tal que puede causar un retraso en el
accionamiento, debido a la caída de presión provocada por la longitud de la tubería.
En iguales circunstancias se puede evitar sustuir la válvula con otra de caudal mayor insertando, a lo
largo de la tubería, una válvula 3/2 NC inestable de accionamiento neumático alimentada directamente
por la red al objeto de amplificar la señal.
Como ya sabemos, un cilindro está dimensionado sobre la base de la presión disponible y de la cara
aplicada. Recordemos que el movimiento del pistón, en el interior de un cilindro, provoca un aumento del
volumen con la consecuente caída de presión. Se debe, por; ello, suministrar al cilindro la cantidad de
aire necesaria para suplir el aumento de volumen con el fin de mantener lo más constante posible, el
valor de presión necesaria para vencer la carga y obtener el movimiento en el tiempo requerido.
Un primer dato para el dimensionamiento de una válvula es, por ello, el conocimento del volumen
geométrico de cada cámara activa. El correspondiente volumen de aire libre se obtiene multiplicando el
volumen geométrico por la presión en valor absoluto (presión del manómetro más la atmosférica) en
cuanto, en el momento del relleno, las cámaras tienen un volumen cero (si se excluye el espacio nocivo).
El caudal está definido en Nl/min por eso un dato imprescindible para calcular el necesario, es el tiempo
en el que el cilindro debe completar el movimiento en las condiciones de presión ycarga establecidos.
Todo lo arriba indicado viene expresado por la fórmula:
Q=
‫ ୶ ܁‬۱ ୶ ሺ‫ܘ‬ାଵሻ ୶ ‫܀‬
૚૙૙૙
En la que:
Q = cantidad de aire libre en Nl/min
S = superficie útil del pistón en cm2 (en empuje o entiro)
C = recorrido en cm.
P = presión de trabajo en bar
1000 = relación de reducción de los cm3 a dm3 (litros)
R = valor que se obtiene dividiendo 60 segundos (un minuto) por el tiempo de cada uno de los dos
recorridos
Puesto que los movimientos de un cilindro de D.E. están controlados por una sola válvula, en el caso de
una misma carga en los dos sentidos, pero con tiempos de recorrido distintos, es preciso calcular la
cantidad de aire necesaria para cada recorrido y utilizar el valor Q más alto para las elección de la
válvula.
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Su dimensión debe ser tal que, a igualdad de cantidad Q y respetando las exigencias de economía y
espacio, provoque la menor caída de presion; esto viene mostrado en el diagrama.
Pongamos un ejemplo: un cilindro con diámetro de 50 mm y recorrido de 1000 mm, a la presión de 6 bar
debe desplazar una carga empleando 2 segundos en el recorrido de empuje y 1 segundo en el de tiro; las
respectivas superficies útiles del pistón son : en empuje 19,6 cm2, en tiro 17,1 cm2. ·
Las respectivas cantidades de aire requeridas por la válvula son:
En empuje
En tiro
Qൌ
Qൌ
లబ
మ
, =
,
లబ
భ
=
=
=
= 411,6 Nl/min
= 718,2 Nl/min
El valor de 718 Nl/min, superpuesto sobre la ordenada del diagrama, nos da la posibilidad de
determinar, en correspondencia con cada curva, los siguientes valores de caída de presión:
Válvula de G1/8: aproximadamente 1,3 bar
Válvula de G1/4: aproximadamente 0,4 bar
Válvula de G1/2: aproximadamente 0,1 bar
De las tres dimensiones, la de G1/2 es la preferible porque reduce poco la presión establecida;
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VÁLVULA DE INTERCEPTACION
Son válvulas que bloquean el paso del aire en la dirección no deseada; por el fenómeno de la
expansibilidad del aire, el movimiento del flujo es siempre directo desde el recipiente de presión mayor al
de presión más baja.
Cuando los dos recipientes están en comunicación entre sí, cualquiera que sea su volumen y distancia
relativa, para el aire ellos son «un mismo volumen» y por ello si nada los intercepta la presión se
establiza de manera uniforme en todas las partes de los dos depósitos, comprendiendo también el tramo
de tubería.
Imaginemos ahora que uno de los dos depósitos alimente una red de distribución del A/C y el otro
represente a una herramienta neumática realizando un trabajo; en condiciones normales, la dirección
del aire es la que habíamos indicado arriba.
Supongamos, en cambio, (es un caso que se produce a menudo) que la red de distribución sufra una
repentina disminución de la presión por cualquier motivo y que el nuevo valor sea inferior al fijado en el
regulador de presión que controla a la herramienta. En esta situación todo el aire en la instalación de la
herramienta se encontraría a una presión superior a la de la red, por lo que se produciría una inversión
en el sentido del flujo del aire con las consecuencias fácilmente imaginables. Basta pensar en un sistema
de bloqueo de una pieza que en aquel momento se encuentre «en mecanización» por una herramienta.
El inconveniente de lo arriba indicado puede evitarse, o por lo menos retardarse, hasta permitir al
operario intervenir, si se emplea una válvula de no retorno (NR) o unidireccional en el tramo de tubería
anterior al utilizador.
La fig.1 muestra este tipo de válvula: está constituida por un cuerpo en cuyo interior se encuentra un
pequeño pistón móvil y un muelle. El sentido de montaje de la válvula debe ser tal que la presión de la
red mantenga abierto el paso del aire hacia el utilizador. La diferencia de presión para la intervención es
normalmente, de 0,2 bar...
Cuando la presión disminuye y no tiene la suficiente fuerza para vencer la reacción del muelle, este actuó
sobre. El pequeño pistón y cierra el retorno del aire que, desde el utilizador, tendería a entrar
nuevamente en red.
NOTA
Si un utillaje neumático debe tener garantizado un mínimo de presión, y la red de distribución solo se la
puede suministrar en modo variable o con un valor inferior al necesario, es preciso insertar, además de la
válvula NR, también un depósito de capacidad (pulmón) calculado en función del consumo del utillaje y
para el tiempo en el que debe asegurarse la alimentación. El depósito debe tener características iguales
a las indicadas en el capítulo sobre la producción del aire.
