introducion a la neumatica

> CURSO 021

> INTRODUCCION A LA NEUMATICA

021MICRO CAPACITACION

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Automación Micromecánica s.a.i.cM. Moreno 6546 B1875BLRWilde . Buenos Aires . [email protected] . www.micro.com.ar

Tel. Ventas: 011 4227 0595 y líneas rotativas . Fax: 011 4206 6281Conmutador: 0114206 6285 y líneas rotativas . Fax: 011 4206 0228

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5PREFACIO

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La rápida evolución de la tecnología y del mercado demanda la disponibilidad de unabase amplia y diversificada de conocimientos y aplicaciones. Esto ha llevado a que elmanejo industrial de la automatización en Argentina requiera de un número crecien-te de adeptos y expertos. La formación de los mismos proviene de los diversos sec-tores de la ingeniería (Eléctrica, Electrónica, Mecánica, Informática, entre otros).

En MICRO, a través de los cursos de capacitación, pretendemos crear un espacio de for-mación y entrenamiento en el área de la automatización industrial, para estudiantes, pro-fesores, operadores, técnicos e ingenieros que decidan completar la propia formación. El diseño del manual está elaborado con criterios eminentemente prácticos, para faci-litar un estudio ágil y actualizado de cada uno de los temas.

El objetivo de este curso es ofrecer un sistema de aprendizaje dinámico e interactivode clases teórico-prácticas, en el cual el alumno avance en la especialidad, ejecutan-do de una forma práctica los conocimientos desarrollados en las clases teóricas.Siempre con una visión real y profesional, para poder aplicarlo a las necesidades desu empresa, tanto en el campo de mantenimiento, como en el de producción.

Comenzando con Introducción a la Neumática, el estudiante es guiado a través de losconceptos básicos de la física, hasta los componentes operacionales de la neumáti-ca y su típico sistema de aplicación, incorporando así los nuevos conocimientos comoparte de un proceso continuo.

Esperamos que el curso sea una herramienta que les permita apropiarse significati-vamente del nuevo saber.

Para contribuir al logro de los objetivos reseñados, sus comentarios al final del cursoserán de inestimable utilidad.

Departamento de Capacitació[email protected]

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CURSO 021Introducción a la Neumática

Conceptos básicosIntroducciónParticipación de la neumáticaUnidades básicas y derivadas. SI. Definición y conceptualizaciónSistema internacionalAire comprimido

Generación y distribución del aire comprimidoIntroducciónTipos de compresores Depósito de aire comprimidoDistribución de aire comprimido

Tratamiento del aire comprimidoIntroducciónMétodos de tratamiento del aire comprimidoTratamiento del aire a la salida del compresorTratamiento del aire a la salida del depósitoTratamiento del aire comprimido en el punto de utilización

Cilindros neumáticosIntroducciónActuadores neumáticosTipo de cilindros neumáticosAmortiguación de fin de carreraPistón con imán incorporadoMicrocilindros - Normalización ISOCilindros reparablesCilindros de impactoActuadores rotantes neumáticosActuadores neumáticos a membranaEjecuciones especialesActuadores en acero inoxidableManipuladores y elementos de sujeción de piezasMontaje de cilindros neumáticosVelocidades máxima y mínima de cilindros neumáticosSelección de cilindros neumáticosVerificación por pandeoCarrera máxima de un cilindro neumático Guías para cilindrosConsumo de aire en cilindros neumáticosAmortiguadores hidráulicos de choqueRecomendaciones para el montaje de cilindros neumáticos

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7INDICE

<Válvulas direccionalesIntroducción Válvulas neumáticasConfiguración del símbolo de una válvulaVálvulas direccionales. Tipos constructivos de válvulas direccionalesNúmero de vías – número de posiciones (n° de vías / n° de posiciones)Electroválvulas Características de solenoides para electroválvulas Selección de las vías internas de comandoMontaje de válvulas Características funcionales de válvulasDimensionado de válvulasRecomendaciones para el montaje de válvulas direccionales

Válvulas auxiliares, componentes para vacío y accesoriosIntroducción Componentes neumáticos auxiliares de circuitoVálvulas de no retorno o de retención Válvula “o” o selectora de circuitos Válvula de escape rápido Válvula “y” o de simultaneidad Válvula de secuenciaVacíoElementos de conexionado

Dispositivos hidrodinámicosIntroducciónConvertidores neumáticos Convertidor ó tanque hidroneumático Cilindro freno auxiliar - hidroregulador

Mandos neumáticosIntroducciónEl concepto de mandoLas señales de mandoLa cadena de mando Formas de representación de las fases operativas de una máquinaEsquemas circuitales de mandoInterpretación de esquemas circuitales de mando. Ejercitación

Simbología neumáticaSimbología neumática normalizada según normas IRAM 4542 e ISO 1219

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Conceptos básicos

Introducción

El aire comprimido es una de las formas de energía más antiguas que conoce y utili-za el hombre para reforzar sus recursos físicos.Sabemos que el primero que se ocupó de la neumática, es decir, utilizar el aire com-primido como elemento de trabajo, fue el griego KTESIBIOS. Hace más de dos milaños, construyó una catapulta de aire comprimido. Uno de los primeros libros acercadel empleo de este tipo de energía, procede del siglo I de nuestra era, y describemecanismos accionados por medio de aire caliente.De los antiguos griegos procede la expresión Pneuma, que designa lo etéreo, lo puro,el alma de los cuatro elementos fundamentales: aire, agua, tierra y fuego. Como deri-vación de la palabra Pneuma surge, entre otras cosas, el concepto neumática quetrata los movimientos y procesos del aire.Aunque los rasgos básicos de la neumática se cuentan entre los más antiguos cono-cimientos de la humanidad, no fue sino hasta el siglo pasado cuando empezaron ainvestigarse sistemáticamente su comportamiento y sus reglas. A partir de 1950podemos hablar de una verdadera aplicación industrial de la neumática en los proce-sos de fabricación. Es cierto que con anterioridad ya existían algunas aplicaciones yramos de explotación, como por ejemplo en la minería, en la industria de la construc-ción y en los ferrocarriles (frenos de aire comprimido)La irrupción verdadera y generalizada de la neumática en la industria no se inició, sinembargo, hasta que llegó a hacerse más acuciante la exigencia de automatizar yracionalizar los procesos de trabajo, para bajar los costos de producción.En la actualidad, todo desarrollo industrial está concebido con aire comprimido, y enconsecuencia se utilizan equipos neumáticos.

Participación de la neumática

¿Cuándo debe usarse la Neumática?

El hombre coloca a su servicio la máquina, con el fin de producir una mayor cantidadde productos, con una mejor calidad y un menor esfuerzo físico, reduciendo los ries-gos de accidente y los costos de producción.El nivel de automatización dependerá en gran parte del hombre, que está siemprepresente en el accionamiento inicial y final del proceso.

Automatización: podemos definirla como un conjunto de elementos tecnológicosque realizan una serie de funciones y operaciones sin la intervención del hombre, ocon mínima participación.

Para operar el conjunto de recursos tecnológicos que origine una automatización, esnecesaria la energía. Entre las varias formas energéticas esta la neumática, que cons-tituye el primer paso para transformar la mecanización en automatización. Si bien la utilización de la técnica del aire comprimido como fuente energética esempleada, cada vez más, para la racionalización y automatización, ésta es relativamen-te cara y podría llegarse a suponer que los costos de producción, acumulación y dis-tribución del aire involucran gastos elevados.

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9CONCEPTOS BASICOS1

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Esto no es exacto, pues en el cálculo de rentabilidad de una instalación, no sólo debetomarse en cuenta el costo energético y los gastos de instalación, sino también losahorros de mano de obra, los gastos de mantenimiento y el aumento de la produc-ción logrado. El resultado final es que el costo energético es despreciable y las inver-siones de instalación fácilmente amortizables.

El aire comprimido puede utilizarse: a) directamente, como elemento de trabajo; b)para accionamiento de motores, embragues, cilindros o herramientas; c) regulado pormedio de válvulas y elementos accesorios, para impulsar una gran variedad de movi-mientos mecánicos; d) en combinación con equipos oleohidráulicos, para obtener conun coste reducido ciclos de trabajo precisos en bajas velocidades; e) con la electrici-dad, para accionamientos a larga distancia y para los movimientos rotativos.

¿Cuáles son las propiedades del aire comprimido que han contribuido a su popularidad?

• Generación del aire comprimido sin limitaciones ya que la materia prima es sin costo.

• Fácil distribución, no precisa recuperación.• Fácil de acumular en tanques o depósitos.• Puede ser utilizado en ambientes explosivos o inflamables. • No interfiere con el medio ambiente.• Los componentes son de costo moderado y de fácil aplicación.• Admite altas velocidades de trabajo, regulación de fuerzas, no tiene problemas

por bloqueos o detenciones forzadas por sobrecarga.

Para delimitar el campo de utilización de la neumática, es preciso conocer también laspropiedades adversas:

Compresibilidad: esta característica impide obtener velocidades constantes a resis-tencias variables.Fuerzas: limitaciones prácticas de aproximadamente 40000 Newton (4000Kg.) enforma directa.

Unidades Básicas y Derivadas. SI: Definición y conceptualización

El sistema SI es derivado del MKS.Unidades frecuentemente empleadas en neumática:

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Longitud METRO (m)

Masa MASA (Kg)

Tiempo SEGUNDO (Seg.)

Temperatura

Fuerza

NEWTON (N)

NEWTON (N)

Presión BAR (bar)

Potencia WATT (W)

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1 . 3 Sistema Internacional

Fuerza: definiremos una Fuerza F (N) a aquella necesaria para mover un cuerpo demasa M (Kg) imprimiéndole una aceleración a (m/s2) en la dirección del movimiento.

Puesto que las fuerzas solamente modifican el estado de movimiento de un cuerpo,para que un cuerpo se mueva no es necesario que actúe sobre él una Fuerza. Las fuerzas sólo son necesarias para poner en movimiento un cuerpo que está inmó-vil o para alterar la velocidad de uno que está en movimiento. Un cuerpo en movimiento sobre el que no actúa ninguna fuerza seguirá moviéndoseen línea recta y a velocidad constante indefinidamente.

Unidad de Fuerza: un Newton es la Fuerza que aplicada a un cuerpo de Masa: 1Kg.le imprime una aceleración de 1m/seg.2

En la práctica puede utilizarse sin mayor error.

EjemploEn un cilindro neumático, la fuerza desarrollada equivale a la fuerza resistente ofre-cida por la carga.

Trabajo (L): producimos Trabajo cuando un cuerpo de masa M es desplazado a travésde una cierta distancia, por efecto de una fuerza F en la dirección del movimiento. El trabajo efectuado es el producto de la proyección de F en el sentido del movimien-to por la distancia recorrida por el cuerpo.

11CONCEPTOS BASICOS1

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EjemploEn un sistema neumático, el trabajo estará dado por la fuerza que ejerce el cilindromultiplicada por la carrera a recorrer del mismo.

Presión: es una Fuerza actuante sobre una unidad de superficie.

Donde:

Como el Pascal es una unidad pequeña para el uso de la neumática, en la industriase usa generalmente el bar como unidad derivada, siendo:

Fuerza

Presión

Superficie

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También:

1 bar = 0.981 Kp/cm2 (en la práctica 1bar = 1 Kp/cm2)1 bar = 14,2 Lb/ Pulg2

EjemploEn un sistema neumático, la fuerza se aplica por la presión del aire que actúa sobreel área de un pistón en movimiento en un cilindro. A medida que el pistón semueve, la fuerza neumática actúa a través del largo de la carrera del pistón.

Los sistemas neumáticos tratan con tres clases de presión atmosférica:

• Presión Atmosférica: al nivel del mar es de 14,7 psi (Lbs/pulg2); la presión es más baja arriba del nivel del mar, y más alta debajo del nivel del mar. Estotambién permite que el aire pase a través del filtro de admisión en un compresor,dentro del cilindro cuando el compresor está en la carrera de admisión, y la presión en el cilindro está por debajo de la presión atmosférica.

• Presión Relativa: es la que resulta de tomar como referencia (cero de la escala)a la presión absoluta atmosférica. Es la presión que indican los manómetros, también llamada presión manométrica, que es la empleada para el cálculo defuerza de los cilindros o actuadores neumáticos

• Presión absoluta: es la presión resultante de sumar la presión atmosférica(1.013 Kg/cm2) a la presión manométrica.

Temperatura: es la cantidad de energía calórica en tránsito. La temperatura indica laintensidad de calor. En el estudio de los gases, la temperatura es expresada en Kelvin,también conocida como escala de temperatura absoluta.

Temperatura absoluta: es aquella que toma como cero de la escala al cero absolutode la temperatura, correspondiente a –273,16°C. Indicaremos con T a la Temperaturaen grados Kelvin o absoluta y con t a la temperatura en grados centígrados o Celsius.


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Masa: es la magnitud que define la cantidad de materia que conforma un cuerpo.

Todos los objetos o substancias tienen Masa. La Masa representa la cantidad de materia en un objeto y su inercia o resistencia alponerse en movimiento. La Masa de un objeto determina su peso en la tierra o en cualquier otro campo gra-vitatorio. La inercia de un objeto determina la cantidad de fuerza que se requiere para levantaro mover un objeto o para cambiar su velocidad o dirección de movimiento.

En el sistema internacional (SI) la unidad de masa es el Kg.

Velocidad: es el espacio recorrido en la unidad de tiempo.

EjemploUn móvil posee una velocidad de 1m/seg. cuando recorre 1 metro en un tiempode 1 segundo

Equivalencias

Aceleración: es la variación (incremento ó disminución) de la velocidad en la unidadde tiempo.

1 Km./h 0.28 m/s

1 m/s 3.6 Km./h

Unidad: tendremos una aceleración de 1 m/s2 cuando la velocidad (V) aumente arazón de 1m/s por cada segundo transcurrido.

Caudal: se llama Caudal o gasto de un fluido, al volumen de fluido que pasa por unasección en la unidad de tiempo.Esta cantidad de fluido podemos expresarla de dos formas, en masa o en volumen. Elcaudal másico y el caudal volumétrico están relacionados a través de la densidad delfluido, que en el caso de los gases es variable con la presión y la temperatura.

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Leyes Fundamentales de los Gases Perfectos o Ideales Es la ecuación que relaciona entre sí la presión, volumen y temperatura de una masam de un gas.

Las características esenciales del estado gaseoso son:

• Un gas tiende a repartirse uniformemente por el interior del recinto que lo contiene.

• La densidad de un gas depende de su presión y temperatura.• La masa de un gas presenta una resistencia prácticamente nula a los esfuerzos

de corte.

Ecuación de estado de los gases perfectos o ideales

Leyes usualmente aplicadas en un Sistema Neumático

Las leyes utilizadas en la neumática pueden deducirse de la ecuación general de losgases perfectos

Ley de BOYLE MARIOTTE

A temperatura constante las presiones ejercidas en una masa gaseosa, son inversa-mente proporcionales a los volúmenes ocupados.

Donde:


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Ley de GAY LUSSAC

A presión constante el volumen ocupado por un gas es proporcional a su temperaturaabsoluta.A volumen constante la presión de un gas es proporcional a su temperatura absoluta.

Ley de CHARLES

Considerándose un volumen constante, al aumentar la temperatura, aumenta la presión.

RECUERDE que...

En las leyes de los gases, la de Boyle, la de Charles y la Gay-Lussac, la masa del gases fija y una de las tres variables, la temperatura, presión o el volumen, también esconstante. Utilizando una nueva ecuación, no solo podemos variar la masa, sino tam-bién la temperatura, la presión y el volumen.

Aire libre

Aire Atmosférico: es un gas incoloro, inodoro e insípido, formado por tres gasesprincipales:

Nitrógeno = 78 %Oxígeno = 21 %Hidrógeno = 1%

También encontramos en el aire:

Monóxido de carbono Argón Neón

Óxido Nitroso Helio Yodo

Metano Radón Dióxido de carbono

Humedad en el aire atmosférico

Es sabido que el aire atmosférico contiene una cierta cantidad de humedad en formade vapor de agua, que dependerá de las condiciones climatológicas. La aptitud delaire atmosférico para retener vapor de agua, está relacionada con la presión y la tem-peratura ambiente, en especial con esta última, admitiendo más vapor de agua amedida que aumenta su temperatura o se disminuye su presión, e inversamentepodría retener menor cantidad de agua a medida que desciende su temperatura oaumenta su presión produciendo condensación.

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Humedad absoluta

Se denomina así al peso de agua (en forma de vapor) existente en 1 Kg de aire seco,en cualquier condición de presión y temperatura al momento de efectuar la medición.

Humedad relativa

Es la relación entre la humedad absoluta existente en el aire y la humedad absolutamáxima que podría contener si estuviera saturado.

Una humedad relativa del 100% indica que estamos en presencia de un aire satura-do, es decir que ya no admite más humedad (X = Xs)

RECUERDE que...

Las cantidades en Nl/min que se dan generalmente en los catálogos para el consu-mo de aire de las herramientas o equipos neumáticos, se refieren a aire libre porminuto (aire atmosférico a la presión y temperatura normales). Debemos asegurarnosque el dato sobre la capacidad del compresor que da el fabricante esté también refe-rido a aire libre, con el objeto de que exista una correspondencia entre consumo ycapacidad. Normalmente, estas dos especificaciones están dadas en el aire libre, ypor lo tanto no hace falta ninguna conversión. Sin embargo, cuando se trata del con-sumo de aire de otros equipos, es posible que no este dado en aire libre; debe recu-rrirse a la formula para la conversión de litros de aire comprimido a una presión deter-minada en litros de aire libre, siendo:

Donde:

Donde:

EjemploEl aire que ingresa al compresor es aire libre pero cuando se comprime en el cilin-dro es aire en grado de presión (comprimido)


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Aire comprimido

¿Qué es el Aire Comprimido?

Entiéndase por aire comprimido al aire compactado por medios mecánicos, confina-do en un reservorio a una determinada presión.

Distintos a los líquidos que son virtualmente incomprensibles, el aire es fácilmentecompresible y puede almacenarse en grandes cantidades en recipientes relativamen-te pequeños. Mientras más se comprima el aire, más alta es su presión. Mientras másalta sea la presión en su recipiente, mayor tiene que ser la resistencia del recipiente.En los sistemas de aire comprimido, el aire aspirado por el compresor entra a la pre-sión y temperatura ambiente con su consiguiente humedad relativa. Entonces se locomprime a una presión mas elevada lo que produce un calentamiento del aire al gradoque toda su humedad pasará por el compresor al ser aspirado. Este aire, ahora com-primido, al ir enfriándose en el depósito y tuberías de distribución hasta igualar la tem-peratura ambiente, condensara parte de su humedad en forma de gotas de agua.

Para determinar la cantidad de condensado en un sistema neumático, puede utilizar-se el siguiente gráfico, con ayuda de la formula

Donde:

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Cálculo de la fracción de condensados

EjemploCalcular la fracción de condensados que se producirá como resultado de lacompresión de aire atmosférico a una temperatura ambiente de 20° C y unahumedad relativa del 80%, siendo el caudal aspirado por el compresor G = 8Nm3/min. Suponiendo que el compresor funcione con un porcentaje de tiempode carga del 75%, lo que implicará que la relación tiempo en carga / tiempo demaniobra = 0,75 = 75%Supondremos que después de comprimido, el aire en él deposito y tuberías adquie-ren nuevamente la temperatura ambiente. La presión de servicio será de 8 bar.

Para presión atmosférica y 20°C se lee Xs = 15 g/Kg. Calculamos el 80% de estevalor, resultando:Xsi = 12 g/Kg de aire seco.

Para presión efectiva 8 bar y 20°C se lee:Xsf = 1,5 g/Kg de aire seco.


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Aplicando la formula:

Conclusión

Parte de este condensado podrá ser separado en depósitos o equipos separadoressiendo eliminados por el sistema. Mientras que la otra parte podrá ser arrastrada ytransportada en forma de fase líquida o niebla (micro gota) hacia los puntos de utili-zación y verificación.

¿Cuáles son las fuentes principales de deterioro de los componentes neumáticos?

La cantidad de separados y arrastres dependerá de la eficiencia de los equipos detratamiento de aire incorporados a esa línea. Estas condensaciones juntamente conlos condensados de aceites o degradados provenientes del compresor, partículasmetálicas producto de su desgaste, así como óxidos metálicos desprendidos de cañe-rías y polvo atmosférico, serán arrastrados por el flujo de aire hacia los puntos de uti-lización, constituyéndose en la fuente principal de deterioro de los componentes neu-máticos, tales como:

• Corrosión en tuberías metálicas• Entorpecimiento de los accionamientos mecánicos• Errores de medición en equipos de control• Obturación de boquillas de arena• Obturación de pistolas de pintura• Degradación del poder lubricante de los aceites• Oxidación de los órganos internos en equipos receptores• Bajo rendimiento de la instalación• Atascamiento en válvulas• Prematuro desgaste de órganos móviles, etc.

RECUERDE que...

El aire comprimido tal como sale del depósito del compresor no es apto para ser uti-lizado en equipos neumáticos, debiéndose tratar previamente.

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Equivalencia de unidades del sistema SI con el Sistema Técnico

Magnitud física Unidad SI Sistema Técnico Equivalencia

Fuerza Newton (N) =Kgm/s2 Kilopondio (Kp) 1 Kp = 9,81 N

Trabajo Joule (J) = Nm Kilopondio x metro 1 Kpm = 9,81 J(Kpm)

Presión Pascal – bar – N/m2 Atmósfera 1 at = 1,013 bar = técnica (at.) 101.300 Pa = 1,033 Kg/cm2

Potencia Watt – Kilowatt (Kw) CV = 75 Kpm/s 1 Kw = 1000 W = 1,035 CV

Temperatura °Kelvin Celsius (°C) T (°K) = t (°C) + 273,16

Superficie Metro cuadrado(m2) Metro cuadrado (m2) -------------------

Caudal M3/s M3/s -------------------

Volumen M3 M3 -------------------

Longitud Metro (m) Metro (m) -------------------

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Generación y distribución del aire comprimido

Introducción

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presión del aireal valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumáticos se alimentandesde una estación central. El aire comprimido proviene del compresor y llega a lasinstalaciones (demanda), a través de tuberías.Los compresores móviles se utilizan en el ramo de la construcción o en máquinas quese desplazan frecuentemente.

Tipos de compresores

Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, sepueden emplear diversos tipos de construcción.

Se distinguen dos tipos básicos de compresores:

• El primero trabaja según el principio de desplazamiento: la compresión se obtiene por la admisión del aire en un recinto hermético, donde se reduce luegoel volumen. Se utiliza en el compresor de émbolo oscilante o rotativo.

• El otro trabaja según el principio de la dinámica de los fluidos: el aire es aspirado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de lamasa de aire en la turbina.

2

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TIPOS DE

COMPRESORES

DESPLAZAMIENTO FIJO

DESPLAZAMIENTO

VARIABLE

(TURBOCOMPRESORES)

ALTERNATIVO

ROTATIVOS

A PALETAS

A TORNILLO

ROOTS

RADIAL

AXIAL

A PISTÓN

A MEMBRANA

¿Cuáles son los aspectos significativos en la selección de un compresor?

• Caudal de desplazamiento dado generalmente en m3/min.• Temperatura de descarga del aire comprimido.• Nivel de presión de funcionamiento del compresor.• Elevación de la instalación (altitud)• Rango de admisión de temperatura / humedad.• Agua / aire de enfriamiento disponible.• Tipo de impulsión (eléctrica, turbina, motores)• Condiciones atmosféricas (corrosivas, polvorientas, húmedas)• Condiciones de descargas (sin aceite, refrigerada, seca)• Accesorios - controles de arranques y capacidad, filtros, controles de seguridad.

Clasificación de los compresores más usuales

Según el sistema de compresión, los compresores se agrupan en las siguientes familias:

• Compresores alternativos- Pistón- Membrana

• Compresores rotativos- Tornillo- Centrífugos

Compresores alternativos

Son aquellos que vinculan movimientos lineales en la trayectoria de un pistón o unamembrana, a los cambios de presión que se produce según lo expuesto en las Leyesde los Gases. Pertenece a la familia de compresores fijo o positivo.

Compresores a pistón

Son los de uso más difundido, en donde la compresión se efectúa por el movimientoalternativo de un pistón. En la carrera descendente se abre la válvula de admisiónautomática y el cilindro se llena de aire, para luego en la carrera ascendente compri-mirlo, saliendo así por la válvula de descarga. Una simple etapa de compresión comola descripta, no permitirá obtener presiones elevadas con un rendimiento aceptable. Por lo tanto, es necesario recurrir a dos o más etapas de compresión, en donde el airecomprimido a baja presión de una primera etapa (3 - 4 bar) llamada de baja, es vuel-to a comprimir en otro cilindro en una segunda etapa llamada de alta, hasta la presiónfinal de utilización. Puesto que la compresión produce una cierta cantidad de calor,será necesario refrigerar el aire entre las etapas para obtener una temperatura finalde compresión más baja y con rendimiento superior. La refrigeración de estos com-presores se realiza por aire o por agua, dependiendo del tipo de compresor y su pre-sión de trabajo.El cilindro de alta es de diámetro más reducido que el de baja, debido a que éste tomael aire ya comprimido por el de baja, y por lo tanto ocupará menos volumen. Para pre-siones superiores será necesario recurrir a varias etapas de compresión.

Una buena rentabilidad del equipo compresor se obtendrá trabajando en los siguientesrangos de presión, de acuerdo al número de etapas, considerando un servicio continuo:

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2 . 1 . 1 . 1

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23GENERACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DEL AIRE COMPRIMIDO 2

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RECUERDE que...

Los compresores a pistón se usan ampliamente para los sistemas de fuerza neumá-tica, como consecuencia de sus ventajas generales de buenas relaciones de compre-sión, variedad de tamaño, alta eficiencia, bajo costos de operación, altos pies cúbicospor minuto por caballo de fuerza, y debido al hecho de que pueden pararse o descar-garse completamente cuando se necesita capacidad.

Compresores a membrana

Consisten en una membrana accionadapor una biela montada sobre un eje motorexcéntrico: de este modo se obtendrá unmovimiento de vaivén de la membranacon la consiguiente variación del volumende la cámara de compresión, en donde seencuentran alojadas las válvulas de admi-sión y descarga, accionadas automática-mente por la acción del aire. Permiten laproducción de aire comprimido absoluta-mente exento de aceite, puesto que elmismo no entra en contacto con el meca-nismo de accionamiento, y en consecuen-cia el aire presenta gran pureza.Utilizados en medicina y en ciertos procesos químicos donde se requiera aire sin ves-tigios de aceite y de gran pureza. En general, no son utilizados por el rubro industrial.

Compresores rotativos

También llamados multialetas o de émbolos rotativos. Constan de una carcasa cilín-drica en cuyo interior va un rotor montado excéntricamente, de modo de rozar casi porun lado la pared de la carcasa, formando así del lado opuesto una cámara de trabajoen forma de medialuna.Esta cámara queda dividida en secciones, por un conjunto de paletas deslizantes alo-jadas en ranuras radiales del rotor.

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2 . 1 . 2

Hasta 3 - 4 bar 1 etapa

Hasta 8 - 10 bar 2 etapas

Más de 10 bar 3 etapas o más

Al girar este último, el volumen de las sec-ciones varía desde un máximo a un míni-mo, produciéndose la aspiración, compre-sión y expulsión del aire sin necesidad deválvula alguna. Este tipo de compresor esmuy adecuado para los casos en que noes problema la presencia de aceite en elaire comprimido, fabricándose unidadesde aire hasta 6000 Nm3/h de capacidady hasta una presión de 8 bar en una solaetapa y 30 bar en dos etapas con refrige-ración intermedia.Otra forma es sustituir la refrigeración mediante inyección de aceite, que actúa duran-te todo el proceso de compresión. Dicho aceite absorbe una parte considerable decalor de compresión, de manera tal que aún para presiones de salida de 8 bar no sealcanzan temperaturas superiores a los 90°C en la mezcla aire – aceite. Este últimoes extraído haciendo pasar la mezcla por separadores especiales y luego de refrige-rado es inyectado nuevamente.De requerirse aire exento de aceite, las paletas deben ser hechas de materiales auto-lubricantes, tipo teflón o de grafito. Alcanzan una vida útil de 35000 a 400000 Hs.de funcionamiento dado el escaso desgaste de los órganos móviles (paletas) por laabundante presencia de aceite. Este tipo de compresores suministra un flujo casi sinpulsaciones y en forma continua utilizan-do un depósito de dimensiones reduci-das que actúa de separador de aceite.

Compresores a tornillo

También llamados compresores helicoida-les. La compresión en estas máquinas esefectuada por dos rotores helicoidales,uno macho y el otro hembra que sonprácticamente dos tornillos engranadosentre si y contenidos en una carcasa den-tro de la cual giran. El macho es un torni-llo de 4 entradas y la hembra de 6. El macho cumple prácticamente la misma funciónque el pistón en un compresor alternativo y la hembra la del cilindro. En su rotación, loslóbulos del macho se introducen en los huecos de la hembra, desplazando el aire axial-mente, disminuyendo su volumen y, por consiguiente, aumentando su presión. Loslóbulos se llenan de aire por un lado y descargan por el otro en sentido axial.Los dos rotores no entran en contacto entre si, de modo tal que tanto el desgastecomo la lubricación resultan mínimos. Esto se logra a través de un juego de ruedasdentadas que mantiene el sincronismo de giro de los rotores y evita que éstos pre-sionen unos contra otros, asegurándose la estanqueidad necesaria por la estrechatolerancia de los juegos que existen entre ellos y la de éstos con la carcasa.La refrigeración y lubricación (no necesaria en el rotor) y una mejor hermeticidad selogran por inyección de aceite en la compresión, que luego será separado del airecomprimido en separadores, al igual que en los compresores de paletas. Se constru-yen de 1, 2 o más escalones de compresión y entregan un flujo casi continuo, por loque las dimensiones del depósito son reducidas, cumpliendo más bien funciones decolector y separador de aceite que de acumulador.El campo de aplicación de éstos va desde 600 a 40000 m3/h y se logran presionesde hasta 25 bar.

