Elementos neumaticos

Neumática básica © Sena Virtual Distrito Capital 2005

Tema 1. Actuadores Neumáticos Neumáticos 1. Cilindros Neumáticos Cilindro de Simple Efecto Cilindros de Doble Efecto

2. Cálculo de la Fuerza de los Cilindros Neumáticos 3. Cálculo del Consumo de Aire de los Actuadores Neumáticos

Tema 2. Válvulas de Caudal Válvula de Simultaneidad Válvula Selectora Válvulas Antirretorno Válvula de Escape Rápido

Tema 3. Válvulas de Presión Reguladores de Presión Válvula de Secuencia

Tema 4. Válvulas de Vías Válvula de 3/2 Vías de Accionamiento Mecánico; por Rodillo, Servopilotada Válvula Temporizadora: Temporizadora: Posición Normal De Bloqueo

Tema 5. Accesorios Filtros Lubricadores Racores de Acero Maleable Racores de ABS Racores de tubería de cobre Uniones de Tuberías


Tema 1. Actuadores Neumáticos Neumáticos Los mecanismos neumáticos, permiten desarrollar los trabajos a alta velocidad, eciencia y a bajo costo. En ese sentido, los actuadores neumáticos son los que realizan directamente el trabajo, y están clasicados en dos grandes grupos de acuerdo a su función: actuadores lineales y actuadores rotativos que permiten realizar movimientos rotativos, lineales y giratorios. Cabe anotar que el término actuador aplica para todos aquellos dispositivos que cumplen la función de trabajo en los circuitos neumáticos; entre ellos destacamos los cilindros y motores neumáticos.

1. Cilindros Neumáticos Los cilindros son dispositivos motrices en los equipos neumáticos ya que transforman la energía estática del aire a presión, en movimientos rectilíneos de avance y retroceso. Este tipo de actuadores neumáticos tienen utilidades considerables en el campo de la técnica de automatización. El posicionamiento, montaje y manipulación, ya sea para elevar, alimentar, desplazar, posicionar o cambiar de dirección, son ejemplos de su uso. Las acciones que realizan los cilindros son so n las de empujar y tirar /o halar. halar. Estos realizan su mayor esfuerzo cuando empujan, ya que la presión actúa sobre la cara del embolo que no lleva vástago y así se aprovecha la mayor supercie, cumpliendo con el principio de que a mayor área mayor fuerza. Algunas características a tener en cuenta en la selección de un actuador son las siguientes: -El principio de operación (doble efecto - simple efecto). -Diámetro del émbolo. -Longitud de la carrera de desplazamiento. -Fuerza -Velocidad del embolo


Cilindro de Simple Efecto Su característica principal es que puede producir movimiento solamente en un solo sentido o dirección; por un lado recibe presión (puede ser la cámara del lado del émbolo o la del vástago), el cilindro ejecuta un trabajo mecánico de avance y su retorno puede darse por efecto de un muelle de reposición, o bien por fuerza externa (carrera en vacío); debe tener tene r además una conexión para escape de aire.

Partes de un cilindro de simple efecto: Tap a po sterior

Embolo

Reso rte d e reposición

Tap a anterior Vástago

Conexión p ara entrada del aire comprimido

Junta anular Cuerpo del cilind cili nd ro

Orifici Orif icio o de desaireación

Tipos de cilindros de simple efecto cilindros de émbolo, cilindros de membrana, cilindros de membrana enrollable.


Cilindros de Doble Efecto Partes de un Cilindro de Doble Efecto Tap as o culatas

Emb mbo o lo

Camisa

Vástago

Los requerimientos de fuerza, velocidades, durabilidad, montaje y dimensionamiento de los actuadores neumáticos tendrán que ser cumplidas por productos encontrados en el mercado. Las diferentes aplicaciones industriales exigen características especiales de los actuadores estándar, estándar, por ejemplo el tipo de vástago para el acoplamiento mecánico con los dispositivos. Los cilindros de doble efecto presentan las siguientes características: - Solo realizan trabajo en doble sentido - Carreras máximas hasta 3000 mm con derecho a pandearse. - Si el vástago está sometido a un esfuerzo radial y aparece el problema de exión se recomienda aplicar rotula.