La fig.2 representa otra válvula de interceptación llamada de descarga rápida; tiene por objeto el
modificar automáticamente la dirección del aire en salida de la cámara de un cilindro; se utiliza cuando
al cilindro se le solicita una velocidad mayor que la obtenida con una conexión normal.
Observemos su funcionamiento:
• La presión del aire en P desplaza la junta G (que cierra el paso para R) y deja continuar el aire
por A para alimentar la cámara de un cilindro; cuando la cámara debe andar en descarga (por lo
tanto, interrupción de la presión en P el aire empuja en sentido opuesto a la junta G cerrando el
paso, para P y abriendo aquel para R; así mismo esta válvula interviene para una diferencia de
presión que es de cerca de 0,5 bar.
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Como es sabido, el mando de un cilindro D.E. se produce por medio de una válvula de distribución 5/2
que alimenta una cámara mientras mand a la otra en descarga; la simultaneidad de las dos operaciones
comporta siempre un retraso en la partida del pistón y también una menor velocidad de movimiento por
la contrapresión que crea el aire en descarga obligado a pasar através de la tubería y de la válvula arriba
indicada.
Con la inserción de la válvula de descarga rápida sobre el cabezal de la cámara interesada, el aire de
esta va en descarga directamente en atmósfera.
Los diagramas muestran indicativamente el comportamiento del aire en las dos cámaras de un cilindro
de D.E. en presencia, o no, de una válvula de descarga rápida:
• En el de arriba vemos que el tiempo que media entre la llegada del aire y la partida del pistón, es
el necesario para que la presión alcance el valor necesario para vencer las resistencias mecánicas
y la contrapresión del aire en la cámara opuesta.
• En el segundo diagrama, mientras permanece invariable el tiempo debido a las resistencias
iniciales, ha disminuido eI necesario para véncer la contrapresión porque la cámara opuesta ha
ido inmediatamente en descarga.
El resultado es, por ello, una partida más inmediata y una mayor velocidad del pistón; la válvula puede
insertarse en una o ambas conexiones pero siempre directamente en el cilindro.
1
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NEUMATICA BASICA
VÁLVULAS REGULADORAS DE FLUJO 1RA PARTE
Dos son las caracteristícas fisicas del aire y dos son las respectivas válvulas necesarias para adaptar estas
características a las condiciones requeridas por el funcionamiento de un cilindro. Son la presión y el
caudal.
Por el nombre de las dos magnitudes se distinguen una válvula de la otra: regulador de presíon y
regulador de caudal, más comúnmente llamada regulador de flujo.
El funcionamiento de la primera válvula se ha descrito en el capítulo sobre la producción de aire. El
regulador de caudal, actuando sobre el diámetro útil de paso. Regula en uno o en ambos sentidos el flujo
del aire; en relación a esta particularidad la válvula se llama unidireccional o bidireccional.
La forma y la dimensión externa (a igualidad de entradas) de las dos válvulas son iguales tanto como
para no poder las distinguir más que através de los símbolos que las diferencian; observamos el
comportamiento de cada una cuando se encuentran bajo presión;
•
•
Fig.1 Unidireccional: la regulación se produce por medio de un tornillo de aguja A que varía el
paso de aire através de la tobera C en una sola dirección porqué:
o
Cuando el aire entra por la izquierda la reacción del muelle B sobre latobera y la del aire
sobre la juntá D cierran el paso exterior; por ello sólo puede pasar .entre la tobera y la
aguja, la cantidad de aire deseada.
o
Cuando el aire entra la derecha logra vencer la reacción del muelle y levantar la tobera,
con el resultado de cerrar el paso interior y abrir el exterior de la junta de manera que se
crea una sección tal que consiente un normal paso del aire. El conjunto constituido por el
muelle correspondiente lo encontramos inserto en aquel que distingue el tipo de válvula
de no retorno; el símbolo correspondiente lo encontramos inserto en aquel que distingue
el tipo de válvula unidireccional
o
La misma válvula puede usarse indiferentemente para los dos sentidos de flujo
modificando sin embargo, su orientación cuando se instala
o
La posición del vértice del ángulo corresponde a la dirección del flujo de aire controlado,
como se de muestra en:
-
hacia la derecha: aire regulado de izquierda a derecha
-
hacia la izquierda: aire regulado de derecha a izquierda
Fig.2- Bidireccional: la diferencia con el tipo anteriores que la tobera C está mantenida siempre
en la misma posición por el casquillo E, mientras la junta D asegura el cierre neumático entre las
dos conexiones de entrada.
Instructor
o
La regulación influye del mismo modo en las dos direcciones del aire en cuanto que esta
obligado a pasar siempre através de la sección creada por la posición de la aguja en la
tobera.·
o
La válvula puede insertarse en el circuito sin ninguna dificultad particular.
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NOTA
La forma particular del extremo del tornillo de aguja permite obtener una cantidad (aproximada) de aire
proporcional al número de vueltas del tornillo.
Instructor
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NEUMATICA BASICA
VÁLVULAS REGULADORAS DE FLUJO 2DA PARTE
De las dos válvulas reguladoras de flujo, aquella que encuentra un mayor empleo es la unidireccional,
por ello nos ocuparemos sólo de ella.
El porqué es preciso regular, es decir reducir el valor de la presión, ya lo sabemos; si limitamos el ejemplo
aun cilindro de D/E podemos decir que con la regulación de la presión podemos adaptar la fuerza de
empuje del pistón a las exigencias de lo que es necesario poner en movimiento.
Ahora bien, la fuerza no es la única magnitud que podemos controlar. En presencia de un movimiento
debemos tener encuenta también la velocidad, es decir, el tiempo que queremos que transcurra entre la
partida y la llegada del pistón.
El regulador de flujo unidireccional (RFU) se presta a dicha función de mando sólo si está insertado en el
modo exacto.
Puesto que las cámaras de un cilindro de D/E son dos (alternativamente en alimentación y en descarga)
imaginemos que conexionamos (erróneamente) una válvula RFU con el sentido de regulación directo a la
cámara activa. La reducida cantidad de aire provocaría un movimiento a brincos del pistón por que al
aumento del volumen de la cámara no correspondería una adecuada alimentación, por lo que la presión
se reduciría a un valor tal que no sería suficiente para mantener el pistón en movimiento.