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RECUERDE que...

Los compresores a tornillo se prefieren usualmente cuando son requeridas condicio-nes de caudal y presión sin mayores fluctuaciones y una mejor calidad de aire en lasalida, por ser su temperatura de salida menor y con menor cantidad de contaminan-tes sólidos y líquidos.

Compresores Roots

Son también conocidos con el nombre delóbulo o soplante. Transportan solamenteel volumen de aire aspirado del lado deaspiración al de compresión, sin compri-mirlo en este recorrido. No hay reducciónde volumen y por lo tanto tampocoaumento de presión. El volumen quellega a la boca de descarga, todavía conla presión de aspiración, se mezcla con elaire ya comprimido de la tubería de descarga y se introduce en la cámara, llegandoésta a la presión máxima siendo luego expulsado. Un juego de engranajes accionalos rotores en forma sincrónica y evita que se rocen entre si.Resultan apropiados cuando se requiere aire comprimido a bajas presiones comple-tamente libre de rastros de lubricante. Sólo se alcanzan presiones no muy superioresa los 1,5 bar y por tal razón su uso es restringido en aplicaciones neumáticas.

Compresores a Paleta

El aire penetra en la carcasa del compresor, a través de un deflector acústico y acce-de al compresor mediante un filtro de aire. El aire es mezclado con aceite de lubrica-ción antes de entrar en el estator. Dentro de éste, un rotor rasurado simple con seispaletas gira rozando éstas por el interior del estator, atrapando sucesivas cámaras deaire, las cuales son progresivamente comprimidas durante el giro debido a la excen-tricidad entre el rotor y es estator. El aceite es inyectado dentro del estator paraenfriarlo, estanqueizar y lubricar las paletas.Luego, el aire pasa a través de un deflector mecánico que separa el aceite. Este acei-te es recogido y enfriado en el cambiador de calor a una temperatura controlada yluego será filtrado antes de su reinyección dentro del estator para lubricar el rotor, laspaletas y los rodamientos. El aire que sale del separador es enfriado en un cambia-dor integral antes de salir del compresor.El caudal de salida de estos compresores es regulado de acuerdo con la demanda,por medio de una válvula de control de admisión, y una válvula de control reduce lapresión cuando el compresor marcha en vacío.

Turbocompresores

Funcionan según el principio de la dinámica de los fluidos, en donde el aumento depresión no se obtiene a través del desplazamiento y reducción de volumen, sino porefectos dinámicos del aire. Son muy apropiados para grandes caudales. Se fabricande tipo radial y axial. El aire se pone en circulación por medio de una o varias ruedasde turbina. Esta energía cinética se convierte en una energía elástica de compresión.

2 . 1 . 2 . 2

2 . 1 . 2 . 3

2 . 1 . 3

2 . 1 . 3 . 1

2 . 1 . 3 . 2

2 . 2

MICRO26

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VÁLVULA LIM ITADORA DE PRESIÓN

COMPUERTA

VÁLVULA DE CIERRE

VÁLVULA DE VACIADO DE AGUA

TERMÓMETRO

MANÓMETRO

Turbocompresores radiales

Funcionan bajo el principio de la compre-sión del aire por fuerza centrífuga y cons-tan de un rotor centrífugo que gira dentrode una cámara espiral, tomando el aire ensentido axial y arrojándolo a gran veloci-dad en sentido radial. La fuerza centrífu-ga que actúa sobre el aire lo comprimecontra la cámara de compresión. Puedenser de una o de varias etapas de compre-sión consecutivas, alcanzándose presio-nes de 8 bar y caudales entre 10.000 y 200.000 Nm3/h. Son máquinas de alta velo-cidad, siendo ésta un factor fundamental en el funcionamiento, ya que está basadoen principios dinámicos, siendo la velocidad de rotación del orden de las 15.000 a20.000 r.p.m. y aún más.

Turbocompresores axiales

Se basan en el principio de la compresión axial y consisten en una serie de rodetesconsecutivos con alabes que comprimen el aire. Se construyen hasta de 20 etapasde compresión (20 rodetes) El campo de aplicación de este tipo de compresor alcanza caudales desde los 20000’a 50000 Nm3/h y presiones de 5 bar, raramente utilizados en neumática Industrial.

RECUERDE que...

Debido a su suministro de gran cantidad de m3/min. y baja presión, la mayoría de loscompresores de flujo axial están limitados a aplicaciones para procesar aire. No sonde uso común en la industria.

Depósito de aire comprimido

El acumulador o depósito tiene la función de estabilizar el suministro de aire compri-mido. Compensa las oscilaciones de presión en la red de tuberías, a medida que seconsume aire comprimido.Gracias a la gran superficie del acumulador, el aire se refrigera adicionalmente. Poreste motivo, en el acumulador se desprende directamente una parte de la humedaddel aire en forma de agua.


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El ábaco siguiente permite calcular el volumen del depósito, con el dato del ∆P de regulación, el caudal de compresor y el número de maniobras horarias en un servicio intermitente.

¿Cuáles son las funciones principales del depósito o acumulador?

• Obtener una considerable acumulación de energía, para afrontar picos de consumo que superen la capacidad del compresor.

• Contribuir al enfriamiento del aire comprimido y la disminución de su velocidad,actuando así como separador de condensado y aceite proveniente del compresor.

• Amortiguar las pulsaciones originadas en los compresores, sobre todo en losalternativos.

• Permitir la regulación del compresor compensando las diferencias entre el caudalgenerado y el consumido, los cuales normalmente son diferentes.

Su capacidad dependerá de...

• Las características de la demanda del aire en la red. Esta puede ser constante,intermitente o instantánea.

• Del sistema de regulación que tenga el compresor. Esto determina el númeromáximo de maniobras horarias “Z”: normalmente 10 cuando es por marcha yparada, 60 o más cuando es por carga y vacío.

• De la amplitud del rango de presiones, dentro del cual regula el compresor (∆p de regulación): normalmente 0,8 - 1 bar con regulación por marcha y paraday 0,3 – 0,5 bar con regulación por carga y vacío.

¿Cómo se utiliza?

Desde el dato del caudal del compresor se intercepta la diagonal del ∆P de regula-ción, y desde ese punto se levanta una recta auxiliar que intercepte la otra diagonaldel número de maniobras horarias Z.Ahora desde ese punto, se podrá obtener el dato del volumen del acumulador, paraun servicio de tipo intermitente.

Particularidades constructivas

El depósito debe:

• Ubicarse en un lugar fresco, lo más cerca posible del compresor, preferente-mente fuera del edificio donde pueda disipar parte del calor producido en lacompresión.

• Ser firmemente anclado al piso, para evitar vibraciones debidas a las pulsacionesdel aire.

Los accesorios mínimos que deberán incluir son:

• Válvulas de seguridad• Manómetro• Grifo de purga

Válvulas de seguridad – Manómetro – Grifo o Válvula de purga

La válvula de seguridad debe ser regulada a no más del 10% por encima de la pre-sión de trabajo y deberá poder descargar el total del caudal generado por el compre-sor. Deberá contar además, con un dispositivo de accionamiento manual para probarperiódicamente su funcionamiento.Cuando el tanque se instala en el exterior y existe peligro de temperatura por debajode 0°C, el manómetro y la válvula de seguridad, deben conectarse con tuberías paraubicarlos en el interior. Estas tuberías deben tener pendiente hacia el depósito paraque sean autodrenantes.

Las cañerías para el control (regulación) deben ser conectadas al depósito en unpunto donde el aire sea lo mas seco posible. Es importante que esté provista de unfiltro con válvula de purga, para permitir drenar el agua y aceite acumulado y asegu-rar un perfecto funcionamiento del sistema de regulación. Instale un regulador de pre-sión que permita independizar la presión de trabajo del compresor de aquella con queoperan los sistemas de regulación (normalmente 4 – 6 bar)

En algunas instalaciones el Presostato de regulación y la electroválvula que coman-da el dispositivo de regulación (abre válvulas), se ubican cerca del depósito, en otroscasos, estos elementos forman parte de un tablero de control general.Cuando se coloque una válvula de cierre en algunas de estas cañerías, deberátenerse especial cuidado de que el compresor esté desconectado mientras la vál-vula esté cerrada.Se debe tener presente que el depósito constituye un elemento sometido a presióny por lo tanto existen regulaciones oficiales respecto a sus características cons-tructivas. Además, existen normas y códigos que regulan su cálculo, diseño, fabri-cación y ensayos.

2 . 2 . 1

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Si se desea una elección más conservadora, puede realizarse el cálculo con un coe-ficiente de demanda del 70%, resultando:

Distribución del aire comprimido

Redes de distribución

Cada máquina y mecanismo necesita una determinada cantidad de aire, siendo abas-tecido por un compresor, a través de una red de tuberías.El trazado de ésta se realizará considerando:

• Ubicación de los puntos de consumo.• Ubicación de las máquinas.• Configuración del edificio.• Actividades dentro de la planta industrial.


< <

RECUERDE que...

Nunca instale válvulas de bloqueo entre el depósito y la válvula de seguridad, pues loprohíben los reglamentos. En los tamaños pequeños la inspección se realizará pormedio de una simple boca bridada de 100 a 150 mm de diámetro, en los tamañosmayores estas bocas serán del tipo entrada de hombre (460 a 508mm)

Determinación de la capacidad de los compresores

La capacidad de los mismos puede determinarse aplicando el siguiente procedimiento:

1. Determinar el consumo específico de todas las herramientas o equipos de laplanta que consuman aire comprimido en Nm3/min.

2. Multiplicar dichos consumos por el coeficiente de utilización individual, que es eltiempo del equipo funcionando con relación al tiempo total de un ciclo completode trabajo o el porcentaje del tiempo de utilización sobre una hora de trabajo.

3. Sumar dichos resultados.4. Agregar entre un 5 a un 10% del valor computado en 3), para totalizar las

pérdidas por fugas en el sistema. 5. Adicionar un cierto porcentaje para contemplar las futuras ampliaciones, esto es

muy importante, ya que de otra manera las disponibilidades del sistema seríanampliamente superadas.

El resultado así obtenido (Qn) deberá ser cubierto por la capacidad del o de los com-presores (Qc), que si bien podrían llegar a funcionar con un coeficiente de demandadel 100%, esto implicaría la marcha continua del compresor. Por lo tanto, elegiremosel mismo para un coeficiente de demanda del 80%, obteniendo la capacidad del com-presor dividiendo el valor de Qn antes hallado por el valor 0,8 (80%), resultando:

2 . 2 . 1 . 2

2 . 3

2 . 3 . 1

Y teniendo en cuenta los siguientes principios:

• Trazar la tubería de modo de elegir los recorridos mas cortos y tratando que engeneral sea lo más recta posible, evitando los cambios bruscos de dirección, lasreducciones de sección, las curvas, piezas en T, etc., con el objeto de produciruna menor pérdida de carga.

• En lo posible tratar que el montaje de la misma sea aéreo, esto facilita la inspección y el mantenimiento. Evitar las tuberías subterráneas, pues no sonprácticas en ningún sentido.

• En el montaje contemplar que puedan desarrollarse variaciones de longitud producidas por dilatación térmica, sin deformación ni tensiones.

• Evitar que la tubería se entremezcle con conducciones eléctricas, de vapor, gas u otras.

• Dimensionar generosamente las mismas, para atender una futura demanda sinexcesiva pérdida de carga.

• Inclinar las tuberías ligeramente (3%) en el sentido del flujo de aire y colocar enlos extremos bajos ramales de bajada con purga manual o automática. Esto evitala acumulación de condensado en las líneas.

• Colocar válvulas de paso en los ramales principales y secundarios. Esto facilita la reparación y mantenimiento, sin poner fuera de servicio toda la instalación.

• Las tomas de aire de servicio o bajantes nunca deben hacerse desde la parteinferior de la tubería, sino por la parte superior a fin de evitar que los condensa-dos puedan ser recogidos por éstas y llevados a los equipos neumáticos conectados a la misma.

• Las tomas y conexiones en las bajantes se realizarán lateralmente colocando en su parte inferior un grifo de purga o un drenaje automático o semiautomáticosegún corresponda.

• Atender a las necesidades de tratamiento del aire, viendo si es necesario un secado total o sólo parcial del aire.

• Prever la utilización de filtros, reguladores y lubricadores (FRL) en las tomas de servicio.

Considerando los puntos antes mencionados, el tendido de la red podrá hacersesegún dos disposiciones diferentes:

• En circuito cerrado, cuando se le haga tratamiento de secado al aire del compresor.• En circuito abierto, cuando no se haga tal tratamiento.

Debemos tener en cuenta que cuando el circuito es cerrado, la pendiente en los con-ductos es nula, puesto que es incierto el sentido de circulación, ya que éste depen-derá de los consumos y por lo tanto la pendiente carece de sentido. Por tal razón, sólose utiliza el circuito cerrado cuando se trata el aire a la salida del compresor con equi-pos secadores, según veremos más adelante.

RECUERDE que...

El diámetro de las tuberías debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, lapérdida de presión entre el depósito y el punto de demanda no debería superar el 3%de la presión del depósito. Si la caída de presión excede de este valor, la rentabilidaddel sistema estará amenazada y el rendimiento disminuirá considerablemente. En laplanificación de instalaciones nuevas, debe preverse una futura ampliación de lademanda de aire, por ende deberán dimensionarse generosamente las tuberías. Elmontaje posterior de una red más importante supone costos aún más importantes.

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Cálculo de las tuberías

Tubería principal: Es aquella que sale del depósito y conduce la totalidad del caudalde aire comprimido. Velocidad máxima recomendada = 8 m/seg.

Tubería secundaria: Son aquellas que se derivan de la principal, se distribuyen porlas áreas de trabajo y de la cual se desprenden las tuberías de servicio. Velocidadmáxima recomendada = 10 a 15 m/seg.

Tuberías de servicio: Se desprenden de las secundarias y son las que alimentan alos equipos neumáticos. Velocidad máxima recomendada = 15 a 20 m/seg.

Para su cálculo será necesario tener en cuenta:

• La presión de servicio.• El caudal en Nm3/min.

Pérdida de carga: es una pérdida de energía que se va originando en el aire com-primido, ante los diferentes obstáculos que se presentan en su recorrido hacia lospuntos de utilización.

La pérdida de carga o pérdida de presión se origina de dos maneras:

• En tramos rectos, producida por el rozamiento del aire comprimido contra lasparedes del tubo.

• En accesorios, originada en curvas, T, válvulas, etc. de la tubería.

La primera puede ser calculada con la siguiente fórmula:

2 . 3 . 2

Donde:

Con la fórmula anterior se puede calcular, si no es conocido, el diámetro de la tube-ría, definiendo una pérdida de carga admisible.

Dicha fórmula se encuentra resuelta en el siguiente gráfico:

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<

La segunda la evaluamos a través del concepto de longitud equivalente. Es decir,igualamos la pérdida en el accesorio con la pérdida de carga producida en un tramode cañería de longitud igual a la longitud equivalente del accesorio. Esta longituddeberá ser sumada a la longitud original (L) del tramo recto.

G ββ G ββ G ββ G ββ

10 2.03 100 1.45 1000 1.03 10000 0.73

15 1.92 150 1.36 1500 0.97 15000 0.69

25 1.78 250 1.26 2500 0.90 25000 0.64

40 1.66 400 1.18 4000 0.84 40000 0.595

65 1.54 650 1.10 6500 0.78 65000 0.555

Ejemplos

¿Cuál es el diámetro de un tramo recto de cañería de 100m de longitud por el quecirculan 3 Nm3/min. a 7 bar, siendo la pérdida de carga admisible en ese tramodel 3%?

Cálculo del ∆p

La pérdida de carga por unidad de longitud será

Entrando al gráfico por su parte superior con P1= 7bar, trazamos una vertical hastainterceptarlo con una horizontal proveniente de la escala de caudales de la dere-cha con Q = 3 Nm3/min. (punto A en el diagrama)Por dicho punto trazamos una paralela a las líneas oblicuas hasta interceptarla conla vertical levantada desde el valor de la pérdida de carga por unidad de longitud∆p = 0,0021 bar/m (punto B del diagrama)Proyectando dicho punto hacia la escala de la izquierda obtenemos en ella el diá-metro de la cañería que será de 1_”.


< <

La tabla siguiente muestra la longitud equivalente de diversos accesorios de cañeríasen función del diámetro.

Pérdidas de carga por fricción en accesorios de tuberías Valores equivalentes en metros de cañería recta

Cálculos de cañerías

2 . 3 . 2 . 1

Elemento intercalado en tuberías _” 3/8” _” _” 1” 1 _” 1 _” 2”

Válvula esclusa 0.09 0.09 0.1 0.13 0.17 0.22 0.26 0.33(Tot. Abierta)

T de paso recto 0.15 0.15 0.21 0.33 0.45 0.54 0.67 0.91

T paso a derivación 0.76 0.76 1 1.26 1.61 2.13 2.46 3.16

Curva de 90° 0.42 0.42 0.52 0.64 0.79 1.06 1.24 1.58

Curva de 45° 0.15 0.15 0.23 0.29 0.37 0.48 0.57 0.73

Válvula globo 4.26 4.26 5.66 7.04 8.96 11.76 13.77 17.67(Tot. Abierta)

Válvula angular 2.43 2.43 2.83 3.50 4.48 5.88 6.88 8.83(Tot. Abierta)

Supongamos que la misma cañería no fuera recta y tuviera ahora montados acce-sorios como ser 1válvula esclusa abierta, 7 curvas a 90°, y una T en derivación.Con el valor del diámetro de la tubería calculamos las longitudes equivalentes delos accesorios.

Longitud total a considerar ahora

Con lo que la pérdida de carga total resultará:

Como vemos este incremento de pérdida de carga producida en accesorios espequeña, cuando se trata de cañerías de gran longitud y el número de los acceso-rios no es muy grande.

Consideremos ahora el mismo caudal circulante y la misma presión, pero para unacañería de 10 m con la misma pérdida de carga total, ∆p = 0,21 bar

La pérdida de carga por unidad de longitud será:

Yendo al gráfico vemos que corresponde a una cañería de Ø = 3/4”

Considerando ahora los mismos accesorios:

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Con lo que la pérdida de carga total resultará:


< <

Longitud total a considerar ahora:

2 . 3 . 2 . 2

Como resultado tendremos un aumento de la pérdida de carga del 60% aproxima-damente, con lo que verificamos que la influencia sobre las pérdidas de carga enaccesorios es realmente notable en cañerías cortas, aún no siendo el número deéstos excesivamente grande.

Disposición de tuberías en Instalaciones neumáticas con redes de aire de conexión instantánea

Están compuestas de tuberías de aluminio laqueado, para obtener un aire limpio y decalidad, así como una conexión segura.En general, no se requiere mano de obra especializada.Facilita la prevención y ausencia de costos por paradas de máquina, producto de ladegradación de otras tuberías de materiales diferentes. Además, una vez realizado eltendido no es una instalación rígida, sino de fácil reciclabilidad.La pérdida de carga es mínima en estas cañerías, siendo esto un factor de importan-cia que sumado a la ausencia de fugas de la instalación suponen una disminución decostos importantes, desde el punto de vista de la generación del aire comprimido.

Fluidos utilizables:

• Aire comprimido (seco, húmedo y lubrificado)• Vacío• Gases neutros: argón-nitrógeno

Presión de servicio:

• De 13 mbar (vacío) a 13 bar constante para cualquier temperatura

Temperatura de utilización:

• De –20ºC. a +60ºC

Seguridad:

• Resistencia a los choques mecánicos: siendo de naturaleza dúctil, el materialconstitutivo del tubo (aluminio), su rotura se produce por deformación.

• Resistencia al fuego: los componentes del sistema son autoextinguibles, sin propagación de llama.

• Las redes de aire con componentes de montaje instantáneo, desmontables e intercambiables, tienen una puesta a presión de la red en forma instantánea y no precisa tiempos de secado.

• Las derivaciones en circuito abierto se realizan en forma sencilla y rápida, con bridas a cuello de cisne integrado.

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Principio de funcionamiento: conexión instantánea con arandela de sujeción Ø 16,5 mm – 25 mm. – 40mm.

arandela de sujeción introducir el tubo en el racor conexión realizada

37

Tratamiento del aire comprimido

Introducción

Humo, polvo, suciedad, borra, humedad, y aún emanaciones de gases químicos pue-den estar en el aire introducido en el compresor. Además, los sistemas de lubricaciónde la mayoría de los compresores permiten que el aire capte aceite lubricante de lasparedes de los cilindros. Este aceite generalmente contiene un número de aditivospara mejorar sus cualidades lubricantes y para hacer que dure más tiempo. Cuandoestos aditivos se combinan con la suciedad y la humedad, obstruyen los filtros y pasa-jes pequeños, reduciendo su eficiencia y haciéndolos inoperantes. La humedad tam-bién causa oxidación y corrosión. Cuando la humedad se mezcla con el aceite a altastemperaturas, el aceite se deteriora muy rápidamente y forman ácidos corrosivos. Lahumedad, el aceite y contaminantes sólidos se acumulan en el equipo y en los con-ductos de aire comprimido y forman cienos corrosivos.

Métodos de tratamiento del aire comprimido

Si bien el depósito constituye una atenuante para dicho fin, podremos distinguir tresformas adicionales de realizar dicho tratamiento:

1. A la salida del compresor mediante:Postenfriadores:

Aire - AireAire - Agua

2. A la salida del depósito por medio de:Secadores de partículas:

Por adsorciónPor absorción

Secadores centrífugos

3. En los puntos de utilización mediante:FiltrosReguladoresLubricadores

Tratamiento del aire a la salida del compresor

Post enfriadores Aire - Aire y Aire – AguaSon los más usados para el tratamiento del aire comprimido. Se instalan inmediata-mente a la salida del compresor y reducen la temperatura del aire comprimido hastaunos 25°C, con lo cual se consigue eliminar un gran porcentaje de agua y aceites con-tenidos en el aire (70 a 80%). Constan, en general, de un serpentín o un haz tubularpor donde circula el aire comprimido, circulando el fluido refrigerante (aire o agua) encontracorriente por el exterior de los mismos. A la salida del refrigerador se encuentraun separador colector en el que se acumulan el agua y aceite condensados durante larefrigeración. Son generalmente suficientes en la mayoría de las aplicaciones del airecomprimido (talleres metalúrgicos e industrias en general), siempre que la instalaciónesté provista de purgadores y equipos de tratamiento de aire en los puntos de utiliza-ción, que permitan recoger las condensaciones producidas en las redes.

3

3 . 0

3 . 1

3 . 2

3 . 3

3 . 3 . 1

3 . 3 . 2

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Tratamiento del aire a la salida del depósito

Para el tratamiento del aire a la salida del depósito se utilizan distintos tipos de seca-dores tales como:

• Secadores por absorción• Secadores por adsorción• Secadores frigoríficos

Secador por absorción

Responden a esta denominación aque-llos secadores que efectúan el secadomediante un adsorbente sólido de eleva-da porosidad tal como: Silicagel, alúmina,carbón activado, etc.Estas sustancias se saturan y deben serregeneradas periódicamente a través deun adecuado proceso de reactivación.Para ampliar su función estos secadoresestán constituidos por dos torres de secado gemelas con la respectiva carga deabsorbente, funcionando cíclicamente una, mientras la otra está siendo regenerada.Con este tipo de secadores se obtiene aire extremadamente seco, equivalente a unpunto de rocío a presión atmosférica de –20 a –40°C.

Secadores por adsorción

Normalmente este tipo de secador utiliza pastillas desecantes de composición quími-ca y granulado sólido altamente higroscópico, que se funden y licuan al ir reteniendoel vapor de agua contenido en el flujo a secar. Son de costo inferior a los secadoresfrigoríficos y de adsorción, pero la calidad del aire obtenido es inferior a aquellos.Debe reponerse periódicamente la carga del producto químico empleado.Normalmente, reducen la humedad al 60 - 80% respecto al flujo saturado 100% pro-veniente de un postenfriador aire - aire ó aire - agua. Tiene el inconveniente de la con-taminación con aceite de las sustancias absorbentes o adsorbentes (caso anterior)disminuyendo su capacidad de secado. Tal inconveniente no existe en el secado porrefrigeración o frigorífico.

39TRATAMIENTO DEL AIRE COMPRIMIDO 3

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3 . 3 . 3 Secadores frigoríficos - Principio de Funcionamiento - Instalación

El aire comprimido que entra al secador se preenfría en el intercambiador aire/aire yseguidamente se introduce en el evaporador donde se enfría hasta alcanzar la tem-peratura del punto de rocío deseado. A continuación entra en el evaporador donde elagua condensada es separada y evacuada por la purga automática.Antes de salir del secador el aire comprimido vuelve a entrar al intercambiador aire/aire donde es recalentado por el aire comprimido caliente de entrada. El funciona-miento del circuito frigorífico es similar al de un frigorífico doméstico. El compresor frigorífico aspira vapor de agua refrigerante a baja presión procedentedel evaporador situado en el acumulador de energía. Seguidamente el gas es bom-beado por el compresor hacia el condensador donde se enfría mediante el aireambiente impulsado por el moto ventilador.

1. Entrada de aire comprimido húmedo 2. Salida de aire comprimido3. Intercambiador aire /aire 4. Acumulador de energía 5. Separador de condensados6. Filtro mecánico 7. Electroválvulas de purga 8. Compresor frigorífico 9. Condensador de gas refrigerante

10. Motoventilador11. Filtro del refrigerante12. Capilar de expansión 13. Válvula de control14. Termostato.

El paso a través el filtro y del capilar, provoca la expansión del refrigerante con el consiguienteenfriamiento del mismo.

Este cede sus frigorías en el evaporador al aire comprimido y a la masa térmica vol-viendo así a su estado gaseoso, para iniciar de nuevo el ciclo. Cuando el frío produ-cido es superior al calor a evacuar, éste es acumulado en la masa térmica. La tempe-ratura de la masa térmica es controlada por un termostato que detiene el compresorcuando alcanza la temperatura prefijada. De forma de que todo el frío producido esutilizado por el aire comprimido.

Este tipo de montaje se aconseja cuando la utilización es muy variable y los consumosde aire en un momento dado son mayores o menores que el caudal del compresor.El depósito debe ser lo suficientemente grande para hacer frente a la demandarequerida de aire, que es de corta duración y alto valor (fluido impulsado)

RECUERDE que...

Es recomendable esta instalación cuando los compresores trabajan casi constante-mente y el consumo total en su punto más alto, es equivalente al caudal del compre-sor. Este tipo de instalación otorga la ventaja de salvaguardar al secador frigorífico delos efectos pulsantes del compresor, cuando éste sea del tipo de los alternativos.

Separadores centrífugos

Se emplean cuando se persigue una separación de condensados a bajo costo.Funcionan haciendo pasar el aire comprimido a través de un deflector direccionalcentrífugo, que establece en el aire un sentido de rotación dentro del equipo, de modode crear una fuerza centrífuga que obliga a las partículas líquidas e impurezas a adhe-rirse a la pared del separador, decantando en la parte inferior del mismo. Estas impu-rezas son luego eliminadas por medio de una purga.Tienen el inconveniente que a bajos consumos la velocidad de separación es muybaja, siendo también baja la fuerza centrífuga sobre las partículas, lo que disminuyesu eficiencia a caudales reducidos.

3 . 3 . 4

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A: Secador frigorífico a la salida del depósito

B: Secador frigorífico antes del depósito


< <

Tratamiento del aire comprimido en el punto de utilización

Filtros

La utilización de filtros en las bocas de utilización sehace indispensable, debiendo estar presentes en todainstalación correctamente concebida, aún cuando sehaya hecho tratamiento del aire a la salida del compre-sor o del depósito. Éstos no impedirán la llegada a lospuntos de consumo de partículas de oxido, ni de peque-ñas cantidades de condensado provenientes de lasredes de distribución. Éstos, de no ser retenidos tendrí-an acceso a los componentes neumáticos con su con-siguiente deterioro, aumento de los costos de manteni-miento y en general bajo rendimiento del equipo. Constaesencialmente de un deflector centrífugo en su partesuperior cuyo objeto es crear dentro del vaso un movi-miento ciclónico del aire de modo de crear una fuerzacentrífuga que actuando sobre las pequeñas gotas decondensado y partículas obliguen a éstas a adherirse alas paredes del vaso, para depositarse luego en su parteinferior en una zona de calma. Ésta es creada por unapantalla, que impide la turbulencia del aire por debajo deella, evitando a su vez que el movimiento ciclónico superior arrastre parte del conden-sado. Una segunda pantalla evita que el aire proveniente del deflector centrífugotome contacto directo con el elemento filtrante y lo contamine, a la vez que prolongael movimiento ciclónico dentro del vaso aumentando la efectividad del equipo.

RECUERDE que...

La utilización de filtros en las bocas de utilización se hace indispensable, debiendoestar presentes en toda instalación correctamente concebida, aún cuando se hayahecho tratamiento del aire a la salida del compresor o del depósito.

Regulador de presión

Normalmente, las presiones de trabajo en los equipos neumáticos son inferiores a laspresiones de línea. Además, resultaría imposible trabajar en los mismos directamentecon esta presión, ya que no podría evitarse que lleguen a los equipos las fluctuacio-nes de presión entre la máxima de parada o vacío y la mínima de arranque del com-presor. Al mismo tiempo, si un equipo es capaz de cumplir su función eficientementea una presión determinada, el hacerlo a una presión mayor sólo conduce a un incre-mento de consumo de aire, debido que esto es función de la presión, con la consi-guiente disminución de la rentabilidad del sistema.