Escape de aire

Cilindro de membrana arrollable


2. Cálculo de la Fuerza de los Cilindros Neumáticos El diámetro del émbolo establece la fuerza que puede realizar el actuador. actuador. Inicialmente tendremos en cuenta la fórmula: P = F/A. Donde: P = es la presión en N/cm 2 F = es la fuerza en Newton A = es la supercie del émbolo en cm 2 De la fórmula P = F/A. despejaremos fuerza; F = P * A Como la presión que se maneja a nivel industrial normalmente esta estandarizada en 6 bar, bar, nos damos cuenta cu enta entonces que la fuerza del cilindro esta determinada por el diámetro del embolo. Ejercicio: Un cilindro de doble efecto operado con aire comprimido tiene las siguientes especicaciones: Diámetro del émbolo: 50 mm Diámetro del vástago: 20 mm Presión de trabajo: 6 bar. Carrera: 500 mm Hallar la fuerza a la compresión que ejerce el cilindro. Hallar la fuerza de tracción que ejerce el cilindro. Primero hallamos las áreas del embolo y del anillo circular Área del émbolo =

Área del anillo circular = cm 2


Luego hallamos las fuerzas. Fuerza a la compresión =

Fuerza a la tracción = Ejercicio: Un cilindro neumático debe levantar una carga de 60 kg en forma vertical ¿cuál será la fuerza necesaria para levantar la carga; a una presión de 5 bar cuál deberá ser el diámetro del embolo del cilindro? Primero hallamos la fuerza necesaria: En este caso no tenemos en cuenta las fuerzas de rozamiento. Fuerza necesaria = Fuerza del peso + Fuerza de aceleración Fuerza de peso = m * g = 60kg * 9.81m*s 2 = 588.6N Fuerza de aceleración = m * a = 60kg * 10m*s 2 = 600N Fuerza necesaria = 588.6 N + 600 N = 1188.6 N Hallamos el área que correspondería al cilindro:

Hallamos el diámetro teórico del cilindro

A=

6.02cm


Vamos a un catálogo de cilindros y seleccionamos el que mas se aproxime por exceso, en este caso Diámetro de 63 mm El Normograma que está en la parte inferior nos permite determinar el diámetro del émbolo de acuerdo a la fuerza requerida: Por ejemplo para una fuerza de 3000 Newton a una presión de 6 bar se necesita un cilindro con un diámetro de émbolo de 79 mm buscamos de acuerdo al catalogo de productos, el inmediatamente superior. superior. Diagrama presión fuerza Presi resión ón d e fu funcionami ncionamiento ento (bar)

7 6 5 4

2

3

4

5

6 8 10 12

3 2

100 8 7 6 5

m m4 n e 3 o l o b 2 m E 10 8 7 6 5 4 3 2

1 10

2

3

4

5 6 7 8 100

2

3

4

5 6 7 8 10 00

2

3

4

5 6 7 810000

Fuerza e n New New ton

3. Cálculo del Consumo de Aire de los Actuadores Neumáticos El consumo de aire de los actuadores neumáticos determina las dimensiones de las válvulas de mando, tubo plástico exible, velocidades de trabajo y las dimensiones del propio compresor. compresor. Este consumo consu mo se puede calcular calcul ar a través de la siguiente fórmula:


Q=2nsq Donde: Q = Consumo de aire (l / min.) n = No. de ciclos por minuto s = Carrera (cm.) q = Consumo especíco de aire (l / cm.) El consumo especíco se determina a partir del siguiente nomograma: Presi resión ón d e fu funcionami ncionamiento ento (bar)

7 6 5 4

2 3

4

5

6 8 10 12

3 2 100 8 7 6 5 m m4 n e 3 o l o b 2 m E 10 8 7 6 5 4 3 2 10 0,01

2

3

4

5 6 7 8 0,1

2

3

4

5 6 7 8 1 ,0

2

3

4

5 6 7 810

Consumo 1/cm d e carrer carrera a

Con el valor de presión de trabajo y el diámetro del émbolo se localiza el punto de intersección de ambas líneas y se proyecta hacia el eje horizontal, consumo l/cm. Este valor se sustituye en la fórmula anterior y se calcula el consumo. Como se puede observar el consumo también variará dependiendo del número de ciclos por minuto que realice; realice ; es decir, decir, para un mismo actuador se puede tener un un consumo de aire comprimido diferente de acuerdo a su velocidad de desplazamiento.


La ventaja de conocer el consumo de aire comprimido de nuestros actuadores, es que al poder estimar el consumo total de nuestra máquina y en general el de toda la planta, nos permitirá seleccionar el compresor de aire comprimido más adecuado. Los datos obtenidos del monograma tendrán que adecuarse a los productos existentes en el mercado. Recuerde que cuando no hubiese el elemento que deseamos a la medida exacta de nuestro cálculo, deberá seleccionarse el inmediato superior que exista en el mercado; esto con la nalidad de evitar que el componente sea insuciente para la necesidad para la cual ha sido adquirido.


