Neumática Industrial. Generalidades. El Circuito Neumático. Aplicaciones Industriales. Dr. Raúl Raúl Martín - Universid Universidad ad de Cádiz Cádiz
[email protected] – Julio/Agosto 2007
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Contenido 1. El aire comprimido. 1.1. Historia. 1.2. Propiedades más relevantes. 2. El circuito neumático. 2.1. Estructura. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento. 3. Apli Aplica caci cione oness de la neumá neumátitica ca.. 3.1. Campo de actuación. 3.2. 3.2. Expo Exposic sición ión de aplicac aplicacione ioness intere interesan santes tes.. 2
Contenido 1. El aire comprimido. 1.1. Historia. 1.2. Propiedades más relevantes. 2. El circuito neumático. 2.1. Estructura. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento. 3. Apli Aplica caci cione oness de la neumá neumátitica ca.. 3.1. Campo de actuación. 3.2. 3.2. Expo Exposic sición ión de aplicac aplicacione ioness intere interesan santes tes.. 2
Contenido 1. El aire comprimido. 1.1. Historia. 1.2. Propiedades más relevantes. 2. El circuito neumático. 2.1. Estructura. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento. 3. Ap Aplilica caci cione oness de la neu neumá mátitica ca.. 3.1. Campo de actuación. 3.2.. Expo 3.2 Exposic sición ión de apli aplicac cacione ioness int intere eresan santes tes.. 3
1. El aire comprimido. 1.1. Historia.
Griegos Pneuma: soplido, aliento, alma Pneumatica: técnica que utiliza el aire como vehículo para transmitir energía
Navegación a vela Molinos de viento: moliendas y bombeo
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1. El aire comprimido. 1.1. Historia.
2500 a.C. – Muelles de soplado 1500 a.c. – Fuelle de mano y de pie (fundición no ferrosa) s I. a.C. – el Griego Tesibios inventa el cañón neumático s. XVII - Estudio de los gases: Torricelli, Pascal, Mariotte, Boyle, Gay Lussac
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1. El aire comprimido. 1.1. Historia.
Portada de la "Cyclopaedia" de Ephraim Chambers (1728), y Tabla de Neumática 6
1. El aire comprimido. 1.1. Historia.
1688 – Máquinas de émbolos (Papín) 1762 – Cilindro soplante (John Smeaton) 1776 – Prototipo compresor (John Wilkinson) s. XIX – Se empieza a usar la neumática en la industria de forma sistémica 1857 – Perforación túnel Mont Celis 1869 – Freno de aire para FFCC 1880 – Primer martillo neumático 1888 – Red de distribución de aire en París s. XX – Incorporación de la neumática en mecanismos y automatización
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1. El aire comprimido. 1.1. Historia.
Actualidad - Nueva generación tecnológica s.XXI: la electrónica como mando Robots, manipulación, autómatas programables
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1. El aire comprimido. 1.1. Historia.
Actualidad - Nueva generación tecnológica s.XXI: la electrónica como mando Robots, manipulación, autómatas programables
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1. El aire comprimido. 1.1. Historia.
Ventajas para la automatización: - Elasticidad, puesto que puede ser almacenada en recipientes una vez comprimido - No posee características explosivas, aún habiendo sido comprimido - La velocidad de los actuadores es elevada (1m/s) - Los cambios de temperatura no alteran sus prestaciones - Es una técnica limpia (desde el punto de vista macroscópico) - Su coste no es elevado - Simplifica enormemente la mecánica. Sectores: alimentación, ensamblaje y manipulación, sistemas robotizados o industrias de proceso continuo
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1. El aire comprimido. 1.2. Propiedades más relevantes.
El aire se concentra en la troposfera, que va desde el nivel del mar hasta unos 18 km en el ecuador y hasta unos 8 km sobre los polos. El aire es una mezcla de gases compuesto principalmente de nitrógeno, oxígeno, helio, neón, argón, dióxido de carbono, vapor de agua y algunas partículas sólidas en suspensión. Su densidad es de 1,293 kg/m3. N
78%
O He, Ne, Ar.
20% 1,3%
dioxido de carbono, vapor de agua, partículas sólidas
Resto 11
1. El aire comprimido. 1.2. Propiedades más relevantes.
Disponibilidad Almacenamiento Simplicidad de diseño y control Elección del movimiento Economía Fiabilidad Resistencia al entorno Limpieza del entorno Seguridad
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1. El aire comprimido. 1.2. Propiedades más relevantes.
Un circuito neumático, sea simple o complejo, utiliza los siguientes principios básicos: 1. Ley de Boyle-Mariotte. A temperatura constante, el volumen de un gas encerrado en un recipiente es inversamente proporcional a la presión absoluta, o sea, el producto de la presión absoluta y el volumen es constante para una cantidad determinada de gas.