Por otro lado, ciertos equipos deberán funcionar a baja presión, lo que implicaríatrabajar con presiones de línea también bajas, con el consiguiente y nuevo deterio-ro de la rentabilidad, puesto que un rendimiento óptimo se logra para presionesentre 6 y 8 bar.

3 . 4

3 . 4 . 1

3 . 4 . 2

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¿Cuáles son las funciones del regulador?

• Evitar las pulsaciones y fluctuaciones de presión provenientes del compresor.• Mantener una presión de trabajo en los equipos sensiblemente constante

e independiente de la presión de línea y del consumo.• Evitar un excesivo consumo por utilizar presiones de operación mayores que

las necesarias en los equipos.• Independizar los distintos equipos instalados.

En un regulador, la presión de línea, que llamaremos primaria, penetra por la boca deentrada, siendo impedido su pasaje a la zona secundaria por una válvula de cierre, quese mantiene cerrada por la acción de un resorte. Actuando ahora sobre la perilla deregulación, se provocará un ascenso del tornillo que empujará la válvula hacia arriba,permitiendo al aire pasar a la zona de presión regulada, llamada secundaria.Esta presión secundaria se comunicará a través de un pequeño orificio con la carainferior de la membrana comprimiéndola contra los resortes. Esto provoca el descen-so del tornillo de regulación y en consecuencia el cierre de la válvula, manteniendo lapresión secundaria constante.

Luego, la presión secundaria dependerá del grado de pretensión dado a los resortesa través de la perilla de regulación. Al consumir aire de la zona secundaria, la presióntenderá a disminuir, el pistón ascenderá junto con el tornillo, abrirá la válvula, permi-tiendo así el pasaje de aire y restaurar la presión al nivel regulado.

Cuando se quiera disminuir la presión secundaria a un nivel más bajo, girando la peri-lla de regulación, se producirá el descenso del tornillo, despegándose del asiento cen-tral de la válvula de cierre y permitiendo el pasaje del aire excedente, a través del con-ducto de descarga en la campana hacia la parte superior, venteando por los orificiosde escape situados en la campana superior.

RECUERDE que...

Mantener en buen estado el regulador de presión permite una optimización del pro-ceso productivo, ya que el aire que escapa por la campana no permitirá sobrepresio-nes en la cámara secundaria, comportándose también como válvula de seguridad.


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3 . 4 . 3

La característica de funcionamiento y el campo de aplicación de estos equipos quedadeterminado a través de sus características de caudal.

Lubricador

Para lubricar herramientas y mecanismos neumáticos, el método más lógico, eficien-te y económico es dosificar lubricante en el aire que acciona el sistema, atomizándo-lo y formando una micro niebla que es arrastrada por el flujo de aire cubriendo lassuperficies internas de los componentes con una fina capa de lubricante. Esta fun-ción es cubierta por los lubricadores, existiendo diversidad de formas constructivas,pero siempre basados en el mismo principio.

Funcionamiento

El aire que ingresa al lubricador es obligado a pasar por una válvula situada en el cen-tro del canal, de modo que ocurrirá una disminución de la presión en la sección quesigue a la válvula donde está el tubo de dosificación.Estando el vaso a presión, a través de la válvula de presurización y debido al descen-so de presión provocado, el aceite ascenderá por el tubo de aspiración que contieneun filtro para retener partículas, pasando por una válvula de retención a bolilla queimpide su retorno, desembocando luego en una válvula de aguja que regula el goteoen el canal de dosificación. La gota, al caer en este canal, es llevada al venturi, dondepor efecto de la velocidad del aire se atomiza en forma de niebla y es arrastrada porla corriente hacia los componentes.

RECUERDE que...

La adecuada lubricación de las herramientas neumáticas, cilindros, válvulas y demásequipos accionados por aire comprimido, evita el deterioro de los mismos provocadopor la fricción y la corrosión, aumentando notablemente su vida útil, reduciendo loscostos de mantenimiento, tiempos de reparaciones y repuestos.

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Accesorios modulares conjuntos FRL

Los elementos: filtro, regulador de presión y lubricador constituyen una unidad indis-pensable para el correcto funcionamiento de un sistema neumático. Se instalan en lalínea de alimentación del circuito suministrando aire seco, limpio, lubricado y regula-do a la presión requerida.Estos tres elementos, si bien son considerados básicos e indispensables en elpunto de utilización, no son los únicos que deben tenerse en cuenta a la hora decontar con aire comprimido en buenas condiciones de uso, para ingresar en loscomponentes neumáticos.Por ello, y pensando en integrar soluciones de una forma modular, al clásico FRLse agregan algunos de los siguientes elementos, generando combinaciones funcio-nales y de seguridad:

Válvulas de corte y descarga

Cumplen la función de interrumpir el suministro y descargar el aire del circuito, cuan-do la presión de línea desciende por debajo de una presión umbral de corte. Además,la utilización de esta válvula evita la puesta en marcha instantánea de la máquina, enel momento del restablecimiento de la presión después de su interrupción, acciden-tal o voluntaria, a menos que no sea habilitada la perilla de mando.


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Brida intermedia

Se utilizan entre el FR y el L y tienen la función de deri-var aire sin lubricar a aquellos elementos que así lorequirieran. Pueden incorporar como opcional una válvu-la antiretorno, cuya función es la de impedir que el acei-te retorne al filtro si este existiese.

Válvulas de control a distancia

Controlan la apertura y cierre de un circuito a distancia, por ejemplo desde un table-ro de mando o un puesto remoto. El accionamiento puede ser neumático o eléctrico.En este último caso, una interfase normalizada CNOMO permitirá incorporar solenoidesestándar o por ejemplo diferentes tipos de solenoides de bajo consumo o antiexplosivos.Incluyen un silenciador de escape, para reducir el nivel sonoro de la descarga de aireen el momento de la despresurización del circuito.

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Con el objetivo de asegurar aún más la interrupción delaire, y como opcional, puede incorporarse una válvula decorte y descarga con candado, que elimina en forma totalla posibilidad de suministro cuando los componentes yaccesorios se encuentren sin presión.

Válvulas de presurización progresiva

Estas válvulas cumplen la función de presurizar los circuitos en forma lenta y progre-siva, durante la operación de inicio de tarea, garantizando una seguridad total tanto alpersonal como a los componentes neumáticos del circuito o a las piezas.De igual forma, se evita el golpe de los actuadores hacia su posición de inicio de ciclo,cuando quedan detenidos en posiciones intermedias, debido a interrupciones impre-vistas de suministro de aire.

Microfiltros

En muchas aplicaciones es requerido un aire de mayor calidad que el obtenido a lasalida de un filtro estándar. Industrias como la química, alimentaria o de instrumenta-ción, exigen aire comprimido cuya calidad está clasificada y, en algunos sectores, nor-malizada de acuerdo a estándares como la ISO 8573 – 1.

Esta clasificación incluye tres puntos, a saber:

• Clase de la calidad de las impurezas sólidas. • Clase de la calidad para el contenido del agua.• Clase de la calidad para el contenido de aceite.

Filtros submicrónicos

El filtrado eficaz del aire comprimido en estas condiciones es un problema complejosolucionable, con la utilización de filtros de alta capacidad del tipo submicrónico, quetrabajan aprovechando los efectos de inercia, choque y coalescencia, separando sóli-dos en una relación > 0,01 _.

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Bloqueo de regulador

Este mecanismo, que posee una cerradura con llave, semonta en la parte superior de la perilla de un regulador depresión, impidiendo levantarla y, por lo tanto, modificar laregulación establecida.

Drenajes Automáticos

Son utilizados cuando se desea automatizar la acción de drenaje de los condensadosacumulados en los vasos del filtro, existiendo distintos métodos para poder hacerlo:

• Por flotador: una válvula se abre automáticamente al alcanzarse cierto nivel de condensados, elevando un flotador y permitiendo que la corriente de aireentrante fuerce la evacuación de los condensados.

• Temporizado eléctrico: una electroválvula temporiza los tiempos de drenaje yde pausa, es decir, el intervalo entre aperturas. Ambos intervalos son regulables.

• Semiautomático por caída de presión: El drenaje de los condensados selogra cuando cae la presión de la línea, por ejemplo al fin de la jornada laboral.


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Filtro de carbón activado

Aún así el aire comprimido puede contener vapores de hidrocarburos y olores que sedeseen eliminar. Además, en estos casos se utilizará un filtro de carbón activado, el cual será incorpo-rado siempre después de una batería de filtros que comprende filtro de 50 _, filtro de5 _. y filtro coalescente (submicrónico)

Filtro de silicagel

En casos especiales donde se requiera utilizar el aire comprimido exen-to de humedad, la incorporación de un filtro de silicagel como último ele-mento del bloque de tratamiento, permite obtener las mejores condicio-nes de utilización, sin afectar otros elementos de menor tamaño de filtra-do, como los filtros de malla ó los filtros submicrónicos de 5 _.

RECUERDE que...

El filtro de carbón activado asegura un poder filtrante con una cantidadde aceite residual menor de 0,001 mg/m3.

Central inteligente de manejo del aire

Son unidades para aplicaciones, donde el parámetro dealimentación del aire comprimido debe cumplir conrequisitos complejos de seguridad o se necesiten con-troles y monitoreos permanentes, traducidos en señalespara el operador o para el sistema. También esta infor-mación puede disponerse como dato de cada una de lasseñales, en un cable múltiple de salida, utilizando señalde 4 a 20 mA.

Las centrales inteligentes del manejo de aire AMS admiten dos posibles configuraciones:

1. Conexión directa, donde las señales del módulo pueden ser enviadas a uno o más actuadores (válvulas o disparadores)

2. Conexión indirecta, donde la información es enviada a una computadora, a un bus de campo o a un programa de almacenamiento de datos para luegoprocesarlo.

Funcionamiento

Controlan la presión a través de un rango de regulación programable. El nivel de con-densados es controlado por sensores con descarga automática cuando se alcanza elnivel máximo. En la lubricación, un indicador de nivel mínimo de aceite activa una alar-ma cuando éste se alcanza y tiene también la posibilidad de dosificación automática.Por otra parte, un display de tiempo indica la necesidad de reemplazo del filtro.

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Amplificador de presión

Existen aplicaciones en el campo de los automatismos neumáticos donde se requie-ren valores de presión mayores que los usuales de línea (por ejemplo, 6 bar). Estasnecesidades obedecen a determinadas secuencias de circuito, que a veces requierenmayores fuerzas de actuadores en tiempos breves de utilización (por ejemplo, opera-ciones de prensado) o acumulación de determinados volúmenes de aire, a presionesmayores que las de línea (por ejemplo, prueba de resistencia de ciertos recipientes,pruebas de estanqueidad, etc.)En esas aplicaciones se debe realizar un análisis técnico/ económico: a) generar airea mayor presión en toda la línea de suministro, b) utilizar actuadores de mayor diáme-tro en el puesto de trabajo, c) obtener aire en un reservorio a una presión mayor quela de línea y suficiente para lograr los objetivos deseados. En muchas aplicaciones,veremos que la opción c termina siendo la más coherente y es en éstas donde se uti-lizan los amplificadores de presión neumática.

Funcionamiento

La presión de aire primaria se conecta a la boca de alimentación y dirige el aire a lascámaras impulsora - amplificadora A y B. Las otras cámaras impulsoras A o B se ali-mentan alternativamente con el aire proveniente del regulador de presión, a través deuna válvula direccional VS2 de doble comando neumático.De acuerdo al valor que tome esta presión regulada, será la relación de amplificación.Si la presión a la salida del regulador es igual a la de entrada, la relación de amplifi-cación será 2:1. Una serie de válvulas no retorno colocadas en el cuerpo principal central del amplifi-cador permiten el llenado de las cámaras impulsora - amplificadora A y B con presiónprimaria y la evacuación del aire de las cámaras impulsora - amplificadora A y B a laboca de utilización N°2 con presión amplificada.Cuando los pistones llegan a su punto final de recorrido cercano al cuerpo principalcentral del amplificador, dos señales neumáticas alternativamente trabajan sobre elpilotaje de la válvula direccional VS2, para que al conmutar direccione alternativamen-te el aire de entrada a las cámaras anteriormente detalladas y a la boca de escape.Finalmente dos manómetros que completan el conjunto, permiten relevar el valor depresión de alimentación y de presión amplificada.


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Recomendaciones de instalación de unidades FRL

• Al instalar unidades FRL, asegúrese de que el suministro no supere las condicio-nes límites de presión y temperatura especificados por el fabricante.

• No instale unidades muy cerca de fuentes intensas de calor (hornos, calderas,líneas de vapor, canales de colada, etc.), ya que por radiación podría superarse la temperatura límite establecida.

• Es recomendable que cada equipo neumático de la planta tenga su unidad independiente de entrada, instalada lo más cerca posible del equipo.

• Instale las unidades en lugares a los cuales se pueda acceder fácilmente, sin necesidad de escaleras u otros medios. Recuerde que pueden requerirseperiódicos ajustes de regulación y también mantenimiento preventivo de la unidad (drenado de vasos, limpieza del elemento filtrante, etc.)

• Las unidades cuando incluyan un componente F y/o L sólo se instalarán sobrelíneas horizontales (vaso en posición vertical) de otro modo no funcionaráncorrectamente.

• Al realizar el montaje verifique que el sentido de flujo coincida con el indicado,por las flechas grabadas sobre los elementos. Si por razones de disposición decañerías fuese necesario un sentido inverso, éste puede obtenerse girando lasbridas extremas 180° sobre su posición.

• Las roscas de conexionado son gas, con ángulo de 55° y cilíndricas. A pedidoNPT debe tenerse especial cuidado cuando se utilicen cañerías con rosca cónicay cinta de sello, ya que un excesivo ajuste puede producir la fisura de las bridasextremas. Debe ajustarse lo suficiente para evitar fugas. Es recomendable el usode accesorios de rosca cilíndrica y sello por asiento frontal.

• Las cañerías deben estar previamente alineadas y la unidad deberá poderse ins-talar sin necesidad de forzarla. De este modo, se evitarán esfuerzos externossobre el equipo, que pueden llegar a producir su rotura o deformarlo fuera delímites compatibles con el buen funcionamiento.

• Asegúrese que las cañerías estén limpias en su interior y que no queden restosde senador (pasta o cintas) que puedan penetrar en el equipo y alterar su funcionamiento. Sople previamente las cañerías.

• Prevea un espacio debajo del vaso a efectos de drenar con comodidad el condensado. Tenga la precaución de no instalar la unidad encima de tableroseléctricos o electrónicos, ya que cualquier derrame accidental caerá sobre ellos.

• No instale unidades en lugares donde se generan vapores de solventes, talescomo salas, gabinetes de pintura o bateas de limpieza. Los vasos resudarándeteriorados con el tiempo. Esta precaución debe acentuarse cuando los vaporessean de tricloretileno o tetracloruro de carbono, acetona, thiner, etc.

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Cilíndros neumáticos

Introducción

El aire comprimido es de amplio uso en una instalación industrial. Desde funcionessimples como soplar suciedad y virutas de las máquinas, inflar gomas, pintar con pis-tola, y hacer funcionar herramientas pequeñas de fuerza, hasta impulsar actuadoresque mueven compuertas direccionales en líneas transportadora, cerrar puertas, osujetar piezas de trabajo en un tornillo de banco, entre otras muchas aplicaciones.La energía de presión del aire comprimido es transformada por medio de actuadoresen movimiento lineal alternativo, y mediante motores neumáticos o actuadores rotan-tes en movimiento de giro.Luego, los cilindros neumáticos son las unidades encargadas de transformar la ener-gía potencial del aire comprimido en energía cinética o en fuerzas prensoras.Básicamente, consisten en un recipiente cilíndrico provisto de un émbolo o pistón. Alintroducir un determinado caudal de aire comprimido, éste se expande dentro de lacámara y provoca un desplazamiento lineal. Si se acopla al émbolo un vástago rígido,este mecanismo es capaz de empujar algún elemento, o simplemente sujetarlo.

Actuadores Neumáticos

Cilindros Neumáticos: Parámetros básicos y funcionales

Cilindros: Son actuadores de acción lineal, transforman la energía del aire comprimi-do en trabajo mecánico.La fuerza de empuje es proporcional a la presión del aire y a la superficie del pistón:

Donde:

Fuerza en cilindros

La fuerza disponible de un cilindro crece con mayor presión y con mayor diámetro. Ladeterminación de la fuerza estática en los cilindros está sustentada por la siguientefórmula, o el ábaco adjunto:

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4 . 0

4 . 1

Donde:

51CILINDROS NEUMÁTICOS 4

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O bien

Donde:

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4 . 2 . 1

4 . 2 . 1 . 2

Los cilindros de simple efecto son utilizados, entre muchas otras aplicaciones, para:

• Dispositivos de corte y prensado en la fabricación de piezas de plástico.• Dispositivos de sujeción, de corte, de plegado, de prensado y accionamiento de

prensas de recortes, en las industrias papeleras.• Dispositivos de corte en las industrias de confección y en la industria de calzado.• Expulsión de piezas en la industria alimentaria y en la industria farmacéutica.

Cilindro de doble efecto

En este modelo de cilindro, las carreras de avance y retroceso se consiguen pormedio de la presión del aire comprimido en cualquier lado del émbolo, es decir, el airecomprimido ejerce su acción en las dos cámaras de cilindro. Se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar unamisión también al retornar a su posición inicial.

Tipos de cilindros neumáticos

Cilindros con vástago. Variantes constructivas

Cilindro de simple efecto

Uno de sus movimientos está gobernado por el aire comprimido, mientras que el otrose da por una acción antagonista, generalmente un resorte colocado en el interior delcilindro. Este resorte podrá situarse opcionalmente entre el pistón y la tapa delantera(con resorte delantero) o entre el pistón y su tapa trasera (con resorte trasero)Realiza trabajo aprovechable, sólo en uno de los dos sentidos, y la fuerza obtenida esalgo menor a la que da la expresión F = P x A, pues hay que descontar la fuerza deoposición que ejerce el resorte.

Los actuadores o cilindros de doble efecto son utilizados, entre muchas otras aplica-ciones, para:

• Cierre de compuertas en centrales nucleares, balanzas en cerealeras, dispositivosde cierre y apertura de compuertas de silos en la industria cerealera.

• Dispositivos de elevación y descenso para baños, en la industria química.• Compactadores de chatarra.• Desplazamiento de rodillos en sierras alternativas, accionamientos en sierras

tronzadoras y prensas de bastidor en la industria de la madera.• Dispositivos para prensas de moldeo y sujeción en la industria de muebles.• Accionamiento de puertas en vehículos de transporte.

RECUERDE que...

En el proceso de retroceso, la superficie del émbolo es menor que en el avance, debi-do al área de la sección transversal del vástago, por consiguiente, la fuerza de trac-ción es menor que la de empuje.

Cilindro de doble vástago

Este tipo de cilindros tiene un vástago que corre hacia ambos lados. La guía del vásta-go es mejor, porque dispone de dos cojinetes y la distancia entre éstos permanececonstante. Por eso, este cilindro puede absorber también cargas laterales. Los elemen-tos señalizadores, levas o finales de carrera, podrán disponerse en cualquiera de los vás-tago. La fuerza es igual en los dos sentidos (las superficies del émbolo son iguales)

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RECUERDE que...

El cilindro de doble vástago ofrece un mejor guiado del conjunto, facilitando el coloca-do de levas o fines de carrera cuando hay problemas de espacio en la zona de trabajo.

Cilindro de doble pistón ó en tandem

Consisten en dos cilindros de doble efecto acoplados en serie con un vástago encomún, formando una unidad compacta.Aplicando simultáneamente presión sobre los dos émbolos, se obtiene una fuerza decasi el doble de la de un cilindro convencional del mismo diámetro.Se utiliza cuando se necesitan fuerzas considerables y se dispone de un espaciodeterminado, no siendo posible utilizar cilindros de un diámetro mayor.


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Entre otras muchas aplicaciones puede mencionarse:

• Colocación de piezas en estantes, por medio de cintas de transporte.• Mando de palancas.• Dispositivos de clasificación.

Cilindro sin vástago

El pistón transmite el movimiento a la carga, a través de un carro acoplado mecáni-camente al pistón mediante un exclusivo sistema patentado. Un sistema de cintasgarantiza un doble sellado y evita el ingreso de impurezas al interior del cilindro. Dependiendo de la aplicación, estos cilindros pueden utilizarse en su forma más sen-cilla, siempre que los momentos flexores generados por las fuerzas de aplicación nosuperen la propia resistencia del cilindro.

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RECUERDE que...

Los cilindros sin vástago pueden incorporar guías adicionales, las cuales mejoran lascaracterísticas del cilindro, confiriéndole mayores momentos flexores en todos los planos.

En particular para un cilindro sin vástago básico (sin guías), se da como referencia losmomentos máximos que pueden soportar en cada plano.

Diam Empuje a Ma (Nm) Ms (Nm) Mv (Nm) L (N)6 bar (N)

10 48 1 0.22 0.33 22

16 120 3.9 0.33 0.56 133

25 293 1.5 1 2.7 289

32 480 32 4 13 512

40 751 65 6 17.6 867

50 1178 116 11 35 1200

Cilindros acoplados de acción independiente

Están constituidos por dos cilindros unidos por sus tapas traseras. Éstos pueden ope-rarse independientemente, de modo tal de obtener sobre uno de los extremos delvástago tres o cuatro posiciones de trabajo, según sean iguales o distintas las carre-ras de ambos cilindros. Es un dispositivo multiposicionador sencillo y económico.

Amortiguación de fin de carrera

Son dispositivos fijos o regulables, colocados gene-ralmente en las tapas de los cilindros, y cuya finali-dad es la de absorber la energía cinética de lasmasas en movimiento.Cuando se alcanza el fin de la carrera, el pistón y elvástago son desacelerados hasta la parada. La ener-gía cinética resultante de esto, debe ser absorbidapor un tope final: la tapa del cilindro. La capacidad de absorber esta energía depen-de del límite elástico del material. Si la energía cinética excede el límite, el cilindronecesitará un amortiguamiento externo o interno.Según los modelos de cilindros, se puede tener amortiguación delantera, trasera o doble.

RECUERDE que...

Para una aplicación dada, si se verifica insuficiente la amortiguación, se deberán uti-lizar amortiguadores hidráulicos de choque.

Pistón con imán incorporado

Ciertos cilindros incorporan un imán en el pistón, aefectos de actuar un interruptor magnético del tipoReed-Switch o similar, montado en el exterior delcilindro, durante o al final de su carrera. Esta señaleléctrica es utilizada para gobernar a otros órganoscomponentes del sistema, actuadores, contadores,emitir señales luminosas, actuar contactores, relés,PLC, o bien para controlar su propio movimiento. Alos efectos de la incorporación del elemento seña-lizador, éste puede ser de funcionamiento magnéti-co e ir colocado en los cilindros en ranuras especi-ficas para tal fin.

Normalización ISO

La ISO (Internacional Standard Organization) ha establecido una serie de normasde carácter internacional que regulan el aspecto dimensional de los cilindros neu-máticos. En ella básicamente se establecen las dimensiones tendientes a garanti-zar al usuario la intercambiabilidad de cilindros de diversas procedencias. Segúnesta entidad, quedan fijados los diámetros constructivos de los cilindros, los extre-mos de vástago, roscas de conexionado, materiales a emplear, sus tolerancias y losdistintos dispositivos de montaje.

Para los diámetros establece la siguiente serie:

8 – 10 – 12 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 – 160 – 200 –250 – 320 – etc.

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Microcilindros:

Responden por lo general a las normas ISO 6432Las primeras seis dimensiones (8 a 25 mm) corresponden a los comercialmente lla-mados Microcilindros que responden a un tipo particular de construcción (sin tenso-res y en general no desarmables)

Cilindros reparables

Por lo general, responden a las normas ISO 6431 y VDMA 24562 ó UNITOP RP 6-7.A partir de 32 mm los cilindros son los genéricamente conocidos como cilindros repa-rables, cuya construcción posibilita el desarme. En esta ultima serie, hay cilindros conresortes, con tensores, con tubo integral, camisa perfilada de distinta forma (con ó sintensores) o uniones tapa – tubo bridadas.Las posibilidades de reparación de un cilindro neumático hacen a una mayor confia-bilidad del automatismo, con mantenimiento preventivo y kits de reparación adecua-dos para cada tipo.

Cilindros de impacto

Se utilizan cuando se quiere obtener una elevada fuerza de impacto. Esta fuerza seobtiene a través de la energía cinética, que en estos cilindros es muy elevada, dadala alta velocidad del émbolo alcanzada en ellos, que oscila entre los 7 y los 10 m/seg., comparativamente destacamos que la velocidad media normal de los cilindrosneumáticos convencionales es de 0,5 a 1,5 m/ seg.

A través de la acumulación de presión en la cámara trasera, la cual se logra originan-do una alta presión reactiva del lado exhaust, con los agregados de reguladores decaudal incorporados en la misma válvula direccional, puede incrementarse la energíade presión, la cual será transformada en energía cinética de máximo valor, cuando elcilindro desarrolle su máxima velocidad. Esto será aproximadamente a los 80 mm delinicio de salida de vástago. Si en dicho punto se incorpora un elemento a deformar(curvar, cortar, etc.) toda esa energía cinética se desarrolla como energía de deforma-ción, en el propio material que se desea estampar.

Actuadores rotantes neumáticos

La función de este tipo de actuador es la de obtener movimientos de rotación alter-nativos. Con este fin los fabricantes han recurrido a diferentes mecanismos y princi-pios que comprenden el uso de paletas internas, sistemas de piñón y cremallera omecanismos de palancas articuladas como el llamado yugo escocés. Uno está basado en el principio de piñón y cremallera simple, formado por dos cilin-dros contrapuestos cuyos pistones están unidos por un vástago – cremallera movi-do en forma alternada por los mismos. Dicha cremallera engrana con un piñón, demodo de transformar el movimiento lineal del conjunto en un movimiento de rota-

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ción. Obviamente, el ángulo de rotación queda limitado por la carrera de los cilin-dros. Las características de control de velocidad resultan similares a la de los cilin-dros neumáticos lineales.Puede controlarse la velocidad en forma independiente en ambos sentidos de rota-ción, controlando el flujo de aire comprimido, y el par torsor por medio de la presión.Los ángulos de rotación que pueden obtenerse pueden variar desde unos pocos gra-dos a uno o dos giros, según sea la carrera de los cilindros.

Los actuadores rotantes neumáticos son empleados en:

• Rotación angular.• Órganos de máquinas - herramientas, transporte de piezas en alimentadores.• Selección de pistas en separadores.• Comando a distancia de válvulas rotantes.• Movimientos angulares periódicos en máquinas especiales en ambientes

explosivos, aperturas de puertas, mezcladoras, etc.

Los actuadores rotantes a paleta sondispositivos mecánicos que conviertenla energía del aire comprimido en movi-miento rotativo alternado. Poseen como ventaja distintiva, respectoa otras soluciones similares, su granresistencia a los esfuerzos laterales en eleje. Pueden funcionar con aire comprimi-do sin lubricación. Los sellos garantizanun movimiento suave, gran estanqueidad,bajo Stick-Slip (presión mínima paracomenzar el movimiento) y millones deciclos sin mantenimiento.Se disponen en tres diferentes diámetros o dimensiones: 41, 76 y 152mm. de ladorespectivamente, cada una de las cuales puede construirse en diferentes largos, conel fin de lograr un escalonamiento de torques posibles.Se ofrecen para giros de 90°, 180° y 270°.

Actuadores neumáticos a membrana

Son actuadores de simple efecto, en donde el clásico émbolo ha sido sustituido poruna membrana elástica.Por regla general, son de gran diámetro, lo que permite la obtención de fuerzas con-siderables. Sin embargo, por ser de simple efecto y dada la presencia del resorte, sonde poca carrera. Son utilizados en donde sean precisos esfuerzos prensores, sobre todo en lugaresdonde no se dispone de longitud axial suficiente para la colocación de cilindros. Estosactuadores a igualdad de esfuerzos y carreras son de dimensiones generales masreducidas que los cilindros neumáticos.

RECUERDE que...

Los actuadores a membrana no están expuestos a rozamientos, pues la membranano se desliza, sino que se extiende y no requiere la utilización de aire lubricado niextremadamente limpio. No son aconsejables para grandes ciclados.

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Ejecuciones especiales de cilindros neumáticos

Aquellas ejecuciones que responden anecesidades específicas de utilización,separándose en ciertas característicasde lo ofrecido en forma estándar.Los recubrimientos rilsanizados, basadoen poliamidas, tienen una buena resisten-cia a las sales minerales, a los álcalis, a lamayoría de los solventes, a la mayoría delos ácidos orgánicos, al agua de mar y a laatmósfera marina, a los aceites y productos derivados del petróleo, así como también alos productos alimenticios y farmacéuticos.La materia prima que se utiliza en la fabricación de este recubrimiento cumple conaprobaciones en el ámbito internacional de la Food and Drugs Administration (FDA),sobre sustancias posibles de ser utilizadas en contacto con alimentos.

Actuadores en acero inoxidable

En aquellos lugares que por norma serequiera sanidad, el acero inoxidable es elelemento que posibilita perfectas condi-ciones de higiene en campo. Las ejecucio-nes posibles abarcan diversos criteriosconstructivos y normas internacionales,pudiendo ser cilindros de simple y dobleefecto, con o sin pistones magnéticos,aptos para aplicaciones en la industria de la alimentación, con sellos realizados en mate-riales no tóxicos, con sellos especiales para utilizar aire seco, adecuados para trabajarcon temperaturas entre –70 a 250 ºC.