Por este motivo es probable la parada hasta tanto que en la cámara no vuelva a entrar el valor de
presión necesario para el movimiento; por ello se excluye una inserción de este tipo en cilindros de D/E.
Los diagramas de la fig.1 representan, de forma indicativa, la marcha de la presión en las cámaras
opuestas de un cilindro de D/E en dos casos diferentes:
•
El aire de la cámara no activa se descarga através de la válvula de distribución; por ello, la
contra presión que se desarrolla está sólo en función de la reducción de su volumen (ley de Boyle:
toda recucción de volumen va siempre acompañada de un aumento de presión)
•
El aire de la cámara no activa pasa por la válvula RFU antes de descargarse através de la válvula
de distribución
•
Al efecto de contra presión debido a la ley de Boyle se añade el efecto de estrangulación de la
válvula RFU que retrasa la disminución de la presión inicial.
Lo que es interesante relevar de los diagramas además del aumento del tiempo T2, es decir, el tiempo
que transcurre entre la partida y la llegada del pistón, es:
•
El Tiempo T1: el mando del aire en descarga de la cámara no activa crea una
contrapresión por la cual el pistón retrasa su partida y aque debe vencer una resistencia mayor
•
la caída de presión en la cámara activa: la menor variación en el diagrama b) es la
consecuencia directa de la reducción de la velocidad; en efecto, a una misma cantidad de aire en
alimentación, correspon de un aumento más lento del volumen de la cámara activa.
La fig.2 muestra el recorrido del aire en cada válvula RFU que controla la velocidad en los dos sentidos
del movimiento de un mismo cilindro de D/E; observamos cuanto sigue:
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•
Cuando las cámaras activas son alimentadas, el aire no pasa através del regulador si no através
de la válvula de no retorno
•
Por el contrario, el aire de las cámaras en descarga está obligado a pasar por el regulador,
porque la válvula de no retorno se cierra.
Para obtener estos resultados la dos válvulas RFU se tienen que instalar con el cuidado de excluir el
efecto de regulación siempre en el recorrido del aire en alimentación.
En el caso de un cilindro de S/E, la posible regulación en uno de los dos sentidos no puede realizarse más
que montando la válvula RFU en la dirección apropiada sobre la única conexión disponible.
Para evitar sorpresas debemos precisar que, con la regulación del aire en descarga no es posible obtener
velocidades uniformes cuando estas descienden por debajo de 10 mm/seg. (valor medio sin carga)
porque la diferencia entre la dos presiones opuestas sería tal como para no lograr vencer las resistencias
en movimiento.
En situaciones semejantes, el cilindro se comportaría como si la válvula RFU estuviera montada de forma
errónea; es decir, el movimiento sería a brincos. La solución al problema se dará en el apartado
siguiente.
Antes de pasar a las figuras siguientes, precisamos que también el pequeño volumen de aire que actúa
sobre el pequeño pistón de un dispositivo de accionamiento (o reposicionamiento) de una válvula de
distribución puede estar sujeto a un control en descarga o en alimentación (que habíamos, por otro lado,
excluido en el caso de un cilindro).
Fig.3) la señal sobre el dispositivo de accionamiento puede tener una duración inferior a la necesaria
para desarrollar la función deseada. Con la inserción de una válvula RFU en dirección apropiada para
controlar la descarga del aire del dispositivo, se puede prolongar el tiempo de conmutación tras la
desaparicion de la señal.
Fig.4) si no obstante la regulación arriba citada, la duración de la señal resulta insuficiente, es preciso
insertar entre las dos válvulas un pequeño de pósito llamado capacidad, que tiene el objeto de
aumentar el volumen de aire a descargar de la cámara del dispositivo de accionamiento. El
funcionamiento de este depósito es «natural»; por la fisica sabemos que el aire ocupa todo el volumen
que se encuentra a lo largo de su recorrido.
Cuando desaparece la señal, el aire a descargar através del regulador, es de un volumen mayor por lo
que esposible mantener la presión de conmutación de las válvulas de distribución por un tiempo más
largo. Habíamos ya indicado anteriormente la posibilidad de regular en alimentación la cámara de un
dispositivo de mando neumático, o sea, de retrasar la conmutación de una válvula de distribución; si
puede bastar el retraso que provoca la válvula RFU, es suficiente insertarla con la regulación en dirección
de la alimentación de la cámara del pequeño pistón.
Cuando el retraso de la conmutación fuese todavía insuficiente y quedando en los límites de duración de
la señal misma, sería preciso insertar una capacidad.
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97
NEUMATICA BASICA
Fig.5)
a) Cuando el flujo de aire controlado por la válvula RFU entra en el depósito, se expande y se
reduce aún valor tal como para resultar insuficiente para la conmutación de la válvula.
b) La entrada controlada por la válvula RFU permitirá, después de uncierto tiempo, alcanzar la
presión mínima para accionar el dispositivo.
Fig.6)
a) Observamos la posición de la válvula de no retorno respecto a la de la fig.3 y 4; a la desaparición
de la señal, el aire en descarga pasa através del dispositivo NR de la válvula RFU permitiendo un
reposicionamiento inmediato
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NEUMATICA BASICA
SIMBOLOGIA NEUMATICA
1RA PARTE
En las imágenes que ilustran las características constructivas y de funcionamiento de los componentes
objeto de los anteriores capítulos, se han indicado y a las relativas simbologías. A continuación las
resumimos manteniendo el orden de las páginas y dando, cuando se considere oportuno, una breve
descripción.