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1. El aire comprimido. 1.2. Propiedades más relevantes.
2. La ley de Gay-Lussac El volumen de aire varía en función de la temperatura. V1 / V2 = T1 / T2
3. La ley de los Gases Ideales El volumen de aire varía en función de la temperatura. P1 · V1 / T1 = P2 · V2 / T2 14
Inconveniente principal del a.c.: la humedad
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Contenido 1. El aire comprimido. 1.1. Historia. 1.2. Propiedades más relevantes. 2. El circuito neumático. 2.1. Estructura. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento. 3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación. 3.2. Exposición de aplicaciones interesantes. 16
2. El circuito neumático. 2.1. Estructura.
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2. El circuito neumático. 2.1. Estructura.
Actuadores
Válvulas
Compresor 18
2. El circuito neumático. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Compresor. Acumulador. Válvulas. Actuadores. Tuberías. Accesorios.
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2. El circuito neumático. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Compresores De émbolo De paletas De tornillo - Rooths - Etc.
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2. El circuito neumático. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Acumuladores Almacenan el aire comprimido que proporciona el compresor. Su fin principal consiste en adaptar el caudal del compresor al consumo de la red. Accesorios: puerta para inspección interior, grifo de purga, manómetro, válvula de seguridad, válvula de cierre, e indicador de temperatura.
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2. El circuito neumático. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Válvulas Gobiernan
los circuitos neumáticos
Las
válvulas se clasifican en:
Válvulas
distribuidoras (de vías). Válvulas de bloqueo. Válvulas de presión. Válvulas de estrangulación. Válvulas de cierre
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Válvulas Distribuidoras
Abren, cierran y dirigen el fluido en un sentido u otro a través de las distintas conexiones
Identificables por:
Número de entradas y salidas Número de posiciones
Accionamiento manual, eléctrico, neumático
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Válvulas Distribuidoras de Vías Múltiples
Pueden ser:
Válvula distribuidora 2/2, cerrada en reposo, junta de bola.
Válvula distribuidora 3/2, cerrada en reposo, junta de bola.
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Válvula distribuidora 3/2, abierta en reposo, junta de asiento plano
Válvula distribuidora 3/2, accionamiento neumático
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Válvula distribuidora 4/2, accionamiento neumático
Válvula distribuidora 5/2, accionamiento neumático
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Válvulas de Presión
Limitan o regulan la presión del circuito o de parte del mismo.
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Válvulas de Estrangulación (Caudal)
Limitan o regulan el caudal del circuito o de parte del mismo
Influyen en la velocidad de los actuadores
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2. El circuito neumático. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Actuadores Convierten
la energía de presión en energía mecánica
Pueden
ser Actuadores lineales Motores
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Actuadores Lineales Simple efecto - Con membrana - Con membrana arrollable
Doble efecto - Con doble vástago - Con amortiguación interna
De émbolo giratorio Giratorio Telecóspico 30
Motores Neumáticos
De engranajes De aletas Turbomotores De émbolos Axiales Radiales
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2. El circuito neumático. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Tuberías
Líneas de conducción del aire comprimido
Procurar caída del 2% para conducir condensados a las purgas
Sistema abierto o cerrado
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2. El circuito neumático. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento.
Accesorios
Elementos secundarios del circuito, pero no por ello menos importantes que los componentes principales.
Enfriadores, Secadores, Unidad de mantenimiento, filtros, temporizadores, lubricadores, manómetros, etc.
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Compresor + Enfriador + Acumulador + Secador
Enfriador: enfrían el aire para permitir que vuelva a ser comprimido (compresor multietapas) Evitan
el calentamiento del aire y por tanto que coja humedad
Secador: eliminan el vapor de agua contenido en el aire Pueden
ser: en frío, por absorción, y por adsorción
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Filtros
Limpian el aire de impurezas Eliminan condensados Suponen pérdida de carga
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Lubricador
El aire es dotado de una fina neblina de aceite.
Así, las piezas móviles de los elementos neumáticos se proveen de lubricante, disminuyéndose el rozamiento y el desgaste.
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Unidad de Mantenimiento
Filtro + Reductor + Lubrificador
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Manómetros
Miden la presión en un punto o parte del circuito
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Simbología
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Contenido 1. El aire comprimido. 1.1. Historia. 1.2. Propiedades más relevantes. 2. El circuito neumático. 2.1. Estructura. 2.2. Componentes: Características y funcionamiento. 3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación. 3.2. Exposición de aplicaciones interesantes. 45
3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación. ¿QUE PUEDE HACER LA NEUMÁTICA?