Normas disponibles:

ISO 6432 (microcilindros) - ISO 6431– VDMA 24562 (cilindros) - UNITOP (cilindroscompactos)

Manipuladores y elementos de sujeción de piezas

Son sistemas modulares de gran compo-nibilidad que, mediante una gran variedadde accesorios e interfases disponibles,permite realizar las más complejas estruc-turas de manipulación.Las unidades están dotadas de canalespara la distribución integrada del airecomprimido, y no precisa, por lo tanto,del uso de tubos externos para la ali-mentación de los extremos de rotación ytoma de piezas.La concepción constructiva resulta en dimensiones generales y peso muy reduci-do, elevada precisión, rigidez y diseño innovador. Las características de guiado yrigidez le garantizan una alta productividad en tareas de montaje y prueba en líne-as automatizadas.

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Las componentes de manipuleo constan de:

• Pinzas neumáticas, que son órganos de toma aptos para la manipulación de cargas.

• Unidades de traslación y giro.

Las características que las identifican son fundamentalmente la fuerza, la carrera y lamasa a mover. Hay variados tipos de accesorios y geometrías constructivas paraadaptarse a todas las aplicaciones:

Entre ellos pueden mencionarse las:

• Pinzas Angulares: los dedos tienen un movimiento circular y se abren en undeterminado ángulo (típico 30°)

• Pinzas Radiales: tienen dedos con movimiento circular y el ángulo de aperturaes de 90°. Esto permite a los dedos apartarse completamente del plano de tra-bajo, evitando así un movimiento adicional de aproximación.

• Pinzas Paralelas: tienen tres dedos, éstos tienen la ventaja que son autocen-trantes respecto a la pieza a tomar.

Montajes de cilindros neumáticos

La forma de fijar un cilindro neumático dependerá casi totalmente de la aplicaciónpráctica que se le dé al mismo y estará sujeto a condiciones de diseño, razones deespacio y características de los movimientos.Como se vio anteriormente existen normas en el ámbito internacional que definen lostipos y las dimensiones principales de los accesorios de montaje para cilindros neu-máticos. Esto le garantiza al usuario intercambiabilidad entre diferentes fabricantes, eincluso disponer de una sustitución en máquinas importadas o para las de exporta-ción. Ya no se concibe a un cilindro como elemento aislado, sino con sus accesoriosde montaje, que si bien se comercializan separadamente, forman parte de la solucióntécnica que aporta el cilindro.

Las siguientes figuras muestran una línea de accesorios de montaje normalizadospara cilindros neumáticos.

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Velocidades máxima y mínima de cilindros neumáticos

Los cilindros neumáticos pueden alcanzar una velocidad máxima comprendida entre0,6 y 2,6 m/seg. según el diámetro.

Estos valores máximos, a su vez, se ven afectados por la carga desplazada, tamañode la válvula y conducciones, condiciones de descarga (libre, regulada o con escaperápido), carrera del cilindro, etc.En realidad se prefiere hablar de velocidades medias alcanzables, ya que el cilindrodesarrolla su carrera en un tiempo en el cual se produce una aceleración inicial yuna desaceleración final de modo que su velocidad no es constante a lo largo delrecorrido. Como velocidades medias pueden considerarse un 70% del valor indica-do en la tabla anterior.Como velocidad mínima, un limite práctico puede establecerse entre los 30 y 50 mm/seg., debido a la elasticidad del aire, dependiendo ello además, del diámetro delactuador, características de la carga, sensibilidad del regulador de caudal empleado,presión de alimentación, etc. Para obtener velocidades inferiores a este límite, debe-ría recurrirse a dispositivos de avance hidráulico o hidroneumático.

Diámetro (mm) Velocidad máx. (m/seg.)

10 - 12 - 16 2.6

20 - 25 - 32 2.6

40 2.5

50 2

63 1.5

80 1.1

100 0.9

125 0.7

160 0.6

4 . 1 4

Selección de cilindros neumáticos

La fuerza que pueden desarrollar los cilindros neumáticos es, tal vez, la característicamás importante por la cual comienza la etapa de selección. El valor de la fuerzadepende exclusivamente del diámetro del pistón y de la presión del aire comprimidocon que se alimenta el cilindro. Pero la fuerza no es el único parámetro de selección, siendo preciso realizar una seriede verificaciones y cálculos. Los cilindros realizan su acción (básicamente fuerza) en posiciones determinadas desu recorrido a velocidad muy baja o nula. Durante el desplazamiento y hasta la posi-ción en que es ejercida la acción, el vástago avanza libre o con baja carga. No esimportante la velocidad que se alcance en dichos desplazamientos. Dentro de estacategoría funcional quedan incluidos los cilindros prensores, de sujeción, de posicio-namiento, entre otros, de los que sólo se requiere fuerza y no su velocidad. La elección de cilindros puede ser resuelta con ayuda de gráficos, los cuales mues-tran los valores teóricos de fuerza según las diferentes presiones y diámetros de cilin-dros. La ecuación que lo sustenta es:

Donde:

Donde:

Para cilindros de simple efecto se debe restar, además, la fuerza de reacción delresorte, dato que generalmente se encuentra en los catálogos de fabricantes.Para calcular la fuerza ejercida por el cilindro con la presión aplicada del lado del vás-tago (fuerza de tiro), su valor se obtiene con el siguiente método:

1. Entrar al gráfico con d (diámetro del pistón) y obtener la fuerza

2. Entrar al gráfico con d (diámetro del vástago) y obtener la fuerza

Restando ambos valores dará la fuerza resultante teórica ejercida por el cilindro en lacarrera de retorno.

4 . 1 5

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El valor real es menor debido a la fuerza de rozamiento, la que es variable según lalubricación, presión de trabajo y forma de las guarniciones. Esta disminución en lafuerza puede tenerse en cuenta mediante el rendimiento del cilindro, estimado en un90 %, de este modo el valor real práctico de la fuerza será:


< <

Si bien este es un procedimiento basado en el gráfico, en forma teórica sería:

Donde:

RECUERDE que...

Para obtener el valor real debe afectarse al anterior por el rendimiento _ = 0.9.Por otra parte, si se conoce la fuerza a realizar en Newton (1 Kp = 9,81N) y la pre-sión de operación (bar), se busca la intersección en el gráfico y se lee el diámetro delcilindro inmediato superior al determinado por dicha intersección.

Ejemplo

Se trata de elevar una masa de 20 Kg con un cilindro neumático operado a 6bar de presión. No interesa la velocidad de elevación. La fuerza real a realizarserá: Fr= m x g.

La fuerza teórica que deberá desarrollar el cilindro es:

Ingresando al grafico con F = 218N y p = 6bar, obtendremos un cilindro de diáme-tro 25mm.

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4 . 1 6 Verificación por pandeo

Pandeo: Se denomina pandeo en un cilindro neumático al esfuerzo que somete alcilindro a una flexión sobre el vástago.El pandeo es un factor limitativo en la elección de cilindros cuyos vástagos esténsometidos a compresión, ya que sólo bajo dicha solicitación es cuando apareceeste fenómeno.

El pandeo es el único factor funcional que limita la carrera de los cilindros, puesto queconstructivamente no existe limitación de la carrera por parte del fabricante.Este fenómeno no esta exclusivamente ligado al material del vástago, su diámetro y sucarrera, sino que intervienen también las condiciones de montaje del cilindro. Ciertostipos de montaje o sus combinaciones resultan favorables para contrarrestar el efecto.


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RECUERDE que...

Con montajes a rótula, el cilindro se auto alinea en todo plano.Con montajes basculantes en un plano, el cilindro se auto alinea sólo en dicho plano.Requiere perfecta alineación en el plano perpendicular.Con fijación roscada del vástago la alineación es crítica.Con rótula para vástago se compensan desalineaciones en todo plano.Con horquilla delantera la alineación es crítica.

Factores esenciales para la elección de un cilindro:

Cuando a un cilindro se le fija un trabajo a realizar, significa que quedan determina-das la carrera y la fuerza, así como la masa que debe mover y la velocidad a la quetiene que desplazarse.Se hace necesario pues, tener a la vista aquellos datos que nos permitan establecerlas características mecánicas y neumáticas del cilindro que pretendemos, y que amodo de resumen podrían ser:

• Diámetro interior del cilindro en mm.• Diámetro del vástago en mm.• Velocidad del émbolo en cm./s o m/min.• Fuerza del émbolo.• Tipo de cilindro (simple o doble efecto)• Con amortiguación o sin ella.• Forma de fijación (fija u oscilante)• Temperatura de trabajo (ambiental) en °C.• Presión en la red en bar.• Presión de trabajo en bar.• Forma de trabajo (carga estática o dinámica)• Peso de la carga movida.• Posición del cilindro (vertical u horizontal)

Carrera máxima de un cilindro neumático

Carrera: Se denomina carrera a la distancia recorrida por el émbolo entre sus dosposiciones extremas. Pueden venir expresadas en mm o en cm.

Carrera máxima: Se denomina carrera máxima a la longitud máxima del vástagoextendido en un cilindro neumático sin causar flexiones derivadas del pandeo.

EjemploAdoptando un montaje basculante intermedio con horquilla delantera guiada extra-emos el coeficiente de corrección K = 0,75 de acuerdo con el montaje elegido.

Con ayuda del gráfico, ingresando con la presión motriz Pm = 6bar hasta cortar alcilindro diámetro 50mm, leemos en el gráfico de pandeo de la derecha que dichocilindro tiene una carrera básica o carrera máxima por pandeo de 800 mm. Debeverificarse lo siguiente:

K x carrera real < carrera máxima0,75 x 600 = 450 mm < 800 mm

Por lo tanto, el vástago del cilindro resiste al pandeo

4 . 1 7

Guías para cilindros

Tanto en cilindros como en microcilindros, para disminuir la posibilidad de pandeo enellos, muchas veces se utilizan guías acopladas en los propios cilindros.Estas guías reciben el nombre de Guías H para cilindros de diámetros mayores yGuías C en los microcilindros, y están conformados por un soporte de acero que con-tiene dos ejes (vástagos) auxiliares.Al desplazarse el vástago del cilindro, losesfuerzos transmitidos son asimiladospor todo el conjunto, por lo tanto, se opti-miza la alineación entre la pieza a movery el propio cilindro.Por otra parte, se evita el movimiento degiro del vástago que en algunos proce-sos industriales puede ser perjudicial.Existen dos versiones que incluyen bujesde guías de bronce (autolubricados) conlimpia vástagos evitando de esta formasu desgaste prematuro.

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4 . 1 8


< <

La segunda versión es con bujes a bolas recirculantes, lo que permite menores roza-mientos y mejora la velocidad del cilindro.Debe tenerse en cuenta que por diseño, una parte del vástago se encontrará impedi-da de utilizar como carrera.

Consumo de aire en cilindros neumáticos

Conocer el consumo de los cilindros neumáticos tiene su importancia desde dos pun-tos de vista. En primer lugar, si a raíz de esta nueva aplicación ha de adquirirse unaunidad de generación de aire comprimido (compresor), los datos fundamentales paraseleccionarla son precisamente el consumo o demanda y la presión de trabajo. Si encambio, la aplicación es insertada en un medio en el que ya se dispone de aire com-primido, el cálculo del consumo servirá para verificar si el compresor instalado tienecapacidad suficiente.El consumo de un cilindro neumático puede calcularse con la siguiente fórmula:

Donde:

Ejemplo

Se tiene un dispositivo con 3 cilindros neumáticos de doble efecto, uno de elloscon diámetro 80 mm y carrera 100mm (10 ciclos 7min) y los dos restantes condiámetro 40mm y carrera 50mm (20 ciclos/min), trabajando a 6 bar.Estimamos en un 20% el consumo de comando (tubos, válvulas y auxiliares)

Los consumos serán:

4 . 1 8

Siendo:

Por lo tanto, la instalación consumirá 126,66 litros normales por minuto (Nl7min) ó7,6 Nm3/hora a 6 bar.

Amortiguadores hidráulicos de choque

Ya habíamos visto que la amortiguación de fin de carrera de un cilindro neumático eraun sistema cerrado, para absorber en el tramo final de la carrera las energías desa-rrolladas durante el movimiento, evitando de este modo el choque destructivo entrepistón y tapas. Las crecientes exigencias de velocidad impuestas a las máquinas automáticas con elobjetivo de disminuir los tiempos de producción y en consecuencia el costo, hacenque frecuentemente las energías desarrolladas superen a las capaces de ser amorti-guadas por el cilindro. Debe entenderse que el sistema de amortiguación de un cilindro neumático estadiseñado para la generalidad de los casos, pero quedará superado cuando se despla-cen masas importantes a elevadas velocidades. La energía remanente se disipará inevitablemente en forma instantánea en un cho-que metal - metal entre pistón y tapa o en un tope externo al cilindro, con una consi-derable alta fuerza de impacto que será transmitida a la máquina y también al elemen-to transportado (acción y reacción) con la consiguiente destrucción lenta, pero cons-tante de las partes involucradas.Existen varias formas de absorber en forma gradual las energías al final de un reco-rrido, minimizando la fuerza de impacto resultante:

• En los casos de cargas pequeñas y velocidades no muy grandes puede resultarsuficiente la amortiguación propia del cilindro o en su defecto puede ésta sercomplementada mediante topes de goma.

• Con cargas ligeramente más elevadas es posible también recurrir a resortes decompresión.

Ambos, las gomas y los resortes, ofrecen una resistencia inicial baja o nula, crecien-do ésta con el recorrido hasta alcanzar un máximo. Estos tipos de topes almacenanuna cantidad considerable de energía durante su compresión, siendo despreciable lacantidad transformada en calor. La energía almacenada tiende a ser devuelta al sis-tema, luego del impacto de modo que al emplearlos deberá admitirse un cierto rebo-te de la carga a menudo intolerable.Lo ideal es lograr una amortiguación mediante una fuerza de frenado lo más bajaposible y constante en todo el recorrido del amortiguador y convirtiendo la mayorparte de la energía en calor, el que se disipará en la atmósfera. Se logrará así unamínima fuerza de reacción y ausencia de rebotes. Con estas pautas de diseño losfabricantes han desarrollado los llamados amortiguadores hidráulicos de choque. El empleo de amortiguadores es particularmente indicado en instalaciones automáticasde manipulación de objetos frágiles, que podrían resultar dañados con un impacto, comocomplemento de la amortiguación de un cilindro neumático o simplemente toda vez quedeba detenerse un movimiento de alta energía cinética en forma suave y gradual.

4 . 1 9

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< <

Existen básicamente dos tipos de amortiguadores:

1. Los fijos (Destacar en negrita): poseen una capacidad de amortiguación fija, nopudiéndose adecuar sus prestaciones a las exigencias de cada aplicación.

2. Los regulables (Destacar en negrita): pueden adaptarse en cambio a un rango deexigencias dentro de la capacidad de cada modelo. Son recomendables cuandolos parámetros funcionales no pueden determinarse con exactitud o en los casosde condiciones de aplicación variables.

Aspectos a considerar en la selección de un amortiguador:

• Forma de actuación de la carga, es decir, si actúa en el planohorizontal, vertical o inclinado.

• Si proviene de un movimiento de rotación.• Si durante la carrera de amortiguación existe o no una fuerza

impulsora adicional.• El valor de la masa. Al considerar la masa deberá incluirse no

sólo el elemento desplazado, sino también todos los mecanis-mos y dispositivos asociados que participen del movimiento (Brazo, carros, etc.)

• El valor de la velocidad de desplazamiento, o velocidad tangen-cial en caso de rotaciones. Un dato importante para su elección,es el número de impactos por hora, ya que esto determinará su grado de calentamientoen función de la energía convertida en calor en cada impacto.

RECUERDE que...

Como factor de seguridad muchos fabricantes recomiendan utilizar los amortiguado-res entre un 50 y 60% de su capacidad máxima. Esto permite prolongar su vida útily efectuar los ajustes sobre la máquina funcionando, evitando el riesgo de encontrar-se frente a un amortiguador de capacidad insuficiente, sobre todo cuando los datosde velocidad y carga no sean determinados con precisión o puedan variar significati-vamente durante la operación.

Recomendaciones para el montaje de cilindros neumáticos

• Los cilindros neumáticos están diseñados para transmitir esfuerzos axiales. La presencia de esfuerzos radiales o laterales sobre los vástagos conducirán aun desgaste prematuro de sus guías, materializadas en la ovalización del bujeguía y del propio tubo del cilindro. Estas ovalizaciones aparecerán en posicionesdiametralmente opuestas. Por lo tanto, deberán analizarse detenidamente los tipos de montaje más adecuados en cada caso, a efectos de anular dichosesfuerzos laterales.

• Toda vez que se utilice un montaje basculante para el cilindro (en cualquiera de sus formas), deberá preverse un equivalente en el extremo del vástago. La combinación de montajes rígidos con basculantes resulta un contrasentidotécnico que origina esfuerzos radiales sobre el vástago.

• Cuando las oscilaciones puedan ser en el espacio, son recomendables los montajes a rótula tanto para el cilindro como para el vástago. La combinación demontajes a rótula (universal) con montajes basculantes en el plano es también un contrasentido técnico que origina esfuerzos radiales.

4 . 2 0

• Deben evitarse el montaje rígido del cilindro con el elemento a mover. En caso deque sea inevitable, fijar suavemente el actuador y operarlo a baja presión demodo que entre y salga libremente y se auto alinee. Completar si fuera necesarioy ajustar firmemente los tornillos de sujeción.

• Cuando el cilindro sea de una carrera grande y supere los valores máximos admisibles por pandeo, es recomendable guiar el vástago o preferentemente“tirar” de la carga en lugar de empujarla. El pandeo también origina esfuerzosradiales sobre el vástago.

• Cuando se desplacen masas o el movimiento se realice a velocidad, es recomen-dable el uso de cilindros con amortiguación. Si las velocidades fueran importan-tes, prevea amortiguadores hidráulicos de choque o topes fijos positivos externosa la máquina.

• Durante la puesta en marcha, debe asegúrese que los tornillos de regulación delas amortiguaciones no sean abiertos más de medio vuelta, de modo de tener unexceso y no una falta de amortiguación. La calibración final se hará con lamáquina en operación.

• Al montar un cilindro amortiguado, téngase la precaución de que los tornillos deregistro de amortiguación sean accesibles.

• Asegúrese que el cilindro reciba la calidad de aire adecuada. El aire sucio y ladeficiente lubricación acortan la vida útil del cilindro neumático.

• Las roscas de conexionado son BSPP con ángulos de 55° y cilíndricas. Téngaseespecial cuidado al utilizar cañerías o accesorios con rosca cónica, pues puedenproducir la rotura del elemento. Es recomendable utilizar accesorios con roscacilíndrica de asiento frontal.

RECUERDE que...

La mejora referida a los materiales de sellos, incorpora al poliuretano como elemen-to indispensable para garantizar el buen funcionamiento del cilindro, luego son gene-ralmente utilizados en la fabricación de guarniciones de pistón, vástago y amortigua-do, permitiendo de esta manera trabajar sólo con lubricación inicial en aquellos casosque sea necesario por efecto de retención de la película de aceite.

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<

69

Válvulas neumáticas

Introducción

Genéricamente, se denomina válvula a una pieza que sirve para cerrar o abrir un ori-fico o conducto, o para interrumpir la comunicación entre dos órganos.En neumática, la válvula es el elemento de mando que determina las característicasdel circuito, debiendo poseer cualidades decisivas para actuar sobre los elementos oparámetros que intervienen en el proceso operativo del circuito neumático.Las válvulas neumáticas son los dispositivos que dirigen y regulan el aire comprimi-do; gobiernan la salida y la entrada, el cierre o habilitación, la dirección, la presión y elcaudal de aire comprimido. Pudiendo en general clasificarse como válvulas direccio-nales o auxiliares.

Válvulas neumáticas

Según sus propiedades y la función que realiza dentro del sistema, las válvulas neu-máticas se clasifican en los siguientes grupos:

• Válvulas de control de dirección• Válvulas de control de caudal • Válvulas de control de presión

Las válvulas de control de caudal y de presión denominadas válvulas auxiliares seexplicarán en la unidad subsiguiente.

Válvulas: Aspectos de selección

Para llevar a cabo la elección de una válvula neumática, es conveniente recurrir a cier-tos criterios de selección, que posibilitarán la siguiente clasificación:

• Número de Vías: De esta forma llamaremos al número de orificios controladosen la válvula, exceptuando los de pilotaje. Podemos así tener 2, 3, 4, 5 ó más vías(no es posible un número de vías inferior a 2)

• Posiciones: Es el número de posiciones estables del elemento de distribución.Pueden tenerse válvulas de 2, 3, 4 ó más posiciones (no es posible un númerode posiciones inferior a 2)

• Caudal: Es el volumen de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se calcula a partir del flujo, volumen que pasapor un área dada en la unidad de tiempo.

• Sistemas de accionamiento: Una característica importante de toda válvula essu clase de accionamiento ó mando, debido a que de acuerdo con ello, dentro dela cadena de mando de un equipo neumático, se la empleará como elementoemisor de señal, órgano de control o de regulación.

Según ya se ha dicho, las válvulas direccionales se designan de acuerdo al númerode vías y posiciones de la siguiente manera:

5

5 . 0

5 . 1

5 . 1 . 1

N° de vías / N° de posiciones

5 . 2

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<

MANDO MANDOPOSICIONES ESTABLES ADOPTADAS POR EL DISTRIBUIDOR

VINCULACIÓN ENTRE BOCAS DE CONEXIÓN PARA LAS DISTINTAS POSICIONES

De acuerdo con la clasificación indicada podemos tener:

Válvulas:

• 2/2 (dos / dos) 2 vías / 2 posiciones• 3/2 (Tres / dos) 3 vías / 2 posiciones• 3/3 (tres / tres) 3 vías / 3 posiciones• 4/2 (cuatro / dos) 4 vías / 2 posiciones• 4/3 (cuatro / tres) 4 vías / 3 posiciones• 5/2 (cinco / dos) 5 vías / 2 posiciones

Configuración del símbolo de una válvula

El símbolo representa la función de la válvula y su forma de accionamiento. Norepresenta, de ninguna manera, a válvula alguna desde el punto de vista construc-tivo, sólo representa su función. El símbolo se compone de un bloque central, en elque se identifican las posiciones estables del elemento de conmutación y las víasde conexión para cada posición, y de dos bloques extremos que representan losmodos de actuación (mandos)

Escape sin posibilidad de conexión

(orificio no roscado)

Escape con posibilidad de conexión

(orificio roscado)

Cada posición de la válvula se representa por un cuadrado. Habrá tantos cuadradosadyacentes como posiciones de distribución tenga la válvula:

• Las bocas de conexión se representan por trazos uni-dos al cuadrado correspondiente a la posición normalde reposo de la válvula.

• Las vinculaciones entre bocas se representan con líneas y flechas, indicando el sentido de circulación.Las bocas cerradas se indican con líneas transversales.Dicha representación se efectúa para cada posición.

• Las canalizaciones de escape se representan con un triángulo, pudiendo ser:

71VÁLVULAS NEUMÁTICAS 5

< <

5 . 3

5 . 3 . 1

Atendiendo a las funciones del bloque central tendremos los siguientes esquemas:

El símbolo se completa con los esquemas correspondientes a los mandos de las vál-vulas, siendo éstos el medio por el cual se logra la conmutación de sus posiciones:

De una manera general, podemos dividir los accionamientos en:

Mandos musculares, pueden ser: manuales o a botón pulsador, a palanca, a pedal.Mandos mecánicos, a palpador, resorte, rodillo, rodillo unidireccional o abatible.Mandos neumáticos, a presión de mando directo o indirecto.Mandos neumáticos, a descarga de mando directo o indirecto.Mandos neumáticos de áreas diferenciales.Mandos eléctricos con un solenoide, con dos solenoides operando en direccionesopuestas, con dos solenoides operando en direcciones opuestas de acción variable.Mandos electroneumáticos a solenoide y piloto neumático, o mandos electroneumá-ticos por solenoide ó piloto neumático.

RECUERDE que...

Las válvulas con mando neumático o electroneumático suelen tener vías interiores decomando, para alimentar sus mandos (autoalimentación)

Válvulas direccionales. Tipos constructivos de válvulas direccionales

Las válvulas direccionales son aquellas que en un circuito neumático distribuyen oguian el aire comprimido hacia los elementos de trabajo. Por esta razón, también selas conoce como válvulas distribuidoras. Constituyen los órganos de mando de un cir-cuito, es decir, aquellos que gobiernan (mandan) el movimiento de los órganos moto-res del mismo (cilindros, actuadores, etc.)También son utilizadas en sus tamaños más pequeños, como emisoras o captoras deseñales para el mando de las válvulas principales del sistema, y aún en funciones detratamiento de señales.

Conforme al tipo de construcción, las válvulas de vías se perfilan, principalmente, endos modelos:

• Válvulas de asiento.• Válvulas de corredera.

Válvulas de asiento

El principio de la válvula de asiento garantiza un funcionamiento sin interferencia, esdecir, el escape se cierra antes de que se habilite la entrada de aire. Por su sencillaconstrucción, son muy económicas y tienen pocas piezas sometidas al desgaste y lasuciedad interfiere muy poco en su funcionamiento.

5 . 3 . 1 . 1

5 . 3 . 1 . 2

5 . 3 . 2

5 . 3 . 2 . 1

MICRO72

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Válvulas de asiento esférico

Son generalmente utilizadas para funciones secunda-rias dentro de un sistema, construyéndose normalmen-te como válvula 2/2 ó 3/2.

Válvulas de asiento de disco (poppet)

Se construyen como válvulas 2/2, 3/2, 4/2, 5/2 y más.La estanqueidad puede lograrse mediante discos decierre elásticos y asientos de metal, o directamente dis-cos de cierre y asientos de metal.

Válvulas de corredera

Las más extendidas, y que tienen una preferencia dominante, son las de distribuciónaxial conocidas con el nombre de válvula de corredera, las cuales poseen, como prin-cipio de funcionamiento, un émbolo móvil deslizante que abre o cierra por desplaza-miento longitudinal, las vías de comunicación en función de las condiciones de con-mutación de la propia válvula, cambiando las conexiones.En este tipo de válvula se hace muy difícil la estanqueidad de la corredera, pues laforma geométrica obligada por su función es condicionante. Se fabrican válvulas decorredera con cierre metal sobre metal y con cierre por juntas.

Válvulas de distribuidor axial plano

Poseen un émbolo para la conmutación de la válvula, pero las bocas son controladaspor un distribuidor plano adicional. En la figura se esquematiza una válvula 4/2 deeste tipo, aunque también se las encuentra en versiones 2/2, 3/2, 5/2, 5/3, etc.

Válvula 2/2 NC

Válvula 3/2 NA


< <

Válvulas de distribuidor rotante

Se fabrican como válvulas de mando manual del tipo 3/2, 4/2, y también 4/3. La vin-culación entre las bocas de utilización y descarga se realiza a través de un discorotante con canalizaciones.

Válvulas de distribuidor axial o corredera (spoll)

La distribución del aire comprimido a las diferentes bocas se logra a través de undistribuidor cilíndrico que se desplaza en sentido axial. Existen cuatro técnicas bási-cas de construcción de estas válvulas, en lo referente al logro de la estanqueidaddel distribuidor:

1. Válvulas metal - metalEmpleada comúnmente en hidráulica, requiere un ajuste preciso entre el distri-buidor y el cuerpo de la válvula. Para la utilización en neumática, el juego máximopermitido entre éstos es del orden de 1,5 a 3 micrones, pues de lo contrario lasfugas serían inadmisibles.

2. Juntas tóricas (O´rings) en el cuerpo de la válvulaEs una de las disposiciones más comúnmente adoptada, con el fin de evitar elalto costo que implican las anteriores

3. Retenes labiales en el distribuidorEs otro tipo de ejecución no muy difundido, que utiliza como elementos de estanqueidad del distribuidor pequeños retenes labiales en el mismo.

4. Juntas tóricas (O´rings) en el distribuidorEs la ejecución de mayor difusión y consiste en lograr la estanqueidad, por mediode guarniciones tóricas incorporadas al distribuidor.

Número de vías – número de posiciones (N° de vías / N° de posiciones)

Como vías se consideran la conexión de entrada o alimentación de aire comprimido,conexión/es de utilización para el consumidor y orificios de purga (escape) y se llamaposición a aquella maniobra que toman las partes móviles internas de una válvula trasincluirla en un equipo y establecer la presión de una red.A continuación se presenta una descripción general de los tipos de válvulas direccio-nales, comúnmente utilizados en neumática, en un formato usual.

Válvulas 2/2

Pertenecen a este grupo todas las válvulas de cierre que poseen un orificio de entra-da y otro de salida (2 vías) y dos posiciones de mando. Únicamente se utilizan enaquellas partes de los circuitos neumáticos donde no es preciso efectuar por lamisma válvula la descarga del sistema alimentado, sólo actúan como válvulas de paso.

5 . 3 . 2 . 2

5 . 3 . 2 . 3

5 . 4

5 . 4 . 1

5 . 4 . 1 . 1

5 . 4 . 1 . 2

5 . 4 . 2

5 . 4 . 2 . 1

MICRO74

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Válvulas 2/2 NC

Son aquellas válvulas que en su posición normal de reposo (aquella determinada porsu reacción, resorte o neumática) no permiten la circulación de fluido. Conducen alser accionado su mando (muscular, neumático, mecánico, eléctrico, etc.)

Válvula 2/2 NC monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvulas 2/2 NA

En su posición normal de reposo permiten la circulación de aire, interrumpiéndolo alser accionado su mando.