IMAGEN TC 00.1
Producción y preparación del aire
Filtro fig. 1
a) Representación genérica
b) Con purga de condensación manual
c) Con purga de condensación automática
Regulador de presión fig.2
a) Con descarga de la sobrepresión
a. Pequeño triángulo para indicar la vía de descarga directa en atmósfera
b. Segmento con dos flechas para indicar las direcciones del flujo principal hacia
la utilización y aquel en exceso hacia la descarga
b) Sin descarga de la sobrepresión
a. No es preciso el pequeño triángulo
b. Segmento con una sola flecha en la dirección del flujo hacia la utilización
nota: para ambos casos, la línea de puntos exterior debe tener su punto de
conexión en la salida de la válvula
Lubricador fig.3
a) Representación genérica
Grupo FRL fig.4
a) Con simbología detallada
b) Con simbología simplificada
Cilindros fig. 5
a) Cilindro de S.E. con recorrido de retorno mediante muelle
b) Idem con recorrido de retorno mediante otros sistemas
c) Cilindros de D.E.; la diferencia entre a y b consiste en la presencia de dos
conexiones
d) Cilindro de D.E. con amortiguador fijo en ambos cabezales
e) Cilindro de D.E. con amortiguador fijo en ambos cabezales con regulación
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99
NEUMATICA BASICA
nota: si sólo hay amortiguador en un cabezal, el pequeño rectángulo colocado allado del pistón
es sólo uno
f)
Cilindro de D.E.con pistón magnético sin amortiguador
g) Idem con amortiguador regulable en el cabezal anterior
Válvulas de distribución fig.6
a) Válvula 2/2 con posición de reposo cerrada
b) Idem con posición de reposo abierta
c) Válvula 3/2 NC
d) Válvula 3/2 NA
e) Válvula 5/2
f)
Válvula 5/3 de centros cerrados
g) Válvula 5/3 de centros abiertos
nota: las diferentes simbologías se tienen que completar con el símbolo del dispositivo de
accionamiento y de reposicionamiento
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100
NEUMATICA BASICA
SIMBOLOGIA NEUMATICA
2DA PARTE
IMAGEN TC 00.2
Válvulas de elaboración fig. 7
a) Válvula selectora función OR
b) Válvulas de dos presiones función AND
c) Válvula NOT función NEGACION
d) Válvula YES función IDENTIDAD
Válvulas de interceptación fig.8
a) Válvula de no retorno sin muelle
b) Válvula de descarga rápida
a. El pequeño triángulo indica la conexión de descarga directa a la atmósfera
b. La línea de puntos indica la vía del flujo en descarga
Válvulas reguladoras de caudal fig.9
a) Flujo regulado en una dirección
b) flujo regulado en las dos direcciones,
Medios de accionamiento y de reposicionamiento fig. 10
a) genérico
b) pulsador
c) Con palanca
d) De pedal
e) De palanca rodillo
f)
De palanca unidireccional
g) De accionamiento neumático
h) De accionamiento electroneumático (para electro-distribuidores)
i)
De accionamiento eléctrico (para electroválvulas)
j)
De muelle (sólo para el reposicionamiento)
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101
NEUMATICA BASICA
Simbologías varias fig.11
a) Fuente de presión
b) Línea de trabajo (o de potencia)
c) Línea de mando
d) Conexiones fijas
e) Conexiones de cruce
f)
Descarga de aire con entrada
g) Vaciado de aire sin descarga
h) Acumulador (capacidad pulmón)
i)
Posición de entrada cerrada
j)
Manometro
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102
NEUMATICA BASICA
NORMA PARA LA REALIZCION DE UN ESQUEMA 1RA PARTE
El esquema de un circuito neumático, al igual que el eléctrico o el de los diseños de un órgano mecánico,
es un conjunto convencional de líneas y símbolos mediante los que es posible:
•
•
Estudiar la solución más idónea para una instalación
Establecer un lenguaje técnicos inposibilidad de mal entendidos entre quien lo proyecta y quien
realiza el trabajo
,-
En los capítulos anteriores habíamos indicado ya los símbolos correspondientes a cada componente;
ahora es preciso diseñar los y acoplarlos entre sí para realizar un circuito concreto.
Empecemos por las tuberías.
Para distribuirse, el aire comprimido necesita:
•
De una fuente de presión: el símbolo correspondiente puede indicarse en correspondencia de
cada válvula que participa en la alimentación directa (fig.1a) o bien puede ponerse en la parte
superior de una unica línea de distribución para indicar todas las válvulas que van a conectarse
(fig.1b)
•
De tuberías para la distribución del aire en todo el circuito: por estar convenido, debe usarse una
línea continua para las tuberías de «trabajo o potencia» y una línea de puntos para las de
«pilotaje o mando»
En vista de quecualquier esquema debe realizarse sin tener encuenta las posiciones reales que cada
componente asume en la instalación es necesario evitar, dentro de lo posible, que la líneas se crucen.
Cuando esto no sea posible, es aconsejable interrumpir una de las dos líneas y hacer un pequeño arco
para indicar la superposisición de las tuberías; su conexión se indica con un círculo con un punto bien
visible (fig.3).
Las figuras representan las situaciones de conexión a las que se podrá recurrir en caso de dudas; las
diferentes hipótesis pueden sintetizarse así:
•
Con la línea continua se diseñan todas las tuberías:
o Conectan la entrada P de las válvulas de distribución, directamente a la red (fig.1a y 1b)
o bien a la utilización A de otra similar (fig. 2 y 3)
o Conectan la válvula de potencia al cilindro, al igual que si hubiera válvulas de regulación
o de descarga rápida (fig. 4 y 5)
•
Con la línea de puntos se diseñan todas las tuberías:
o
o
o
o
Instructor
En salida de las válvulas de distribución y las destinadas a enviar una señal para la
conmutación de una válvula con mando neumático (fig.6)
En entrada y en salida de las válvulas de interceptación (fig.7) aún en el caso de una
conexión con la entrada P de una válvula de distribución (fig.8)
En entrada y en salida de una válvula de regulación insertada en un circuito de
temporización (fig.9)
Sólo en el extremo de una válvula de distribución se puede verificar el caso, muy
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103
NEUMATICA BASICA
frecuente, de tener que representar las tuberías de las dos formas como en la fig.10, es
decir, la salida A de una válvula que tenga dos destinos:
Instructor
Con línea de puntos: para la conmutación de una válvula de mando,neumático
Con línea continua: para alimentar otra válvula similar
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104
NEUMATICA BASICA
NORMA PARA LA REALIZCION DE UN ESQUEMA 2dA PARTE
El esquema debe representar la condición de partida de la instalación en presencia de presión; es decir,
cada componente, sea cilindro o válvula, debe representarse en la posición que precede a la función que
va a realizar.