Las aplicaciones del aire comprimido no tienen límites: desde la utilización, por parte del óptico, de aire a baja presión para comprobar la presión del fluido en el ojo humano, a la multiplicidad de movimientos lineales y rotativos en máquinas con procesos robóticos, hasta las grandes fuerzas necesarias para las prensas neumáticas y martillos neumáticos que rompen el hormigón.
El ser humano posee el compresor más antiguo: los pulmones, capaces de bombear 100 l/min a una presión entre 0,02 y 0,08 bar 46
3. Apli Aplica caci cion ones es de la neum neumát átic ica. a. 3.1. Campo de actuación.
Accionamiento de válvulas para aire, agua o productos químicos Accionamiento de puertas pesadas o calientes Descarga de depósitos en la construcción, fabricación de acero, minería e industrias químicas Apisionamie Apisionamiento nto en la colocación colocación de hormigó hormigónn
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3. Apli Aplica caci cion ones es de la neum neumát átic ica. a. 3.1. Campo de actuación.
Elevación y movimiento en maquinas de moldeo Pulverización en la cosecha y accionamiento de otro equipamiento tractor Pintura por pulverización Sujeción y movimiento en el trabajo de la madera y la fabricación de muebles Montaje de plantillas y fijación en la maquinaria de ensamblado y maquinas herramientas
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3. Apli Aplica caci cion ones es de la neum neumát átic ica. a. 3.1. Campo de actuación. Sujeción para encolar, pegar en caliente o soldar plásticos Sujeción para soldadura fuerte y normal Operaciones de conformado para curvado, trazado y alisado Maquinas de soldadura eléctrica por puntos. Ribeteado Accionamiento de cuchillas de guillotina Maquinas de embotellado y envasado Accionamiento y alimentación de maquinaria para trabajar la madera 49
3. Apli Aplica caci cion ones es de la neum neumát átic ica. a. 3.1. Campo de actuación. Plantillas de ensayo Maquinas herramientas mecanizado o alimentación de herramientas Transportadores de componentes y materiales. Manipuladores neumáticos Calibrado automático o verificación Extracción del aire y elevación por vació de placas finas. Tornos de dentista Y muchos mas.... 50
3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación.
1. Agricultura y explotación forestal 2. Industria de producción de energía 3. Explotación minera 4. Industria Química 5. Industria petrolífera 6. Industria del plástico 7. Áridos, vidrio 8. Industria metalúrgica 9. Industria de productos no metálicos 10. Construcción de máquinas
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3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación.
2. Industria de producción de energía 2.01. Centrales eléctricas dispositivos de ventilación para edificios de caldera correderas telemandadas mandos de interruptores neumáticos
2.02. Centrales nucleares entrada y salida de barras de combustibles y dispositivos de frenado cierres de compuertas dispositivos de control y de medición
2.03. Abastecimiento de agua control de nivel y servomecanismos de corredera accionamiento de válvulas y rejillas en instalaciones de depuradoras y suministros 52
3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación.
4. Industria Química Dispositivos para cierre de tapas Instalaciones de dosificación Accionamiento de rodillos mezcladores de laboratorio Dispositivos de elevación y descenso para baños Accionamiento de compuertas Mandos de balanzas Técnica de embalaje Reguladores de nivel Dispositivos de regulación de procesos
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3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación.
6. Industria del plástico
6.01. Producción de plástico Dispositivos de mando para el transporte y la distribución de material fluido Accionamiento de válvulas y cierre de silos
6.02. Fabricación de piezas de plástico Ajuste de los rodillo de la calandra Accionamiento de cuchillas Dispositivos de cierre para embutición profunda Etc.
6.03. Fabricación de piezas de goma. Dispositivos de seguridad Etc.
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3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación. 8. Industria metalúrgica 8.01. Siderurgia. Dispositivos auxiliares en laminadoras Accionamientos para máquinas separadoras Etc.
8.02. Metalurgia – Materia prima Dispositivos auxiliares en hornos de fusión Dispositivos de sujección y de accionamiento de cizallas y sierras Etc.
8.03. Fundición. Dispositivos de transporte y de almacenamiento Máquinas de desbarbado Cierres de lingoteras Etc.
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3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación.
9. Industria de productos no metálicos. 9.1. Industrial del papel. Dispositivos para el desplazamiento de rodillos y tensores, y de apilar Dispositivos de transporte, sujeción, corte, plegado, prensado, empaquetado Accionamiento de prensas de recortes Accionamiento de dosificadores de grapas Control de cinta
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3. Aplicaciones de la neumática. 3.1. Campo de actuación.