Válvula 2/2 NA monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvula 3/2 NC monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvulas 3/2

Pertenecen a este grupo de válvulas aquellas que poseen un orificio de alimentación,uno de utilización y otro de escape (3 vías) y dos posiciones de mando. Sus funcio-nes dentro de un circuito neumático pueden ser muy variadas y van desde el mane-jo de señales hasta el comando de cilindros de simple efecto. A diferencia de lasanteriores, éstas posibilitan la descarga del sistema que alimentan.

Válvulas 3/2 NC

Son aquellas que en la posición normal de reposo no permiten la circulación desde elorificio de alimentación al de utilización, el cual queda conectado a escape. Esta con-dición es invertida al operar su mando, pasando el fluido a la utilización en tanto elescape es bloqueado.


< <

5 . 4 . 2 . 2

5 . 4 . 3

5 . 4 . 4

Válvula 3/2 NA monoestable, mando neumático, reacción resorte

Válvula 5/2 monoestable, mando manual, reacción a resorte

Válvulas 3/2 NA

En su posición normal de reposo permiten el pasaje de fluido de la alimentación a lautilización, el escape es bloqueado. Al operar el mando, se interrumpe el pasaje y elsistema alimentado es puesto a descarga.La diferenciación aludida entre válvulas 3/2 normal cerrada y normal abierta no impli-ca necesariamente que se trate de dos válvulas diferentes, aquellas válvulas 3/2 deltipo de distribuidor axial generalmente admiten ser conectadas de una u otra mane-ra indistintamente.

Válvulas 4/2

Poseen cuatro orificios de conexión (4 vías) correspon-diendo: uno a la alimentación, dos a las utilizaciones y elrestante al escape, éste es común a ambas utilizacio-nes. Poseen dos posiciones de mando, para cada unade las cuales sólo una utilización es alimentada, en tantola otra se encuentra conectada a escape. Esta condi-ción se invierte al conmutar la válvula. Dado que paracada posición existe un pasaje abierto y uno cerrado,carece de sentido hablar de una válvula 4/2 normalabierta o normal cerrada.

Válvulas 5/2

Éstas poseen cinco orificios de conexión y dos posiciones de mando. A diferencia delas 4/2, poseen dos escapes, correspondiendo uno a cada utilización.

Ejemplo

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Válvula 5/2 monoestable,mando neumático, reacción a resorte

Válvula 5/2 monoestable,mando neumático, reacción neumática

RECUERDE que...

En los ejemplos anteriores la función de conmutación de posiciones del distribuidorfue obtenida mediante una acción manual sobre el mando, al efecto de simplificar lainterpretación. Como pudo apreciarse, al cesar la acción, el distribuidor era reposicio-nado mediante un resorte antagónico (reacción por resorte)

La válvula (sin accionar su mando) posee una única posición estable, aquella gober-nada por su reacción. A las válvulas con estas características se las denomina mono-estables (única posición de mando estable)La acción manual sobre el mando puede ser reemplazada por una acción mecánicaleva sobre un rodillo, bocas de pilotaje, dando origen así a las válvulas de mando neu-mático. Recordemos que estas bocas no se contabilizan como vías en la clasificación.En lo que sigue explicaremos los mandos neumáticos sobre válvulas del tipo 5/2, noobstante los conceptos serán aplicables a las del tipo 2/2, 3/2 y 4/2.En la figura puede verse como una señal neumática introducida a través de la bocade pilotaje 14 produce el desplazamiento del elemento de conmutación.Desaparecida la señal el elemento es reposicionado por un resorte.

Ejemplo

Es posible sustituir la acción del resorte por una acción neumática permanente (reac-ción neumática) Esto se logra alimentando el mando correspondiente a la reacciónen forma permanente, pudiéndose hacer a través de una boca externa o simplemen-te utilizando una conducción interna de autoalimentación, que proveen los fabrican-tes y que comunica al citado mando con la boca de alimentación de la válvula. De estemodo, al alimentar con presión a la válvula queda automáticamente establecida lareacción neumática. Como resulta obvio, para desplazar el elemento conmutador conpresiones iguales es necesario disponer en el mando opuesto de un área mayor,dando origen así a las válvulas con mandos por áreas diferenciales.

Ejemplo


< <

5 . 4 . 5

Válvula 5/2 biestable, doble mando neumático.

Válvula 5/2 biestable, con áreas equilibradas

Es posible también comandar ambas posiciones del distribuidor, mediante pulsos deseñal ingresados alternativamente por las bocas 12 y 14. Desaparece así la reacción,obteniéndose ahora una válvula con las dos posiciones estables, es decir, la válvulaconmuta y conserva la posición aún desaparecida la señal que originó el cambio. Laposición opuesta se logrará mediante una señal en el pilotaje contrario. Este tipo decomportamiento recibe el nombre de biestable. También son conocidas como memo-rias o de comando por impulsos.

Ejemplo

Un comportamiento análogo, pero con efecto predominante de una de las posiciones,se obtiene aplicando el concepto anterior a válvulas con mando por áreas diferenciales.En presencia de una señal simultánea en las bocas 12 y 14, el efecto de la señal 14predomina en razón de su mayor área.

Ejemplo

Válvulas 5/3

Las válvulas de dos posiciones de mando sólo permiten condiciones de paradasextremas de los actuadores gobernados, no permitiendo la obtención de paradasintermedias. Para esto último es necesario contar con una tercera posición de mandointermedia, surgiendo así válvulas 3/3, 4/3 y 5/3. En lo que sigue aplicaremos el con-cepto de tres posiciones a válvulas de 5 vías, siendo válido también para las válvulasde 3 y 4 vías.Las funciones extremas de las válvulas de tres posiciones son idénticas a las de dosposiciones, pero a diferencia de éstas incorporan una posición central adicional. Lavinculación entre bocas para esta posición central es en términos generales muyvariada en las válvulas hidráulicas, no así en neumática en donde básicamente se uti-lizan tres tipos de centro: el llamado centro abierto (CA) y el centro cerrado (CC),cuyos esquemas de conexión se muestran a continuación.

5 . 5

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Centro cerrado

Centro cerrado

Centro abierto Centro a presión

Existe un tercer centro llamado centro a presión, en el cual cuando la válvula está encondición de reposo, las dos utilizaciones de la misma se encuentran con presión, ypor lo tanto, ambas cámaras del cilindro recibirán la misma presión.

Las válvulas 5/3 admiten también señales neumáticas. En general, éstas se presen-tan en versiones llamadas de centro estable, en donde un conjunto de resortes cen-tradores posiciona el distribuidor al centro en ausencia de señales de mando. Laúnica posición estable de la válvula es la central.

Electroválvulas

Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final decarrera eléctrica o sensor de cualquier tipo (inductivo, capacitivo, óptico, etc.), presóstatoso mandos electrónicos, excitando a un solenoide que por acción magnética provoca el des-plazamiento de un núcleo móvil interno que habilita o no el pasaje de fluido.En válvulas de pequeño porte, este núcleo móvil constituye en si mismo el distribui-dor principal de la válvula, denominándose a esto como mando directo. En válvulas demayores tamaños, el mando directo obligaría al uso de núcleos magnéticos de gran-des dimensiones y en consecuencia de solenoides de elevada potencia y tamaño.

En estos casos resultan convenientes los mandos electroneumáticos, en los que unapequeña electroválvula 3/2 de mando directo comanda la señal neumática que des-plaza al distribuidor principal. En su conjunto el mando resulta indirecto. Resultan asídistribuidores más livianos, solenoides más pequeños y de menor potencia, y más altavelocidad de respuesta.


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5 . 5 . 1

5 . 5 . 1 . 1

5 . 5 . 1 . 2

Electroválvula 2/2 NA, monoestable

El avance de la automación en las industrias establece un techo rápido en las aplica-ciones de neumática, por ello lo más común en las instalaciones es la incorporaciónde las electroválvulas en todas sus formas. En general, se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extrema-damente largas y cortos tiempos de conexión.

Modelos de electroválvulas

Electroválvulas 2/2

Electroválvula 2/2 NC

Electroválvula 3/2 NA, monoestable

Electroválvula 3/2 NC, monoestable


5 . 5 . 1 . 3

5 . 6

5 . 6 . 1

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Electroválvulas 5/2 monoestable, mando electroneumático reacción a resorte


Electroválvulas 5/2 monoestable, mando electroneumático reacción

Clase de material aislante Temperatura limite (°C)

Y 90

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

C > 180

RECUERDE que... Una de las misiones de las electroválvulas es la de intervenir como auxiliares en loscircuitos neumáticos, cuando resulta difícil emplear señales neumáticas para elmando de los distribuidores.

Características de solenoides para electroválvulas

Además de las características de tensión y frecuencia y las resultantes corrientenominal (In) y potencia de los solenoides, existen una serie de datos adicionales rela-cionados con su construcción que es necesario observar en la etapa de selección deelectroválvulas, a efectos de garantizar una óptima prestación durante el servicio.

Clases de aislamiento

Ésta define, mediante letras, la calidad del aislante utilizado en el arrollamiento(bobina) y está íntimamente vinculada con la temperatura máxima que puede resis-tir. Las normas establecen los siguientes límites de temperatura, según las distin-tas clases de aislamiento:


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Por lo extenso y complicado que resultaría, no hablaremos en este manual de las nor-mas de protección especial, como por ejemplo los grados de protección y caracterís-ticas constructivas de los solenoides para ambientes explosivos.

5 . 6 . 2

Primera cifra Grado de protección

0 Aparato no protegido

1 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. mayor de 50mm

2 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. mayor de 12mm

3 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. o esp. mayor de 2,5mm

4 Aparato protegido contra cuerpos sólidos de diám. o espesor mayor de 1mm

5 Aparato protegido contra polvo

6 Aparato protegido totalmente contra la entrada de polvo

Primera cifra Grado de protección

0 Aparato no protegido

1 Aparato protegido contra goteo de agua

2 Aparato protegido contra goteos de liquido cayendo en un ángulo de 15° conrespecto a la vertical

3 Aparato protegido contra lluvia

4 Aparato protegido contra salpicadura

5 Aparato protegido contra chorros de agua

6 Aparato protegido contra la acción del mar

7 Aparato protegido contra inmersión en agua

8 Aparato sumergible

Grados de protección

Esta característica queda definida por un código alfanumérico establecido por las nor-mas IRAM 2225, DIN 40050 e IEC 144 y cubre dos aspectos bien determinados dela construcción:

1. Protección contra contacto casual, con partes baja tensión o en movimiento ypenetración de cuerpos sólidos.

2. Protección contra penetración de agua.

El código se establece mediante las letras IP seguidas de dos dígitos. El primero (de0 a 6) define la protección contra contacto casual y penetración de cuerpos sólidos,y el segundo (de 0 a 8) define la protección contra penetración de agua. Las tablassiguientes muestran el significado de las cifras mencionadas.

Tiempo de conexión relativo

Esta característica define porcentualmente el tiempo del elemento conectado (exci-tado) con relación a un ciclo completo de conexión y desconexión, de manera que sutemperatura de régimen no exceda los límites establecidos. Este factor se determinamediante ensayos sobre una base de tiempo de 5, 10, 20 ó 30 minutos, dependien-do del tiempo que demande al elemento alcanzar su régimen térmico.Un ED 20% indica por ejemplo que cada 20 minutos el elemento puede quedar perma-nentemente excitado sólo 4 minutos. Un ED 100% implica que puede permanecerconectado sin riesgo alguno de sobretemperatura en un ambiente a no más de 40°C.

Indicación de estado en electroválvulas

Con la finalidad de facilitar la puesta a punto, detección de fallas y el mantenimientode sistemas con electroválvulas, se han desarrollado diversas formas que permitenvisualizar el estado de excitación de los solenoides.Una de estas formas consiste en un accesorio (indicador para solenoide) que seintercala entre la ficha de conexión y el solenoide. Este elemento posee un LED(Diodo emisor de luz) que se encenderá toda vez que el solenoide se encuentre ener-gizado. De este modo, puede determinarse rápidamente el origen de una falla, ya seasi ésta proviene de la cadena de señales o si el solenoide se encuentra dañado, ytambién permite el seguimiento visual de la secuencia. A menudo, se incluye un sis-tema de protección propio y de los elementos de conmutación del circuito eléctricocontra sobretensiones en el momento de la conexión. Su duración es ilimitada porcarecer de filamento y el consumo eléctrico despreciable.

Selección de las vías internas de comando

En la construcción de válvulas, se presentan en el ámbito internacional dos tenden-cias más o menos definidas:

• Una de ellas orienta la construcción hacia válvulas de concepción específica,para brindar determinadas prestaciones. Cada prestación, en general, implica unmodelo diferente de válvula.

• Un segundo criterio, cada vez más aceptado, es el de la concepción modular porfamilias, en las que sobre un cuerpo base se pueden ensamblar todas las posibi-lidades de mando correspondientes a la familia. Para posibilitar esto, el cuerpobase deberá contener las conducciones internas que permitan lograr todas lasversiones de mando y reacción previstas. Según el modelo a ensamblar podrá sernecesario habilitar determinadas conducciones, en tanto otras deberán resultaranuladas. Con este fin los fabricantes que siguen este criterio han implementadoformas flexibles de seleccionar dichas combinaciones, las que reciben el nombrede selección de pilotaje. Esta selección puede consistir en el cambio de posiciónde una guarnición de geometría específica, o simplemente la rotación de uno delos componentes modulares de la válvula.

5 . 6 . 3

5 . 6 . 4

5 . 7

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Montaje de válvulas

Montaje de una válvula: Se denomina montaje de una válvula al modo de conexio-nado en sus variadas formas, que tendrán un determinado tipo de válvula para su ali-mentación de aire y sus escapes (exhaustos)Las válvulas direccionales, en su concepción básica, poseen las bocas de conexióndirectamente sobre su cuerpo. Esta forma es adecuada para montajes unitarios o enautomatismos simples con una cantidad reducida de ellas. Esta forma de conexiona-do resultaría antieconómica cuando el número de válvulas aumenta, debido al eleva-do número de accesorios de conexionado que demandan individualmente. El mante-nimiento y recambio de las mismas resulta dificultoso, en razón de tener necesaria-mente que desmantelar todo el conexionado, lo que implica una ardua labor y grancantidad de Hs - hombre.Una mejora sustancial en este último sentido la constituyen las válvulas montadassobre bases unitarias. En las mismas, todas las conexiones se encuentran sobre unabase inferior carente de partes móviles, y por lo tanto, de mantenimiento. La válvulaen si se fija a la base mediante tornillos, existiendo una guarnición de interfaz queimpide fugas entre la válvula y su base. El mantenimiento de la válvula o su recambiono implica tareas de desconexión y conexión de conducciones, con un significativoahorro de mano de obra y tiempo.Tratando de conservar esta última ventaja y a la vez simplificar el conexionado en casode que el número de válvulas sea elevado, se han desarrollado las denominadasbases Manifold o bases para montaje múltiple. Éstas, al igual que las bases unitarias,poseen las conexiones, en tanto la válvula continúa siendo independiente. A diferen-cia de aquellas, éstas al ser agrupadas (una al lado de la otra) forman un canal de ali-mentación común y otro u otros para los escapes. De este modo, con una única ali-mentación del conjunto se tendrán simultáneamente alimentadas todas las válvulasdel montaje y también resultarán únicas las canalizaciones de escape.

5 . 8

Estos Manifold o montajes múltiples sonmodulares y componibles a necesidad, deacuerdo al número de válvulas a instalar.Las conexiones de utilización son general-mente posteriores, lo que posibilita el mon-taje frontal en tableros con sus salidas porla parte posterior del mismo. Existen dife-rentes formas de rigidizar el conjunto debases: mediante tensores acordes con elnúmero de válvulas a instalar, tornillos quevinculan una base a la siguiente, y hastamétodos de acople sin accesorios.Comúnmente se colocan guarnicionesentre bases para impedir fugas.

RECUERDE que...

Las NORMAS ISO 5599/1 y VDMA 24345 normalizan las bases de montaje y lainterfaz base -válvula a efectos de garantizar, además, el intercambio de válvulas entredistintos fabricantes.Para válvulas con conexiones en el cuerpo son también disponibles, en la actualidad,bloque Manifold rígidos (no componibles según el número de válvulas) o los de con-cepción modular componibles, con alimentación y escapes en común. La tendenciamundial parece orientarse hacia esta última solución, en razón del bajo costo compa-rativo de las válvulas con conexiones en el cuerpo, en relación con sus similares paramontajes sobre base.

Características funcionales de válvulas

Además del número de vías y posiciones de una válvula y sus distintas posibilidadesde mando, tema del cual ya nos hemos ocupado, existen una serie de característicasfuncionales que es necesario interpretar y evaluar frente a una elección. Estas carac-terísticas son generalmente suministradas por los fabricantes en sus catálogos.Seguidamente, definiremos el concepto de cada uno de ellas.

Características de caudal

Esta característica está directamente vinculada a la capacidad de circulación de flui-do, a través de la válvula y determina su tamaño (en cuanto a circulación se refiere)

El tamaño de una válvula no queda determinado por el diámetro de sus bocas ymenos aún por sus dimensiones físicas, sino por su característica de caudal, aun-que resulta obvio que existe cierta relación entre ellos. La característica de caudalde una válvula queda evidenciada por los llamados factores de caudal Kv o Cv, o sucaudal nominal Qn.

Factor Kv

Este parámetro se determina mediante ensayos realizados con agua e indica el cau-dal en l/min de dicho fluido que pasa por la válvula cuando la caída de presión en lamisma sea de 1 bar.

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5 . 9 . 1

5 . 9 . 1 . 1

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5 . 9 . 1 . 2

5 . 9 . 1 . 3

Factor Cv

Es el equivalente británico del factor Kv y significa el caudal de agua, en galones porminuto (gpm), que pasa por la válvula cuando la caída de presión en ella sea de 1 psi(1 lb/pulg2)

Caudal nominal Qn

El caudal nominal representa el caudal de aire normal en l/min, que pasa por la vál-vula con una presión de alimentación de 6 bar y una pérdida de carga de 1 bar, estoes con presión de salida de 5 bar. Este factor es el que ha adquirido últimamente lamayor aceptabilidad entre los fabricantes de componentes neumáticos, como carac-terística de circulación de las válvulas. Suele expresárselo también en otras unidadesequivalentes, tales como m3/h, l/seg, etc.

Existen factores que permiten convertir las características de caudal de un sistema aotro. La tabla siguiente relaciona valores de Qn con los respectivos de Kv y Cv.

Existe otra característica que da idea de la circulación en las válvulas y es el diáme-tro nominal, el cual indica la sección mínima del pasaje principal de la válvula. Estadimensión tomada en forma aislada puede resultar engañosa, puesto que no signifi-ca que la válvula tenga un pasaje equivalente a tal diámetro, y por lo tanto, una pér-dida de carga de acuerdo a eso, sino que su caída de presión dependerá de cuanintrincados sean sus pasajes internos.

Presión de trabajo

Presión de trabajo: Por presión de trabajo se entiende el rango de presiones, den-tro del cual la válvula puede funcionar satisfactoriamente.

Presión de pilotaje

Presión de pilotaje: La presión de pilotaje es el rango de presiones de las señalesde comando, dentro del cual la válvula puede conmutar sus posiciones. Se llama pre-sión mínima de pilotaje ó umbral de pilotaje al mínimo valor de presión necesario paragarantizar la conmutación.

EjemploSe puede tener una válvula cuya presión de trabajo sea de 0 a 10 bar y su umbralde pilotaje de 2,5 bar. Si se desea trabajar esta válvula a 2 bar es posible hacerlopor sus vías principales, pero alimentando independientemente al sistema de seña-les con una presión superior a 2,5 bar.

5 . 9 . 2

5 . 9 . 3

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Qn (Nl/min) Kv (l/min) Cv (GPM) Qn (Nl/min) Kv (l/min) Cv (GPM)

10 0.150 0.010 550 8.335 0.558

50 0.750 0.051 600 9.085 0.609

80 1.200 0.081 650 9.852 0.660

100 1.517 0.102 700 10.602 0.711

120 1.817 0.122 750 11.369 0.762

150 2.267 0.152 800 12.119 0.813

180 2.717 0.183 900 13.636 0.914

200 3.033 0.203 1000 15.153 1.016

250 3.784 0.254 1200 18.187 1.219

300 4.550 0.305 1500 22.738 1.524

330 5.001 0.335 1750 26.505 1.778

400 6.067 0.407 2000 30.306 2.032

450 6.918 0.457 2500 37.874 2.540

500 7.584 0.508 3000 45.459 3.048

Dimensionado de válvulas

En este punto trataremos de dar respuesta a la siguiente pregunta:

¿Qué tamaño de válvula corresponde utilizar para un determinado accionamiento?

Ya hemos dicho que el tamaño de una válvula no queda precisamente determinadopor el diámetro de sus conexiones y menos aún por sus dimensiones físicas. El tama-ño desde el punto de vista de su utilización, quedaba determinado por los factores Kv,Cv ó Qn. La pregunta entonces será:

¿Qué Qn (Kv ó Cv) deberá tener la válvula para un determinado accionamiento?

El primer paso para lograr la respuesta será determinar el caudal normal requeridopor el accionamiento, el que dependerá fundamentalmente de tres factores: tamañoy velocidad del accionamiento, y presión de operación.


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Frecuencia de conmutación

Este es un dato que refleja la rapidez de la válvula para conmutar sus posiciones. Seexpresa generalmente en ciclos/seg. (Hz) y significa la cantidad de veces que en launidad de tiempo la válvula puede cambiar su posición y retornar a la de origen (ciclo),habiendo alcanzado la presión nominal en sus bocas de utilización.Algunos fabricantes dan un dato comparable con la frecuencia y es el llamado tiem-po de respuesta o tiempo de conmutación, siendo la conversión:

tc = 1000/2fDonde tc: tiempo de conmutaciónf = frecuencia (HZ)

No debe interpretarse que una válvula con una frecuencia de 20 Hz pueda producir20 avances y retornos por segundo en un cilindro, dado que hay inercias a vencer eneste último y el llenado y la evacuación de las cámaras y tuberías tienen su propiavelocidad. Este dato cobra importancia cuando existen exigencias de velocidad en latransmisión de señales y su respuesta.En el caso de las electroválvulas también deberán evaluarse las ya mencionadascaracterísticas de los solenoides: clases de aislación, protección, tiempo de conexiónrelativo (ED), etc.

Donde:

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Expresando la última fórmula en términos del diámetro del pistón y con las unidadesindicadas, tendremos:

Donde:

El Kv, Cv, o Qn que deberá tener la válvula quedará determinado por las siguientesfórmulas


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Conclusión

Para el accionamiento en las condiciones especificadas se requiere una válvula cuyoQn sea como mínimo de 454 Nl/min.

Recomendaciones para el montaje de válvulas direccionales

• Determine qué tipo de roscas posee la válvula. Utilice las conexiones adecuadas.• Si utiliza cinta de teflón u otro sellador para las uniones roscadas, asegúrese

que no queden rastros que puedan penetrar en el interior de la válvula y alterarsu funcionamiento.

• Al realizar el conexionado, asegúrese que no haya cuerpos extraños en el interiorde las tuberías soplándolas previamente con el mismo aire comprimido.

• No instale las válvulas en ambientes con temperaturas distintas al rango especificado por el fabricante.

• En todos los casos asegúrese que el aire que suministre a las válvulas haya sidopreviamente filtrado y lubricado. Una válvula operada con aire sin filtrar ni lubricares propensa a desgastarse más rápidamente e incluso a trabarse.

• Para mayor seguridad en el conexionado, verifique con el símbolo ISO impresoen cada válvula cuál es la boca de presión, cuál son las utilizaciones y cuáles sonlos escapes.

• Las válvulas que tienen las bocas de escape roscadas permiten conducir las descargas, para impedir contaminaciones del ambiente con el aceite presente en el aire comprimido.

• Prevea como norma la utilización de silenciadores en los escapes de las válvulaspor razones de comodidad y seguridad laboral.

• Es recomendable instalar las válvulas lo más cerca posible de los actuadorescomandados.

5 . 1 1

La caída de presión admitida en la válvula ∆P, es un valor que deberá adoptar quienrealiza el cálculo y en líneas generales no deberá exceder el 50% de la presión dealimentación, ya que las fórmulas anteriores pierden validez para valores superiores.Lo corriente y usual es adoptar un valor de ∆P del orden del 5 al 10% del de la pre-sión de alimentación de la válvula.

Ejemplo

Dimensionado de válvulasDeterminar el Qn que deberá tener la válvula para accionar un cilindro de dobleefecto de 63mm de diámetro y 600 mm de carrera, que debe efectuar su recorri-do en un tiempo de 2 seg. La presión disponible en la válvula es de 7 bar.

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6 . 1 . 1

Válvulas auxiliares

Introducción

Las válvulas auxiliares definen el modo de actuar de los accionamientos neumáticos,modificando las condiciones de caudal, posiciones o secuencias, en un circuito. Entre las válvulas podemos nombrar: las reguladoras de caudal, uni o bidireccional, lasválvulas de no retorno o de retención, las válvulas “o” o selectoras de circuito, la vál-vula de escape rápido, la válvula “Y” o de simultaneidad y la válvula de secuencia,entre otras.

Componentes neumáticos auxiliares de circuito

Válvulas reguladoras de caudal o flujo

Las válvulas reguladoras de caudal se utilizan para elcontrol de velocidad de cilindros neumáticos, actuado-res, así como también para la obtención de efectos deretardo de señales neumáticas (temporización neumáti-ca), permitiendo de esta forma la regulación del tiempode presurización de un volumen.

Existen básicamente dos grupos de reguladores de caudal:

• Regulador de caudal bidireccional• Regulador de caudal unidireccional

Regulador de caudal unidireccional

Regulan el caudal en una sola dirección del flujo, per-mitiendo el libre pasaje del aire en sentido contrario.Un regulador de este tipo se muestra en la figurasiguiente.Su principal aplicación es la regulación de velocidadde cilindros y actuadores neumáticos, para lo cual soninstalados sobre las vías que alimentan al cilindro (víasde utilización de la válvula)A los efectos de obtener regulaciones más precisas seaconseja instalarlos lo más cerca posible del elemen-to a regular. Actualmente, para favorecer esta últimacondición, se han desarrollado reguladores unidirec-cionales combinados con el mismo conector, paramontar directamente sobre el cilindro. Comercialmente son conocidos con el nombre dereguladores banjo. Los mismos minimizan accesorios de conexionado ymano de obra de montaje.También son utilizados en combinación con acumula-dores, para obtener efectos de temporización banjoneumáticas.

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91VÁLVULAS AUXILIARES 6

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6 . 1 . 2

6 . 2

6 . 3

Regulador de caudal bidireccional

El regulador de caudal bidireccional es comúnmente llamado válvula de aguja. Su fun-ción es la de restringir el paso del aire en ambas direcciones del flujo.

Válvulas de no retorno o de retención

Estas válvulas permiten circulación libre en un sentido, bloqueándola completamenteen el sentido contrario. Existen diferentes tipos constructivos, como ser: con cierre abola, a cono, disco, membrana, anillo, etc.

Existen válvulas de no retorno con cierres de dos tipos:

• Cierre por presión de trabajo.• Cierre con fuerza incorporada: en las cuales la circulación será posible cuando la

presión venza la resistencia del resorte antagónico de cierre.

Cuando es necesario mantener la presión dentro de un cilindro ó depósito o manejara voluntad un volumen acumulado, puede utilizarse una válvula de retención coman-dada, en donde la condición de bloqueo es relevada a voluntad por medio de unaseñal neumática.

Válvula “O” o Selectora de Circuitos

Esta válvula tiene dos entradas y una salida. Cuando el aire comprimido llega por cual-quiera de las dos entradas, automáticamente se obtura la otra y el aire circula haciala salida, ocurriendo lo mismo si el aire penetra por la otra entrada, desempeñando enun circuito la función lógica “O”.

RECUERDE que...Si se desea mandar un cilindro o una válvula de mando desde dos o más puntos, seránecesario montar una Válvula “O” o Selectora de Circuitos.

Válvula de retención con cierre a cono

Válvula de retención comandada

6 . 4

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La figura muestra la utilización de una válvula de escape rápido en un circuito de comando de un cilindro de doble efecto con avance regulado (lento) y retroceso rápido.

Válvula de escape rápido

Esta válvula permite elevar la velocidad de los émbolos de cilindros. Con ella se aho-rran largos tiempos de retorno, especialmente si se trata de cilindros de simple efec-to. Logra obtener la máxima velocidad en los cilindros neumáticos. La misma tienetres vías de conexión correspondiendo: una a la alimentación (desde la válvula), otraa la utilización (al cilindro) y la restante al escape; de modo tal que al alimentar al cilin-dro, una membrana o disco obtura en forma automática el escape. De esta forma, per-mite el pasaje del aire al interior del cilindro. Cuando la válvula es puesta a descarga,la propia presión en el cilindro desplaza la membrana o disco, permitiendo que el airesalga rápidamente por el escape sin recorrer la conducción que comunica a la válvu-la de escape rápido con la válvula de mando, es decir, con muy poca pérdida de carga,lo que implica gran velocidad de descarga y también gran velocidad en el cilindro. Esrecomendable montar este tipo de válvula lo más cerca posible del cilindro.

Se han desarrollado modelos de válvulas de escape rápido, cuya vía de escape enlugar de poseer un orificio roscado hembra, incorporan un elemento silenciador. De este modo, se disminuye notoriamente el ruido que produce la súbita expansióndel aire en la atmósfera característico de estas válvulas.