En particular para:
Los cilinqros: podrán encontrarse en final de recorrido positivo o negativo, con relación al
movimiento inicial requerido; ambas situaciones estarán indicadas por la posición del vástago
(dentro o fuera)
Las válvulas de distribución: las de mando neumático y mecánico podrán estar «accionadas» o
«no accionadas»; puesto que la simbología de estas válvulas está representada por dos cuadros
indicando una u otra condición, las normas al respecto son las siguientes:
o
Fig.1 y 2 válvula 3/2 NC y NA de accionamiento mecánico y reposicionamiento de
muelle:
No accionadas: las conexiones externas están indicados en el pequeño cuadrado
al lado del muelle así como las letras correspondientes a las conexiones; las
funciones que se realizan son:
•
Para la NC
A con R
•
Para la NA
P con A
Accionadas: las conexiones externas y las letras están en el pequeño cuadrado
al lado del símbolo del accionamiento, con el añadido de una línea que indica el
órgano mecánico que actúa sobre el dispositivo palanca - rodillo; las funciones
son, respectivamente, las contrarias a las antes indicadas
o Fig.3 válvula 3/2 NC de accionamiento neumático y reposicionamento de muelle:
El accionamiento neumático llega a la válvula através de una tubería de
«pilotaje» cuya señal puede provenir, por ejemplo, de una de las válvulas
antes citadas.
•
No accionada, es decir, en ausencia de señal: los acoplamientos y las
letras se encuentran sobre el pequeño cuadrado al lado del muelle
•
Accionada, esdecir, en presencia de señal que debe llegar en el
mismo instante en que se envía aire al circuito: las conexiones y las
letras se encuentran sobre el pequeño cuadrado de la parte de la
que llega la señal
o Fig.4 válvula 5/2 con mando neumático:
Instructor
Los accionamientos llegan a los extremos de la válvula de dos tuberías
diferentes de pilotaje; independientemente de la parte de la que proceda la
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NEUMATICA BASICA
señal, una de las dos utilizaciones A y B estará siempre conectada con la
alimentación P
Instructor
Según la elección de cual de los dos debe recibir aire en el momento de la
partida, se determina el cuadrado en el que están indicados los
acoplamientos y las letras.
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NEUMATICA BASICA
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES: MANDO DIRECTO 1RA PARTE
Los circuitos elementales son una serie limitada de circuitos considerados «de base» porque se pueden
encontrar «combinados» en todos los circuitos, por complejos que sean; por tanto, se refieren aun solo
cilindro con diferentes soluciones de mando y de número de válvulas
ImagenTC 03
·
Consideramos un cilindro de simple efecto que, necesitando aire siempre en la misma dirección, precisa
sólo de una tubería de conexión con una válvula de distribución cuyas características son: 3vías 2
posiciones.
La función de esta válvula debe elegirse en relación a la posición que se desea hacer asumir al cilindro al
inicio del ciclo; por ello elegiremos para los dos casos de la imagen una válvula 3/2. NC o bien una 3/2
NA inestables, es decir, con reposicionamiento de muelle.
El accionamiento puede ser de tipo «manual» si es precisa la presencia de un operario o bien del tipo
«mecánico» si el mando va pilotado por otro movimiento.
Observemos las figuras de la parte superior, que representan el mando manual del cilindro en posición
para el recorrido positivo:
NC 1: el A/C, ya presente en P, no puede atravesar la válvula porque en su interior la utilización está
conectada con la descarga R (válvula en reposo). Por efecto del mueíle, el pistón se encuentra contra el
cabezal posterior
NC 2: cuando el operario aprieta y mantiene la acción sobre el pulsador el A/C, através de la conexión P
con A (válvula accionada), llegaa la cámara positiva del cilindro y hace mover el pistón el cual,
alcanzado el final del recorrido, permanece en espera del regreso...
NC 3: que se puede verificar sólo cuando el operario suelta el pulsador; en este punto, el cilindro puede
volver a su «posición de partida» por la concomitancia de la reacción de lmuelle sobre el pistón y de la
vía A con R que descarga el aire de la cámara activa del cilindro
Observemos ahora las figuras de la parte inferior; representan el mismo cilindro pero controlado por una
válvula 3/2 NA necesaria para conseguir la posición de reposo al final del recorrido positivo.
NA 1: la vía P con A (válvula en reposo), ya presenteantes aún de accionar la válvula, manda el A/C al
cilindro y mantiene el pistón al final del recorrido positivo.
NA 2: cuando el operario desea hacerlo regresar, acciona de forma continua la válvula para establecer y
mantener la vía en descarga A con R. la cámara positiva queda así desactivada y el muelle puede llevar
al piston a su posición natural que, sin embargo, no corresponde a la de partida requerida por el
circuito.
NA 3: es posible obtener la posición de partida sólo cuando el operario suelta el pulsador
Y se restablece la vía P con A
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NEUMATICA BASICA
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NEUMATICA BASICA
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES: MANDO DIRECTO 2DA PARTE
ImagenTC 04
Consideramos un cilindro dedoble efecto cuya necesidad de aire es en las dos direcciones: una para el
recorrido positivo y otra para el negativo.
Las tuberías de conexión son dos y desembocan en una válvula de distribución cuyas características son:
5 vías 2 posiciones.
·
1
En el caso de un cilindro de doble efecto, la posición de reposo puede realizarse con una sola válvula
inviertendo las conexiones de las utilizaciones A y B; esto es distinto de los dos circuitos anteriores en los
cuales, la posición inicial del cilindro de simple efecto requería válvulas diferentes (NC y NA).
En el segundo circuito la válvula ha sido diseñada con el accionamiento a la derecha para evitar el cruce
de las líneas; una solución alternativa puede ser la de diseñar el cilindro con el movimiento a su
izquierda. Se debe excluir totalmente una representación como la del recuadro porque, además de ser
errónea, no resuelve el problema de los cruces de líneas.
Observemos las figuras de la parte superior en las que se emplea una válvula inestable:
1. Cuando enviamos A/C a la válvula esta, mediante la vía P con B (válvula en reposo) alcanza
pronto la cámara negativa del cilindro, el pistón permanece en esta posición hasta que el operario
actue.