9. Industria de productos no metálicos. 9.5. Construcción. Mandos de cierre de silos para material de construcción Mandos para mezcladores según peso Prensas moldeadoras para bloques de materiales sintéticos Dispositivos de transporte para hornos de ladrillos y la industria de materiales prefabricados Instalaciones de dosificación para materiales de construcción y asfalto Instalaciones para pintar a pistola
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3. Aplicaciones de la neumática. 3.2. Exposición de aplicaciones interesantes.
- Transporte: Cojines Neumáticos Sistema de frenado
- Motor de Aire Comprimido
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Transporte: Cojines neumáticos
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Funcionamiento del Cojín Neumático
El coeficiente de fricción se reduce a niveles de 0,001 !!!!!!!!
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Características
El cojín admite una Presión máxima que evita que ésta se dispare. Las dimensiones de anchura y longitud le confieren una gran adaptabilidad con la carga. Altura de construcción (variable a petición del cliente). Altura de elevación (con una tolerancia de 5 mm). Válido para suelos revestidos con resina sintética. Consumo energético específico, calculado para un compresor con una absorción de energía de 5,5 a 6 Kw min/m3.
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Ventajas
ahorran energía requieren poca inversión están protegidos contra explosiones son flexibles silenciosos fáciles de utilizar respetuosos con el medio ambiente
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Trasnsporte interior
Pueden reducir los gastos de producción hasta un 40 %, ya que ofrece las siguientes ventajas:
Medio de transporte de gran flexibilidad, móvil en todas las direcciones.
Fácil adaptación a nuevos productos.
Menor superficie necesaria que con la técnica de transporte convencional.
Ausencia de costosos equipos con pesados sistemas de elevación.
Desaparición de los carriles y de las grúas.
Menor consumo energético gracias a la eliminación casi completa de la fricción. 63
Transporte interior
Inversión rentable también para la producción de series pequeñas.
Posibilidad de utilizar los sistemas de cojines neumáticos con una carga desde 0,1 a más de 1000 toneladas.
Exactitud de posicionamiento. Adquisición económica.
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Aplicaciones Fabricación de grandes transformadores. Gracias a la combinación de varios pallets “pequeños” e iguales es posible abarcar fácil y económicamente la gama completa de producción desde las 10 tons hasta más de 560 tons.
Sistema de transporte basado en cojines neumáticos deslizantes aplicado a la industria aeronáutica. Se consigue un montaje final integrado, es decir, se realizan en un mismo lugar el montaje final y el equipamiento interior, asimismo, el montaje en el interior y en el exterior del avión pueden realizarse al mismo tiempo. 65
Aplicaciones Fabricación de vehículos sobre carriles. Se permite un ahorro del 50% en los gastos de inversión y un aumento de la productividad entre un 20% y un 40%. Gracias a esta técnica ha sido posible conseguir por primera vez una planta de montaje realmente flexible.
Accionamiento de sistemas de elevación. Mecanismos de elevación (carretillas elevadoras, plataformas elevadoras o grúas) equipados con sistemas de cojines neumáticos deslizantes permiten una gran libertad de movimiento en cualquier dirección y, al contrario de los mecanismos de traslación utilizados hasta ahora, permiten que una sola persona mueva cargas muy pesadas. 66
Aplicaciones
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Transporte: Sistema de Frenado
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La grúa-cama NICOLAS
Velocidad de 4 km/h
hasta 200 toneladas de carga
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NICOLAS
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Compresor NICOLAS
De Paletas Accionado por correa desde el motor
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Calderines NICOLAS
2 calderines, de 45 y 60 litros, para la parte delantera Idem para la parte trasera TOTAL 4 calderines
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Válvulas de NICOLAS
Válvula de antirretorno [2] Válvula de presión proporcional [12] Electroválvula 3/2 – [15] Válvula selectora (“O”) – [17]
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Actuadores NICOLAS
Cilindro de doble cámara por muelle 74
Accesorios NICOLAS
Filtro de conducción Desecador de aire Indicador de presión mínima Válvulas de purga automática Etc.
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Circuito Neumático. NICOLAS.
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Circuito Neumático. NICOLAS.
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NICOLAS. Estructura.
Abastecimiento de energía. Sensores. Señales de entrada. Procesadores. Válvulas de control.Señales de mando. Actuadores. Señales de salida. 78
En Marcha. Desbloqueo de frenos.
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En Marcha. Frenamos.
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Frenado de Estacionamiento / Emergencia
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Motor de aire comprimido
http://www.motordeaire.com/
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Motor de aire comprimido Las nuevas aplicaciones del motor MDI abren multitud de posibilidades en campos como: -la náutica - co-generación - motores auxiliares - grupos electrógenos -etc. El aire comprimido es un nuevo vector energético que permite, de forma viable, la acumulación y el transporte de la energía. http://www.motordeaire.com/Pdf/Comparativo_motores.pdf 83