Válvula “Y” o de Simultaneidad

Esta válvula posee tres vías de conexión, dos de las cuales son entradas y la restan-te es la de utilización. De dicha forma sólo saldrá aire por esta última cuando existapresión simultáneamente sobre las dos entradas. Cuando una de ellas no existe, auto-máticamente se bloquea la entrada de la otra, anulándose la salida de aire por la uti-lización. Cuando las señales están desfasadas en el tiempo, la última recibida es laque pasa a la utilización.Desempeña la función lógica “Y”. Esta función también se logra empleando una vál-vula 3/2 con mando neumático y reacción a resorte.


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En la figura siguiente, en cambio, se trata del accionamiento de un cilindro de suje-ción y uno de trabajo. Este último no debe actuar sin que previamente lo haya hechoel primero desarrollando toda su fuerza. Esto se logra a través de la válvula desecuencia, que sólo permitirá dar una señal de mando a la válvula del cilindro de tra-bajo cuando la cámara del cilindro de sujeción se encuentre a la máxima presión, loque garantiza que este haya actuado.

6 . 6 Válvula de secuencia

Es una válvula de 3 vías normalmente cerrada, que permite la circulación de fluidocuando en la línea de alimentación de la misma se haya alcanzado una presión prede-terminada y regulable a voluntad. En los equipos neumáticos, las válvulas de secuen-cia se prevén en donde deba garantizarse una presión mínima determinada para el fun-cionamiento y por lo tanto debe evitarse la realización de la maniobra con una presióninferior. Además, se emplean también donde deben conectarse consumos preferencia-les, alimentándose los restantes solamente cuando haya suficiente presión.A continuación se ejemplificaran la utilización de dos válvulas de secuencia.La figura muestra un circuito de accionamiento de un cilindro de doble efecto, el cualno deberá retroceder hasta tanto en la cámara no se alcance la presión máximadeterminada por la válvula de secuencia.

Recomendaciones para el montaje de válvulas auxiliares

• Al realizar el montaje, obsérvese cuidadosamente el símbolo que indica la funciónde la válvula, el sentido del flujo y la denominación de los orificios de conexionado.

• Verifique qué tipo de rosca tiene la válvula y utilice siempre los conectores adecuados.

• Al montar las cañerías, asegúrese que estén limpias en su interior, soplándolas si fuera posible antes de su vinculación definitiva.

• Si se utiliza cinta de teflón para sellar las uniones roscadas, asegúrese que noqueden restos dentro del tubo que puedan penetrar en el interior del elemento y alterar su buen funcionamiento.

• Tenga siempre en cuenta, que una válvula reguladora de caudal está diseñadapara restringir el flujo, pero no para bloquearlo totalmente. Por lo tanto, si estoúltimo fuera necesario como condición de aplicación, aconsejamos la instalaciónde una válvula especifica para tal fin.

Vacío

¿Qué entendemos por vacío?

Desde el punto de vista práctico, se llama vacío al campo de las presiones inferiores ala atmosférica. Es decir, a los espacios cuya densidad de aire y partículas es muy baja. El vacío se mide a partir del cero relativo (presión atmosférica) como una presiónnegativa. Como resulta obvio en esta escala el vacío máximo (vacío absoluto) consi-derando la presión atmosférica normal, no podrá ser mayor que –1.013 bar.

Intentaremos dar unos ejemplos simplificados de la presión más baja que la presiónatmosférica:

Un aspirador de limpieza no crea succión por sí mismo, sino que crea una presión másbaja que la atmosférica que le rodea. En consecuencia, el aire y el polvo son forzadospor la presión atmosférica que rodea al aspirador al entrar en su interior.

De la misma manera podemos describir el método de trabajo de una ventosa. Ésta nose adhiere por sí misma a una superficie, sino que es fijada por la mayor presión quela rodea.

Desde el punto de vista de las presiones absolutas, los valores resultarán siemprepositivos como si se tratase de cualquier otra presión y con valores comprendidosentre cero y la atmosférica.La deferencia de presiones entre el vacío y esta última, convenientemente aplicadasobre superficies, arrojará como resultante una fuerza, que sumada a la posibilidad dedesplazamiento, permite obtener trabajo utilizable en la automatización.

La técnica del vacío constituye una arma valiosísima en el campo de la automatiza-ción industrial, aplicable fundamentalmente a operaciones de transporte, manipuleo,embalaje y montaje de piezas mediante el uso de ventosas. El primer requerimientoque la aplicación de esta técnica plantea, es el de obtener de un modo sencillo y eco-nómico el “vacío”. Este puede lograrse mediante las clásicas bombas de vacío, en susdiferentes tipos, o por medio de generadores estáticos utilizando aire comprimidocomo fluido motor.

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Aplicaciones de vacío

Cuando un proceso de manipulación se automatiza, suele suceder que determinadaspiezas o productos deben ser seleccionados, elevados, sujetados, girados, posiciona-dos o fijados en su sitio exacto.Frecuentemente, como hemos visto en otros capítulos, estos movimientos se realizanmediante aire comprimido y las diferentes piezas a manipular se "cogen” con pinzasneumáticas, y con mucha frecuencia mediante la utilización del vacío y sus técnicas.Hasta a hora se utilizaban únicamente bombas de vacío accionadas por motor eléc-trico. Estas bombas tienen ciertos problemas de implantación en máquinas automáti-cas, en cuanto que:

• Complican el sistema al integrar un generador con piezas móviles, sometidas adesgaste y averías.

• Pueden generar ruido molesto.• Ocupan un volumen considerable.• Desprenden calor.

Sistemas usuales de bombas de vacío

Como se ha mencionado anteriormente, el vacío es generalmente creado por diferen-tes tipos de bombas entre las que se encuentran:

• Bombas de pistón• Bombas de tornillo• Bombas de paletas• Ventiladores• Turbinas• Eyectores• Multieyectores

Por su aplicación directa en automatismo neumáticos, en este manual sólo se descri-birán los dos últimos tipos.

Eyectores y bombas de vacío a Multieyector

En sistemas de automatismo neumático en los cuales hay una alimentación de airecomprimido, suele utilizarse los eyectores y bombas de vacío a multieyector, puestoque no precisan un sistema aparte de alimentación de energía, sino que producen elvacío a expensas del propio aire comprimido.Los eyectores son elementos estáticos de producción de vacío, en los cuales sólo elaire comprimido se mueve. Se basan en el Principio de Venturi.El control de producción o no-producción de vacío se efectúa por medio de un sim-ple distribuidor de mando neumático o eléctrico, con lo cual es perfectamente inte-grable a los sistemas neumáticos de automatismo que se vienen tratando a lo largode estos capítulos.

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Generadores de vacío

Operan basados en el Principio deVenturi y carecen, por lo tanto, de partesmóviles. El aire comprimido pasa por unatobera o difusor a gran velocidad, gene-rando de esta forma vacío en su secciónmas estrecha. Su funcionamiento puedeser gobernado simplemente interrumpiendo o habilitando la circulación de aire com-primido, a través del generador mediante una válvula 2/2; de este modo se podrágenerar vacío en el momento necesario de su aplicación, significando esto un ahorroconsiderable de energía frente al uso de las bombas.

Las versiones más elementales de estos generadores contienen esencialmente sólo eldispositivo Venturi para generar el vacío, debiéndose anexarles como periféricos la válvula2/2 de alimentación, un silenciador en el escape y otros accesorios, tales como vacuosta-tos para el encadenamiento de señales en caso de automatismos más complejos.

Las versiones más completas de estos equipos incluyen en una construcción com-pacta, además del sistema Venturi, una electroválvula 2/2 NC que gobierna la alimen-tación de aire comprimido y por lo tanto, la generación del vacío, un vacuostato queposibilita la obtención de una señal eléctrica cuando el vacío es alcanzado, un filtroen la línea de aspiración, silenciador de escape y a menudo también una electrovál-vula 2/2 de soplado para facilitar el desprendimiento de piezas livianas cuando se uti-licen ventosas de sujeción.

RECUERDE que...El Tubo de Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar porél un fluido. En esencia, éste es una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramoscónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha, así, al colocar unmanómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de pre-sión y calcular el caudal instantáneo, o bien, uniéndola a un depósito carburante, sepuede introducir este combustible en la corriente principal.


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Ventosas

¿Qué son las ventosas?

Las ventosas son elementos directamente vinculados con el vacío y constituyen loque podríamos llamar las manos de esta técnica.

Se utilizan en:

• La automatización industrial como elementos de sujeción y transporte de piezas,en dispositivos de carga automática.

• En máquinas herramientas.• En máquinas envasadoras.• En transporte de chapas, vidrios o partes de carro-

cería en la industria automotriz, etc.

En general se emplean en muchas otras aplicaciones endonde el manipuleo resultaría muy dificultoso por otro sis-tema, debido a la geometría. La única condición quedeben satisfacer las piezas al ser tomadas, es que debenser ligeramente rígidas, de superficie lisa y no porosa.Las ventosas son generalmente fabricadas con elastó-meros sintéticos, inalterables frente a los agentesindustriales corrientes y en diferentes tamaños, satisfa-ciendo las necesidades de peso y dimensión de las dis-tintas piezas a manipularPara las piezas muy voluminosas, de forma irregular odemasiado pesadas, se puede recurrir al empleo devarias ventosas alimentadas desde un único generador,con la condición de que el conjunto opere en formasimultánea. De otra manera, si varias o una de las ven-tosas no operan con el conjunto, el vacío se perderá através de ellas, impidiendo la operación de las restantes.Con el objeto de amortiguar el contacto de la ventosacon las piezas a sujetar, mantener una presión constan-te contra las mismas, así como también compensarpequeñas diferencias en la altura de las piezas, se han desarrollado accesorios por-taventosas que permiten una puesta a punto óptima del sistema posibilitando unaregulación fina de la posición.

6 . 7. 2

La performance de estos equipos se evalúa mediante sus curvas características,como las que a título de ejemplo se muestran en la figura siguiente.

En los casos de sujeción con ventosas múltiples, estos accesorios garantizan un con-tacto uniforme de todas las piezas, compensando irregularidades o diferencias mecá-nicas del sistema. Se logra así una mayor seguridad operativa y una prolongada vidaútil de las ventosas.

Elementos de conexionado

El conexionado de los diversos constituyentes de un circuito neumático sea este sim-ple o complejo, reviste una particular importancia por cuanto incide directamentesobre el costo global de la instalación.Cuando decimos costo global, no estamos haciendo referencia exclusivamente alcosto de los componentes, sino que está considerando, inclusive, el de mano de obrapara el armado del equipo, el mantenimiento, la durabilidad y la seguridad operativa.

La elección más rentable no será entonces la más económica en el momento de lacompra, sino aquella que también contemple el resto de los costos involucradosdurante toda la vida útil de la instalación.

Racores o Conectores

Racores o Conectores: son los elementos que permiten vincular los tubos de con-ducción a los componentes neumáticos.

Un gran avance en el campo del conexionado lo constituyen los denominados conec-tores instantáneos, en los cuales la estanqueidad y el cierre se obtienen simplemen-te introduciendo y empujando con la mano el tubo dentro del conector.

Son aptos para presiones de hasta 18 bar (dependiendo del diámetro del tubo y latemperatura) y se suministran para diámetros de hasta 14mm.Por su extraordinaria concepción y facilidad de conexionado, la aplicación resultaideal en circuitos neumáticos complejos, en los cuales la tarea de conexión se venotablemente simplificada, o bien en circuitos que deban ser desconectados con cier-ta frecuencia, para satisfacer necesidades de puesta a punto, mantenimiento, reem-plazos, etc.

En la selección de conectores es importante tener en cuenta el concepto de pasajetotal de los mismos. El conector no debe representar un estrechamiento innecesariorespecto del tubo con que va conectado o el diámetro nominal del componente, de locontrario se produciría una disminución del caudal circulante.

6 . 8

6 . 8 . 1

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Diámetro D (mm) Fuerza teórica a – 0,7bar (N)

8 1.9

15 7.7

30 2.7

40 27

55 109

75 207

100 407


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Roscas de conexión – Roscas cónicas – Roscas cilíndricas

En lo que a roscas de conexión se refiere, en el ámbito mundial coexisten en la actua-lidad varias tendencias: las roscas cónicas en los tipos BSPT (Withworth) ó NPT(americana) y las cilíndricas BSPP Gas y métricas (ISO 261 e ISO 6149), estas últi-mas poco difundidas en los diámetros mayores.

Para el uso de rosca cónica es imprescindible realizar el sellado de la unión en lasroscas mismas, debiéndose colocar sellador químico, cintas de teflón o pastas, con elriesgo de que algún fragmento pueda penetrar el interior de los componentes, alte-rando luego su funcionamiento. Toda vez que la unión sea desarmada debe reempla-zarse el sellador.

La posibilidad de orientar un conector acodado de rosca cónica, involucra el riesgo deque quede flojo, o en el peor de los casos con un excesivo ajuste, que puede llegar afisurar el cuerpo del componente.

Las ventajas de las roscas cilíndricas con guarnición de cierre frontal, la van imponien-do frente a la cónica pues se gana en rapidez y el montaje resulta más seguro y con-fiable. La guarnición de cierre (metálica o plástica) puede usarse reiteradas veces.

La orientación de conectores con rosca cilíndrica de tipo banjo es perfectamente rea-lizable sin perder estanqueidad y sin riesgo de fisurar el componente. Todos estos fac-tores compensan económicamente el costo levemente superior de los conectores,con rosca cilíndrica respecto a los de rosca cónica.

Seguidamente y a título de ejemplo se muestran las distintas variantes de conectoresque integran las diversas líneas comerciales, dejando claro que éstas pueden variarsegún los fabricantes.

Conectores instantáneos

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Conectores universales 6 . 8 . 1 . 3


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Accesorios6 . 8 . 1 . 4


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Tubos de conexión

Para una elección correcta de las conducciones del aire comprimido en sistemas neu-máticos, es importante considerar los siguientes factores:

• Presión de trabajo.• Temperatura, tanto del aire como del ambiente.• Pulsaciones de la presión.• Pérdidas de carga.• Esfuerzos mecánicos y movilidad.• Características de agresividad química del ambiente.• Facilidad de montaje y recambio.• Compatibilidad con los conectores.• Costo comparativo.

Normalmente son disponibles dos tipos de conducciones:

• Rígidos • Flexibles

La elección de uno u otro dependerá del análisis de los factores anteriormente enun-ciados. A título orientativo diremos que:

• Las conducciones rígidas son mecánicamente más resistentes y duraderas,soportan altas temperaturas y en general condiciones de servicio más severas.No resultan adecuadas para vincular elementos con movilidad relativa por máspequeñas que sean y demandan una alta carga de mano de obra de montaje.Necesitan ser cortadas a longitud exacta, desbardar sus extremos y el curvadodebe hacerse con herramientas especiales. Son más difíciles de acomodar a los frecuentemente complejos recorridos de lasconducciones en las máquinas. No son compatibles con todos los tipos deconectores, en particular los instantáneos, lo que agrega horas de montaje, resul-tando en general de costo global más elevado.

• Las conducciones flexibles son menos resistentes, la presión de trabajo disminu-ye con la temperatura y el límite de ésta es más bajo que en las rígidas; tienenuna vida útil limitada en razón del envejecimiento natural del material, acentuadoen algunos casos por la temperatura. Pueden ser trabajadas rápidamente sin difi-cultades de curvado y formado y se adecuan bien a recorridos complejos. Soninsustituibles en el conexionado de elementos con movilidad, y compatibles conla gran mayoría de los conectores. Resisten bien los ambientes químicamenteagresivos en general y son de menor costo. La evaluación de ventajas y desven-tajas comparativas hacen que la tendencia actual en neumática esté orientadahacia el uso de tuberías flexibles.

Tanto las conducciones flexibles como rígidas, se encuentran normalizadas por distin-tos entes internacionales. Los tubos rígidos son disponibles en distintos materiales,siendo los más usuales aluminio, cobre y acero inoxidable. El de uso más difundidoes el cobre, reservándose el inoxidable para servicios pesados. El aluminio resultamecánicamente muy vulnerable.El campo de las tuberías flexibles es mucho más amplio con variantes de materialesy tipos. Seguidamente, detallaremos los más difundidos para uso neumático y suscaracterísticas de utilización.

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Tubos de polietileno

Son tubos de bajo costo, de medianas prestaciones, aptos para instalaciones económi-cas, fijas o móviles, donde no se cuestione la durabilidad y pueda trabajarse en condicio-nes de temperatura ambiente normal y presiones no muy elevadas. Poseen baja resisten-cia a presiones pulsantes y la temperatura acelera notablemente su envejecimiento.

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6 . 8 . 2 . 2

6 . 8 . 2 . 3

Diam. Ext. Radio mínimo Presión de trabajo (bar)Del tubo de curvatura en frío (mm) (mm) 10 .... 35°C 36 ..... 50°C

4 40 10 6

6 45 10 5

8 65 9 4.5

10 75 9 4.5

12 80 8 4

16 85 8 4

Diam. Ext. Radio mínimo Presión de trabajo (bar)Del tubo de curvatura en frío (mm) (mm) -15 .... 30°C 31..... 50°C 51....70°C

4 10 10 7 5

6 15 10 7 5

8 20 9 6.5 4.5

10 25 9 6.5 4.5

12 35 8 6 4

Tubos de poliuretano

Son tubos de costo moderado, con buenas prestaciones y gran flexibilidad, aptos parainstalaciones fijas o móviles en donde la durabilidad deba considerarse. Se obtienenradios de curvatura pequeños, aún en frío.Se adaptan bien a cambios de dirección y tienen buena resistencia a condiciones depresión pulsante. Poseen un amplio rango de temperaturas de trabajo.

Tubos de poliamida

Es un tubo de excelentes prestaciones, de moderada flexibilidad y gran estabilidad en eltiempo. Posee buena resistencia al envejecimiento y a las acciones mecánicas, con unrango amplio de temperaturas de utilización. Se obtienen radios de curvatura más peque-ños que con los de polietileno, y son compatibles con la mayoría de los conectores.


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Tubos de teflón

Este tubo ofrece unas prestaciones óptimas de resistencia a los agentes agresivos ycorrosivos, así como a las temperaturas elevadas. Se caracteriza por tener una dure-za de 55° Shore D y soportar hasta 150 °C y 20 bar.

Las principales ventajas son:

• Excelente inercia química y resistencia a la temperatura.• Conformidad FDA (calidad alimenticia)• Muy buena resistencia a la abrasión.• Excelente resistencia a los U.V.

Tubos de teflón

Además de los ya vistos reguladores de caudal unidireccionales incorporados a unconector, conocidos como Reguladores Banjo, existen una serie de conectores simila-res que incluyen otras funciones neumáticas específicas, tales como reguladores depresión unidireccionales, válvulas de bloqueo piloteadas y células con función lógica quepermiten detectar el momento en que el cilindro se detiene al final de su recorrido.

Conectores con función

Conector regulador de presión unidireccional – Economizador

Este conector con función permite suministrar a las cámaras del actuador una presiónP2 reducida en un determinado valor respecto a la de alimentación P1 de la válvula.En ciertos cilindros destinados a prensar y a empujar, se debe a menudo limitar elesfuerzo ejercido para no dañar la pieza sobre la que actúa. En otros casos, lascarreras pasivas del actuador pueden ser realizadas con una presión reducida, yaque durante las mismas no es necesario realizar esfuerzo alguno. En todos loscasos la carrera opuesta no debe resultar afectada ni en fuerza ni en velocidad,razón por la cual su acción reguladora de presión es unidireccional, siendo libre elpasaje en sentido inverso. Al adecuar la presión en las cámaras del actuador a losvalores estrictamente necesarios para cada movimiento, se produce un ahorro deaire comprimido (energía sobrante)Los economizadores se instalan directamente sobre las bocas de utilización de lasválvulas o en las vías sobre las cuales se desea ejercer el control de la presión.La economía producida es proporcional a la diferencia de presiones P1 – P2. El usode estos economizadores correctamente implementados, puede significar ahorros deenergía del orden de 25 a 30%.

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6 . 8 . 3

6 . 8 . 3 . 1

Diam. Ext. Radio mínimo Presión de trabajo (bar)Del tubo de curvatura en frío (mm) (mm) -15.... 35°C 31 ..... 50°C 51....70°C

4 30 18 15 12

6 35 18 15 11

8 55 14 11 8

10 70 14 11 8

12 75 14 11 8

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El carácter unidireccional de este conector permite que su instalación sea compati-ble con los reguladores de caudal uni o bidireccional y con las válvulas de escaperápido, logrando conseguir de esta forma la regulación de la velocidad.La regulación de la diferencia de presiones P1 – P2 deseable se efectúa medianteun tornillo superior que lleva asociada generalmente una escala de colores, existien-do una correspondencia entre color y regulación/ economía (P1 – P2)

Conector de bloqueo piloteadoConsiste básicamente en una válvula 2/2 normal cerrada (NC) de pilotaje neumáticoy reacción por resorte, incorporada a un conector de tipo “Banjo”.

Montados en dupla sobre las bocas de conexión de un cilindro neumático, aseguranel bloqueo del movimiento del actuador cerrando simultáneamente la alimentación yla descarga en el momento que le es eliminada la señal de pilotaje.


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Funcionamiento: Con el vástago en posición de reposo (retraído), la presión en lacámara delantera será P, en tanto en la cámara trasera será nula (P’ = 0) En estascondiciones el sensor a0 emite una señal, no así a1 por hallarse bajo presión (posi-ción 1 del diagrama de presiones)Al conmutar la válvula e iniciarse el movimiento del pistón, el estado de presiones enlas cámaras se invierte (posición 2 del diagrama)

La cámara trasera quedara sometida a la presión motriz Pm (ligeramente inferior a P),el sensor a= dejará de emitir señal por hallarse bajo presión. En la cámara delanteraactuará Pr >0. El sensor a1 sometido a la presión Pr > 0 tampoco emite señal.

Al completarse el recorrido el pistón sedetendrá (posición 3 del diagrama) Lapresión Pr en la cámara delantera dismi-nuirá hasta cero, cayendo por debajo delumbral de conmutación del sensor a1.Este emitirá en consecuencia la señal a1,tal como lo haría un fin de carrera conven-cional. El sensor a0 no emitirá señal pues-to que quedará sometido a la presión P.

El mismo análisis puede hacerse para la carrera de retorno hasta alcanzar la posiciónde partida. El umbral de conmutación se ubica en torno a los 0,5 bar. Debe quedarclaro que este sensor opera por presión y no por posición. Si el vástago fuera dete-nido accidentalmente en una posición intermedia de su carrera por una acción mecá-nica, el sensor a1 (o el a0 si fuera en la carrera de retorno) emitirán su señal tal comosi el vástago hubiese completado su recorrido normal. Esto no ocurriría en el caso desensores (fines de carrera) por posición, tales como los operados por mandos mecá-nicos, los magnéticos, inductivos, capacitivos, ópticos, etc.

Son compatibles con conectores de cualquier tipo incluyendo los banjos con regula-dor unidireccional y también con el resto de los conectores con función vistos.

Conector - sensor por ausencia de presión

Estos sensores, montados directamente sobre las bocas del cilindro, funcionan comodetectores de fin de carrera, relevando la anulación de la contrapresión de descargadel cilindro cuando el pistón se detiene al final de un recorrido. En estas condicionesemiten una señal neumática.

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Al aparecer una señal neumática en la boca A(de presión suficiente para vencer al resorte opositor), el pistón se desplazará conmutandolos contactos eléctricos.

Presóstatos y vacuostatos

Los crecientes niveles de automatización que hoy experimenta la industria en sus dis-tintos ramos, sumado a la combinación de tecnologías que deben implementarse enlas diferentes aplicaciones, exigen cada día más de elementos conversores o trans-ductores de señal. Las electroválvulas neumáticas posibilitan la conversión de seña-les eléctricas en neumáticas. Para la conversión inversa, es decir, señales neumáticasen eléctricas, son disponibles los denominados presóstatos.Constan esencialmente de un pequeño pistón neumático o un diagrama, al cual se leopone un resorte. El vástago del pistón opera un conjunto de contactos eléctricos. Unesquema simplificado se muestra en la figura:

En los presóstatos denominados de rango fijo el resorte es calibrado para cada rango.Los presóstatos con rango regulable poseen tornillos de ajuste que posibilitan modi-ficar a voluntad la precarga del resorte, y en consecuencia la presión a la cual seránconmutados los contactos. Normalmente se suministran con uno, dos o más contac-tos de cierre (normales abiertos) y otros tantos de apertura (normales cerrados) Debido a la histéresis de los mecanismos internos la presión de disparo (NET) esdiferente a la de rearme (Reset)

Los equipos más completos permiten regular en forma independiente mediante tor-nillos y resortes los valores de seteo y reseteo de contactos, ampliando o disminuyen-do la histéresis.Para conmutación de contactos eléctricos a presiones negativas (inferiores a laatmosférica) son disponibles equipos de similares condiciones operativas denomina-dos vacuostatos.


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6 . 8 . 5

Con el objeto de atenuar el nivel de ruido de las instalaciones neumáticas, han sidodesarrollados los silenciadores de escape. Los mismos introducen un pasaje laberín-tico en el aire de descarga, atenuando por choque la onda expansiva en forma gra-dual, de modo que el nivel de ruido resulte reducido.Son en general diseñados para una mínima pérdida de carga, tratando de que suinclusión no modifique en manera apreciable las características del sistema. Suelenconstruirse en materiales sinterizados como bronce o inoxidable y también los ínte-gramente plásticos, siendo estos últimos más económicos.Además de atenuar el ruido, los silenciadores evitan el ingreso de polvo o partículasa la válvula, a través de sus escapes. Esto es particularmente importante considerar-lo en industrias con alta contaminación ambiental; tales como acerías, fundiciones,canteras, molinos harineros, y cementeras.

RECUERDE que...

Periódicamente, debe efectuarse la limpieza de los silenciadores dado que sus pasa-jes pueden ir obturándose progresivamente con el uso, aumentando la pérdida decarga hasta llegar a reducir la velocidad de los actuadores. En ambientes industrialescon alta concentración de polvo se debe aumentar la frecuencia de limpieza o reem-plazarlos periódicamente.

Silenciadores

Bien conocida es la importancia del control de los ruidos industriales, para la genera-ción de ambientes de trabajo sanos y confortables. Los escapes de los sistemas neu-máticos suelen ser particularmente ruidosos, sobre todo cuando se trata de actuado-res de grandes dimensiones, o cuando el número de bocas de escape es elevado enrazón de la complejidad de la máquina. El ruido es motivado por la violenta expansión que ocurre en las bocas de escape delas válvulas, al despresurizarse las cámaras de los actuadores.

Dispositivos hidroneumáticos

Introducción

La limitación atribuida a la neumática es la compresibilidad del aire, la que repercutecomo tal en mayor o menor grado en la regulación de bajas velocidades en los actua-dores. Si en un avance neumático puro, el aire de descarga es fuertemente reguladocon el objeto de lograr un avance particularmente lento, el émbolo se moverá a sal-tos. Esto ocurre pues al trabajar con el pasaje de descarga muy cerrado, la presión enla cámara de descarga aumenta tendiendo a equilibrar a la presión motriz, dentro delcilindro en la cara de impulsión. En estas condiciones el pistón trabajará prácticamen-te equilibrado y en consecuencia cualquier fuerza que se le oponga, inclusive las pro-pias de rozamiento, detendrán el movimiento del mismo de modo tal de permitir undescenso de la presión de descarga permitiendo al cilindro generar la suficiente fuer-za como para restaurar el movimiento.

Esta alteración del movimiento puede medir desde 1mm hasta varios centímetros delongitud, en función de la magnitud de las fuerzas opositoras y del grado de regulación.Como consecuencia de la compresibilidad del aire, no puede conservarse una velocidadde avance lo suficientemente constante desde el principio al final de la carrera, siendoesto más notorio en el caso de bajas velocidades. Esto se manifiesta notoriamente pararegulaciones por debajo de los 30 a 50 mm/s. La limitación puede ser salvada conayuda de la hidráulica, es decir, que ambas tecnologías (hidráulica y neumática) se com-plementan permitiendo la regulación de avances uniformes a bajas velocidades, aún pordebajo del límite mencionado, a través de los convertidores neumáticos.

Convertidores neumáticos

Convertidor: El término convertidor se refiere a lo que transforma energía, en este casoenergía neumática a hidráulica de baja presión, para ser utilizado en un actuador.Podemos distinguir tres sistemas:

• Convertidor hidroneumático - Tanque hidroneumático.• Cilindro freno auxiliar - Hidrorregulador.• Multiplicador de presión.

Convertidor o tanque hidroneumático

En los tanques hidroneumáticos, la presión del aire es transformada en presión deaceite, en el cual puede o no existir un émbolo sin vástago que separa el recinto deaire del de aceite. Si se hace actuar aire comprimido sobre el lado neumático la pre-sión de éste se transformará en una presión hidráulica de igual valor. Siendo ahora elaceite un fluido prácticamente incomprensible, resulta adecuado para lograr avanceslentos y uniformes.

Es de mencionar que la utilización de los tanques hidroneumáticos son sólo aplica-bles a válvulas y actuadores (cilindros, actuadores rotantes, etc.) que sean para usocon aceite. Éstos se diferencian de los tanques neumáticos generalmente por el tipode guarniciones, pudiéndose transformar uno en otro con sólo cambiar éstas.Las válvulas reguladoras de caudal utilizadas en los sistemas neumáticos, no resultanaptas para la regulación de velocidad en circuitos hidroneumáticos.