Tema 2. Válvulas de Caudal Las válvulas de caudal controlan el ujo de aire que llegará a las válvulas de mando o a los actuadores. En lo que sigue se describen algunas de ellas Válvula de Estrangulación La válvula de estrangulación estrecha el paso del aire; por lo general, es ajustable (rosca). Regula el caudal o retarda la conmutación. La válvula de estrangulación y antirretorno es una válvula combinada; permite el paso en una dirección y limita el paso en la dirección contraria. Válv álvul ulaa d e estrangulaci estrangulación ón y antirreto antirreto rno

Válv álvula ula d e estrangulación

En ambas válvulas puede jarse la regulación del paso ajustando una contratuerca.


Válvula de Simultaneidad

La presión en las entradas X y Y tiene como consecuencia una señal en la salida A; si sólo es recibida una señal o si no se recibe ninguna, la salida tampoco recibe señal alguna. Si las señales no llegan simultáneamente a la entrada, la última es transmitida a la salida. Si las señales tienen presiones diferentes, la de menos presión llega a la salida.

Válvula Selectora


Si las entradas X o Y reciben una señal, ya sea individualmente o ambas, entonces la salida A recibe una señal; si no hay señal de entrada, la salida tampoco recibe señal. Si ambas entradas reciben aire a presión, es transmitida a la salida la señal correspondiente a la presión mayor. mayor.

Válvulas Antirretorno Son válvulas utilizadas en las líneas de suministro del compresor; deben estar diseñadas para resistir la presión, temperatura e impulsos del aire comprimido. Las válvulas de antiretorno abren el paso en una dirección y bloquean el paso en la dirección contraria. El elemento de cierre se separa de su asiento si la presión ejerce una fuerza mayor que la fuerza que le opone el muelle.

Válvula de Escape Rápido La válvula de escape rápido permite una evacuación veloz del aire, por ejemplo, de un cilindro o de un conducto. Tiene la posibilidad de aumentar considerablemente la velocidad de un cilindro en determinadas circunstancias. Montaje: directo o lo más cerca posible al cilindro.



Tema 3. Válvulas de Presión Las válvulas de presión tienen la tarea de establecer los parámetros de fuerza en el circuito neumático. Además, establecen condiciones de mando en función de la presión del sistema. Entre ellas se cuentan los reguladores de presión y las válvulas de secuencia.

Reguladores de Presión El montaje de los reguladores de presión en las conducciones de aire comprimido, tiene como misión principal mantener estables las condiciones de funcionamiento requeridas, a pesar de las uctuaciones en la presión primaria y en el caudal. Las características de un regulador de presión deben estar referidas a la regulación y caudal. La primera determina la posibilidad de que el regulador mantenga una presión de utilización constante, independientemente de las variaciones en la presión primaria. Las características de caudal demuestran la capacidad del regulador para mantener la presión secundaria constante a pesar de las variaciones en el caudal de comprimido. La elección de los muelles de los reguladores es fundamental para permitir el ajuste de la presión regulada del modo mas conveniente, debiéndose tener presente que si un elemento accionado por el aire es obligado a trabajar a la presión normal de partida, en vez de hacerlo a la que le corresponde, se origina un desgaste excesivo de los órganos constructivos de tal elemento y gran desperdicio de aire comprimido.


Válvula de Secuencia

Válvula combinada: la válvula reguladora de presión activa una válvula de vías. Si la presión aplicada a la conexión de mando 12 es superior a un valor determinado que se puede ajustar (tornillo de ajuste de presión), la conexión de trabajo 2 emite una señal. La válvula vuelve a su posición normal si la presión aplicada a la conexión de mando es inferior al valor que se haya ajustado.


Tema 4. Válvulas de Vías Las válvulas distribuidoras o válvulas de vías, son las encargadas de dirigir el aire hacia los lugares previstos en el sistema de mando. Válvula de 3/2 Vías: Asiento de Esfera, Cerrada en Posición de Reposo Una esfera accionada por muelle cierra la conexión de aire a presión 1; la conexión de trabajo 2 comunica co munica con la salida de aire 3 del empujador. empujador. Accionamiento: la esfera cierra primero la salida de aire 3; a continuación se abre el paso de aire de 1 hacia 2. El sistema de escape de aire es una solución que evita sobreposiciones de señales, es sencilla y, además, económica.


Válvula de 3/2 Vías de Accionamiento Mecánico; por Rodillo, Servopilotada

Accionamiento de la válvula de rodillo, por ejemplo, mediante la leva de mando de un cilindro. El servo pilotaje permite reducir considerablemente la fuerza necesaria para el accionamiento. Para convertir de posición normal de bloqueo a posición normal abierta la válvula, se debe girar la parte superior del cuerpo de la válvula en 180° e invertir la conexión 1 y 3.