2. Interviene sobre el pulsador de manera continua con el fin de mantener la vía P con A durante
todo el tiempo que dure el trabajo que el cilindro va a realizar.
3. Al soltar el pulsador y la conmutación espontánea de la válvula, se realizan las vías P con B y A
con R que llevan al pistón a la «posición de partida» para iniciar un posterior ciclo cuando sea
requerido.
Observemos ahora las imágenes de la parte inferior en las cuales encontramos una válvula estable:
1. El cilindro está en «posición de partida» con el pistón al final de recorrido positivo y la válvula no
accionada (en reposo); se alimenta la cámara positiva através de la vía P con B
2. Cuando el operario interviene sobre la palanca, la conmutación se mantiene estable, sobre la vía
P con A en alimentación y B con R en descarga por el tiempo que el operario considere oportuno
3. Una posterior intervención sobre la palanca, pero en sentido opuesto, excluye dicha
«estabilidad» llevan do al cilindro a la «posición de partida».
CONSIDERACIONES
Estas dos primeras soluciones de circuitos, que representan el modo más sencillo para controlar el
funcionamiento de un cilindro, se denominan de mando directo, en el sentido en el que en el circuito
está presente sólo una válvula con la doble función de distribución y mando.
La distancia entre los dos componentes debe ser la menor posible por los siguientes motivos:
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NEUMATICA BASICA
•
Ahorro en el consumo de aire libre: el aire presente en las tuberías, a cada conmutació de la
válvula, es descargado a la atmósfera junto al de la cámara del cilindro
•
Reducción de los tiempos de espera para cada ciclo: para llegar a la cámara del cilindro el A/C
debe recorrer antes las tuberías de conexión.
•
Menor caída de presión
El eventual incremento de los siguientes componentes, no modifican la definición de mando directo:
Válvula de regulación de caudal para reducir la velocidad del cilindro
Válvula de descarga rápida para aumentarla
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LOS CIRCUITOS ELEMENTALES: MANDO INDIRECTO
Una intervención directa del operario sobre la válvula puesta cerca del cilindro no es siempre aconsejable
por razones de seguridad: por el contrario, aproximar la válvula al operario equivale a alargar las
tuberías de conexión del cilindro.
La alternativa, es la de utilizar una válvula provista de un dispositivo de accionamiento neumático
mandado a distancia por otra válvula situada en una posición cómoda para el operario. En este caso, el
mando directo se convierte en indirecto por la presencia de la segunda válvula. Las dimensiones de esta
última, junto con sus tuberías de conexión a la red y a la válvula a mandar, puede ser inferior puesto que
la demanda de aire del dispositivo de accionamiento neumático es mínima.
Observemos el esquema A de abajo a arriba:
• La primera válvula, llamada de mando, es del tipo 3/2 NC inestable con accionamiento manual
• La segunda, llamada de potencia, es una 5/2 con reposicionamiento de muelle,es decir,inestable
• Las dos válvulas están alimentadas por la misma red de distribución y están conectadas entre sí
mediante la tubería de línea de puntos.
La sucesión de los movimientos es la siguiente:
• A1: Con presión en el circuito y con ausencia del mando sobre la primera válvula, la situación de
la válvula de potencia (en reposo) deja llegar el A/C del cilindro através de las conexiones P con
B. El pistón, no se encuentra ya en la posición indicada en la figura llega allí por empuje del aire
• A2: Cuando el operario aprieta el pulsador de la válvula de mando, se establece la conexión P
con A que hace salir flujo de aire directo al dispositivo neumático de la válvula de potencia; esta
se conmuta de forma que efectúa las conexiones internas P con A y B con S. el cilindro llega al
final del recorrido positivo y permanece allí durante todo el tiempo que dura la acción sobre el
pulsador
• A3: Al soltarlo, la válvula de mando se reposiciona automáticamente, descargando el aire que ha
servido para la conmutación de la válvula de potencia; esta, a su vez, vuelve a la posición de
reposo por efecto del muelle invirtiendo el flujo del aire a las cámaras del cilindro.
Las variaciones en el esquema B consideran la añadidura de una segunda válvula de mando de
dimensiones y tipo iguales a la primera; de este modo,la válvula de potencia tiene, ambos, los
dispositivos de accionamiento neumático y por ello pasa de inestable a estable.
Observemos tales consecuencias através de las figuras:
• B1: La condición NC de las dos válvulas piloto no deja pasar aire al igual que si la instalación
estuviera con presión. A la válvula de potencia no llega ninguna señal de pilotaje pero esta
atravesada por el A/C que se dirige hacia la cámara negativa del cilindro y mantiene el pistón en
la posición re querida a la partida de cada ciclo.
• B2: Si el operador actúa sobre la válvula de la derecha, la señal que llega a la válvula de
potencia encuentra la corredera ya desplazada sobre las conexiones P con B y A con R y no pasa
nada. Una breve intervención sobre la válvula de la izquierda (dejando libre el pulsador de la
derecha) hace desplazar la corredera sobre las conexiones P con A y B con S invirtiendo el
movimiento del cilindro. En ausencia de ambas señales, la corredera permanece en la posición
alcanzada manteniendo la cámara positiva del cilindro siempre con presión.
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NEUMATICA BASICA
B3: cuando el operario considera que ha llegado el momento de que el cilindro vuelva a la
posición de partida aprieta y suelta el pulsador de la segunda válvula de mando.La señal que
alcanza la válvula de potencia sobre el dispositivo Y, permite el desplazamiento
desplaza
de la corredera
en cuanto la señal en Z ya está en descarga de la operación anterior.
CONSIDERACIONES
• En el esquema A la condición inestable de las dos válvulas necesita el sustento del
accionamiento para asegurar al cilindro la posición de trabajo
• En el esquema B, la estabilidad de la válvula de potencia asegura la posición del cilindro aún
cuando se suelte el pulsador de las válvulas de mando inestable.
• Se puede obtener una alternativa al esquema B utilizando una válvula de potencia inestable
como la del esquema A mandada, sin embargo, por una válvula de mando estable.