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113DISPOSITIVOS HIDRONEUMÁTICOS7

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Con esta última finalidad los fabricanteshan desarrollado válvulas reguladoras decaudal que reúnen singulares característi-cas. Estas válvulas, además de sus bocasprincipales de pasaje, poseen bocas adi-cionales para pilotaje neumático, pudién-dose obtener de este modo carreras deavance con aproximación rápida y lenta detrabajo, con un retorno rápido y viceversa,y aún posiciones intermedias de parada.Las figuras siguientes muestran la disposición de dos circuitos hidroneumáticos, paraaccionar un cilindro de doble efecto con regulación de velocidad en un sólo sentidoy doble regulación.

En la instalación de circuitos hidroneumáticos deben tenerse en cuenta algunasconsideraciones:

• El volumen de los tanques hidroneumáticos deberá ser el doble del volumen des-plazado por el cilindro.

• Deben purgarse eficientemente, pues burbujas de aire en el circuito hidráulicorestan eficiencia a la regulación a causa de la compresibilidad que agregan.

• Al considerar el consumo de aire de un circuito hidroneumático, no sólo debetenerse en cuenta el consumo del cilindro como si fuera neumático, sino tambiénel volumen de aire comprimido para llenar el espacio de los tanques no ocupadopor aceite.

• Evitar fugas de aceite pues representan unas pérdidas de potencia, e inclusopeligro de acciones.

• Utilizar los aceites recomendados por los fabricantes.

Cilindro freno auxiliar - hidroregulador

Son unidades reguladoras de velocidad auxiliares que se acoplan mecánicamente alcilindro neumático, cuya velocidad se quiera regular. En estas unidades el aceite per-manece alojado dentro de una cavidad completamente independiente del actuadorneumático, imposibilitando cualquier mezcla o contacto entre ambos fluidos.

Existen básicamente dos disposiciones:

1. Hidroregulador en serie.2. Hidroregulador en paralelo.

En el primero de los casos (disposi-ción serie), cuando se alimenta la uni-dad neumática, el aceite es obligado acircular de un sector a otro de lacámara de la unidad hidráulica, a tra-vés de una válvula reguladora de cau-dal unidireccional de tal manera depoder regular dicho pasaje, creandouna presión hidráulica que actúe equi-librando el émbolo neumático. La velocidad de desplazamiento, fijada a una presiónde trabajo, quedará determinada por el caudal de aceite que circule por el regulador.Siendo ahora el aceite un fluido prácticamente incomprensible, apenas aparezca una

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resistencia al avance, la presión delmismo caerá en forma instantánea a unvalor tal que genere sobre el émbolo undesequilibrio igual a la resistencia oposi-tora. De esta manera, la velocidad dedesplazamiento se mantendrá constante.Del mismo modo, cualquier intento deaumento de velocidad en forma externa,provocará un aumento instantáneo en lapresión de aceite de magnitud tal de equilibrar la acción externa y evitar dicho aumen-to. El mismo análisis podría hacerse para cilindros neumáticos, siendo válidas las con-diciones anteriores en lo referente al juego de presiones. Sin embargo, siendo el airecompresible, los espacios en que se logran tales equilibrios son más grandes y, porconsiguiente, mayores los tiempos de realización de estos ajustes, resultando lasvelocidades poco uniformes.

En los del segundo tipo (hidroregulador en paralelo), el principio de funcionamientoes el mismo, la única diferencia es que en éste el accionamiento del hidroreguladorse efectúa a través de una barra transversal fijada al vástago del cilindro neumático,que paralelamente da movimiento al hidroregulador. En este caso, es posible obtenercarreras de avance libre y reguladas en partes y retrocesos rápidos, mediante el ajus-te de un juego de tuercas y contratuercas sobre el vástago del hidroregulador.

Las figuras siguientes indican algunas disposiciones de estas unidades

Regulación de avance

Regulación del retroceso de un cilindro de doble vástago

Las aplicaciones más frecuentes son el avance y el retroceso de herramientas decorte y todo tipo de automatismo, donde sea requerida una carrera lenta regulada (ocon rápido – lento) y retroceso rápido.

115DISPOSITIVOS HIDRONEUMÁTICOS7

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Multiplicadores de presión

En los multiplicadores de presión se trans-forma una presión de aire en otra presiónde aceite (u otro fluido incompresible) máselevada. Están formados por un pistónaccionado neumáticamente que impulsa aotro pistón de menor diámetro que operasobre la vía hidráulica. El principio de lamultiplicación de presión ocurre en fun-ción de la relación de áreas entre los dosmencionados pistones, siendo directa-mente proporcional a dicha relación.

Si se denomina “d” al diámetro del pistón hidráulico y “D” al diámetro del pistón neu-mático impulsor, deberá verificarse la siguiente relación:

Donde:

A esta última se la conoce como relación de multiplicación. En razón de que la carre-ra neumática es igual a la hidráulica, cuanto mayor sea esta relación tanto menor sehace el volumen de la cámara hidráulica. Generalmente, se construyen para relacio-nes de multiplicación fijas que varían de _ a 1/80, pudiéndose alcanzar presiones de500 bar ó más.El empleo de multiplicadores de presión es adecuado para obtener fuerzas elevadascon volúmenes reducidos, y en general en aplicaciones puntuales donde sea reque-rida una elevada presión en un fluido hidráulico y se disponga de aire comprimido. Poresta última vía se obtiene una solución de menor costo en relación con una clásicacentral hidráulica, con la limitación de disponerse de bajos caudales.Existen unidades compactas que incluyen todo el automatismo como para lograr unmovimiento alternativo de los pistones, y, por lo tanto un bombeo continuo con flujopulsante. Éstas son conocidas como bombas hidroneumáticas.

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8 . 1

PARTE OPERATIVAO DE POTENCIA

INFORMACIONES ÓRDENES

MANDO

PARÁMETROS DE ENTRADAINFORMACIONES

PARÁMETROS DE SALIDAÓRDENES

SISTEMA(MANDO)

Mandos neumáticos

Introducción

Una máquina conforma básicamente dos partes bien definidas: la parte operativa,también llamada de potencia, formada por el conjunto de elementos en donde se lle-van a cabo las acciones propias del proceso de trabajo. El mando, también llamadoparte de comando, en donde se generan las órdenes que gobiernan al conjunto deelementos de la parte operativa.Entre ambas partes existe una fluida comunicación. El mando comunica órdenes a laparte operativa, ésta ejecuta las acciones correspondientes e informa al mando suevolución. En función de la información recibida, el mando elabora nuevas órdenes,las que serán ejecutadas en la parte operativa y su evolución nuevamente reportadaal mando. Esta situación se repite hasta completar un ciclo de trabajo.Obsérvese, que el mando sólo emite nuevas órdenes cuando recibe confirmación delcumplimiento de la orden precedente en la fase operativa. Esta modalidad (orden –confirmación – orden), es conocida con el nombre de mando por cadena cerrada. Lasgarantías operativas que ofrece lo convierten en el de uso más difundido en el campode la automatización industrial.Ciertos automatismos carecen de flujo de información desde la parte operativa almando. Éste genera entonces, las órdenes en forma independiente de las acciones dela parte operativa y por supuesto sin garantía de cumplimiento. Esta modalidad (orden– orden – orden), es conocida con el nombre de mando por cadena abierta. Su aplica-ción es cada vez más relegada a automatismos simples y poco comprometidos.

El concepto de mando

Mando o Mandar: es la acción engendrada en un sistema, sobre el cual uno o variosparámetros (señales) de entrada, modifican según las leyes del propio sistema a otrosparámetros (señales), considerados de salida. Muy a menudo el término mando es uti-lizado no sólo para designar la acción de mandar, sino también como denominador delsistema en el cual se engendra la acción. En tal sentido, lo hemos considerado en elapartado anterior.

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117MANDOS NEUMÁTICOS8

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Las señales de mando

Señales: las señales son el lenguaje por medio del cual se comunican entre si elmando y la parte operativa de la máquina. A través de ellas, el mando comunica lasórdenes a la parte operativa y ésta informa su evolución al mando. Por medio de seña-les también se vinculan entre si la máquina y su operador.La orden o información transmitida se manifiesta por medio de cambios del valor deun parámetro físico característico de la señal (tensión, posición, presión, etc.)

Señales analógicas

Un sistema analógico es aquel que tiene la capacidad de generar, transmitir, procesaro almacenar señales analógicas.

Se dice que una señal es analógica cuando las magnitudes de la misma se represen-tan mediante variables continuas, análogas (relación de semejanza entre cosas dis-tintas.) a las magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal.Referido a un aparato o a un instrumento de medida, decimos que es analógico cuan-do el resultado de la medida se representa mediante variables continuas, análogas alas magnitudes que estamos arqueando.

EjemploEn la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz,el sonido, la energía etc. son señales que tienen una variación continua. Incluso ladescomposición de la luz en el arco iris vemos como se realiza de una forma suavey continua.

Otro ejemplo de ellos es la temperatura: a lo largo de un día la temperatura no varíaentre, por ejemplo, 20 ºC o 25 ºC de forma instantánea, sino que alcanza todoslos infinitos valores que entre ese intervalo se encuentra.

En neumática una señal analógica puede ser la representación de la variación dela presión en el interior de un cilindro, para una determinada regulación del caudalentregado por la válvula.

8 . 2

8 . 2 . 1

Origen Parámetro físico Naturaleza Información de la señal característico de la señal u orden transmitida

Leva de Dimensión Mecánica Avanzar herramientaun torno automático (radio de la leva)

Fin de carrera Presión Neumática Posición alcanzada neumático por un actuador

Contacto eléctrico Tensión Eléctrica Marcha o detención de un motor

Semáforo Color Óptica Avanzar o esperar

Termómetro Temperatura Óptica Valor de la temperatura

Sirena de bomberos Nivel sonoro Acústica Incendio

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Señales digitales

Las señales digitales, en contraste con las señales analógicas, no varían en formacontinua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos en su rango. Lamayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados.Un sistema digital es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión, pro-cesamiento o almacenamiento de señales digitales.Una señal digital corresponde a magnitudes físicas limitadas a tomar sólo unos deter-minados valores discretos. Por ejemplo: 0 (señal de resistencia eléctrica, muy pequeña), ó 1(señal de resistenciaeléctrica, muy grande)En general, las señales exteriores que hacen posible la identificación en su estadonatural, se transforman en código binario (0’s y 1’s) que mediante la utilización de pro-gramas se pueden transformar de acuerdo a los requerimientos. Las computadorasdigitales utilizan la lógica de dos estados: la corriente pasa o no pasa por los compo-nentes electrónicos de la computadora.

EjemploAquellos medios que no poseen agujas y mediante dígitos indican la variable. Lohacen de a pasos o saltitos no continuos.

Señales binarias

Son aquellas en las que el mensaje esta definido en sólo dos campos de variación delparámetro físico característico. Cada campo tiene asignado un mensaje diferente.

Las señales binarias en realidad, sonseñales digitales pero sólo definidas endos campos de variación del parámetrofísico. La señal sólo contiene dos men-sajes: SI/NO – ABIERTO/CERRADO –MARCHA/PARADA – VERDADERO/FALSO – ALTO/BAJO – etc. Denominaremos a estos estados 0 y 1.Evitaremos el uso de otras designacio-nes paralelas. Los equipos neumáticos industrialesson generalmente del tipo todo o nada,vale decir que los distintos elementosdel sistema pueden adoptar sólo dosestados definidos.

EjemploLos cilindros tendrán sus vástagos retraídos o extendidos. Los finales de carreraestán actuados o no. Una válvula conmuta su posición o no. Este tipo de comportamiento, que podríamos definir como binario, es logradomediante señales de mando binarias de naturaleza neumática.Dejamos aclarado que ciertos equipos industriales utilizan sólo la energía neumá-tica en la parte de potencia, en tanto la parte de comando es realizada sobre unabase eléctrica, por medio de relés o sistemas electrónicos de mando, y seráncomandados por señales binarias de naturaleza eléctrica o electrónica. Estas seña-les son adecuadamente convertidas y amplificadas en neumática para el gobiernode los órganos de potencia.

8 . 2 . 2

8 . 2 . 3


< <

8 . 3

8 . 3 . 1

ACCIONAMIENTO DE POTENCIA(PARTE OPERATIVA)

COMUNICACION HOMBRE - MAQUINA

TRATAMIENTO DE SEÑALES

SALIDA DE SEÑALES

ENTRADA DE SEÑALES

OPERADOR SEÑALES DEL OPERADOR

SEÑALES DEL OPERADOR

La cadena de mando

Hasta el momento el mando fue considerado como un bloque al cual ingresabanseñales (informaciones) provenientes de la parte operativa, y en función de leyes pro-pias salían señales (órdenes) hacia la parte operativa.Seguidamente analizaremos más detalladamente este bloque siguiendo el flujo deseñales desde su entrada hasta su salida.

Análisis de cada bloque

Bloque de entrada

Lo forman el conjunto de elementos a través de los cuales ingresan al mando lasseñales de la parte operativa. La señal recibida, de cualquier naturaleza, es converti-da a la adecuada al mando y transmitida a la unidad de tratamiento.Dependiendo de la tecnología utilizada en el mando, el bloque de entrada esta com-puesto por:

• Fines de carrera neumáticos o eléctricos.• Sensores de proximidad inductivos.• Fotoeléctricos.• Capacitivos. • Magnéticos. • Presóstatos o en general cualquier elemento que permita detectar un aconteci-

miento en la máquina accionada.

Bloque de comunicación hombre – máquina

Es el complemento indispensable del mando. Permite al operador intervenir en elmomento del arranque, efectuar paradas de emergencia, tomar acciones alternati-vas y por medio de sistemas de señalización controlar permanentemente el desa-rrollo de las operaciones.Esta función es realizada por medio de auxiliares de mando con intervención huma-na (botoneras, pulsadores, palancas y pedales, entre otros) y señaladores lumino-sos. Y en los automatismos más complejos se realiza mediante pupitres, consolas,mímicos y unidades de programación como en el caso de los controladores elec-trónicos y programables.

8 . 3 . 2

8 . 4

8 . 4 . 1

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Fase 1 A extiende su vástago, el cilindro A sujeta la pieza

Fase 2 B extiende su vástago, el cilindro B acciona el punzón de marcación

Fase 3 B retrae su vástago, el cilindro B retrocede

Fase 4 A retrae su vástago, el cilindro A libera la pieza

Bloque de tratamiento

Es el verdadero “cerebro” del mando; recibe las señales provenientes de la unidad deentrada, las procesa según leyes preestablecidas y emite las señales de acción.Según la importancia y complejidad del automatismo, este tratamiento puede ser rea-lizado por intermedio de relés, contactores auxiliares, temporizadores, elementos lógi-cos electrónicos o neumáticos, secuenciadores, circuitos electrónicos específicos ocontroladores electrónicos programables (PLC)

Bloque de salida

La forman el conjunto de elementos receptores de las señales emitidas por la unidadde tratamiento. Estos elementos gobiernan el flujo energético dirigido a los órganosde trabajo. Las señales recibidas desde la unidad de tratamiento son aquí amplifica-das y/o convertidas a las formas convenientes requeridas por los órganos ejecutoresde la unidad de salida.La componen contactores de potencia, válvulas y electroválvulas distribuidorashidráulicas y neumáticas, transductores en general, etc.

Accionamiento de potencia (parte operativa)

Formada por el conjunto de elementos ejecutores de las órdenes de mando. La ener-gía recibida del bloque de distribución es transformada en trabajo útil y transferida ala máquina.La compone todo tipo de motores (eléctricos, hidráulicos, neumáticos, etc.), actuado-res lineales y rotantes neumáticos e hidráulicos, etc.Al mencionar los distintos componentes de cada bloque hemos tratado de represen-tar el caso más general de las máquinas, cualesquiera fueren las energías utilizadasen la parte de mando y potencia.

Formas de representación de las fases operativas de una máquina

La complejidad siempre creciente de los automatismos industriales, se traduce encada vez mayores dificultades para definir de modo claro y no ambiguo el desarrollode las fases operativas del equipo y sus estados de conmutación. Las extensas des-cripciones literales resultan de difícil o confusa interpretación, por lo que se haceimprescindible adoptar métodos de representación claros y concretos, ya sea enforma literal o gráfica. Seguidamente indicaremos distintos métodos de representa-ción de las fases operativas de las máquinas.Si bien todos son de aplicación general, será el grado de complejidad del equipo elque defina al más adecuado en cada caso. Es importante destacar que las formas derepresentación son independientes de la tecnología utilizada, por consiguiente, seránaplicables para centrales de mando neumático, hidráulico, mecánico, eléctrico, elec-trónico o combinaciones de éstos.

Representación descriptiva simplificada


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8 . 4 . 2

8 . 4 . 3

8 . 4 . 4

8 . 4 . 4 . 1

Salida (extensión) del vástago

Entrada (retracción) del vástago

1) Fase 1 A 2) Fase 1 A

Fase 2 B Fase 2 B

Fase 3 B Fase 3 B C

Fase 4 A Fase 4 A C

acciones simul-táneas

Representación abreviada con vectores

En este caso el movimiento de los cilindros o actuadores se representa por vectores. Se adopta convencionalmente:

+ Salida (extensión del vástago

- Entrada (retracción del vástago)

Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4

1) A+ B+ B- A-

2) A+ B+ B- C+ A- C-

3) A+ B+ B- C+ A- C-

Representación abreviada con signos

En este caso el movimiento de los cilindros o actuadores es designado con los sig-nos más (+) y menos (-)Se adopta convencionalmente:

Representación en forma de diagramas

Diagrama espacio Fase

En este diagrama se representa la secuencia de acción de las unidades de trabajo yel encadenamiento de las señales de mando.Se utilizan para ello dos ejes coordenados. Se representará en uno de ellos (el ejevertical) el estado de los actuadores del sistema utilizando valores binarios (0 - 1)Se adoptará valor 0 para indicar la posición de reposo del elemento (motor detenido,cilindro con vástago retraído, etc.) y el valor 1 para identificar el estado del elementoactuado (motor en marcha, cilindro con su vástago extendido, etc.)Estas designaciones constituyen una práctica corriente, no obstante dejamos aclara-do su carácter de convencional.

En otro eje (el horizontal) se indicarán las fases o pasos en que se subdivide el ciclode trabajo. Estos pasos o fases están caracterizados por la modificación o cambio delestado de un elemento constitutivo del mando. Estos cambios se indicarán con líne-as verticales auxiliares sobre el diagrama, que denominaremos líneas de fase.

EjemploRepresentan en forma de diagrama espacio – fase la siguiente secuencia demáquina expresada en forma literal abreviada con signos.

A +, B +, A -, C +, B -, C –

Se exige un funcionamiento a ciclo simple. El inicio se producirá oprimiendo uncomando bimanual y estará condicionado a la finalización del ciclo anterior.

RECUERDE que...

Deberá tratarse siempre que los principios de representación y los símbolos utiliza-dos sean iguales en todos los casos, a efectos de lograr que la lectura y comprensiónpueda realizarse sin dificultad e inequívocamente.

Representación de los órganos de trabajo

Los actuadores (neumáticos o hidráulicos) se representan por líneas.Las líneas horizontales representan estados de reposo del elemento (fase 1 y 3 en eldiagrama de la figura)Las líneas inclinadas significan movimientos del mismo (fases 2 y 4 de la figura)Las líneas con distinta inclinación evidencian distintas velocidades del movimiento,por ejemplo aproximación rápida, trabajo lento y retorno rápido (fases 1, 2 y 3 en eldiagrama de la figura)El arranque y parada de motores se indicará con una línea vertical desde el estado 0al 1 y viceversa.Los motores con posibilidad de giro en dos sentidos se representarán como en la figura.El nivel 1 superior indica por ejemplo rotación en sentido horario, en tanto el inferiorlo contrario. El 0 central indica reposo (motor detenido)Los motores con aceleración y desaceleración prolongada podrán representarsecomo en la figura (caso de inversión del giro)Cuando en un mando existan varios elementos de trabajo, éstos serán representa-dos individualmente uno debajo del otro estableciendo su relación por medio de laslíneas de fase.

Representación de los elementos de señalización

Los elementos de señalización son aquellos que al ser actuados emiten una señalcapaz de modificar el estado de algún componente del mando.

Representación de la cadena de señales

La vinculación entre los distintos elementos del mando lo establecen las señales.Estas se representan con líneas. Las líneas tendrán un origen y un destino. Su origenserá un elemento de señalización y su destino aquel cuyo estado deba ser cambiado(válvula o cilindro)Una flecha indicará el sentido de la señal.

8 . 4 . 4 . 2

8 . 4 . 4 . 3

8 . 4 . 4 . 4

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< <

Representación de los actuadores y el encadenamiento de señales

Diagrama espacio – tiempo

El diagrama espacio - tiempo constituye una variante del diagrama espacio – fase, endonde en el eje horizontal se indican los tiempos en reemplazo de las fases o pasosutilizados en aquel. Cuando el tiempo de ejecución constituye una variante de consi-deración en el equipo, la “escala” de tiempos simplemente se superpone a la de fases.Vale para este diagrama las mismas reglas y símbolos gráficos ya mencionados. Suaplicación resulta adecuada en aquellos mandos programando en función del tiempo,en tanto que el espacio fase lo es para los mandos por programación de recorridos yde evolución secuencial

Esquemas circuitales de mando

Un esquema circuital representa en forma gráfica la relación entre los distintos com-ponentes del mando, evidenciando de esta forma la lógica operativa del mismo.El esquema circuital constituye un elemento de inestimable valor para el hombre demantenimiento; es el comienzo del camino a recorrer para la detección sistemática defallas. Sin él, poco podría hacerse en forma regional lo que finalmente concluye enuna búsqueda por tanteos de los desperfectos con las consiguientes pérdidas detiempo, materializadas en cuantiosas pérdidas de producción.Es importante que el esquema circuital sea realizado de un modo claro, de fácil inter-pretación y que pueda ser entendido por todos, para lo cual deberán utilizarse símbo-los de representación normalizados, respetando, además ciertas reglas en cuanto a ladisposición de los elementos.En lo que sigue nos ocuparemos de estos aspectos.

RECUERDE que...

Los símbolos gráficos indicados en los esquemas circuitales responden en todo a lasnormas IRAM 4542 e ISO 1219.

En el capítulo 9, Simbología Neumática, se detalla más ampliamente el alcance dedichas normas.

Disposición de elementos en el esquema circuital

La disposición de los elementos en el esquema circuital se realizará respetando lacadena de mando (flujo de señales) en sentido vertical ascendente.La disposición indicada se representará en lo posible, excepto casos particulares endonde probablemente otra disposición resulte más favorable atendiendo a la realiza-ción, interpretación y lectura del esquema.

Es importante tener en cuenta las siguientes reglas básicas:

• La posición de actuación de los finales de carrera se indicará con un trazo vertical en las posiciones en que son realmente actuados, con su correspondienteidentificación.

• Los elementos se dibujarán en el estado determinado por su pilotaje, con el equipo en reposo y listo para el arranque. Aquellos elementos que en esa condición del equipo queden actuados (finales de carrera), se dibujarán actuados,indicándoles la presencia de la leva (u otro elemento) sobre el mando.

8 . 4 . 5

8 . 4 . 5 . 1

8 . 5

8 . 5 . 1

8 . 5 . 2

8 . 6

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A, B, C, D, etc. Letras mayúsculas del alfabeto (excepto Z) para los actuadores.

A1, B1, C1, D1 Letra identificatoria del actuador seguida de número

A2, A4, A6 Letra indicatoria del actuador seguida de números pares para los elementos de la cadena de mando que gobiernan la salida del actuador.

B2, B4, B6

C2, C4, C6

A3, A5, A7 Letra identificatoria del actuador seguida de números impares (excepto 1) paralos elementos de la cadena de mando que gobierna el retorno del actuador.

B3, B4, B7

C3, C5, C7

A 02, B 02, C 02 Letra identificatoria del actuador seguida de 02, 04, etc. (pares), para elementosque actúan sobre la velocidad de retorno del actuador.

A 03, B 03, C 03 Letra identificatoria del actuador seguida de 03, 05, etc. (impares excepto 1)para elementos que actúan sobre la velocidad de retorno del actuador.

Z1, Z2, Z3, Z4 Letra Z seguida de números crecientes correlativos para elementos del mandocuyas funciones no son asignables a un actuador en particular o que son comunes a varios (unidades de tratamiento, válvulas de corte de energía, memorias auxiliares, etc.)

• Las conducciones se representarán por líneas lo más rectas posibles, evitandoinnecesarios cruces. Las conducciones de trabajo (válvulas direccionales a cilindros) se dibujarán con líneas continuas, en tanto que las conducciones depilotaje con líneas de trazos.

• Puede evitarse el trazado de las conducciones de alimentación a las válvulas delmando, simplemente indicando en los elementos que la requieran, el símbolosimplificado de fuente de presión.

Denominación de los elementos en el esquema

Existen varias formas de denominar los componentes del mando, desde las totalmen-te literales a las totalmente numéricas. Expondremos seguidamente un método basa-do en la combinación anterior, es decir, alfanumérico.Se adoptarán las siguientes reglas:

Interpretación de esquemas circuitales de mando

La finalidad de los siguientes apartados será la de incorporar al lector en forma gra-dual las estructuras básicas de la técnica neumática de mando. Estas le permitiránconcretar e interpretar posteriormente esquemas de mando más complejos.La correcta interpretación de los esquemas de mando constituye la base para ladetección sistemática de las fallas.


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8 . 6 . 1

Ejercicio N° 3

Mando directo de un cilindro de doble efecto con válvula monoestable de comandomanual a palanca

Ejercicio N° 2

Mando directo de un cilindro de simple efecto con válvula biestable de comandomanual a palanca

Mandos neumáticos básicos. Ejercitación

Ejercicio N° 1

Mando directo de un cilindro de simple efecto con válvula monoestable de comandomanual por pulsador

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Ejercicio N° 4

Mando directo de un cilindro de doble efecto con válvula biestable de comandomanual a palanca

Ejercicio N° 5

Mando indirecto de un cilindro de simple efecto con válvula monoestable mandadapor una señal neumática proveniente de una válvula 3/2 accionada manualmente

Ejercicio N° 6

Mando indirecto de un cilindro de simple efecto con válvula biestable mandada pordos señales neumáticas provenientes de sendas válvulas 3/2 de comando manual


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Ejercicio N° 7

Mando indirecto de un cilindro de doble efecto con válvula monoestable gobernadapor una señal neumática proveniente de una válvula 3/2 accionada manualmente

Ejercicio N° 8

Mando indirecto de un cilindro de doble efecto con válvula biestable comandada porseñales neumáticas provenientes de dos válvula 3/2 accionadas por pulsador.

Conclusiones

• Para accionar un cilindro de simple efecto se utiliza una válvula 3/2, en tanto quepara uno de doble efecto deben utilizarse válvulas 4/2 ó 5/2.

• Las válvulas pueden ser monoestables (una única posición de reposo) ó biesta-bles (reposo indistinto en ambas posiciones)

• El uso de válvulas monoestables conduce a mandos de iguales características, esdecir, que la acción en la parte operativa se mantiene en tanto sea mantenida laacción de mando.

• El uso de válvulas biestables conduce a mandos también biestables, es decir, quela acción perdura aunque se haya suprimido la acción de mando y solo cesacuando se opere una señal de mando contraria.

8 . 6 . 2

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Para retornar el cilindro a su posición de reposo, bastará interrumpir la realimentacióncomo en la figura, mediante el pulsador normalmente abierto

Mandos con realimentación de señal

Mediante la técnica de realimentación es posible convertir un mando piloto (de com-portamiento monoestable) en uno de acción retenida o memorizada (de comporta-miento biestable), aún utilizando válvulas monoestables.

Retornando al ejercicio N° 7 vemos que si tomamos la señal de la vía que alimenta lacámara trasera del cilindro como muestra la figura, y a través de una válvula “O” la ingre-samos a la cadena de señales de mando, toda vez que se oprima el pulsador A2, el cilin-dro A extenderá su vástago, permaneciendo allí aunque A2 deje de ser actuado. El pilo-to de A1 es ahora alimentado con señal a través de A4 proveniente de una vía de ali-mentación del cilindro, lográndose así un comportamiento biestable del mando

La realimentación tomada desde las vías de utilización de los cilindros, es susceptiblea interferencias provocadas por el movimiento del actuador. Estas se hacen notablescuando los actuadores son de grandes dimensiones, no siendo la realimentaciónefectiva hasta tanto alcance su posición final de carrera, lo que obliga a mantener elpulsador oprimido durante un periodo prolongado.

Una mejora notable de esta condición se logra realimentando desde una válvula inter-media (A6) como muestra la figura:


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8 . 6 . 3

Los circuitos mostrados presentan el inconveniente de que si el pulsador A2 se man-tiene oprimido, la secuencia se interrumpe con el vástago y el cilindro extendido. Laseñal del final de carrera no efectiviza en razón de la presencia en la válvula A1 y A6respectivamente de la señal del pulsador.Por otro lado el ciclo podría comenzar en cualquier punto de la carrera de retorno, sinque haya sido completado el ciclo anterior. Esto es en razón de que el pulsador A2esta permanentemente alimentado y en consecuencia capaz de emitir señal toda vezque sea oprimido.

Mando automático elemental de un actuador

Ejercicio N° 9

Un cilindro de doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador. El retornodebe ser automático una vez alcanzada la posición final de carrera.

a. Con válvula biestable de comando indirecto. Con válvula 5/2 monoestable de comando indirecto y realimentación.

8 . 6 . 4

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Mando automático elemental con inicio condicionado

Ejercicio N° 10

Un cilindro de doble efecto debe ejercer su acción al oprimir un pulsador, pero solo siel cilindro se encuentra con su vástago retraído. El retorno debe ser automático unavez alcanzada la posición final de carrera. El ciclo debe completarse aún cuando semantenga oprimido el pulsador

b. Con válvula biestable de comando indirecto. Con válvula 5/2 monoestable de comando indirecto y realimentación.