Válvula Temporizadora: Posición Normal De Bloqueo Válvula combinada: activación de una válvula de vías mediante una válvula de estrangulamiento y antiretorno y un acumulador de presión. El aire a presión pasa de la conexión de mando 12 hacia el acumulador atravesando un elemento estrangulador regulable; en el acumulador aumenta la presión; una vez transcurrido el tiempo que se haya ajustado previamente, es decir, decir, una vez que la presión alcanza determinado valor, valor, la válvula de vías conmuta, con lo que llega una señal a la conexión de trabajo 2.


Al no haber señal de entrada, la válvula de vías vuelve inmediatamente a su posición normal. Válvula temporizadora

2

Posición de activación

Posición cerrada en reposo

12

1

12

12

3

2

1

3

2

1

3


Tema 5. Accesorios El acondicionamiento de un sistema neumático, implica la utilización de un conjunto considerable de elementos, ellos cumplen la función de adecuar otros accesorios y jar en el circuito condiciones óptimas de trabajo.

Filtros

Filtro submicrónico Filtr ltros os co mbinad mbinados os co n fil filtros de 1 y 0,01 Elevad a cal c alidad idad d el aire aire Mayor intervalo intervalo entre servici servicios os d e mant mantenim enimiiento.

- Los ltros no deben ser instalados inmediatamente después de válvulas de rápida apertura y deben ser protegidos de posibles cambios de ujo u otras condiciones de choque. - Puede ser necesario instalar una combinación de ltros en la línea principal cerca de la instalación del compresor antes de la entrada a la red principal e instalar el terminal de ltración en los puntos críticos. - Es importante purgar todas las líneas que conducen a los ltros con el n de proteger la instalación y conexión para la aplicación nal. - Se deben instalar los ltros en posición vertical asegurándose de que haya espacio suciente para facilitar el cambio del cartucho. - Se deben evitar líneas de by-pass, cuando sea posible, ya que las partículas pueden escaparse a través de las válvulas y atravesar los ltros.


- Es necesario expulsar los líquidos retenidos desde los desagües del ltro a través de tuberías adecuadas, teniendo en cuenta que no se produzcan restricciones. - Se deben instalar los accesorios y manómetros de presión diferencial para indicar la caída de presión a través de los ltros. Esto dará una idea de la condición del elemento ltrante. Los tipos más comunes de ltros son: • Papel • Laberinto empapado en aceite • Tela de lana • Baño de aceite Cualquiera de ellos puede incorporar o debe utilizarse en combinación con silenciadores adecuados. Para equipos en áreas de gran contaminación como yacimientos de piedra o cemento, se precisa una ltración adicional o auto-limpiado automático, de otro modo el ltro de aire se saturará rápidamente. Se recomienda el uso de indicadores de estado del ltro.

Lubricadores Una lubricación apropiada es indispensable para conservar productiva una máquina accionada con aire comprimido, disminuyendo el desgaste ocasionado por la fricción y la corrosión, así como el tiempo de parada en la reparación y aumentando el rendimiento y vida de los aparatos; en cualquier caso, el propósito fundamental es mantener la máquina funcionando y evitar una cese imprevisto.


Lubricador de aire comprimido Tornil ornilllo p ara el esc ap e de ai aire re del dep ósi ósito to de acei aceite te

To rnillo de d e regulación re gulación p ara la alimentac mentaciión del aceite

Cámar ámaraa d e go teo

Válvula de escape

Tob era venturi Válvula de Válvula de retención

Tubo ascend ente

Fund a metáli metá lica ca de protecci protección ón

Aceite

La lubricación de los accesorios, cilindros, válvulas, máquinas, etc., se hace utilizando el aire comprimido para trasladar, trasladar, entregar y depositar el aceite ace ite sobre todas las supercies que están en contacto con el aire; esto se hace de una forma automática, regulando el paso del aceite desde una gota por minuto hasta la circulación continua, con lo que siempre habrá aire como niebla de aceite mientras exista circulación de aire.

Racores de Acero Maleable


Los racores de acero maleable deben cumplir con las normas estandarizadas.

Racores de ABS Existe una gama de tuberías y racores de ABS desde 16 mm. a 110 mm. de diámetro exterior; las uniones están hechas por fusión solvente.

Racores de tubería de cobre Al instalar racores en material de cobre, seria conveniente engrasar las roscas de las conexiones antes de acoplar para reducir la fricción. Después de que la junta haya sido extendida, debe abrirse para asegurarse que el casquillo está colocado correctamente en la tubería, después de ésta la junta puede tensarse completamente.

Uniones de Tuberías

Elementos neumaticos

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