•
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NEUMATICA BASICA
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES:
CICLO INDIVIDUAL O SEMIAUTOMATICO
Los circuitos hasta ahora descritos tiene una característica común: cada recorrido del cilindro está
condicionado a la intervención del operario. Esta dependencia puede reducirse, parcialmente, aplicando
un dispositivo de accionamiento mecánico (que reemplaza al manual) en una de los. Dos válvulas de
mando del último circuito examinado; la posición de esta válvula es, sin embargo,determinante para el
resultado que se quiera conseguir.
Con el fin de que el dispositivo mecánico pueda conmutar la válvula sobre la que está montado, es
preciso que se accione y se suelte de nuevo, a su vez: la posición de esta válvula debe, por lo tanto,en
contrarse en las proximidades de un final del recorrido del cilindro, de forma que sea accionada por el
vástago o por otro órgano a él acoplado o accionado.
Observemos el esquema: con el pistón contra el cabezal posterior, la válvula antes mencionada debe
posicionarse de manera que sea accionada cuando el pistón llegue al final del recorrido positivo; dicha
posición se señala con un trazo de línea vertical mientras la válvula se dibuja debajo de la de potencia.
Sigamos ahora el desarrollo de los movimientos:
1. Con el circuito con presión, todas las válvulas están alimentadas pero el A/C sólo puede pasar y
llegar a la cámara negativa del cilindro solamente através de la válvula 5/2.
2. El operario aprieta y mantiene la acción sobre la válvula de mando que deja pasar aire directo al
dispositivo neumático. Z de la válvula de potencia; esta, a su vez, se conmuta y envía aire a la
cámara positiva del cilindro mientras se descarga la de la cámara opuesta através de la misma
válvula.
3. Cuando el cilindro ha alcanzado el final del recorrido positivo. Acciona el dispositivo mecánico de
la segunda válvula de mando la cual, mediante su conexión interna P con A envía aire al
dispositivo neumático Y de la válvula de potencia
4. Con el fin de que esta señal tenga un efecto inmediato sobre la corredera, es preciso que la señal
opuesta que llega de la válvula de mando manual esté ya en descarga. Por tanto, la intervención
del operario en la fase 2 debe ser inmediata y no prolongada como en la fase 3 (para no impedir
la conmutación de la válvula de potencia)
El funcionamiento descrito se define como ciclo individual o semiautomático en cuanto que en cada
intervención manual el cilindro completa un solo ciclo.
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NEUMATICA BASICA
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114
NEUMATICA BASICA
LOS CIRCUITOS ELEMENTALES:
CICLO CONTINUO O AUTOMATICO
En el circuito anterior, con una válvula de accionamiento mecánico colocada al final del recorrido, ha
sido posible obtener el retorno automático del cilindro.
Es normal preguntarse si la segunda válvula de mando, también dotada de un dispositivo mecánico
colocado al final de recorrido opuesto, puede transformar el ciclo en continuo o automático.
Esto no sólo es factible si no que es el modo más sencillo para obtener la repetición de los ciclos sin la
pérdida de tiempo de las intervenciones manuales y, sobre todo, sin necesitar la presencia continua del
operario.
Es preciso, sin embargo, la colocación de una tercera válvula de dimensiones y características iguales a
las otras pero con dispositivo de accionamiento manual.
Observamos estas válvula ser en el esquema: son del tipo 3/2 NC y cada una tiene una función
diferente:
Una válvula de cómienzo de inicio del ciclo (l.C.):
No está conectada a Ia red
de distribución pero recibe aire de otra válvula su condición es
estable (observamos la ausencia de muelle)
Una válvula ya accionada (observamos las conexiones en el cuadrado que está junto al mando)
Una válvula no accionada (las conexiones se en cuentran en el cuadro que está al muelle)
Veamos el funcionamiento sirviéndonos de las figuras:
1) El A/C presente a la entrada de todas las válvulas, logra pasar sólo:
a) En la válvula 5/2 que alimenta la cámara negativa del cilindro
b) En la válvula 3/2 ya accionada (conexión P con A) que alimenta la válvula de comienzo de ciclo
c) Las otras válvulas, no accionadas, mantienen la conexión de A con R
2) Cuando el operario desplaza la palanca del dispositivo de accionamiento de la válvula l.C., el aire
llega al dispositivo neumático Z de la válvula de potencia que conmuta la entrada del aire en las
cámaras del cilindro.
a) El movimiento que deriva de esto, libera el dispositivo mecánico de la primera válvula de final de
recorrido, poniendo en conexión A con R permitiendo la descarga del aire procedente del
dispositivo Z através de la válvula l.C. con conexión P con A
3) Con el cilindro en la final de recorrido positivo, se acciona la segunda válvula que envía un impulso al
dispositivo neumático Y de la válvula de potencia, la cual se conmuta inmediatamente por que la
señal en Z ha sido ya descargada
4) Si el operario no interviene sobre la válvula l.C., el ciclo se repite de modo automático alternándose
los accionamientos de las dos válvulas de final de recorrido gracias al movimiento continuo del
cilindro.
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NEUMATICA BASICA
En caso de emergencia o de interrupción programada, el operario podra intervenirs obre la válvula l.C.; el
cilindro continuará, sin embargo, su movimiento hasta completar el ciclo que está realizando conforme
a las dos situaciones:
Si la intervención se realiza durante el recorrido positivo, el cilindro no vuelve si no que continúa
hasta el final del recorrido, para regresar después a la posición de partida y pararse.
pararse
Si la intervención se realiza durante el recorrido de vuelta el cilindro se de tiene nada más alcanzada
la posición de partida.
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NEUMATICA BASICA
REPRESENTACION LITERAL Y GRAFICA DEL MOVIMIENTO DE
VARIOS CILINDRO 1 RA PARTE
El ciclo de un cilindro A es la sucesión de los dos movimientos del vástago: el positivo (+) el negativo (-):
este ciclo puede representarse de dos formas diferentes:
Literal: Con la letra y el signo correspondiente a la sucesión de los dos movimiento es decir A+ / Aobien A- / A+. la barra inclinada indica que las fases son dos con un movimiento para cada fase; y no
puede ser diferente en el caso de un solo cilindro
Gráfica : Encontrándonos frente a un movimiento, las magnitudes que entran en juego son:
El espacio a recorre, es decir el recorrido del vástago
El tiempo necesario
Suponiendo que los tiempos de los dos recorridos sean iguales, los diagramas que podemos obtener
son dos:
Fig.1: ciclo A+ / A- en el caso de un retorno inmediato
Fig.2: el mismo ciclo pero conun intervalo entre los dos recorridos.