Cotejar estas soluciones con las del ejercicio N° 9. La presencia del final de carreraA2 en la posición de reposo asegura alimentación al pulsador solo cuando el vásta-go se encuentra retraído, lo cual garantiza el cumplimiento del ciclo aunque aquel per-manezca oprimido La conexión en serie de A2 y A4 configura una condición lógica“Y” para el arranque. Esto es, para que el ciclo comience, deben verificarse simultá-neamente el accionamiento de A2 en la máquina y el de A4 por el operador.

Ejercicio N° 11

Se pretende lograr un sistema de iguales características que el del ejercicio N° 10,pero el inicio deberá poderse efectivizar indistintamente desde dos pulsadores distan-tes entre si (uno “O” el otro)Esta exigencia implica una condición lógica “O” de inicio.El avance del cilindro A se podrá concretar bien desde A4 o desde A6, vinculadosmediante la selectora A8 (válvula “O”)El final de carrera A2 en serie cumple las funciones ya descriptas en el ejercicio N° 10,estableciendo una condición “Y” de inicio. La solución mostrada en el esquema de lafigura VIII.21 para el conjunto A2, A4, A6 y A8 es equivalente al anterior, solo que lacondición “Y” de inicio es lograda mediante una válvula de simultaneidad (A10)


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Ejercicio N° 12

Implementar el conexionado de válvulas “O” para que el inicio del ciclo del ejercicioN° 11 pueda ser iniciado indistintamente desde cuatro pulsadores distantes entre si.

Ejercicio N° 13

Se pretende lograr un sistema de iguales características que el del ejercicio N° 10,pero el inicio deberá poder efectivizarse solo si son oprimidos dos pulsadores (Uno yotro de un comando bimanual) Lo anterior implica una condición lógica “Y” de inicio entre los dos pulsadores de mar-cha. (Figura VIII.22)El avance del cilindro A podrá concretarse solo cuando se encuentren oprimidos A4y A6 por el operador, y, además, el fin de carrera A2 en la máquina.El esquema circuital de la figura VIII.23 muestra una solución equivalente utilizandoválvulas de simultaneidad ó válvulas “Y”.

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Las válvulas de simultaneidad A8 y A10del esquema de la figura VIII.23 puedenser reemplazados por válvulas 3/2 mono-estables de pilotaje neumático comomuestra el esquema de la figura VIII.24

Ejercicio N° 14

Implementar el conexionado de válvulas“Y” para que el ciclo del ejercicio N° 13pueda ser iniciado si se oprimen simultá-neamente cuatro pulsadores. Comando deseguridad a cuatro manos (fig. VIII.25)


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8 . 6 . 5 Mandos para regulación de velocidad en actuadores neumáticos

Como norma general, la regulación de velocidad en los actuadores neumáticos debehacerse siempre y en lo posible sobre la vía de descarga del actuador. De este modoy dentro de valores compatibles con la elasticidad del aire comprimido, podrán lograr-se regulaciones estables de la velocidad.La elasticidad del medio influye notablemente en las bajas velocidades, fijándose paralas regulaciones neumáticas un limite practico inferior que oscila entre los 30 y 50mm/seg, Esto depende del tamaño del actuador, las características de la carga sobreel vástago, la calidad del regulador empleado, y la presión de alimentación, entre otras.Cuando deban obtenerse movimientos estables con velocidades inferiores al límitefijado, deberá recurrirse a sistemas hidroneumáticos o hidráulicos de avance, cuyolímite de regulación en términos prácticos puede ser tan bajo como se quiera.La regulación por las vías de alimentación resta fuerza a los actuadores y resulta inevita-ble aún a altas velocidades, razón por la cual solo deben ser empleados cuando no existaotra alternativa y en donde, al mismo tiempo, no se requiera estabilidad de regulación.En este tipo de actuadores no queda otra solución más que regular su vía de alimen-tación con las limitaciones ya enunciadas.

Avance regulado y retorno normal

Avance normal y retorno regulado

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Avance y retorno regulado no independientes

Avance y retorno regulado independientes

Avance normal y retorno rápido


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8 . 6 . 5 . 1

Avance regulado y retorno rápido

Regulación en actuadores de doble efecto

En este caso es posible aplicar la norma general de regulación enunciada en el apartado

Avance regulado y retorno normal

a. Con válvula direccional 4/2 b. Con válvula direccional 5/2

Avance normal y retorno regulado


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Avance normal y retorno rápido

Indistintamente en válvulas 4/2 ó 5/2

Avance rápido y retorno regulado


Avance rápido y retorno regulado



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8 . 6 . 6

Conclusiones:

• La disminución de velocidad en actuadores neumáticos se logra con reguladoresde caudal unidireccionales ó bidireccionales.

• El aumento de velocidad se logra con válvulas de escape rápido. Estas permitenaumentar la velocidad media de un actuador entre un 40 y un 60% respecto dela velocidad con descarga normal.

• La velocidad puede regularse (según el caso) sobre las vías de utilización de lasválvulas o sobre los escapes de estas. Es más efectiva la primera y más lo escuanto más cerca del actuador se efectué la regulación.

• Las válvulas de escape rápido se instalarán lo más cerca posible del actuador.Las conexiones entre este y la válvula de escape serán como mínimo del mismotamañque la conexión del actuador si quieren obtenerse plenos resultados.

• Las válvulas 5/2 ofrecen siempre mayores alternativas para la regulación que lasválvulas 4/2

Temporizaciones neumáticas – Esquemas básicos de temporización

Temporización con retardo a la abertura

Temporización con retardo al cierre

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Prolongación de una señal

Retardo de la conexión y desconexión (retardo y prolongación)

Monopulso – Generador de impulsos


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Mandos con actuadores múltiples

Ejercicio N° 16

Se pretende que dos actuadores neumáticos A y B realicen un ciclo automático consecuencia A +/ B +/ A-/ B-.

El inicio del ciclo se realizará por medio de un pulsador.El ciclo deberá concluir aunque el pulsador se mantenga oprimido y solo podrá ini-ciarse si fuera completado el anterior.El diagrama espacio – Fase resultará como se muestra en la siguiente figura:

8 . 6 . 7

Obsérvese que para lograr las condicionesde marcha propuestas (inicio del ciclo), seha establecido una condición “Y” entre elpulsador y el fin de carrera accionado porel último movimiento del ciclo.

La siguiente figura muestra la soluciónadoptada:

Ejercicio N° 17

Dos actuadores deben realizar un cicloautomático con frecuencia A + / B + / A- B-, con idénticas características de ini-cio de ciclo que las propuestas para elejercicio N° 16. El diagrama espacio –Fase se muestra en la siguiente figura:

Obsérvese que para asegurar las condi-ciones de inicio de ciclo, se ha estableci-do una condición “Y” entre el pulsador ylos finales de carrera accionados por los últimos movimientos del ciclo. Esto asegurala marcha solo si los dos actuadores alcanzaron la posición de reposo en el ciclo ante-rior; es decir si fue completado el ciclo anterior.

La siguiente figura muestra una posible solución:

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Ejercicio N° 18

Dos cilindros neumáticos deben operar automáticamente a ciclo simple según lasecuencia A + / B + / B- / A -.

El inicio de ciclo se efectuará por mediode un pulsador y solo ocurrirá si fue com-pletado el ciclo anterior, con los actuado-res en posición de reposo.

El diagrama espacio - fase para el ciclo pro-puesto se muestra en la siguiente figura:

Si observamos detenidamente el diagrama podremos detectar que:

• La señal de B2, que hace salir al cilindro B, está presente en el momento en quees emitida la señal desde B3 para hacerlo retornar. B2 está presente durante lasfases 2 y 3, siendo B3 emitida al final de la fase 2.

• La señal A3, que hace retornar al cilindro A, estará presente cuando deba emitir-se la señal de inicio que lo hace salir. A3 está presente durante las fases 4 y 1en tanto A4 es pulsado al final de la fase 4.

Las válvulas biestables utilizadas en la gran mayoría de los mandos neumáticos noresponden, permacen bloqueadas a una señal mientras tengan presente la señal con-traria. El ciclo propuesto presentará dos bloqueos que impedirán su desarrollo, debi-do a la presencia en A1 y B1 de las señales A3 y B2 respectivamente. Las señalesque por razones operativas del ciclo, estén presentes cuando deban ingresar lasseñales contrarias se denominan señales bloqueantes. Para que el ciclo pueda efec-tuarse estas deben ser eliminadas.


< <8 . 6 . 8 . 1

8 . 6 . 8 . 2 Técnica de la temporización (pulsado de señales)

En nuestro ejemplo, A3 y B2 son señales bloqueantes, las que indicaremos circula-das sobre el diagrama espacio - Fase.Los esquemas circuitales siguientes muestran distintas soluciones que permiten eli-minar el bloqueo que originan dichas señales (A3 y B2)

Técnica del mando abatible (mando unidireccional)

Consiste en anular las señales de bloqueo mediante el uso de finales de carrera conmando unidireccional. El esquema circuital resultará:

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Técnica de la memoria auxiliar

Consiste en eliminar las señales bloqueantes quitándoles la alimentación a los fina-les de carrera emisores de dichas señales en el momento en que son emitidas lasrespectivas señales contrarias.Esto se logra utilizando válvulas de memoria auxiliar, biestables del tipo 3/2 ó 5/2.

Técnica de la cascada

La técnica de anulación de señales bloqueantes por cascada de memorias puede con-siderarse una derivación directa del método anterior propuesto, enunciado como “téc-nica de la memoria auxiliar”. La técnica en cascada puede expresarse en forma demétodo sistemático generalizable para un número cualquiera de actuadores y de seña-les bloqueantes. Dada su característica, la aplicación del método no requiere de cono-cimientos profundos sobre la especialidad para poder concretar un esquema circuital.A efectos de facilitar la comprensión del método, efectuaremos la explicación desa-rrollando en forma paralela al ejemplo del ejercicio N° 18.

Las distintas etapas del método son:

1. Establecer el diagrama espacio –fase correspondiente a la secuenciaa desarrollar, indicando en el mismoel encadenamiento de las señalesde mando. Escribir en la parte inferior y en correspondencia con las fases, la secuencia expresada enforma literal abreviada.

Recordando que la secuencia era: A + , B + , B - , A –

8 . 6 . 8 . 3

8 . 6 . 8 . 4


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2. Dividir la secuencia en forma literal abreviada en grupos, de tal manera que en un mismo grupo no quedenincluidos movimientos contrarios deun mismo actuador. Esto últimoequivale a que en un grupo no debe-rá repetirse la letra correspondientea una actuador. Esta separación engrupos se efectuará siguiendo elorden de la secuencia. Cuando sellegue a una repetición, se iniciaráallí un nuevo grupo. Para el ejemplopropuesto se tendrá

Lógicamente, se tratará de formar el menor número posible de grupos sin quebran-tar la regla establecida.

Determinar el número necesario de memorias auxiliares 5/2. Esto se hará restando 1 al número de grupos antes determinado

Donde:

Para el ejemplo propuesto: Nm = 2 – 1 = 1

1. Iniciar el esquema circuital, disponiendo en la parte superior los actuadores y suscorrespondientes finales de carrera, juntamente con las válvulas de comando dedichos actuadores. En la parte inferior se trazarán líneas paralelas horizontalesque denominaremos “líneas de grupo”. Se trazarán tantas líneas como gruposhayan sido determinados en el punto 2.Seguidamente se conectarán las memorias a las líneas de grupo y estas entre sien caso de resultar varias. El esquema de conexionado de memorias será segúnse muestra en las figuras siguientes

Conexionado de una memoria a dos líneas de grupo

Último final de carreraGrupo II

Último final de carreraGrupo I

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Conexionado de una memoria a tres líneas de grupo

2. Se iniciará ahora el conexionado de los restantes elementos del sistema. Paraello se procederá siguiendo el orden determinado por la secuencia y de acuerdocon las siguientes reglas:

a. Conectar la línea de grupo I con el piloto de la válvula que origina el primer movimiento de dicho grupo, intercalando el pulsador de marcha A4 que formaparte de la condición de arranque.

De acuerdo con lo visto se intuye fácilmente el conexionado de un número mayorde memorias, si bien en términos prácticos y atendiendo a la velocidad de señales,no es recomendable extender la cascada con memorias 5/2 a un número de estasmayor que cuatro.

Para el ejemplo propuesto, lo dicho quedará expresado en el esquema siguiente:

Último final de carreraGrupo I

Último final de carreraGrupo II

Último final de carreraGrupo III


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Efectivamente se observará que al oprimir el pulsador se origina el primer movimien-to de la secuencia (en el ejemplo A+)Este movimiento accionará un fin de carrera que permitirá proseguir la secuencia (enel ejemplo B2)

b. Alimentar el fin de carrera accionado por el primer movimiento desde la líneade grupo I y su salida dirigirla al piloto de la válvula que origina el segundomovimiento de dicho grupo (o eventualmente al piloto de la memoria auxiliarpara realizar el cambio de grupo en caso necesario)

c. En el ejemplo, B2 origina el movimiento B + contenido en el grupo I, no haynecesidad de cambio de grupo, por lo tanto la salida de B2 debe ser dirigidaal piloto de la válvula B1 para originar B+

Para el ejercicio propuesto quedará:

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El segundo movimiento se producirá y se accionará un nuevo fin de carrera que per-mitirá proseguir la secuencia (en el ejemplo será B3)

d. Alimentar el fin de carrera accionado por el movimiento anterior desde la líneade grupo I y la salida dirigirla al piloto de la válvula que origina el siguientemovimiento del grupo, o eventualmente al piloto de la memoria cuando fuerenecesario realizar un cambio de grupo.

En el ejemplo, B3 debe originar un cambio de grupo ya que la acción siguiente (B-)pertenece al grupo II (B3 es el último fin de carrera del grupo I y por lo tanto debecambiar de memoria)

El cambio de la posición de la memoria hará que la línea II se encuentre bajo presiónen tanto la línea I es puesta a venteo.

A partir del cambio de grupo el proceso de conexionado indicado en los puntos a, b y c se repite pero aplicado ahora al grupo II.De este modo, se conectará la línea de grupo II al piloto de la válvula que origina el primer movimiento del grupo II (Ver punto a, no es necesario intercalar pulsador de marcha pues no es condición en este caso) Para el ejemplo quedará:


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Al accionarse A3 se producirá A - . Este movimiento accionará al final de carrera A2.

El último fin de carrera accionado (A2 en el ejemplo) deberá ser alimentado desde lalínea de grupo II y su salida (por ser el último del grupo II) deberá ser dirigida al pilo-to de la memoria para cambiar al grupo I y posibilitar así el comienzo de un nuevociclo. El circuito habrá quedado así concluido.

Al accionar B3 se presurizará la línea II y en consecuencia ocurrirá B – que acciona-rá el fin de carrera A3.

Se alimentará luego el fin de carrera accionado por este movimiento desde lalínea de grupo II y su salida será dirigida al piloto de la válvula del siguientemovimiento del grupo o eventualmente al piloto de la memoria auxiliar para unnuevo cambio de grupo, en caso que fuera necesario (ver punto b)En nuestro ejemplo A3 origina el movimiento A – (no es necesario cambio degrupo pues A – está dentro del grupo II en el que ya estábamos)

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Ejercicio N° 20

Realizar el esquema circuital aplicando el método en cascada. Secuencia A+, B+, B-, C+, C-, A-

Diagrama espacio – fase:

Ejercicio N° 19

Realizar el esquema circuital aplicando el método en cascada. Secuencia A+, B+,C+,C -,B -,A-

Diagrama espacio – fase:

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9 Simbología neumática

Cilindros de simple efectoCilindros doble efecto con doble pistón (tandem)

Cilindros de simple efecto con imán

Cilindros doble efecto condoble pistón (tandem) e imán

Cilindros de simple efecto con resorte trasero

Cilindros doble efecto con doble pistón (tandem) y amortiguación

Cilindros de simple efecto con resorte trasero e imán

Cilindros doble efecto con doble pistón (tandem),amortiguación e imán

Cilindros de simple efecto con doble vástago

Cilindros doble efecto acoplados

Cilindros de simple efecto con doble vástago e imán

Cilindros doble efecto con imán acoplados

Cilindros de doble efectoCilindros doble efecto condoble amortiguación acoplados

Cilindros de doble efecto con imán

Cilindros doble efecto con doble amortiguación e imán acoplados

Cilindros de doble efecto condoble amortiguación

Cilindros sin vástago de doble efecto

Cilindros de doble efecto condoble amortiguación e imán

Cilindros de impacto

Cilindros de doble efecto con doble vástago

Actuadores rotantes neumáticos

Cilindros de doble efecto con doble vástago e imán

Cilindros de doble efecto condoble vástago y amortiguación

Cilindros de doble efecto con doble vástago, amortiguación e imán

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Válvula con 2 posiciones de trabajo

Mando manual genérico


Mando manual a botón

Válvula de 2 vías y 2 posiciones (2/2)

Mando manual a palanca


Mando a pedal


Mando mecánico pulsador


Mando mecánico a rodillo operando en 2 sentidos

Válvula de 5 vías y 2 posiciones (5/2) con sentido indistinto de circulación del fluido

Mando mecánico a rodillo unidireccional, operando en 1 sólo sentido

Válvula de 5 vías y 3 posiciones (5/3) con centro cerrado

Mando a varilla elástica

Válvula de 5 vías y 3 posiciones (5/3) con centro abierto

Reacción a resorte

Válvula de 5 vías y 3 posiciones (5/3) con centro a presión

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151SIMBOLOGÍA NEUMÁTICA9

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Mando por presión (neumático)

Mando eléctrico con un solenoide

Mando por presión (neumático) asistido

Mando eléctrico con un solenoide y actuador manual

Reacción por presión (neumática) asistida - Área diferencial

Mando eléctrico servoasistidocon un solenoide

Mando manual a botón servoasitido

Mando eléctrico servoasistidocon un solenoide y actuador manual

Mando manual a palanca servoasitido

Válvula de 2 posiciones conmando a palanca y retorno por resorte (monoestable)

Mando mecánico a pulsador servoasitido

Válvula de 2 posiciones conmando a palanca (biestable)

Mando mecánico a rodillo servoasitido

Válvula de 3 posiciones conmando a palanca (estable enlas 3 posiciones)


Mando manual genérico


Mando manual a botón


Mando manual a palanca

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Regulador de caudal unidireccional

Temporizador neumático de 10 segundos

Regulador de caudal bidireccional

Temporizador neumático de 30 segundos

Válvula de escape rápido con escape roscado

Generador de impulso único

Válvula de escape rápido con silenciador incorporado

Comando bimanual de seguridad

Válvula selectora(función lógica O)

Contador de pulsos neumáticos

Válvula de simultaneidad (función lógica Y)

Indicador de presión neumática

Válvula de no retorno o de retención

Silenciador de escape

Limitador de presión unidireccional (economizador)

Silenciador de escape con regulación del caudal

Válvula 2/2 con mando neumático y retorno a resorte(conector con bloqueo)

Separador con drenaje manual y silenciador de escape (colectores de escape)

Presóstato regulable Filtro de partículas


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Generador de vacío Mando manual genérico

Generador de vacío incorporando electroválvulasde vacío y expulsión, filtro de aspiración, vacuóstato eléctrico y silenciador de escape

Vacuóstato neumático con salida negativa (normalabierto)

Unidad de tratamiento con filtro, regulador de presión con manómetro y lubricador (FRL)

Filtro con drenaje manual

Unidad de tratamiento con filtro, regulador de presión con manómetro y lubricador (FRL)

Lubricador

Unidad de tratamiento con filtro y regulador de presión con manómetro(FR)

Secador de aire

Regulador de presión con manómetro

Brida intermedia

Brida intermedia con válvula de no retorno incorporada

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Departamento de Capacitación

Neumática básicaConceptos básicos de generación y tratamiento de aire | Cilindros | FRL | Válvulas direc-cionales y auxiliares | Vacío | Variantes constructivas | Características funcionales |Recomendaciones de mantenimiento y pruebas de funcionamiento. (Duración: 6 Hs.)

Introducción a la neumáticaConceptos básicos sobre generación, distribución y tratamiento del aire comprimido |Cilindros neumáticos | Válvulas de control direccional | Válvulas auxiliares |Dispositivos hidroneumáticos | Simbología neumática. Mandos neumáticos |Representación de secuencias | Diagrama espacio fase | Circuitos temporizados |Circuitos por el método intuitivo | Circuitos en cascada. Práctica sobre módulos didácticos de ejemplos de aplicación. (Duración 20 Hs.)

Curso integral de neumáticaGeneración del aire comprimido | Compresores. Regulación | Capacidad | Depósitos| Distrib. del aire comprimido | Diseño y cálculo de tuberías | Tratamiento del aire com-primido | Post enfriadores y secadores | Conjuntos FRL: Principio de funcionamiento,localización y solución de fallas, Kit de reparaciones | Cilindros neumáticos: variantesconstructivas; selección, verificación de amortiguaciones y pandeo, detección y solu-ción de anomalías | Válvulas y Electroválvulas direccionales | Válvulas auxiliares:Principio de funcionamiento, variantes constructivas, dimensionamiento, característi-cas funcionales, plan de mantenimiento preventivo, detección y solución de fallas |Dispositivos hidroneumáticos | Componentes para vacío y accesorios | Mandos neu-máticos | Representación de secuencias | Diagrama espacio-fase | Circuitos básicos| Método cascada | Detección sistemática de fallas en circuitos neumáticos | Practicasobre módulos didácticos de ejemplos de aplicación. (Duración 30 Hs.)

Mantenimiento de instalaciones y sistemas neumáticosEl mantenimiento: esencia, ventajas, modalidades y costos | La relación preventivo -correctivo | Organización y documentación del programa | Compresor: Instalación,programa preventivo y localización de fallas | Red de distribución: diseño, programapreventivo y medición de fugas | Detección de fallas en circuitos: concepto de mandoy señal | Representación de secuencias | Disposición y designación de elementos enel circuito | Líneas de conexionado | Interpretación de esquemas circuitales |Procedimiento para detección de fallas | Reparación de componentes: funcionamien-to | Despiece | Lista de partes | Secuencias de desarme y limpieza | Kits de repara-ción | Localización de fallas | Practicas de detección de fallas en circuitos y desarmede componentes. (Duración 30 Hs.)

Detección de fallas en circuitos neumáticosEstructura de un automatismo | Dialogo mando - parte operativa – señales | Tipos deseñales | Mandos binarios | Cadena de mando | Formas de representación de secuen-cias | Simbología | Disposición y designación de los elementos del circuito | Líneas deconexionado | Documentación técnica | Mandos neumáticos básicos para marcha,operación y emergencia | Interpretación de circuitos neumáticos complejos |Procedimiento para la detección sistemática de fallas | Análisis por cadenas demando | Secuencias de verificaciones.Prácticas de detección de fallas sobre módulos didácticos. (Duración 15 Hs.)

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Reparación de componentes neumáticosConceptos constructivos de los componentes | Funcionamiento | Despiece |Designación de partes | Secuencias de desarme, limpieza y montaje | Kits de repara-ción | Localización de fallas en componentes | Tablas anomalía - causa - solución.(Duración 15 Hs.)

Automatización electroneumática industrialTécnicas de comando | Representación de la secuencia de los movimientos |Elementos de electrotecnia | Elementos eléctricos y electroneumáticos | Seguridad yprotección | Esquemas eléctricos | Diagrama Ladder | Ejemplos prácticos |Simbología. (Duración: 20 Hs)

Introducción a los controladores programables Conceptos básicos sobre controladores programables. Estructura, características, cri-terio de selección | Sistemas de numeración | Lenguajes de programación |Dispositivos de programación | Sistema de programación | Resolución de problemasde aplicación de los PLC sobre módulos didácticos que incluyen cilindros neumáticos,electroválvulas, varios tipos de sensores y consola de mando y señalización. Práctica sobre módulos didácticos de ejemplos de aplicación. (Duración 25 Hs.)

Redes AS-iInstrucciones de programación especiales | Programación, monitoreo y control víasoftware | Manejo de datos | Rutinas de emergencia | Resolución de problemas deaplicación de los PLC AS-i sobre módulos didácticos que incluyen cilindros neumáti-cos, electroválvulas, varios tipos de sensores, consola de mando y señalización. Practica sobre módulos didácticos de ejemplos de aplicación. (Duración 15 Hs.)

Hidráulica IndustrialIntroducción a la oleodinámica industrial | Principios físicos | Simbología | Bombasrotativas y alternativas | Características y tipos constructivos | Deposito, Filtros.Eficiencia y tipos de filtro utilizado | Acumuladores | Calculo del deposito | Tipos defiltros | Acumuladores hidráulicos | Calculo del acumulador | Actuadores hidráulicos |Tipos de actuadores | Variantes constructivas | Montajes de los actuadores |Amortiguación | Limitador de carrera | Actuadores rotativos | Motores hidráulicos |Válvulas hidráulicas | Clasificación de las válvulas | Tipos de válvulas | Válvulas direc-cionales y auxiliares | Válvulas de presión | Clasificación | Distintos tipos | Accesoriosde instalación | Recomendaciones de montaje | Instrumental de medición | Circuitoshidráulicos | Criterios de dimensionamiento. Prácticas de circuitos sobre panel didáctico. (Duración 20 Hs.)

Introducción a la tecnología De Bus de Campo aplicado a la DomóticaInstalaciones eléctricas tradicionales | Implementación de Bus de Campo para controleléctrico | Sistemas C-Bus | Implementación del sistema | Unidades de entrada |Unidades de salida | Lenguaje y comunicación C-Bus | Diagramas esquemáticos |Direccionamiento y control de las cargas | Cableado del C-Bus | Especificaciones téc-nicas. (Duración: 20 Hs.)

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Domótica avanzada con Bus de Campo y Controladores MinderDiseño de sistema | Formato típico del controlador principal |Sistemas de detección |Seguridad | Indicadores de alarma | Alarma telefónica | Humo e incendio |Temperatura | Teclados de acceso auxiliares | Comandos del proyecto | Comandosconfigurables del Menú | Interfases | Dispositivos internos y externos | Iconos |Configuración de los avisos (flags) | Configuración de escenarios. (Duración: 20 Hs.)

Introducción a los Sistemas de CalefacciónCalefacción básica por agua caliente | Manejo y control de variables de una calderamural de funcionamiento automático, radiadores de aluminio | Descripción de compo-nentes | Evaluación de sectores de distribución de serpentinas en piso radiante,colector de distribución | Controles por termostatos de caldera y ambiente y válvulatermostática | Medición con instrumentos digitales y analógicos de temperatura, pre-sión y caudal. (Duración: 20 Hs.)

Introducción a los Sistemas de RefrigeraciónCiclo general de refrigeración | Generación del frío | Absorción de calor en ambien-tes pequeños | Proceso físico de cambios de estado de una sustancia refrigerante,por condensación y evaporación | Distribución y ubicación de componentes activos einstrumental | Uso y aplicación de la refrigeración familiar, comercial y del aire acon-dicionado básico | Estudio y descripción de un compresor, condensador y evaporadorcon aire forzado | Válvula de expansión termostática, capilares de distinta sección, vál-vulas de apertura y cierre de circuitos, presóstatos, termostato, termómetro digital consonda. (Duración: 20 Hs.)

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Se entregan con una base de montaje en estructuras de perfiles de aluminio anodi-zados, y un exclusivo sistema de fijación de elementos de ajuste manual de un cuar-to de vuelta que permita su fácil re-ubicación o cambio, facilitando la tarea didácticadel capacitador y la asimilación de conceptos de los asistentes.

En cuanto a las posibilidades de expansión, se han contemplado diferentes módulosque permiten migrar de un modelo básico y llegar a implementar hasta un poderosoCentro de Estudio y Ensayo que incluya PC, interfaces para accionamiento de actua-dores, mobiliario, etc., cubriendo variadas tecnologías complementarias.

Material didáctico

Micro Capacitación realiza y comercializa una variedad de elementos didácticos degran flexibilidad, fácil montaje y re-ubicación o cambio, con posibilidades de expan-sión con módulos que permiten partir de un modelo básico, y terminar en un podero-so centro de estudio y ensayo.

Paneles serie DIDACTOEstos paneles están enteramente diseñados por MICRO en un desarrollo comparti-do por nuestros especialistas de Capacitación y de Ingeniería. Los componentes quese utilizan para su construcción son los mismos que adopta la industria de todo elmundo para la implementación de sus automatismos en una amplia gama de aplica-ciones y complejidades.

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CursosMicro Capacitación cubre un extenso rango de temarios en los cursos que dicta ensus aulas que, para tal efecto, posee en su edificio central. Pero también atiende losrequerimientos de la Industria y las instituciones educativas trasladándose con sulaboratorio móvil a las ciudades del interior, y otros países.

Software

Los softwares utilizados tienen como misión amalgamar la potencialidad de la infor-mática aplicada a la enseñanza de automatización. Puede clasificarse en:

1. Softwares de simulación, que pueden diseñar, ensayar y simular circuitos que incluyan componen-tes electrónicos, neumáticos e hidráulicos.

2. Softwares de cálculo, información técnica y selección de componentes adecuados para cada requisición técnica.

3. Softwares de presentaciones que, preparados por nuestros ingenieros, optimizan las charlas y las adecuan al medio al que van dirigidas.

Los referencia a los softwares de simulación, y con el fin de hacerlos interactivos, sedispone de interfaces que permiten físicamente hacer actuar a los elementos que sonvisualizados en el monitor de la computadora.

Material de soporteMicro Capacitación dispone de variados elementos didácticos para facilitar la trans-misión efectiva de los conceptos. Entre ellos se cuenta con componentes en corte,simbología para pizarra magnética, manuales, videos, transparencias, etc.

introducion a la neumatica

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