El eje de ordenadas no tiene nunca encuenta la longitud del recorrido; por el contrario, puede ser
necesario mostrar en el eje de abscisas las posibles variaciones del tiempo por cada recorrido de un
mismo cilindro o entre varios cilindros; en dicho caso, el eje puede ser dividido en segundos (como se
indica en la fig.3)
Para el caso de varios cilindros en un mismo circuito, cada uno indicado con una letra mayúscula diferente,
la representación literal que los une sigue los mismos principios antes indicados; analicemos unos
ejemplos:
o
A+ B+ / A- B-: el ciclo se desarrolla en dos fases y en cada una se verifican dos movimientos
simultáneos de diferentes cilindros
o
A+/ B+ / A- B-: el ciclo se desarrolla en tres fases, en la primera y segunda el movimiento es uno
solo,mientras que en la tercera fase son dos a la vez
Los mismos ciclos pueden representarse tanto en sentido «horizontal» como en sentido «vertical»,
escribiendo una fase para cada línea; analicemos los ejemplos:
A+ B+ / A- B-
- A+ B+
- A- B-
A+/ B+ / A- B-
- A+
- B+
- A- B-
Para la representación gráfica de varios cilindros, aconsejamos proceder según la sucesión indicada en las
figuras: como ejemplo tomemos el ciclo A+/B+/A-B-:
o
Fig.4: Preparamos los diagramas de base, separando los recorridos del cilindro A de los recorridos
del cilindro B. Dividamos el segmento horizontal en partes iguales y en un número superior a las
fases.
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NEUMATICA BASICA
o
Fig.5: en los dos tramos anteriores a la primera división, representamos la posición de los dos
cilindros «en reposo» (la posición es la contrario a la indicada por el ciclo).
o
Fig.6: señalamos con el número 1 la primera fase del ciclo, advirtiendo que hay que escribirlo en el
lado izquierdo para indicar la partida del movimiento. Dibujamos el movimiento del cilindro A (A+)
que participa en la fase y prolongamos el tramo del cilindro B que queda parado
o
Fig.7: numeramos la segunda fase y dibujamos el movimiento B+, prolongando el correspondiente
al cilindro A en descanso
o
Fig.8: numeramos la tercera fase y dibujamos los dos movimientos que participan A- y B-
o
Fig.9: indicamos la «longitud del ciclo» comprendido entre la 1ª y 3ª fase.
Prolongamos los movimientos durante al menos dos fases sucesivas, iniciando, sin embargo, desde el
principio la numeración de las fases (sólo en el caso de ciclos continuos).
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REPRESENTACION LITERAL Y GRAFICA DEL MOVIMIENTO DE
VARIOS CILINDRO 2 DA PARTE
El movimiento del vástago de uno o varios cilindros hay que considerarlo siempre en función de la
instalación en la que deberá utilizarse. La acción individual es igual para todos los cilindros; recorrido
positivo y negativo. Debido a la sucesión de los movimientos es por lo que obtenemos diferentes
resultados a igualdad del número de cilindros.
De aquí la necesidad de conocer, ante todo, los movimientos requeridos por la instalación con él fin de
definir el número de cilindros para luego analizar las condiciones de intervención de cada uno. En otras
palabras, es necesario partir de la descripción del funcionamiento de la instalación para llegar a la
representación literal o gráfica de los movimientos relativos a los cilindros,es decir,al «ciclo secuencial».
Ejemplo No 1
Unas piezas de chapa, colocadas manualmente en posición, deben someterse a las siguientes
operaciones automáticas: bloqueo, plegado y punzonado. La posición de los tres cilindros necesarios es
la de la fig.1.
La simplicidad del ejemplo nos conduce directamente a la definición del «Ciclo secuencial» (también lo
llamaremos «secuencia»), es decir, a la sucesión de los movimientos y al número de fases; sin embargo,
seguiremos igualmente un razonamiento tipo que puede ser útil en cada circunstancia:
o
El cilindro A debe descender y pararse para mantener bloqueada la pieza: recorrido A+
o
El cilindro B puede efectuar la operación de plegado: recorrido B+
o
El cilindro B debe volver para permitir el movimiento siguiente: recorrido B-
o
El cilindro C puede efectuar su operación de punzonador: recorrido C+
o
El cilindro C debe volver: recorrido C-
o
El cilindro A puede dejar lapieza y volver: recorrido A-
Con las descripciones antes indicadas resulta evidente que ningún recorrido es «simultáneo» con otro;
por ello, los movimientos descritos corresponden a otras tantas fases de la «secuencia»; esta puede
expresarse, en sentido horizontal, del modo siguiente:
A+/B+/B-/C+/C-/ALa representación gráfica es la de la fig.2.
Ejemplo No 2
Es una operación semiautomática de marcado de piezas; queremos que el cilindro A cada vez que
ha desplazado una pieza que no necesite ser bloqueada, vuelva simultáneamente con el avance del
cilindro B el cual efectúa la operación requerida. El cilindro C debe volcar cada pieza después del
marcado para dejar libre el acceso a la pieza siguiente.
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Analicemos los movimientos teniendo encuenta las dos condiciones insertadas en la descripción y
en el dibujo:
o
o
La simultaneidad de los dos movimientos de los cilindros A y B
La posición de partida requerida del cilindro C
•
•
•
•
•
El cilindro A posiciona la pieza: recorrido A+
El cilindro B efectúa el marcado mientras A vuelve: recorrido B + AEl cilindro B vuelve: recorrido B El cilindro C vuelve para volcar la pieza: recorrido CElcilindro C vuelve a su posición: recorrido C+
En la descripción aquí indicada, la simultaneidad de los movimientos de varios cilindros debe
resultar siempre en la misma línea, con el fin de poder determinar las fases de cada ciclo; en el
caso que hemos examinado las fases son cinco.
La sequencia puede expresar se de la siguiente forma literal:
A+/B+A-/B-/C-/C+
Y la representación grafica es la de la fig.4.
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